Что такое CVR (Conservation Voltage Reduction).

Наиболее близкий перевод для этого определения «Сохранение энергии уменьшением напряжения». Эта технология не нова и первые исследования на эту тему появились еще в 50-х годах прошлого столетия, но уровень техники не позволял внедрить это в жизнь и вот настал тот момент, когда появились средства для ее реализации. С 2010 года внедрение технологии CVR является государственной программой Департамента Энергетики США.

Суть метода в следующем. Снижение рабочего напряжения на зажимах потребителя в пределах допустимых норм приводит к снижению потребления активной мощности для большинства видов нагрузки. Не для всех видов нагрузки это работает (см. исследование), но в топологии электросетей преобладают нагрузки, потребление которых падает при снижении напряжения.

Основным вопросом для Заказчика является количество электроэнергии, которую может сэкономить данная технология. И на этом этапе появляются первые трудности, так как сравнить потребление с неравномерной нагрузкой довольно проблематично, а выделять отдельно идентичные нагрузки и питать их разными значениями напряжения в реальных условиях практически невозможно. Как доказать эффект энергосбережения?

Проведение аудита качества энергии на различных объектах подсказало решение этого вопроса. Внизу представлен суточный график среднеквадратичных значений напряжений и токов на одном из реальных объектов:

Ничего необычного в нем нет, похожую картину видят тысячи энергетиков различных предприятий. Дневной пик нагрузки и ночной минимум потребления. Но на этой диаграмме привлекают внимания резкие перепады напряжения, которые не обусловлены влиянием нагрузки. Это изменение напряжения со стороны сетей среднего и высокого напряжений, которые происходят ежесуточно для поддержания необходимого значения напряжения у конечного потребителя. Утром, когда потребление растет и напряжение падает проводят его повышение, и наоборот в ночное время, когда нагрузка в энергосистеме уменьшается и напряжение повышается делают снижение напряжения. Чем интересны эти перепады в нашем случае?

Эти перепады позволяют нам оценить, как отреагирует потребление конкретной системы электроснабжения при уменьшении напряжения. Это не теория, а конкретное значение, которое и будет определять эффективность внедрения CVR на этом объекте. Увеличим один из таких перепадов напряжения:

Обращаю внимание на временной интервал этого графика. Весь переходной процесс, который происходит при резком понижении напряжения занимает около 200 мс. Не многие устройства могут отследить этот процесс с необходимой точностью. Эти данные получены при помощи анализатора компании Elspec, который имеет уникальную функцию непрерывной записи формы волны напряжения и тока, что позволяет увеличить в необходимом масштабе любой участок исследования.

Вернемся к графику:

Верхний график значение напряжения, затем значения активной мощности и ток. Напряжение изменилось с 430 В (первая фаза) до 424 В. То есть уменьшилось на 1,5%. Потребляемая активная мощность при этом уменьшилась с 310 кВт до 308 кВт, приблизительно на 0,5 %. Следуя законам физики увеличился ток порядка 1%, так как двигательная нагрузка забрала свою мощность, увеличив потребление тока.

Из таких значений по каждому объекту можно составить следующую таблицу:

Таким образом на основе анализа таких характерных точек мы можем заметить следующую закономерность: при снижении напряжения на 1,5 % потребление активной мощности для этого объекта уменьшается в среднем на 0,5 %. Принимая во внимание тот факт, что регулирование напряжения отпайками трансформатора возможно в диапазонах +5%,-5% с шагом 2,5% и то, что при проведении измерения отпайки находились в среднем положении. Можно рекомендовать уменьшить напряжение на 5%, при этом ожидаемое снижение потребления будет составлять 1,5%.

Есть очень важные условия, которые определяют возможность снижения напряжения. Это его минимальные значения (360В-10% от 400В) и длительные средние значения напряжения 380В-5% от 400 В), регламентированные стандартом качества электрической энергии EN50160(ДСТУ EN50160 2014). Программное обеспечение позволяет отобразить необходимую статистику по уровню напряжения на объекте:

Анализируя статистические данные, в первую очередь среднее напряжение и минимальное напряжение за период измерения мы можем заметить, что средний уровень напряжения не опускался ниже 414 В (при допустимом 380 В), а уровень минимального напряжения не опускался ниже 402 В (при допустимом значении 360 В). Таким образом при снижении напряжения на 5%(20В) его уровень с запасом удовлетворяет допустимым значениям и остается в пределах норм.

По результатам этого аудита Заказчику было рекомендовано снизить напряжение на 5% путем установки отпаек трансформатора со стороны ВН в соответствующее положение.

После выполнения этих рекомендаций были проведены повторные измерения:

Измерения проводились в течении нескольких дней, чтобы иметь более широкую базу для сравнения. Объект проведения аудита - это система вентиляции и кондиционирования(HVAC) крупного центра обработки данных(ЦОД). Потребление такой системы зависит от среднесуточной температуры наружного воздуха, так как тепловыделение серверного оборудования практически постоянное, поэтому для сравнения были выбраны два дня с одинаковой среднесуточной температурой 23,6 градуса Цельсия. Результаты полностью подтверждают наши прогнозы. Средний уровень напряжения находится на уровне 395 В. Минимальный уровень напряжения 380 В. Таким образом напряжение остается в пределах допустимых норм. Но самое интересное, как изменилось потребление системы при уменьшении напряжения. Для этого давайте сравним графики мощности:

График потребления активной мощности за сутки, кВт

Визуальное сравнение наиболее наглядно. Разница площадей, покрываемых кривыми и будет той экономией, которую получает Заказчик. На основе полученных значений потребления за сутки 9453 кВт*ч до понижения напряжения и 9050 кВт*ч после понижения напряжения, экономия энергии составила около 4,2% !!! Это очень значительная величина, особенно для крупных потребителей энергии. Экономический эффект для этого объекта при средней потребляемой мощности 350 кВт в час 128 772 кВт*ч экономии за год! При тарифе 1,5 грн за кВт*ч.- 193 158 грн за год. Стоимость аудита качества электроэнергии при этом около 10000 грн. Очень выгодное вложение средств с периодом окупаемости менее месяца.

Отдельно хотел бы сказать об оборудовании, при помощи которого производились измерения. Это анализатор сети Pure BlackBox, компании Elspec, который имеет очень высокий класс точности 0,1 и является измерительным устройством класса А в соответствии со стандартом IEC 61000-4-30.В ходе проведения анализа измерений было проведено сравнение полученных результатов потребляемой мощности с реальными значениями потребления, полученными из АСКУЭ и переданных нам Заказчиком. Разница показаний составила 0,6%. Это говорит об очень высокой достоверности результатов.

Читатель, который был внимателен, мог заметить разницу между предполагаемым значением экономии (1,5 %) и реальным 4,2% по результатам повторного аудита. Для меня и для Заказчика это тоже было приятным сюрпризом. При более внимательном рассмотрении полученных данных можно заметить еще несколько важных факторов, обеспечивающих дополнительную экономию:

1.Значительно выровнялся график потребления.Пиковое значение потребляемой мощности уменьшилось на 8%! С 466 кВт до 428 кВт.Это дало дополнительный эффект энергосбережения, за счет уменьшения потерь при передаче энергии, связанными с неравномерным графиком нагрузки.

Уменьшение пиковой мощности критически важно для очень большого числа предприятий, так как очень часто организации, поставляющие энергию вводят лимиты по потребляемой мощности в часы пиковых нагрузок и эксплуатации приходится проводить очень много дополнительных мероприятий для того, чтобы войти в них. Применение же этой технологии может позволить получить дополнительный резерв мощности и не отключать часть неприоритетных нагрузок, для того чтобы войти в лимиты.

2.На графиках тока и мощности можно заметить их броски, вызванные пуском компрессоров системы охлаждения. Если даже визуально сравнить два графика суточного потребления мощности, заметно, что после снижения напряжения таких бросков стало значительно меньше. Я предполагал уменьшение количества пусков компрессоров после снижения напряжения, так как их мощность уменьшается, и рабочий цикл соответственно удлиняется, поэтому отдельно провел статистику количества включений в час этих нагрузок.

Результат, следующий 686 включений за сутки до снижения напряжения и 342 включения за сутки после, уменьшение количества пусков практически в 2 раза! Как зависит ресурс компрессора от количества пусков -это отдельное исследование, но однозначно уменьшение количества пусков ведет к значительному увеличению срока службы компрессора, так как каждый такой пуск -это масляное голодание компрессора, пока система смазки не выйдет на рабочее давление. С точки зрения энергосбережения-уменьшение пусков двигателя-уменьшение бесполезно затраченной пусковой энергии и это дает дополнительное энергосбережение.

3.Системы автоматического регулирования работают в более благоприятном режиме, так как при уменьшении мощности элементов, меньше энергии тратится при перерегулировании. При одной и той же инерционности датчика, менее мощный двигатель закачает меньше хладагента, и выполнит меньше бесполезной работы, пока он получит сигнал отключения.

Может кто-то найдет еще факторы, которые увеличиваю эффект энергосбережения...

Но кроме энергосбережения очень весомым фактором будет увеличение срока службы оборудования, так как большинство современных нагрузок имеют конденсатор в составе своего блока питания. А срок его службы обратно пропорционален квадрату напряжения. Соответственно увеличивается ресурс освещения, электроники и практически всех потребителей сети.

И в резюме статьи сразу хочу снять вопросы по поводу работы оборудования на пониженном напряжении. Напряжение снижается не ниже номинального значения для установленного оборудования. Никто не предлагает подавать на двигатель 370 В, вместо номинальных 380.Мы предлагаем подавать 390 вместо реальных 415 В которые присутствуют на многих объектах.

Кроме того, очень важно после проведения таких мероприятий постоянно контролировать уровень напряжения в сети, чтобы вовремя среагировать при его изменении и избежать работы оборудования в недопустимом диапазоне питающего напряжения. Для контроля параметров электроснабжения после проведения мероприятий рекомендуем установить регистратор качества электрической энергии Elspec G4220, который в режиме реального времени будет контролировать соответствие параметров сети стандартам, извещать и регистрировать их отклонения, а также генерировать еженедельный отчет анализа качества электроэнергии в соответствии с международным стандартом EN 50160.

Надеюсь информация, изложенная в статье будет полезна. Компания Экстрим ЛТД делает первые шаги на пути реализации технологии CVR.Поэтому будем признательны за любые замечания, которые помогут двигаться в необходимом направлении. Постараюсь ответить на все интересующие Вас вопросы. Информацию по проведению аудита Вы можете найти на сайте компании: http://extreme-ltd.com.ua

Читайте также Зачем нужно мониторить качество электроэнергии на солнечных электростанциях.

Чевела Эдуард

Экстрим ЛТД
chevela@extreme-ltd.com.ua

Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber