wyznaczanie_zapotrzebowania_mocy w zakładach przemysłowych.pdf

Mgr in Ň . Mirosław Kobusi ı ski Wrocław, 4.04.2008

Instytut Energoelektryki P.Wr.

WYZNACZANIE PRZEWIDYWANYCH OBCI ġņ E İ

ELEKTROENERGETYCZNYCH ZAKŁADÓW PRZEMYSŁOWYCH.

Wst ħ p.

Podstawow Ģ czynno Ļ ci Ģ przy projektowaniu układu zasilania zakładu przemysłowego

jest ustalenie kategorii zakładu ze wzgl ħ du na wymagana niezawodno Ļę zasilania

i wyznaczenie przewidywanego obci ĢŇ enia elektroenergetycznego (obliczeniowej mocy

szczytowej), od którego zale ŇĢ przede wszystkim dobór parametrów znamionowych

elementów projektowanego układu oraz w pewnym stopniu jego konfiguracja.

Wyznaczenie przewidywanego obci ĢŇ enia z nadmiarem powoduje straty gospodarcze

na skutek nieuzasadnionego zwi ħ kszenia kosztów realizacji inwestycji.

Przyj ħ cie zbyt małych warto Ļ ci obci ĢŇ e ı powoduje, Ň e zaprojektowany układ ma

nisk Ģ elastyczno Ļę , zbyt mał Ģ przepustowo Ļę oraz nadmiern Ģ awaryjno Ļę . To powoduje

ponadto zwi ħ kszenie strat wynikaj Ģ cych z przestojów awaryjnych, pogorszenie jako Ļ ci

dostarczanej energii i zwi ħ kszenie strat energii. W skrajnym przypadku na skutek niskiej

przepustowo Ļ ci układu mo Ň e istnie ę konieczno Ļę przebudowy układu. Przebudowa taka mo Ň e

by ę utrudniona z uwagi na uruchomiony proces produkcyjny w zakładzie, co dodatkowo

zwi ħ ksza koszty.

Istnieje wiele metod obliczania obci ĢŇ e ı szczytowych opracowanych przy ró Ň nych

zało Ň eniach i o ró Ň nej zło Ň ono Ļ ci oblicze ı . Mimo to uzyskiwane wyniki cz ħ sto ró Ň ni Ģ si ħ

bardzo od obci ĢŇ e ı rzeczywistych. Stanowi to istotny problem gospodarczy. Przyczyny

takiego stanu rzeczy to niedoskonało Ļ ci niektórych metod obliczeniowych oraz

nieadekwatno Ļę warto Ļ ci wska Ņ ników wykorzystywanych przez metody obliczeniowe. Na

warto Ļ ci stosowanych współczynników ma wpływ wiele czynników, takich jak mi ħ dzy

innymi:

rodzaj i technologia produkcji oraz jej zmiany,

rodzaj i jako Ļę produkowanych wyrobów,

rodzaj parku maszynowego i stopie ı jego dostosowania do technologii,

rzeczywiste obci ĢŇ enia i programy pracy poszczególnych odbiorników i grup

odbiorników,

kwalifikacje obsługi i dyscyplina pracy,

organizacja produkcji,

warunki geograficzne.

Post ħ p technologiczny w przemy Ļ le zwi Ģ zany głównie z automatyzacj Ģ i zwi ħ kszaniem

jako Ļ ci produkcji, wymusza cz ħ ste zmiany wi ħ kszo Ļ ci powy Ň szych parametrów, co utrudnia

prawidłowe wyznaczanie przewidywanych obci ĢŇ e ı szczytowych.

Generalnie rzecz bior Ģ c wskazane jest raczej przewymiarowanie projektowanych

urz Ģ dze ı w stosunku do aktualnych obci ĢŇ e ı , ni Ň ich dobór w minimalnym stopniu

spełniaj Ģ cy wymagania. Wszystko po to , aby przy zmianie rodzaju czy technologii produkcji

nie trzeba było wprowadza ę du Ň ych zmian w układzie zasilania i sieciach rozdzielczych.

Metoda obliczeniowa powinna prowadzi ę w mo Ň liwie prosty sposób do wyznaczenia

wielko Ļ ci niezb ħ dnych dla doboru elementów układu elektroenergetycznego, z punktu

widzenia ich roboczej obci ĢŇ alno Ļ ci pr Ģ dowej. Takimi wielko Ļ ciami s Ģ obliczeniowy pr Ģ d

szczytowy albo obliczeniowa moc szczytowa i obliczeniowy współczynnik mocy.

Mimo, Ň e przy wyznaczaniu przewidywanych obci ĢŇ e ı chodzi o wyznaczenie

obliczeniowego pr Ģ du szczytowego, w obliczeniach operuje si ħ na ogół poj ħ ciem mocy

szczytowej. Wynika to z faktu, Ň e znacznie łatwiej jest bada ę obci ĢŇ enie moc Ģ ni Ň pr Ģ dem, ze

wzgl ħ du na wi ħ ksze rozpowszechnienie przyrz Ģ dów pomiarowych, potrzebnych do

wyznaczenia odpowiednich wska Ņ ników i kontroli wyników w zakresie mocy.

Zasadniczo obliczeniowa moc szczytowa jest poj ħ ciem umownym, słu ŇĢ cym tylko do

wyznaczenia obliczeniowego pr Ģ du szczytowego zgodnie z zale Ň no Ļ ci Ģ :

cos

Ogólna charakterystyka metod wyznaczania obliczeniowych obci ĢŇ e ı

elektroenergetycznych.

Ocena metod obliczeniowych powinna by ę przeprowadzona w oparciu o nast ħ puj Ģ ce kryteria:

1) Przyj ħ ta metoda powinna umo Ň liwia ę proste przeliczanie obliczeniowego pr Ģ du

szczytowego dla dowolnych cieplnych stałych czasowych wymiarowanych elementów

układu.

2) Uniwersalno Ļę metody w zakresie wyznaczania obci ĢŇ e ı dla ró Ň nych poziomów rozdziału

energii (RO, GPZ).

3) Dostateczna dokładno Ļę uzyskiwanych wyników w zale Ň no Ļ ci od ich przeznaczenia.

4) Łatwo Ļę wyznaczania adekwatnych wska Ņ ników, na których opiera si ħ metoda.

5) Prostota algorytmu oblicze ı .

Metody obliczania obci ĢŇ e ı elektroenergetycznych mo Ň na podzieli ę na:

1) Metody uproszczone:

Metody te nie uzale Ň niaj Ģ stosunku obliczeniowej mocy szczytowej do mocy zainstalowanej

(mocy znamionowej) od liczby odbiorników. Metody te mog Ģ by ę stosowane jedynie

wówczas, gdy obci ĢŇ enie w ci Ģ gu rozpatrywanego okresu jest praktycznie stałe. Dotyczy to

grupy odbiorników pracuj Ģ cych w sposób ci Ģ gły z niezmiennym obci ĢŇ eniem lub bardzo

licznej grupy odbiorników o dowolnych charakterystykach obci ĢŇ enia, nie wykazuj Ģ cych

wzajemnych korelacji (np. pompy, wentylatory o ruchu ci Ģ głym).

Metody uniwersalne.

Oparte s Ģ na podstawach teoretycznych z zakresu rachunku prawdopodobie ı stwa i statystyki

matematycznej. Uzale Ň niaj Ģ one stosunek mocy szczytowej do mocy zainstalowanej od

liczby odbiorników i charakteru zró Ň nicowania ich mocy znamionowych. Metody słu ŇĢ do

wyznaczania przewidywanych obci ĢŇ e ı powodowanych przez zbiory zło Ň one z dowolnej

liczby odbiorników , których charakterystyki obci ĢŇ enia musz Ģ by ę niezale Ň ne.

3) Metody specjalne.

Opieraj Ģ si ħ na pracochłonnej analizie wykresów technologicznych i charakterystyk

odbiorników. W praktyce stosowane bardzo rzadko, tylko wtedy gdy nie znajduj Ģ

zastosowania metody uproszczone i uniwersalne. Bardziej znane metody specjalne to metoda

analizy wykresów technologicznych i metoda indywidualnej oceny obci ĢŇ enia odbiorników.

Stosowane s Ģ do du Ň ych odbiorników o specjalnym charakterze pracy (np. piece łukowe,

trakcja, nap ħ dy walcownicze).

W krajowej praktyce projektowej do obliczania przewidywanych obci ĢŇ e ı zakładów

przemysłowych s Ģ stosowane nast ħ puj Ģ ce metody:

metoda mocy jednostkowej ( Ļ redniówek powierzchniowych),

metoda jednostkowego zu Ň ycia energii elektrycznej ,

metoda wska Ņ nika zapotrzebowania mocy k z ,

metoda dwuczłonowa (Liwszyca),

metoda zast ħ pczej liczby odbiorników n z ,

metoda statystyczna.

Metoda mocy jednostkowej ( Ļ redniówek powierzchniowych).

Metoda wykorzystywana na najwcze Ļ niejszych etapach procesu projektowego (etap KP).

Znajduje zastosowanie dla zakładów (oddziałów) o zamkni ħ tym i ustalonym cyklu procesu

technologicznego oraz jednorodnej i równomiernej produkcji.

Wg metody moc zapotrzebowana :

gdzie: k A – wska Ņ nik powierzchniowego zapotrzebowania na moc [W/m 2 ],

A - powierzchnia [m 2 ].

Niektóre warto Ļ ci wska Ņ ników k A zestawiono w tab. 1.

Tab.1. Wska Ņ niki obci ĢŇ enia powierzchniowego k A moc Ģ zapotrzebowan Ģ .

Rodzaj wydziału lub

obróbki

Obci ĢŇ enie

powierzchniowe

k A [W/m 2 ]

Przemysł maszynowy:

•

obróbka wiórowa

60 – 250

200 – 700

60 – 180

180 – 350

80 – 150

50 – 100

30 – 120

40 – 60

100 – 150

40 – 80

•

obróbka cieplna

•

tłocznie

•

ku Ņ nie

spawalnie

• odlewnie

Przemysł elektroniczny

Wydziały obróbki drewna

Papiernie

Przemysł tekstylny

Huty szkła

•

Metoda jednostkowego zapotrzebowania na energi ħ .

Oparta jest na znajomo Ļ ci danych statystycznych dotycz Ģ cych zu Ň ycia energii elektrycznej na

jednostk ħ produkcji E j wytworzonej w okre Ļ lonej technologii, wydajno Ļ ci zakładu w ci Ģ gu

roku lub innego okre Ļ lonego czasu oraz rocznego czasu trwania obci ĢŇ enia szczytowego T S .

Metoda daje orientacyjne wyniki, poniewa Ň warto Ļ ci E j i T S mog Ģ si ħ zmienia ę dla danego

wyrobu w szerokich granicach.

Metoda przydatna jest na pocz Ģ tkowym etapie procesu projektowego do wyznaczania

zapotrzebowania mocy i energii całego zakładu przemysłowego lub oddziału o zamkni ħ tym

cyklu procesu technologicznego albo do szybkiej weryfikacji wyników uzyskanych innymi

metodami.

Moc zapotrzebowana okre Ļ lana jest z zale Ň no Ļ ci :

P =

gdzie: E r – roczne zu Ň ycie energii,

T S – roczny czas u Ň ytkowania mocy szczytowej.

Warto Ļę E r wyznaczy ę mo Ň na z zale Ň no Ļ ci:

gdzie: E j – jednostkowe zu Ň ycie energii,

N r – wielko Ļę produkcji zakładu.

Warto Ļ ci rocznych czasów u Ň ytkowania mocy szczytowej w ró Ň nych zakładach

przemysłowych zestawiono w Tab.2., natomiast w Tab. 3 zestawiono wska Ņ niki zu Ň ycia

energii elektrycznej na jednostk ħ produkcji w ró Ň nych zakładach przemysłowych.

Tab.2. Roczne czasy u Ň ytkowania mocy szczytowej T S w niektórych gał ħ ziach przemysłu.

Rodzaj zakładu

T S [h]

4800 – 6700

5500 – 6500

5500 – 6800

5000 – 6000

3800

3500 – 4100

3400 – 4400

5800 – 6800

5600 – 6800

7100

4700

4400 – 7100

5000 – 6500

4000 – 4500

4000 – 5000

7500

Kopalnie w ħ gla kamiennego

Kopalnie rud metali kolorowych

Huty Ň elaza

Zakłady przemysłu metali kolorowych

Zakłady budowy maszyn ci ħŇ kich

Fabryki narz ħ dzi i aparatów

Warsztaty naprawcze samochodów

Zakłady przemysłu chemicznego

Cementownie

Huty szkła

Tartaki

Fabryki mebli

Zakłady przemysłu papierniczego

Chłodnie

Młyny

Stacje pomp

Tab.3. Wska Ņ niki zu Ň ycia energii elektrycznej na jednostk ħ produkcji.

Rodzaj produktu

Jednostka

produktu

Zu Ň ycie energii

[kW·h]

Przemysł chemiczny:

•

Farby

tona

150 – 225

160 – 190

7460 – 9500

1500 –2000

250 - 400

•

Kwas siarkowy

•

Jedwab wiskozowy

•

Włókna poliestrowe

•

Wyroby gumowe

Przemysł tekstylny i lekki:

•

Prz ħ dza bawełniana

tona

1000 m 2

1000 par

1200

2500

750

450

•

Tkanina bawełniana

•

Materiały czesankowe

•

Tkaniny techniczne

•

Obuwie skórzane

Przemysł drzewny i papierniczy:

m 3

tona

9 – 30

375

10000

•

Obróbka drewna

•

Papier gazetowy

•

Papier elektroizolacyjny

Przemysł spo Ň ywczy:

•

M Ģ ka

tona

30 – 54

150 – 260

110 – 200

100 – 120

12 – 17

•

Krochmal

•

Cukier

•

Masło i ser

•

Pieczywo

Przemysł materiałów budowlanych:

•

Cement portlandzki

tona

1000 szt.

tona

130

15 – 100

50 – 96

8 – 10

•

Cegła czerwona

•

Szkło okienne

•

Wapno wypalane

•

Beton

Przemysł maszynowy:

•

Silniki elektryczne

kV·A

szt.

12 – 18

2 – 5

700 – 1300

7000

5000 – 8000

•

Transformatory

•

Samochody osobowe

•

Wagony tramwajowe

•

Traktory

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: