Автоматизация систем электроснабжения и энергосбережение

Что такое автоматизированные системы управления энергосбережением

В условиях рыночных отношений особое значение приобретает автоматизированный учет энергоресурсов: электрической и тепловой энергии, газа, сжатого воздуха и воды.

Актуальность внедрения автоматизированных систем контроля и учета энергии определяется не только экономической значимостью, но и необходимостью повышения оперативности, точности и достоверности учета электроэнергии и мощности в сложной финансовой ситуации энергосистем и промышленных предприятий.

Внедрение автоматизированных систем учета само по себе не дает экономического эффекта. Потребитель, внедряя АСКУЭ получает значительный экономический эффект по показателям потребления и снижения платы за тепловую и электрическую энергию. АСКУЭ является инструментом перераспределения денежных средств между производителем и потребителем электрической энергии, а также технической основой правового регулирования в сфере энергосбережения.

Оперативный автоматизированный контроль потребления ресурсов, производства и распределения энергии позволяет определить пиковые периоды и основные источники потерь, наметить мероприятия по их минимизации: в результате может быть достигнута экономия потребляемой энергии на 12-15%. Комплексная автоматизация систем производства и потребления основных энергоресурсов, систем водо-, газо- и теплоснабжения позволяет достичь экономии до 20% расходуемой энергии.

Автоматизированные системы контроля и учета энергии позволяют уменьшить потребление электрической энергии за счет эффективного регулирования электрических нагрузок и снижать оплачиваемую потребителем генерирующую мощность за счет формирования вне пикового энергопотребления предприятий (смещение предприятием своих электрических нагрузок с периодов прохождения минимума мощности в электросистеме в другие зоны). Необходимо (актуально) разработать и внедрить механизм, эффективно формирующий режимы электропотребления предприятий. С целью максимально приблизить к идеальной форме взаимные расчеты между энергоснабжающими организациями и потребителями энергии практически во всех развитых странах широко применяются современные метрологически аттестованные автоматизированные системы контроля, учета и управления электропотреблением (АСКУЭ).

Средства инструментального обеспечения АСКУЭ должны позволять производить сбор и оперативную дистанционную передачу по различным каналам связи на диспетчерские пункты энергоснабжающих предприятий всего необходимого объема данных для оперативного контроля и коммерческих расчетов потребления электроэнергии по многоставочным, дифференцированным по времени суток или сезонам, периодам любой сложности с использованием современной вычислительной техники.

Благодаря оперативному и одновременному контролю со стороны энергоснабжающей организации и потребителя появляется возможность без конфликтной без акцептной формы взаиморасчетов с автоматической выпиской и доставкой счетов каждому абоненту. Ускорение банковских операций, достигаемое благодаря применению безакцептной формы расчетов за электроэнергию, позволяет компенсировать затраты на создание и эксплуатацию АСКУЭ.

Другой функцией АСКУЭ является целенаправленное регулирование режимов энергопотребления для обеспечения энергосбережения. Необходимость такого регулирования обусловлена значительной разницей между пиком нагрузки и ночным провалом в энергосистемах, недостаточной регулирующей возможностью тепловых электростанций и АЭС для покрытия переменной части графиков нагрузки, неблагоприятной тенденцией снижения доли маневренных мощностей в энергосистемах, вызванной укрупнением энергоблоков, значительными капитальными и энергетическими затратами, связанными с сооружением и эксплуатацией пиковых агрегатов, технической возможностью и экономической целесообразностью искусственного выравнивания графиков нагрузки.

Структуры электропотребления в значительной степени определяют и особенности построения АСКУЭ. Если в России, где в балансе электропотребления энергосистем преобладающий удельный вес (до 70%) составляет потребление промышленных предприятий и система АСКУЭ сориентирована в основном только на них, то в развитых капиталистических странах, где преобладающий удельный вес (до 60%) приходится на потребление коммунально-бытовых предприятий, системы АСКУЭ в значительной степени ориентированы именно на таких массовых потребителей. В этих странах широко используются различные системы массового управления такими потребителями (по силовой сети, по радио и др.).

В настоящее время во многих энергосистемах России создаются (а в ряде энергосистем уже внедрены первые очереди) современные метрологически аттестованные автоматизированные системы контроля, учета и управления электропотреблением.

