Разработка вопросов энергосбережения за счет использования ветроэнергетической установки - дипломная работа

Введение

В связи с тем, что строительство сельских электрических сетей к настоящему времени можно считать практически завершенным, важнейшими задачами на современном этапе является обеспечение качества электроэнергии у сельских потребителей и бесперебойность их электроснабжения с наибольшей экономичностью.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) делят все потребители электрической энергии с точки зрения необходимости обеспечения надежности их электроснабжения на три категории. К первой относятся электроприемники, нарушение электроснабжения, которых влечет за собой опасность для жизни людей, наносит значительный ущерб народному хозяйству, вызывает повреждения оборудования, массовый брак продукции, расстройства сложных технологических процессов. По ПУЭ электроприемники первой категории должны обеспечиваться электроэнергией от двух независимых источников питания, и перерывы в их электроснабжении допускаются на время необходимое для автоматического включения резервного питания. Следует отметить, что при сравнительно небольших мощностях сельских потребителей первой категории в качестве резервного источника их питания вполне могут использоваться резервные электростанции.

Известно, что в любой, самой совершенной по качеству оборудования электрической системе в процессе ее эксплуатации неизбежно возникают различные повреждения. Причины аварии в электроустановках разнообразны, но чаще всего они возникают вследствие несвоевременного выявления и устранения дефектов оборудования, низкочастотного монтажа, низкого уровня эксплуатации. Часто аварии являются следствием влияния на электроустановки атмосферных перенапряжений.

Надежность электроснабжения характеризуется количеством и длительностью отключений и соответственно перерывами в подаче электроэнергии потребителям. Очевидно, что при современном уровне электрификации, вообще и сельского хозяйства в частности, перерывы в электроснабжении влекут за собой определенные потери в производстве и наносят материальный ущерб.

Совершенствуя схему электроснабжения, а следовательно, увеличивая капитальные расходы на ее эксплуатацию, можно сокращать недоотпуск электроэнергии потребителям и соответственно уменьшать наносимый им материальный ущерб.

1 Хозяйственная деятельность предприятия и анализ схемы электроснабжения

1.1 Природно-экономические условия

СХП “Гарант ” села Борисова расположено в северной части Челябинской области, в 5 км от районного центра с. Кунашак и 98 км от областного центра г. Челябинска. Площадь землепользования составляет - 7230 га в том числе: с/х угодий-4982 га; из них: пашни-5011 га; сенокосы-730 га; пастбищ-823 га.

Сообщение между населёнными пунктами осуществляется по грунтовым дорогам и автодорогам областного значения. Общая численность населения СХП 650 чел. Национальный состав населения –татаро –башкиры.

1.2 Климат

Поселок расположен в умеренно-континентальной климатической зоне, которая характеризуется длительным периодом отрицательных температур и значительными колебаниями их в течении года. По многолетним данным метеостанции сумма эффективных температур выше +5 градусов составляет 13-25 дней. За год в среднем выпадает 480 мм осадков из них в период с температурой выше 10 градусов.

Господствующее направление ветров юго-западное и западное. Средняя температура самого холодного месяца- января составляет-15 градусов, самого тёплого - июля +18 градусов. Последние весенние заморозки прекращаются обычно в конце мая. Первые осенние заморозки начинаются обычно в середине сентября. Средняя продолжительность вегетационного периода 165 дней (стойловое содержание скота 210-215 дней). Устойчивый снежный покров наступает в конце ноября. Максимальная глубина промерзания почвы 79 см. Наибольшая толщина снежного покрова наблюдается в марте до 69 см. Полный сход снега наблюдается после 20 апреля.

1.3 Почвы

Большинство территории хозяйства занято дерново-подзолистыми почвами. Из других почв наибольшее распространение имеют дерново-карбонатные почвы, занимающие 19% площади. Менее распространенные являются дерново-луговые и лесостепные, удельный вес которых составляет около 2,5%. остальная площадь занята почвами крутых склонов, заболоченных мест. По механическому составу в районе преобладают тяжело и средне - суглинистые почвы, их удельный вес составляет 75%.

1.4 Специализация

Будущее направление СХП - молочно-мясное животноводство. Картофелеводство, овощеводство развиты слабо. В целом сложившееся специализация отвечает природным и экономическим условиям района и подлежит дальнейшему развитию в сторону большего увеличения производства молока, овощей и картофеля.

1.5 Анализ хозяйственной деятельности

Таблица 1.1–Структура денежной выручки предприятия

Денежную выручку хозяйство получает в основном от реализации продукции животноводства. Денежная выручка которой в среднем составляет 73,1 %. Растениеводство дает лишь 5 % денежной выручки. Главный товарный продукт – мясо свиней, он дает в среднем 41,6 % денежной выручки, на втором месте денежная выручка от реализации молока. Она составляет в среднем – 17,4 %. На третьем месте выручка от продажи мяса КРС. Она составляет в среднем – 7,8 %. Следовательно СХП «Гарант» имеет мясо-молочное направление с производством зерна для собственных нужд.

Таблица 1.2–Экономические результаты производства основных товарных продуктов

СХП «Гарант» является убыточным. Можно сказать, что в растениеводстве рентабельность зависит прежде всего от природных условий.

В животноводстве СХП основную прибыль получает от реализации мяса свиней. Это единственный продукт который постоянно приносит прибыль, в то время как другие продуты производятся с убытками.

Таблица 1.3–Структура земельного фонда и оценка качества сельскохозяйственных угодий

В результате укрупнения СХП в 2006 году общая земельная площадь увеличилась на 8156 га. А сельскохозяйственные угодья – на 6318 га.

СХП интенсивно использует свои угодья, так как площадь пашни составляет высокую долю, равную 70 % всех угодий.

Таблица 1.4–Обеспеченность основными фондами и оборотными средствами

Величина основных производственных фондов и оборотных средств за анализируемый период в абсолютных показателях резко возрастает. Но это связано с инфляционными процессами в экономике, в результате чего была сделана переоценка.

Таблица 1.5–Структура энергетики хозяйства

Из таблицы 1.5 видно, что основная доля приходится на трактора и комбайны (92-93% всех мощностей хозяйства), электродвигатели и электроустановки составляют 7-8%, общее количество установок с течением времени в основном уменьшается. Что вызвано старением, выходом их из строя, недостатком средств –на их обновление.

Таблица 1.6–Урожайность и валовой сбор продукции растениеводства.

Из таблиц 1.3 и 1.6 видно, что основную часть посевных площадей занимают зерновые культуры, за последний год их посевные площади увеличились. Тенденция к увеличению площадей под зерновые культуры объясняется уменьшением урожайности зерновых культур за последние годы.

Таблица 1.7– Динамика поголовья животных

В сравнении с 2003 годом общее поголовье крупного рогатого скота возросло. Это вызвано перераспределением кормовой базы и восстановление поголовья КРС на откорме, уменьшенного в 2005году в связи с интенсивной реализацией мяса КРС. В целом поголовье животных достаточно для промышленного производства мяса и молока.

Таблица 1.8–Валовой выход продукции и продуктивность животных

Из таблицы 1.8 видно, что прирост КРС уменьшается, масса новорожденных телят так же уменьшается. Валовой удой молока растет при увеличении поголовья дойного стада, такие отрицательные результаты могут быть связаны с ухудшением и уменьшением кормового рациона.

2. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СХЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Линия электропередачи СХП «Гарант» введена в эксплуатацию в 1973 году. Схема электроснабжения приведена на рисунке 1.1. Общая протяжённость линии 24,5 км. Линии выполнены на железобетонных опорах, состояние опор на текущее время удовлетворительно. Используются провода марок А-50 и А-35. В линии используются изоляторы ШФ-10Г. В качестве секционирующих аппаратов установлены разъединители с ручным приводом. Анализ схемы электроснабжения произведем по следующим показателям:

- качеству напряжения;

- удельным показателям числа и длительности отключений;

Качество напряжения, определяемое уровнем напряжения на зажимах потребителей, не должно превышать допустимого значения. По данным Кунашакского РЭС количество и продолжительность отключений для проведения плановых ремонтов: 8 раз в год по 8 часов каждое отключение , что соответствует допустимым нормативам [1].

Схема внешнего электроснабжения потребителя обеспечена по 3 категории [1]. Наличие, мощность и место подключения собственных источников питания (дизель/ блокстанция):нет.

Существующая схема электроснабжения н.п.Борисова приведена на рис. 1.1.

рис. 1.1 Существующая схема электроснабжения н.п. Борисова

2.1 Расчет существующей электрической нагрузки

Расчетная нагрузка на шинах ТП определяется при помощи коэффициента одновременности, по данным нагрузки на вводе потребителей.

Определяется активная и реактивная нагрузки для дневного и вечернего максимумов.

n

Р_д =к₀  Р_{д i} ;(2.1)

i=1

n

Р_в =к₀  Р_{в i} ;(2.2)

i=1

n

Q_д =к₀  Q_{д i} ;(2.3)

i=1

n

Q_в =к₀  Q_{в i} ,(2.4)

i=1

гдеР_д , Р_в , Q_д , Q_в - расчетные дневная и вечерняя активные и реактивные нагрузки на участке линий;

Р_{д i} , Р_{в i} , Q_{д i} , Q_{в i} – нагрузки на вводе i-го потребителя;

к₀ – коэффициент одновременности.

Если нагрузки однотипных потребителей отличаются по величине более чем в 4 раза, применение коэффициента одновременности в этом случае не рекомендуется, и расчетные нагрузки участков линий определяются по выражениям:

n-1

Р_д =Р_{д наиб} +Р_{д i} ;(2.5)

i=1

n-1

Р_в =Р_{в наиб} +Р_{в i} ;(2.6)

i=1

n-1

Q_д =Q_{д наиб} +Q_{д i} ;(2.7)

i=1

n-1

Q_в =Q_{в наиб} +Q_{в i} ,(2.8)

i=1

где Р_{д наиб} - наибольшая дневная нагрузка из всех слагаемых нагрузок потребителей;

Р_{д i} - добавка к наибольшей нагрузке от активной нагрузки i-го потребителя, определяемая по таблице суммирования [1], промежуточные значения находятся интерполяцией.

Дневная расчетная нагрузка ТП2719 получена следующим образом:

Р_д =Р_{д наиб} +Р_{д i} =Р₂ +Р₁ +Р₃ =336+220+62=618 кВт (2.5)

Результаты расчета с указанием потребителей приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1–Нагрузки на вводе потребителей ТП 2719

Расчет нагрузок для остальных ТП10/0.4 кВ производится аналогично и приведен в приведен в таблицах 2.2-2.16.

Таблица 2.2–Нагрузки на вводе потребителей ТП2520

Таблица 2.3–Нагрузки на вводе потребителей ТП2570

Таблица 2.4–Нагрузки на вводе потребителей ТП2854

Таблица 2.5–Нагрузки на вводе потребителей ТП219

Таблица 2.6–Нагрузки на вводе потребителей ТП210

Таблица 2.7–Нагрузки на вводе потребителей ТП2519

Таблица 2.8–Нагрузки на вводе потребителей ТП211

Таблица 2.9–Нагрузки на вводе потребителей ТП209

Таблица 2.10–Нагрузки на вводе потребителей ТП2603

Таблица 2.11–Нагрузки на вводе потребителей ТП2765

Таблица 2.12–Нагрузки на вводе потребителей ТП2764

Таблица 2.13–Нагрузки на вводе потребителей ТП2637

Таблица 2.14–Нагрузки на вводе потребителей ТП2638

Таблица 2.15–Нагрузки на вводе потребителей ТП494

Таблица 2.16–Нагрузки на вводе потребителей ТП496

2.2 Проверка существующей ТП на систематические нагрузки

В таблице 2.17 приведем расчетную мощность на шинах ТП, номинальную мощность существующих ТП и коэффициент систематической нагрузки, который сравнивается с допустимой.

Таблица 2.17

Для нормальной работы ТП необходимо выполнение условия

К_с < К_{с доп} .

Из анализа таблицы 2.17 мы можем определить ТП, реконструкция которых необходима. Сведем эти данные в таблицу 2.18

Таблица 2.18–Трансформаторные подстанции подлежащие реконструкции

2.3 Выводы и обоснование темы проекта

Данные из таблицы 2.18 показывают, что требуется заменить 8 трансформаторов.

Замена существующих ТП требует дополнительных затрат. С другой стороны, ожидаемая нагрузка не позволяет использования существующих ТП, де К_с <К_с.доп .

Для снижения расчетной нагрузки можно рассмотреть мероприятия по снижению реактивной составляющей. В качестве этого мероприятия следует рассмотреть компенсацию реактивной мощности.

Компенсация реактивной мощности позволяет снизить полную расчетную нагрузку на шинах ТП, потери напряжения и энергии на ТП, а также повысить cos φ. Предлагаемые мероприятия, как правило, требуют меньше затрат, чем замена самих трансформаторов. Поэтому в дипломном проекте рассматриваем вариант компенсации реактивной мощности с последующей проверкой ТП.

3. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ НАГРУЗОК С УЧЕТОМ ПЕРСПЕКТИВЫ РОСТА НАГРУЗОК

Ожидаемая нагрузка с учетом перспективы развития определяется по выражению:

Р_р =Р_р.сущ К_р (3.1)

где К_р - коэффициент роста нагрузок.

Коэффициент роста нагрузок принимается из РУМ [8].

Согласно [8] К_р для существующих ТП принят в зависимости от вида нагрузки и расчетного года.

Для расчетного года ближайшей перспективы равной 5 лет для производственных и смешанных потребителей К_р =1.3.

Тогда для ТП №2719

Рд=618∙1.3=803 кВт (3.1)

Рв=510∙1.3=663 кВт

Существующие нагрузки на шинах рассмотренных ТП и результаты расчета с учетом перспективы роста нагрузок приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1–Расчет нагрузок с учетом перспективы роста

4. КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

При естественном коэффициенте мощности линии или ТП меньше 0,95 рекомендуется компенсация реактивной мощности [3].

По естественному коэффициенту мощности [1] определяется, где и когда необходима компенсация.

Определяется величина реактивной мощности Q_к , которую необходимо компенсировать до cosj=0,95 по выражению [3].

Q_к = Q_ест - 0,33Р , (4.1.)

где Q_ест - естественная (до компенсации) реактивная мощность. Для ТП 2719,

Q_{к д} =512 - 0,33 × 803=247 квар;

Q_{к в} =610 - 0,33 × 663=391 квар.

Выбирается мощность конденсаторных батарей Q_Бк , при этом перекомпенсация не рекомендуется:

Q_к ≤Q_Бк ≤Q_ест . (4.2.)

Номинальные мощности конденсаторных батарей на напряжение 0,38 кВ, квар следующие: 20, 25, 30, 40, 50, 75, 100, 125, 150 и т.д. Есть БК номинальная мощность которых, отличается от перечисленных; рекомендуется устанавливать БК, если Q_Бк ≥25 квар [3].

Батарею конденсаторов лучше выбирать одной и той же для дневного и вечернего максимумов. Если это сделать не удается, то выбирают две батареи (иногда больше), причем в один максимум они включены обе, в другой — только одна.

Для ТП 2719 можно выбрать Q_Бк =500 квар.

Определяется нескомпенсированная реактивная мощность:

Q=Q_ест - Q_Бк (4.3.)

Для ТП2719

Q_д = Q_ест - Q_Бк =512-500=12 квар;

Q_в = Q_{ест в} - Q_Бк =610-500=110 квар.

Рассчитывается полная нагрузка трансформаторных подстанций с учетом компенсации:

S=Ú Р² + Q² (4.4.)

Для ТП 2719

S_д =Ú 803² +12² =803 кВА; S_в =Ú 663² +110² =672 кВА

Коэффициенты мощности после компенсации определяются по выражениям :

Для ТП 2719

cosj_д =803/803=1; cosj_в =663/672==0,987 .

Данные по компенсации реактивной мощности сводятся в табл. 4.1.

Таблица 4.1–Сводные данные по компенсации реактивной мощности

5. ПРОВЕРКА И ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРА 10/0,4 кВ

Номинальная мощность трансформаторов 10/0,4 кВ выбирается по экономическим интервалам нагрузок [4], в зависимости от шифра нагрузки, расчетной полной мощности, среднесуточной температуры охлаждающего воздуха, наличия автономных источников для обеспечения нормативных уровней надежности электроснабжения сельскохозяйственных потребителей [5].

Выбор установленной мощности трансформаторов одно и двух трансформаторных подстанций производится по условиям их работы, в нормальном режиме исходя из условия [4]:

(5.1.)

где S_р – расчетная нагрузка подстанции, кВА;

n – количество трансформаторов проектируемой подстанции определяется в соответствии [5];

S_{эк min} , S_{эк max} – соответственно, минимальная и максимальная границы экономического интервала нагрузки трансформатора принятой номинальной мощности, в зависимости от зоны сооружения подстанции и вида нагрузки потребителей [4].

Принятые по [4] номинальные мощности трансформаторов проверяются по условиям их работы в нормальном режиме эксплуатации – по допустимым систематическим нагрузкам, а в послеаварийном режиме - по допустимым аварийным перегрузкам.

Для нормального режима эксплуатации подстанции номинальные мощности трансформаторов проверяются по условию [4]:

(5.2.)

где к_с – коэффициент допустимой систематической нагрузки трансформатора для значений среднесуточных температур расчетного сезона υ_вт .

Если значения среднесуточной температуры воздуха расчетного сезона отличен от υ_вт [4], то коэффициенты допустимых систематических нагрузок трансформаторов рассчитываются по формуле:

к_с = к_ст - ( υ_в - υ_вт ), (5.3.)

где  - расчетный температурный градиент, 1/⁰ С;

к_ст – табличное значение коэффициента допустимой систематической нагрузки, соответствующее среднесуточной температуре расчетного сезона. При среднесуточной температуре зимнего сезона меньше –15⁰ С к_ст определяется для υ_в =-15⁰ С.

Данные по выбору трансформаторных подстанций сведем в таблицу 5.1.

Рекомендуемые конденсаторные позволяют снизить расчетную нагрузку на шинах ТП. В результате проведенных мероприятий удалось снизить потребную мощность ТП.

После компенсации реактивной мощности требуется замена всего шести трансформаторов вместо восьми. При этом мощность заменяемых трансформаторов на ступень меньше, чем до компенсации.

Таблица 5.1–Технические данные трансформаторных подстанций 10/0,4 кВ

6. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ВЛ-10 кВ

Электрический расчет воздушных линий ВЛ производится с целью выбора марки и сечения проводов и определения потерь напряжения и энергии. Для существующих ВЛ 10 кВ производится проверка сечения проводов по нагреву, потере напряжения при ожидаемом росте нагрузок. Производится расчет ожидаемой потери электроэнергии. Рекомендуется следующий порядок расчета.

Записываются в таблицу 6.1 номера и длины участков линии. Подсчитываются суммы активных и реактивных мощностей потребительских ТП, находящихся за расчетным участком. По количеству трансформаторов за участком выбирается коэффициент одновременности [1] и определяется расчетная нагрузка на участках ВЛ 10 кВ. По расчетной мощности определяются токи на участках сети 10 кВ.

Таблица 6.1–Электрический расчет ВЛ 10 кВ