Характеристика городских потребителей электроэнергии

⇐ Назад

Потребители электроэнергии, расположенные на территории города, могут быть разбиты на пять групп: промышленные предприятия; жилые и общественные здания; коммунально-бытовые предприятия; электротранспорт; уличное освещение.

Все потребители электроэнергии характеризуются мощностью установленных электроприемников, объемом и режимом потребления электроэнергии. Независимо от вида потребителей основные характеристики электропотребления являются случайными функциями. Поэтому при определении закономерностей формирования этих характеристик используются методы математической стати-

стики и теории вероятности. В качестве базы для анализа и установления закономерностей служат существующие характеристики, полученные при измерениях в действующих электрических сетях. В промышленности уровень электропотребления определяется характером, способом и объемом производства. Особенно большое влияние на электропотребление в промышленности оказывают особенности применяемой технологии, состав оборудования и режим функционирования предприятия.

Электропотребление в жилых зданиях определяется обеспеченностью жилой площадью, материальным достатком, укладом жизни, уровнем благоустройства и электрификацией бытовых процессов. В настоящее время выделяют три уровня электрификации бытовых процессов.

I уровень предусматривает использование осветительных и бытовых приборов общего назначения: культурно-бытовых (телевизоров, радиоприемников и т. п.); хозяйственно-бытовых (пылесосов, стиральных, швейных и других машин); для обработки и хранения пищевых продуктов (холодильников, кухонных машин и др.) при условии приготовления пищи на газовых или твердотопливных плитах, отопление и горячее водоснабжение от индивидуальных или местных источников теплоты.

II уровень, дополнительно к первому, предусматривает применение для приготовления пищи напольных электроплит мощностью от 5,5 до 8 кВт, при условии отопления и горячего водоснабжения от внешних источников теплоты.

III уровень - полная электрификация быта, когда электроэнергия используется в качестве единственного источника энергии для удовлетворения всех бытовых потребностей в жилых домах, включая отопление и горячее водоснабжение.

В городах достаточно большую группу потребителей электроэнергии составляют общественные здания, учреждения и предприятия коммунально-бытового обслуживания населения. Электрические нагрузки этих потребителей определяются, главным образом, мощностью систем освещения и мелкомоторным электроприводом технологического оборудования, насосов, вентиляторов и др.

Крупным общегородским потребителем электроэнергии является система городского электрифицированного пассажирского транспорта. Нагрузка этих потребителей преимущественно силовая, рас-

средоточенная на подвижном составе - трамваях, троллейбусах и поездах метрополитена. К группе общегородских потребителей относят предприятия теплоснабжения, водоснабжения и канализации. Нагрузка этих потребителей - преимущественно силовая, сосредоточенная на водозаборных и очистных сооружениях, насосных станциях, в котельных и электростанциях. Кроме того, в современных городах достаточно крупным потребителем электроэнергии является система уличного освещения и светового оформления рекламы, подсветки архитектурных памятников и других объектов.

3.1.2. Расчетный уровень электропотребления

Основным методом расчета потребления электроэнергии является прямой счет, основанный на применении укрупненных норм удельных расходов электроэнергии на одного человека, единицу продукции или оказываемых услуг с учетом плановых данных о развитии промышленности, электрификации быта и коммунального хозяйства города. При наличии прогрессивных норм удельного расхода электроэнергии годовой объем потребления может быть найден из выражения:

W = w∙M, (3.1)

где w - норма удельного расхода электроэнергии, кВт-ч/год на единицу измерения;

М - наименование единиц измерения, например, численность населения города или годовой объем выпуска продукции.

Удельные расходы электроэнергии для различных производств приводятся в отраслевых инструкциях. При разработке генеральных планов городов рекомендуется пользоваться удельными нормами, приведенными в ВСМ 59-88¹. В эти нормы входят расходы электроэнергии жилыми и общественными зданиями, коммунальными предприятиями, городским электротранспортом, предприятиями водоснабжения, канализации и теплоснабжения, а также уличного освещения.

¹ Инструкция по проектированию городских электрических сетей. РД 34.20, 185-94

Разработка проектов систем электроснабжения осно'вывается на исследовании фактических и определении перспективных элек-

трических нагрузок потребителей (табл. 3.1). Электрическая нагрузка - это величина, характеризующая потребление активной (Р, кВт), реактивной (Q,, кВАр) и полной мощности (S, кВА) отдельным или группой электроприемников системы электроснабжения.

Таблица 3.1

Ожидаемый уровень злектропотребления в городах, кВт-ч/год на 1чел.

Города	Уровень электрификации
I	II
1-я очередь	2-я очередь	1 -я очередь	2-я очередь
Крупнейшие Крупные Большие Средние Малые Поселки	1500 1370 1250 ИЗО 1000 650	2050 1870 1700 (530 1360 950	2000 1820 1650 1500 1320 1050	2500 2300 2100 1900 1680 1350

Изменение нагрузки в течение суток, месяца или года называют режимом работы электроприемников. Динамика происходящих изменений может быть представлена в виде индивидуальных или групповых графиков нагрузки. В формировании графиков нагрузки большую роль играют случайные факторы. Поэтому электрическая нагрузка должна рассматриваться как случайная функция ряда переменных величин. Например, нагрузки жилых зданий зависят от состава, мощности, частоты пользования, числа одновременно включенных в сеть приборов и других факторов. В результате графики нагрузок жилых зданий имеют ярко выраженные максимумы в утренние и вечерние часы. Кроме этого, они различаются по дням недели и временам года. Графики нагрузок других городских потребителей электроэнергии также имеют свои индивидуальные особенности, которые обусловлены составом, режимом и характеристиками соответствующих электроприемников, а также случайными факторами.

Правильное установление расчетной нагрузки является гарантией выбора рациональной системы электроснабжения. При

проектировании систем электроснабжения в качестве расчетной принимается максимальная нагрузка установленной продолжительности. Продолжительность расчетного максимума принимается исходя из допустимого теплового воздействия электрического тока на элементы сетей. В нашей стране для всех элементов городских систем электроснабжения этот интервал принимают равным 30 минутам.

Существующие способы расчета электрической нагрузки различаются в зависимости от вида и режима функционирования потребителей. Определение расчетной электрической нагрузки потребителей ведется:

по годовому расходу активной энергии

где Т_м - время использования максимума нагрузки, ч/год;

с помощью системы безразмерных коэффициентов, характеризующих режим работы электроприемников,

по удельной плотности максимальной нагрузки (Р_уа) на семью, квартиру, 1 м² площади или другие единицы измерения

где Р_у - установленная номинальная мощность электроприемников, кВт;

К_с - коэффициент спроса, характеризующий отношение расчетной нагрузки к номинальной.

В общем случае коэффициент спроса группы электроприемников определяется как произведение коэффициента использования К_и и коэффициента максимума К_м, которые равны:

где Р_ср - средняя активная нагрузка рассматриваемой группы электроприемников, определяемая делением величины расхода электроэнергии за смену на ее продолжительность.

Расчетные электрические нагрузки жилых зданий определяются по ВСМ 59-88, согласно которым за основу принимается удельная нагрузка квартиры с общей площадью 55 м². В табл. 3.2 приводятся значения удельных расчетных нагрузок жилых домов в зависимости от числа и уровня электрификации квартир.

Таблица 3.2

Удельная электрическая нагрузка на одну квартиру, кВт

Характеристика квартиры	Количество кпяртир
1-3
Квартиры с топливными плитами: природный газ твердое топливо и сжиженный газ Квартиры с электроплитами мощностью: до 5,5 кВт до 8 кВт	4,5	1,45 1,65 2,4 2,5	1,0 1,15 1,8 1,8	0,8 1,0 1,5 1,5	0,6 1,15 1,15	0,5 0 ,75 1,0 1,0	0,45 0,7 0,9 0,9	0,43 0 65 0,85 0,85	0,4 0,55 0,8 0,8

В соответствии с этим расчетную нагрузку квартир определяют по формуле

где р_т, р_ктя удельная расчетная нагрузки электроприемников квартир посемейного заселения и бытовых кондиционеров, кВт/кв.;

n _i_кв - количество квартир с i-й площадью;

k₁_i - коэффициент, учитывающий рост нагрузок при увеличении общей площади i-й квартиры свыше 55 м² и принимаемой равной в жилых домах с газовыми плитами k₁_i = 1 + 0,01(F_i -55) и с электроплитами k₁_i = 1 + 0,005 (F_i -55);

k₂_i — коэффициент, учитывающий вид расселения семей в г'-й квартире и принимаемый: k₂_i = 1 с поквартирным заселением, k₂_i = 1,5 с покомнатным заселением до трех семей, k₂_i,= 2 при четырех и более семей.

Расчетная нагрузка питающих линий лифтовых установок
определяется по формуле .

где К_с - коэффициент спроса;

Р_xi - установленная мощность электродвигателя лифтовой установки, кВт;

ПВ_i - продолжительность включения электродвигателя i-й
лифтовой установки;

Р_д_i - дополнительная нагрузка от освещения, тормоза и автоматов управления i-й лифтовой установки, кВт.

Расчетная нагрузка на вводе жилого дома (без встроенных потребителей) Р_ж_д определяется как сумма нагрузки квартир (Р_кв), силовых электроприемников (P_C) с учетом коэффициента участия этих потребителей в максимуме нагрузки квартир, равного 0,9, и нагрузки нежилых помещений (Р_нж), встроенных в жилые здания:

Расчетные нагрузки на вводах в общественные здания и коммунально-бытовые предприятия определяют в соответствии с проектами их внутреннего электрооборудования и освещения или по удельным электрическим нагрузкам, приведенным в табл. 3.3. Тогда расчетную электрическую нагрузка этих предприятий и зданий можно определить по выражению (3.3).

В городском водопроводно-канализационном хозяйстве электроэнергия используется для подъема и подачи воды потребителям и отвода сточных вод. Расход электроэнергии на эти цели зависит прежде всего от расхода воды на хозяйственно-питьевые нужды населения и этажность застройки. Расчетная электрическая нагрузка насосной станции может быть определена по формуле

где γ - объемная плотность жидкости, кг/м³;

Q - подача насоса, м³/с;

Н - создаваемый напор, м;

η_Н - коэффициент полезного действия насосной установки.

Таблица 3.3

Удельные электрические нагрузки общественных зданий и коммунально-бытовых предприятий

Наименование, назначение здания, учреждения	Расчетная единица измерения	Число расчетных единиц измерений на 1000 чел.	Удельная электрическая нагрузка Руд. кВт/ед.	Коэффициент участия в максимуме нагрузки	Коэффициент мощности cosX	! Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/ед.
Столовая, кафе	посад.		0,9	0,9	0,97	1500/2500
	место
Детский сад, ясли	место		0,3		0,95	100/200
Школы	уч-ся		0,14		0,95	50/100
Продовольствен-	раб.			0,9	0,75
ные магазины	место
Промтоварные	раб.		1,5	0,8	0,85
магазины	место
Больницы	койка	13,5	0,8		0,95	600/1000
Поликлиники	посеще-		0,7	0,9	0,9
	ние
Общежития	место		0,15	0,5	0,95	-
Гостиницы	место		0,12	0,6	0,9	-
Администрации	М²		0,04	0,9	0,9	-

где Ч - численность населения, чел.; Р - транспортная подвижность населения, число поездок, приходящихся на одного человека в год;

Расчетная нагрузка линий и транспортной подстанции (ТП) городского электротранспорта определяется в зависимости от объема перевозок и радиуса действия тяговых подстанций. Объем работы электротранспорта определяют по выражению

γ - доля перевозок, приходящихся на данный вид транспорта;

L - средняя дальность поездки, км.

Зная годовой объем перевозок (А) и удельный расход электроэнергии (w) на привод электротранспорта, можно определить объем потребления электроэнергии на эти цели:

где В - нормальная вместимость вагонов, чел.;

К_З - коэффициент заполнения салона.

Тогда расчетная нагрузка линий и ТП от электротранспорта

составит

P = W / T_M

где Т_м - время использования максимума активной нагрузки электротранспорта, ч.

Расчетная электрическая нагрузка линий, питающих системы уличного освещения городов, определяется по удельным расчетным нагрузкам (р) на единицу длины улицы различного назначения:

где р_о_i - удельная мощность светильников системы уличного освещения для улиц i-й категории, кВт/км;

Li - длина улиц i-й категории, км.

Потребители электроэнергии размещаются на территории города произвольно, поэтому отдельные элементы системы электроснабжения могут использоваться для совместного питания. В этом случае расчетная нагрузка находится путем совмещения графиков нагрузки подключаемых потребителей. Допускается расчетную нагрузку элементов системы электроснабжения определять как сумму максимальных нагрузок присоединяемых потребителей с учетом разновременности наступления их максимума.

Таким образом, расчетная электрическая нагрузка линий и трансформаторных подстанций определяется по формуле

где Р_m_ах - наибольшая из нагрузок, питаемая от рассматриваемой линии или ТП;

Рi, - все остальные нагрузки этой линии или ТП;

К_Hi - коэффициент участия нагрузки i-го потребителя относительно максимума нагрузки потребителя с Р_m_ах.

Расчетные нагрузки элементов сетей 6-10 кВ определяются умножением суммы активных расчетных нагрузок трансформаторов отдельных ТП, присоединенных к рассматриваемому элементу сети, на коэффициент совмещения максимумов, принятый по табл. 3.4.

Таблица 3.4

Коэффициент совмещения для нагрузки трансформаторов

При выполнении предварительных расчетов, когда имеются только общие данные о новой жилой застройке, ориентировочная оценка нагрузки рассматриваемого района может быть произведена по удельной нагрузке всех потребителей, приведенных к шинам ТП и отнесенных к 1 м² жилой площади. Приведенные в табл. 3.5 данные учитывают нагрузки всех встроенных и отдельно стоящих учреждений и зданий района.

Таблица 3.5

Удельная нагрузка жилой застройки, Вт/м² жилой площади

3.2. Потребление теплоты на нужды города

3.2.1. Характеристика городских потребителей теплоты

Тешюпотребляющие процессы разнообразны и классифицируются по температурному уровню энергоносителей:

• высокотемпературные процессы протекают при температуре
выше 400°С. Это процессы технологического назначения, в кото-
рых в качестве теплоносителя используется перегретый пар от ТЭЦ
или котельных;

• среднетемпературные процессы осуществляются при темпе
ратуре 150-400°С с использованием пара или горячей воды под дав
лением;

• низкотемпературные процессы - отопление, вентиляция и
горячее водоснабжение с использованием пара и горячей воды.

Потребителями теплоты являются промышленные предприятия и объекты ЖКХ городов. В жилищно-коммунальном секторе теплота необходима для отопления и вентиляции зданий, кондиционирования воздуха и горячего водоснабжения бытовых потребителей.

В первую очередь тепло необходимо для отопления и вентиляции промышленных и гражданских зданий. Это объясняется суровыми климатическими условиями в нашей стране, на большей территории которой продолжительность отопительного сезона составляет от 125 до 300 дней в году с температурой наружного воздуха от +8 до -70°С. Поэтому все здания с постоянным пребыванием людей должны иметь специальные системы отопления и вентиляции для поддержания в помещениях температурно-влажностных условий, отвечающих санитарным нормам. Так, например, в холодный период года температура воздуха в жилых помещениях должна быть 18-22°С при относительной влажности 50-60%. Для этого система отопления должна полностью компенсировать тепловые потери зданий.

Расход теплоты в системах вентиляции и кондиционирования необходим для тепловлажностной обработки наружного воздуха, принудительно подаваемого в вентилируемые помещения. В системах горячего водоснабжения (ГВС) теплота необходима для нагрева холодной воды, используемой в бытовых процессах. В промышленности теплота используется в различных технологических процес-

сах, например, для производства электроэнергии, осуществления процессов варки, сушки и др.

Тепловые нагрузки систем отопления, вентиляции и кондиционирования носят сезонный характер и зависят от климатических условий. Технологические нагрузки могут быть сезонными и круглогодичными. Нагрузка горячего водоснабжения - круглогодичная. Сезонные нагрузки, как правило, имеют сравнительно постоянный суточный график и резко переменный годовой режим потребления теплоты. Круглогодовые нагрузки имеют незначительное сезонное снижение и резко переменный режим в течение суток.

При определении типа и мощности источника теплоснабжения, выборе основного и вспомогательного оборудования котельных и ТЭЦ важно знать величину тепловых нагрузок, режимы теп-лопотребления и годовые расходы теплоты на нужды города.

3.2.2 Расчетныетепловые нагрузки городских потребителей

Расчетные тепловые нагрузки определяются по проектным данным с учетом фактических эксплуатационных условий. При отсутствии проектных данных максимальные часовые нагрузки системы отопления определяются одним из следующих методов:

• расчетом теплопотерь через элементы ограждающих конструкций и добавочных потерь на нагрев инфильтрационного воздуха

где μ - коэффициент инфильтрации;

F_i - поверхность теплообмена, м²;

k_i - коэффициент теплопередачи i-й ограждающей конструкции здания;

t_в, t_нр - температуры воздуха внутри помещений и расчетная
температура наружного воздуха для проектирования системы ото
пления, °С;

• расчетом теплопотерь по укрупненным показателям тепловых характеристик здания

Q₀ = q₀V₀(t_в,- t_нр) ∙α (3.17)

где q₀ - отопительная характеристика здания, ккал/(м³ ч град);

V_a - объем здания по наружному обмеру, м³;

t_нр - расчетная температура наружного воздуха для проектирования системы отопления;

α - поправочный коэффициент, учитывающий изменения тепловой характеристики зданий при t_нр ≠ -30°С.

Удельные отопительные характеристики зданий зависят от объема и этажности здания, материала и толщины конструкций ограждений, других факторов и принимаются по справочным данным в пределах 0,3-0,75 ккал/(м³ ч град). Температуры наружного воздуха принимается по данным многолетних климатических наблюдений.

Расчетная максимальная часовая нагрузка систем вентиляции зданий может быть определена:

• по расчетному воздухообмену

Q_B = mV_Bc(t_в,- t_нр) (3.18)

где т - кратность воздухообмена в вентилируемом помещении, ч ^-1;

V_B - объем вентилируемого здания, м³;

с - теплоемкость воздуха, ккал/(м³-град);

t_нр - расчетная температура наружного воздуха для систем вентиляции, °С;

• по расчетной удельной вентиляционной характеристике
здания

Q_В = q_ВV_В(t_в,- t^В_нр) (3.19)

где q_B - удельная вентиляционная характеристика задания в за-
висимости от их назначения принимаются в пределах 0,08-
1,0 ккал/(м³град).

В формулах (3.16) и (3.17) расчетные температуры наружного воздуха принимаются равными:

• для отопления - средней температуре наиболее холодной
пятидневки для 8 наиболее холодных зим за последние 50 лет
наблюдения (t⁰_нр);

• для проектирования вентиляции - средняя температура наи
более холодного периода t^В_нр.

Фактически t^В_нр > t⁰_нр что необходимо для снижения расчетного расхода теплоты на вентиляцию:

t^В_нр = t_В – 0,7(t_в,- t⁰_нр) (3.20)

Расход теплоты в системах горячего водоснабжения очень неравномерен в течение суток и недели. Он зависит от бытовых условий, уровня благоустройства и сезона года. Среднечасовой расход за неделю (отопительный период) на горячее водоснабжение определяется по формуле

где g - суточная норма расхода горячей воды, л:

М - количество единиц потребления (на 1 человека, 1 кг белья и т. п.);

T_ГВ - температура горячей воды, принимается при непосредственном водоразборе из тепловой сети f_r „ = 65^СС (открытая схема), а в закрытых схемах (через водоподогреватели) /_гв = 55°С;

T^зим_ХВ - температура холодной воды в зимний период, принимают+5°С;

Т - число часов работы системы ГВС в течение суток: для жилых зданий Т = 24 ч, для промышленных предприятий - числу часов зарядки баков аккумуляторов.

Характерными расходами теплоты на горячее водоснабжение являются:

• средний за сутки наибольшего водопотребления (обычно суббота или воскресенье)

• максимально-часовой для системы теплоснабжения

• летняя нагрузка ГВС жилых и общественных зданий (снижается на 17% за счет повышения температуры холодной воды с 5 до 15°С)

Максимальные часовые расходы теплоты на технологические
нужды принимаются по проектам производств с учетом несовпаде-
ния максимумов расходов теплоты отдельными потребителями.
При отсутствии проектов - по укрупненным ведомственным нор
мам расхода теплоты:

Q_T =qMK_нс (3.25)

где q - норма расхода теплоты, ккал/(ед. изм.);

K_нс - коэффициент неодновременности, учитывающий несовпадение во времени максимумов нагрузок отдельных потребителей, K_нс = 0,9… 0,95.

Тепловые нагрузки для расчета и выбора основного оборудования котельных и ТЭЦ следует определять для трех характерных режимов:

• максимального зимнего, определяемого при расчетной тем-
пературе наружного воздуха для проектирования отопления (рас
четная теплопроизводительность);

• наиболее холодного месяца - при средней температуре на-
ружного воздуха за отопительный период;

• летнего, определяемого соответствующими величинами те
плоты на технологические нужды и горячее водоснабжение.

Расчетная производительность котельной (ТЭЦ) выбирается
по сумме расчетных нагрузок на технологические нужды (Q_T), сис
тем отопления (Q_o), вентиляции (Q_В) и горячего водоснабжения
(Q_ГВ), с учетом расходов теплоты на собственные нужды (Q_C_Н) и
потерь теплоты.в сетях (Q_П = 3...7% расчетной теплопроизводи-
тельности):

3.2.3. Годовые расходы теплоты

Годовые расходы теплоты жилыми и общественными зданиями определяются следующим образом:

• на отопление

где t_ср - средняя температура наружного воздуха за отопительный период, °С;

п₀ - продолжительность отопительного периода в сутках по числу дней с устойчивой средней суточной температурой наружного воздуха 8°С и ниже;

• на вентиляцию

где z - усредненное за отопительный период число часов работы системы вентиляции общественных зданий в течение суток;

• на горячее водоснабжение

где 350 - число суток в году работы системы ГВС.

Годовые расходы теплоты на технологические нужды (Q^Г_Т)
определяются по максимальной нагрузке и числу часов работы
предприятий с учетом суточных и годовых режимов теплолотреб-
ления:

Как правило, отопителъно-вентиляционная нагрузка является основным видом тепловой нагрузки в городах. Поэтому при построении суммарного графика нагрузки района теплоснабжения к графику огопительно-вентиляционной нагрузки пристраивают графики ГВС и технологической нагрузки.

где h_o - число часов использования в году максимума нагрузки, ч/год.

Суммарный годовой расход теплоты потребителями района теплоснабжения определяется с учетом потерь в тепловых сетях (Q^Г_П) по формуле

При построении годового графика тепловой нагрузки от начала координат вправо по оси абсцисс откладывают продолжительность отопительного периода в часах и отрезки времени, равные числу часов, в течение которых наблюдается наружная температура, равная и ниже характерных температур (начала отопительного периода, средней температуры самого холодного месяца, отопительного периода и наиболее холодной пятидневки), а по оси ординат - часовые расходы теплоты при данной температуре. Полученные ординаты соединяют плавной линией. Площадь, ограниченная осями координат и построенным графиком, равна годовому расходу теплоты (рис. 3.1).

тепловой нагрузки. График показывает, что наличие сезонной нагрузки позволяет выделить пиковую и базисную нагрузки. К базисной нагрузке относится нагрузка, не превышающая среднюю за отопительный период, а к пиковой - остальная часть нагрузки. Величину базисной и пиковой нагрузки следует учитывать при выборе количества и единичной мощности оборудования котельных и ТЭЦ.

Вопросы к главе 3

1. Как определить расчетную электрическую перегрузку городских по-
требителей?

2. Как рассчитать часовые и газовые расходы теплоты на отопление
зданий?

3. Что необходимо знать для определения часовых и годовых расходов
тепла на вентиляцию зданий?

4. Какие факторы определяют расход тепла на горячее водоснабжение?

5. Что показывает график по продолжительности?

Рис. 3.1. График продолжительности сезонной тепловой нагрузки:

а - зависимость тепловой нагрузки от наружной температуры:

1 — суммарная; 2 - отопления; 3 - вентиляции; б - график продолжительности тепловой нагрузки

Равновеликий площади графика прямоугольник Oabc, построенный вдоль оси абсцисс, будет иметь высоту 0а, равную среднему за отопительный период расходу теплоты. Равновеликий площади графика прямоугольник Odgf, построенный по оси ординат, будет иметь основание Of, равное длительности использования расчетной

Глава 4

КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

⇐ Назад