1. Проблема нерівномірності і вирівнювання графіків навантажень
Витрати на виробництво, передачу і розподіл електроенергії при інших рівних умовах залежать від форми графіка споживання. Чим більш різко виражена нерівномірність споживання, тим більші витрати.
Графіки навантажень енергосистем мають явно виражені піки навантажень – ранковий і вечірній, між якими знаходиться зона деякого зниження навантаження спостерігається впродовж 6-8 нічних годин. Аналіз тенденції розвитку електроспоживання показує, що з часом нерівномірність графіка навантажень зростає, більш різко проявляються зони піків і провалів навантажень. Перед енергосистемами виникає проблема покриття піків електричних навантажень, а також забезпечення економічного режиму роботи агрегатів в години нічних провалів.
Рисунок 1 - Неперервний графік навантаження
Для покриття піків або дефіциту потужності є два шляхи – збільшення генераторних потужностей і вирівнювання регулювання графіків навантаження за допомогою споживачів електроенергії. З точки зору загальнодержавних інтересів доцільно використовувати останній, тому що тієї ж мети можна досягнути при незрівнянно менших витратах. Окрім покриття дефіциту потужності вирівнювання графіків навантажень енергосистем призводить до зменшення втрат електроенергії і напруги в її мережах, а також питомих витрат палива на виробництво електроенергії.
Вирівнювання добових графіків навантажень споживачів призводить до зниження:
- нерівномірності графіків навантажень енергосистеми;
- втрат активної потужності і електроенергії в мережах;
- втрат напруги в мережах і розмаху її відхилення від номінального значення на зажимах електроприймачів протягом доби;
- витрат на оплату електроенергії.
Таким чином, прагнення окремих споживачів до мінімуму витрат при споживанні електроенергії призводить до мінімізації витрат на виробництво і передачу енергії, тобто до оптимуму в цілому. Тому вирівнювання добових графіків навантажень споживачів електроенергії можна розглядати як один із найважливіших заходів по збереженню фінансових і енергетичних ресурсів.
Загальна стратегія впровадження заходів з енергозбереження: в першу чергу впроваджуються заходи, які не потребують капітальних вкладень, в другу – заходи з найменшими приведеними затратами.
Умова економічної доцільності впровадження заходів з енергозбереження і зокрема по вирівнюванню добових графіків запишеться у вигляді
,
де Зр і Зб – приведені затрати на виконання окремої технологічної операції (процесу, виду роботи) в розрахунковому році (після впровадження заходів) і в базовому році (до впровадження), т.грн.
Приведені затрати на виконання окремої технологічної операції (процесу, виду роботи) в загальному випадку пропонується визначати за формулою (для розрахункового і базового року)
,
де 
– сумарний коефіцієнт відрахувань від капітальних вкладень;
- додаткові капітальні затрати на реалізацію заходу з енергозбереження;
- відповідно, питома витрата електроенергії на одиницю продукції в базовому році і її заплановане або фактичне зниження або ж підвищення в розрахунковому році;
– відповідно, додаткова і основна тарифні ставки за електроенергію;
– відповідно, питома вартість сировини і матеріалів, необхідних для виробництва одиниці продукції в базовому році і її заплановане або фактичне зниження або збільшення в розрахунковому році;
– відповідно, максимум активного навантаження в і-тому кварталі в період максимуму енергосистеми в базовому році і його заплановане або фактичне зниження в розрахунковому році;
– можливе збільшення або зменшення фонду заробітної плати в результаті впровадження заходу з енергозбереження;
- річний випуск продукції в базовому році.
За умови 
підприємство отримує економію електричної енергії при відсутності прибутку і можливості зробити відрахування в фонд енергозбереження підприємства.
Разом з тим, впровадження заходів з енергозбереження не повинно погіршувати економічні показники підприємства. Можна поставити умову, щоб ефективність цих заходів була не менша ефективності виробництва продукції, яка планується на розрахунковий рік. Тоді граничну умову економічної доцільності реалізації заходів з енергозбереження можна записати так:
; 
; 
,
де 
- планова рентабельність;
- прибуток підприємства, що планується в розрахунковому році, грн.;
- собівартість продукції, яка планується в розрахунковому році, грн.
При виконанні даної умови, підприємства і безпосередньо виконавці зацікавлені у здійснені заходів з енергозбереження, є можливість поповнювати фонд енергозбереження і стимулювати впровадження таких заходів: дана умова може також служити критерієм черговості впровадження заходів з енергозбереження. При наявності конкуруючих варіантів і незначній різниці між значеннями приведених затрат (в межах ±5%) перевага віддається варіанту з більшою економією електроенергії.
2. Критерії для оцінки економічної доцільності вирівнювання графіків навантаження
Для такого заходу з енергозбереження, як вирівнювання добових графіків навантажень пропонується більш простий критерій оцінки економічної доцільності його впровадження.
Питому вартість зниження максимуму навантаження (грн./ кВт) для підприємства в період максимуму навантаження енергосистеми пропонується визначати за наступною формулою.
Критерій для вирівнювання добового графіка
,
де 
– приведені затрати на здійснення технологічної операції (процесу, виду роботи) в розрахунковому році після переведення установки в режим вирівнювання добового графіка навантажень. Величина визначається за наведеною вище формулою;
– максимальні навантаження підприємства в період максимуму навантаження енергосистеми до і після впровадження режимних заходів, кВт;
– зниження максимуму навантаження після переведення установки в режим вирівнювання добового графіка.
Критерій економічної доцільності зниження максимуму навантаження споживача в період максимуму навантаження енергосистеми можна записати так
,
де 
– приведена плата за 1 кВт максимуму навантаження підприємства, яке бере участь в максимумі навантаження енергосистеми, грн./кВт. При 
економічний ефект отримає тільки енергосистема. Здійснення заходів по вирівнюванню добового графіка навантажень не повинно погіршувати економічні показники підприємства. Ефективність цих заходів повинна бути не менше ефективності виробництва, яка планується на розрахунковий рік. З врахуванням цієї умови і нерівності 
критерій економічної доцільності вирівнювання добових графіків електричних навантажень для промислових підприємств запишеться так
Питома приведена вартість електроенергії при двохставочному тарифі для підприємства
,грн./кВт/год.
3. Типові заходи по вирівнюванню добових графіків навантажень (на прикладі гірничих підприємств)
Аналіз режимів роботи основного обладнання і електроспоживання на гірничих підприємствах показує, що вони володіють значними резервами для зниження максимуму активних навантажень енергосистеми.
Основні з них:
- Зміна режиму роботи окремих дільниць і цехів (буро-вибухових робіт і гідровскриші) таким чином, щоб початок змін приходився на закінчення зони максимуму енергосистеми (зміна режиму роботи тільки цих дільниць дозволяє зменшити максимум навантаження в цілому по підприємству в 1,3 – 1,5 рази). Це можливо для цехів, які працюють в 1 чи 2 зміни.
- Перенесення роботи окремого обладнання з періоду максимуму навантажень енергосистеми на інший час доби, яке протягом доби включається в роботу періодично (кар'єрний водовідлив, насосні станції, які використовуються для підкачки води в систему зворотнього водопостачання; засоби навантаження продукції в автомобільний транспорт, пристрої підігрівання бітуму, зварювальні агрегати ).
- Відключення на період максимуму малозавантаженого технологічного обладнання (наприклад, екскаваторів, які мають запас по продуктивності).
- Децентралізація розміщення компенсуючих пристроїв в електричних мережах.
- Створення резервних технологічних ліній і агрегатів, створення проміжних складів сировини, комплектуючих напівфабрикатів, розширення місткості водозбірників кар'єрного шахтного водовідливу та інших заходів, які вимагають додаткових капіталовкладень. На різних підприємствах можуть бути свої заходи, зумовлені спеціальною технологією процесу.
Як було вище зазначено, вирівнювання добових графіків навантажень призводить до зменшення втрат електроенергії і напруги.
4. Визначення зменшення втрат напруги і енергії при вирівнюванні добових графіків навантажень
Зменшення втрат електроенергії в мережах підприємства можна визначити за формулою
(1)
де Rе – еквівалентний опір мереж підприємства, Ом;
Uн – номінальна або середня напруга мережі, до якої приведений опір всіх елементів системи електропостачання підприємства, кВ;
n – кількість добових графіків навантажень, які залучені до обробки;
m – кількість ступенів добового графіка електричних навантажень підприємства;
– активна потужність j-го ступеня і-го добового графіка в базовому році, кВт;
– теж, в розрахунковому році, кВт;
– ширина j-го ступеня (або період дії навантаження ) і-го добового графіка навантажень в базовому році, год.;
– те ж, в розрахунковому році, год.;
При наявності на підприємстві кількох характерних графіків навантажень (наприклад, сезонні графіки), які суттєво відрізняються один від одного, формула (1) запишеться у вигляді
(2)
де s – кількість характерних графіків електричних навантажень на даному підприємстві.
Якщо взяти за основу усереднені добові графіки (графіки представники по кожному їх виду), то формули (1) і (2) можна спростити і записати у вигляді
,
де 
- кількість робочих діб в році.
Нехай задана розгалужена мережа промислового підприємства, яку ми шляхом паралелограму – послідовного еквівалентування перетворюємо на схему з одним еквівалентним елементом: Re i Xe. Оцінка втрат і рівні напруги при вирівнюванні добових графіків навантажень за спрощеним методом. Втрати напруги в електричних мережах підприємства і рівні напруги на узагальнених затискувачах електроприймачів в режимах найбільших і найменших навантажень підприємства можна визначити за формулами
; 
;
; 
,
де 
– найбільші активне (кВт) і реактивне (кВАр) навантаження підприємства;
– еквівалентні активний і реактивний опори електричних мереж підприємства, Ом;
– рівні напруги на узагальнених затискувачах електроприймачів підприємства, відповідно, в режимах найбільших і найменших його навантажень кВ;
– втрати напруги в мережах підприємства, відповідно, в режимах найбільших і найменших навантажень, кВ.
Підсумок
Студент повинен знати: чому виникає проблема нерівномірності графіків навантажень, які існують критерії для оцінки економічної доцільності вирівнювання графіків навантаження, типові заходи по вирівнюванню добових графіків навантажень, шляхи зменшення втрат напруги і енергії при вирівнюванні добових графіків навантажень
Студент повинен вміти: розраховувати критерії економічної доцільності зниження максимуму навантаження, визначати втрати електроенергії та напруги в мережах підприємства
Контрольні питання
1. Назвіть особливості графіків електричних навантажень.
2. Які існують шляхи для покриття піків або дефіциту потужності енергосистеми?
3. До чого призводить вирівнювання добових графіків електричних навантажень споживачів?
4. До чого призводить вирівнювання добових графіків електричних навантажень енергосистеми?
5. Яка загальна стратегія впровадження заходів з енергозбереження?
6. Яка умова економічної доцільності впровадження заходів з енергозбереження?
7. Назвіть критерій для вирівнювання добового графіка.
8. Назвіть критерій економічної доцільності зниження максимуму навантаження споживача в період максимуму навантаження енергосистеми.
9. Назвіть типові заходи по вирівнюванню добових графіків навантажень.
10 Яким чином можна зменшити втрат напруги і енергії при вирівнюванні добових графіків навантажень?
Джерела інформації
1. Федоров А.А., Каменева В.В Основы электроснабжения промышленных предприятий. – М.: Энергоатомиздат, 1984 – 472 с.
2. Мукосеев Ю.Л. Электроснабжение промышленных предприятий. –М.: Энергия 1973. – 584с.
3. Справочник по электроснабжению промышленных предприятий. В 2т. Под ред. Федорова А.А., Сербиновского Г.В. - М.: Энергия , 1973 (1980,1986).
4. Справочник по проектированию электроснабжения / Под ред. Ю.Г.Барыбина и др. – М.: Энергоатомиздат, 1990.
5. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий. – М.: Энергоатомиздат, 1995.
6. Ристхейн Э.М. Электроснабжения промышленных установок. –М.:Энергоатомиздат,1991 – 424 с.
7. Князевский Б.А., Липкин Ю.Б. Электроснабжение промышленных предприятий. – М.: Высшая школа 1986. – 400с.
Глосарій, персоналій
Графік навантаження, нерівномірність графіків навантажень, вирівнювання графіків навантаження, втрати напруги, втрати енергії, енергосистема, максимуму активних навантажень енергосистеми
Річні втрати електроенергії в трансформаторах визначаються за виразом [8–10]
(14)
де 
– втрати холостого ходу трансформатора, кВт;
– втрати короткого замикання трансформатора, кВт;
– час, протягом якого трансформатор приєднано до мережі, год;
– час, протягом якого трансформатор працює під навантаженням, год;
– коефіцієнт завантаження трансформатора, квадрат якого за умов змінного навантаження визначається за виразом:
, (15)