Автоматизация систем электроснабжения и энергосбережение

Автоматизированной называют систему управления, которая в основных эксплуатационных режимах обеспечивает эффективную работу объекта автоматизации без вмешательства оператора. Сбор, обработка, передача и хранение информации, задействованной для обеспечения управления, происходит при помощи вычислительной техники и средств автоматизации.

При помощи программного обеспечения и технических средств, в результате работы системы формируются сообщения для работников, различные отчёты, графики или иная документация.

На основе сводных данных по системе диспетчеризации появляется возможность выработки рекомендаций для владельцев здания по уменьшению энергопотребления здания в целом без ущерба для производственного процесс.

Общая интегрированная система автоматизации подразделяется на локальные системы, которые управляют процессами в рамках одной подсистемы здания, в частности, одной из таких подсистем является система электроснабжения.

Система электроосвещения является таким же потребителем электричества, как, например, система кондиционирования и требует отдельного решения по автоматизации. Поэтому разрабатывать автоматизацию электроосвещения в рамках автоматизации электроснабжения не корректно, но если автоматизация минимальна, то иногда проекты совмещают.

Автоматический ввод резервных источников электроснабжения. Контроль состояния сети, и при выходе ее из заданных параметров, переключение на другой источник питания. Обычно, АВР оснащаются все здания, в которых есть потребители 1-й категорий электроснабжения, но в стандартном исполнении, максимум, что отображается у диспетчера – какой источник питания используется, основной или резервный. В индивидуальных проектах, к АВР могут быть выставлены дополнительные требования по удаленному управлению или распределению энергии;

Автоматизация систем электроснабжения позволяет решать задачи оперативного контроля и управления. Благодаря этому происходит сбор информации и ведение баз данных в онлайн режиме. Среди задач автоматического управления находится управление средствами регулировки мощности и напряжения, энергоагрегатами, релейная защита сетей и пр.

Основные функции системы автоматизации электроснабжения

Диспетчерское, дистанционное или автоматическое управление электроснабжением разрабатывается для решения следующих задач:

• Повышения оперативности в управлении;
• Повышения надежности электроснабжения;
• Контроль состояния кабельных линий электроснабжения;
• Снижение нецелевых затрат энергоресурсов;
• Аналитическое информирование, позволяющее своевременно планировать ремонт оборудования, проводить оптимизацию системы;
• Обеспечение потребителей непрерывным бесперебойным питанием;
• Контроль качества электроэнергии в нормальном, и аварийном режимах;
• Экономия денежных средств на диагностике и ремонте;
• Ведение учета электроэнергии;
• Своевременное оповещение о неполадках в работе системы.

При наличии диспетчерского, автоматического или дистанционного управления электроснабжением обеспечивается работоспособность оборудования в моменты отключения централизованного электроснабжения.

Энергосбережение в автоматизированных системах управления электроснабжением

Одна из наиболее важных задач, решаемых при внедрении любой системы автоматизации – сбережение энергоресурсов и экономия на владении зданием.

Сбережение энергии с учетом данных АСУ может осуществляться в пассивном и активном режимах.

Пассивные меры предполагают применение фундаментальных законов физики в конструкции здания, в принципах действия применяемого оборудования, в частности пассивное сбережение представлено рядом мероприятий:

• Для освещения использовать светильники, у которых большая светоотдача при меньшем потреблении энергии (светодиодные, галогенные, ртутные светильники, энергосберегающие лампы накаливания);
• Установка датчиков освещенности для управления освещением;
• Использование современных теплоизоляционных материалов;
• Утепление оконных проемов;
• Выбор энергетических устройств с максимальным КПД;
• Применение возобновляемых источников электроэнергии;
• Другие, неотъемлемые от системы мероприятия.

Активное управление энергосбережением

Активное управление электроснабжением в здании направлено на разработку алгоритмов работы всей системы с целью реализации максимального энергосбережения. Например, одновременная работа батареи и кондиционера возможна только при взаимном информационном обмене в рамках единого алгоритма управления. Такая система включает следующие мероприятия:

Оптимизация и синхронизация режимов работы ИТП, теплового оборудования и тепловыделяющего оборудования;

Первый этап активного энергосбережения подразумевает анализ профиля электропотребления систем, совместно с профилями работы инженерных систем здания.

Второй этап – установка причинно-следственных связей.

Третий этап – выдвижение гипотез и разработка новых алгоритмов взаимодействия систем.

Четвертый этап – внедрение алгоритмов и проверка гипотез и переход на первый этап.

Этапы приведены условно. Существует мнение, активное энергосбережение – это то ради чего и разрабатывается проект любой интеграции инженерных систем. Если отсутствует ежедневная работа в направлении снижения энергопотребления «при прочих равных», то система используется не полностью.

Аппаратная часть автоматизации электроснабжения

Основу системы автоматизации и диспетчеризации электроснабжения составляют свободно программируемые контроллеры и сервера автоматизации (программное обеспечение). Совместимость между компонентами обеспечивается едиными протоколами взаимодействия, специальными шлюзами и OPC-серверами. В качестве простого аналога можно привести преобразователи RS-485 – USB и т.п.

Полевыми исполнительными устройствами являются управляемые автоматические выключатели, магнитные пускатели, реле. Каждая значимая ветвь токоприемников дополняется контрольно-измерительной аппаратурой.

Наиболее широко распространенные протоколы, применяемые в автоматизации систем электроснабжения общественных и промышленных зданий – LonWorks, ModBus и BackNet. Объединение распределенных систем часто осуществляется через TCP/IP сети.

Итак, автоматизированная система диспетчеризации и управления системой электроснабжения это аппаратно-программный комплекс, включающий в себя контроллеры, полевые устройства, средства для сбора данных, каналы связи, программы их обработки на ПЭВМ.

Основные задачи, выполняемые АСДУ:

• Автоматическое управление;
• Мониторинг, контроль, оперативное ручное управление;
• Учёт и контроль качества электроэнергии.

Наиболее часто, внедрение систем АСДУ для электроснабжения происходит в ограниченном режиме. Это связано с тем, что электроэнергия относительно дешева, а стоимость системы высока.

Проект автоматизации и диспетчеризации системы электроснабжения

В гражданском строительстве, по определенным причинам, для системы электроснабжения обычно выполняется проект автоматического ввода резерва и диспетчеризации. Это связано с дороговизной оборудования, ограничением бюджета и дешевизной труда специалиста в РФ.

При строительстве промышленных объектов от качества электроснабжения зависит качество выпускаемой продукции, ущерб от репутационных потерь может значительно превысить затраты на внедрение системы, особенно с учетом того, что при строительстве сложных производственных процессов вкладываются значительные суммы в организацию резервирования по питанию, в этом случае, стоимость автоматизации получается относительно не высокой.

Системы управления электроэнергией. Контроль и автоматизированное управление работой системы. Подробнее »

В ближайшем будущем, появится возможность увеличения КПД солнечных панелей до 50%. Эффективность. Подробнее »

Руководство Филиала КОО «ЛОГРАР ЛИМИТЕД» выражает благодарность коллективу ООО. Подробнее »

КОО «ЛОГРАР ЛИМИТЕД» 1 сентября 2015

Уважаемый Ринат Шакирзянович! ООО «ФИНПРОЕКТ» выражает благодарность компании ООО. Подробнее »

Повышение энергоэффективности зданий c помощью автоматизации инженерных систем

Здания потребляют около 40% энергии, опережая в этом промышленность и транспорт. Инженерные системы зданий, или, как их называют, системы жизнеобеспечения, служат для поддержания комфортного микроклимата в помещениях. На их работу тратится большое количество тепловой и электрической энергии. Если энергию экономить, это может привести к ухудшению комфортных условий. Встает вопрос, что важнее — энергосбережение или комфорт?

Когда комфортные условия не отвечают нормам, у людей возникает синдром «больного здания»: они ощущают недомогание по, казалось бы, непонятным причинам, но стоит им выйти наружу, как эти симптомы проходят. Совет по «зеленому» строительству проводил исследования в разных странах мира. Было установлено, что в некомфортном здании скорость мыслительных процессов на 10% ниже, а количество ошибок — на 30% больше. Выходит, что затраты на энергопотребление, какими бы высокими они ни были, не идут ни в какое сравнение с ценой здоровья людей и производительности их труда.

Существуют различные меры по повышению энергоэффективности зданий (рис. 1). При принятии решения об их реализации важнейшими аспектами являются размер инвестиций и срок окупаемости.

Рис. 1. Меры по повышению энергоэффективности зданий

Архитектурно-строительные меры наиболее трудоемкие и затратные, а также с большим сроком окупаемости — свыше 10 лет. Модернизация инженерного оборудования — менее трудоемкая и затратная мера со сроком окупаемости менее 10 лет. Опыт компании «Сименс» по внедрению энергосберегающих технологий в странах Евросоюза показал, что наименее трудоемкая и затратная мера со сроком окупаемости до 5 лет — автоматизация инженерного оборудования, особенно учитывая наличие специальных малозатратных программных функций энергоэффективного управления.

Рис. 2. Затраты в течение жизненного цикла здания

Автоматизация сокращает в том числе эксплуатационные затраты. На рис. 2 представлен график затрат в течение жизненного цикла здания, включающего в себя проектирование, возведение, оснащение, эксплуатацию и т. д. вплоть до сноса.

Синяя линия соответствует зданию без систем автоматизации, а красная линия — с системами автоматизации. Видно, что на начальном этапе затраты для здания без автоматизации ниже затрат для второго здания. Но затем происходит перелом, и оказывается, что эксплуатация здания с автоматизацией обходится дешевле. Срок окупаемости обычно подсчитывают исходя из стоимости автоматизации и сэкономленной за ее счет энергии. При этом обычно не берется в расчет то, что помимо энергосбережения автоматизация дает два других весомых преимущества: комфортный микроклимат и сокращение эксплуатационных затрат. Комфортный микроклимат способствует повышению производительности труда и снижению заболеваемости, т. е. уменьшению количества дней, пропущенных по болезни. Эти аргументы свидетельствуют о том, что комфортный микроклимат — тоже экономический показатель. Сокращение эксплуатационных затрат является следствием того, что автоматизация уменьшает потребность в большой численности эксплуатационного персонала, снижает вероятность возникновения аварийных ситуаций и обеспечивает оптимальный режим работы инженерного оборудования, что уменьшает износ и сокращает затраты на обслуживание и ремонт.

В энергоэффективном здании используется полный набор приборов, средств и систем автоматизации центральных систем ОВК (отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха). Специальные отдельные системы предназначены для индивидуального комнатного регулирования температуры в режиме обогрева или охлаждения, индивидуального комнатного воздухообмена, а также для освещения и затенения помещения с помощью жалюзи (рис. 3).

Рис. 3. Системы автоматизации здания

Центральная станция предназначена для диспетчеризации и представляет собой интегрированную систему управления зданием для поддержания микроклимата и энергосбережения. Она также интегрирует системы пожарной безопасности, контроль несанкционированного проникновения в помещения, контроль доступа, видеонаблюдение и оповещение при нештатных ситуациях. Специальные веб-приложения позволяют осуществлять управление с удаленного компьютера, а мобильные приложения — с помощью смартфона или планшета (рис. 4).

Рис. 4. Система диспетчеризации здания

В соответствии с европейской нормой EN 15232 и российским стандартом РФ — ГОСТ Р 54862-2011, системы автоматизации зданий и методы управления инженерными системами условно разделены на четыре класса энергоэффективности: А, В, С и D (рис. 5).

Рис. 5. Классы энергетических характеристик систем автоматизации

Класс D включает в себя неэнерго­эффективные системы автоматизации зданий и методы управления инженерными системами, которые не должны закладываться в проектные решения. Класс С называется стандартным, или сравнительным. Энергопотребление в инженерных системах, автоматизированных и управляемых по классу С, условно принимается за единицу для сравнения. К классу В относятся системы с повышенной энергоэффективностью, а к классу А — с высокой. Если, например, в офисном здании системы автоматизации и методы управления инженерными системами, соответствующие классу С, модернизировать и довести до класса А, то можно начать экономить до 30% тепловой энергии и до 13% электрической энергии. Метод определения потенциала экономии основан на коэффициентах. Он оправдал себя за много лет эксплуатации инженерных систем зданий, начиная с 2003 г. Коэффициенты энергоэффективности для тепловой и электрической энергии в разных типах зданий представлены в табл. 1.

Коэффициенты расписаны для тепловой и электрической энергии в различных типах зданий. Если, например, в офисном здании системы автоматизации соответствуют неэффективному классу D, то энергопотребление в инженерных системах примерно в 1,5 раза выше по сравнению с системами класса С. Если они соответствуют классу В, то энергопотребление на 20% ниже, чем в системах класса С. Если же они соответствуют классу А, то энергопотребление на 30% ниже по сравнению с системами класса С. Таким образом, еще на этапе проектирования или подбора оборудования можно предварительно оценить возможность экономии.

Отличие систем автоматизации различных классов на практике показано на примере автоматизации системы отопления здания (табл. 2).

Если автоматическое регулирование температуры отопления ограничивается ЦТП (центральным тепловым пунктом), то система соответствует неэффективному классу D, поскольку теплоноситель одной температуры подается в разные здания с разными тепловыми характеристиками и разной потребностью в отоплении. Если автоматическое регулирование температуры отопления ограничивается ИТП (индивидуальным тепловым пунктом), то система тоже соответствует классу D, поскольку теплоноситель подает одинаковую температуру в разные помещения здания с разной потребностью в отоплении. Для того чтобы соответствовать хотя бы стандартному классу С, необходимо обеспечить покомнатное регулирование температуры хотя бы одним из перечисленных способов: радиаторными вентилями, термостатами, комнатными контроллерами и т. д. Для класса В нужно организовать покомнатное регулирование температуры с коммуникацией между контроллерами и центральной станцией. Коммуникация в виде обратной связи позволяет извлечь дополнительный потенциал экономии в системе отопления. И наконец, чтобы соответствовать классу А, необходимо обеспечить покомнатное регулирование температуры с коммуникацией между контроллерами и центральной станцией плюс контроль присутствия человека в помещении. Таким образом, чем выше уровень автоматизации, тем больше возможностей для извлечения потенциала экономии в инженерных системах.

Энергосбережение — самый экологически чистый источник энергии, поскольку не загрязняет окружающую среду вредными выделениями парниковых газов. К тому же это способствует весомому сокращению эксплуатационных затрат. Энергосбережение с помощью интеллектуальной системы автоматизации упрощает задачи эксплуатационного персонала, делая его труд интеллектуальным. Кроме того, автоматизация зданий — это важный инструмент не только в борьбе с нерациональным использованием энерго­ресурсов и, как следствие, загрязнением окружающей среды, но также и в создании комфортного микроклимата внутри помещений. Энергоэффективные здания наглядно демонстрируют, насколько серьезно их владельцы возлагают на себя ответственность за рациональное использование энергии. Такой «зеленый имидж» приобретает все большее значение, и системы автоматизации различных типов зданий или комплексов зданий играют в этом важную роль. По мере повышения уровня автоматизации систем жизнеобеспечения повышается и уровень ее интеграции с информационной инфраструктурой здания. Стандартизованная база данных и открытые протоколы позволяют осуществлять обмен информацией между различными системами в режиме реального времени для поддержания комфорта и безопасности, повышения энергоэффективности и контроля эксплуатационных расходов. Они также поддерживают взаимодействие между системами жизнеобеспечения и их пользователями. Это повышает эффективность обслуживания здания, с одной стороны, и улучшает качество жизни и производительность труда, с другой. При этом человеческий фактор может играть как позитивную, так и негативную роль, поэтому существуют интеллектуальные решения, привлекающие внимание пользователей к разумному использованию энергии и мотивирующие их к экономии. Таким образом, современные системы автоматизации способны обеспечить наиболее полное достижение энергосбережения в инженерных системах и стабильное поддержание комфортных условий в зданиях.

Источник https://studbooks.net/1857101/matematika_himiya_fizika/avtomatizirovannye_sistemy_kontrolya_ucheta_energosnabzheniya_upravleniya_protsessom_energosberezheniya

Источник http://rina.pro/materials/avtomatizaciya-i-dispetcherizaciya-sistemy-elektrosnabzheniya-vozmozhnosti-ekonomii

Источник https://controlengrussia.com/avtomatizatsiya-zdanij/e-nergoe-ffektivnost-zdanij/