Проект: система автоматизированного планирования и автоматического управления электроэнергетикой объекта (предприятия, здания, сооружения) «АСТРА-ЭПП».

Юридическая основа: Федеральный закон РФ от 23 ноября 2009 года № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты российской федерации»
 

Потенциальные заказчики: средние и крупные предприятия, организации – владельцы/арендаторы имущественных и производственных комплексов.

Проблема: отсутствие системы планирования энергопотребления на многих предприятиях или невыполнение планов энергопотребления и, как следствие:

• неэффективное использование энергоресурсов (вхолостую работающее оборудование, «отапливание улицы», освещение в светлое время суток и т.п.);
• возможная перегрузка отдельных линий энергоснабжения и, как следствие, снижение качества энергоснабжения, технические сбои и т.п.;
• превышение пиковых нагрузок, перерасход лимитов (как следствие – значительные штрафные санкции предприятию).

Цель: повысить энергоэффективность предприятия, повысить стабильность работы энергетической системы.

Средство: минимизировать «человеческий фактор» при управление энергетикой предприятия – предложить энергетикам инструмент, позволяющий производить планирование энергопотребления и в автоматическом режиме управлять энергопотреблением предприятия в соответствии с разработанным планом.
 

Ограничения: автоматические включения/выключения, которые НЕ ДОЛЖНЫ снижать уровень безопасности работы на электроустановках и НЕ ДОЛЖНЫ нарушать технологические циклы.

Решение: Установка на объекте(под объектом понимается цех, предприятие, здание и т.п. эксплуатируемое одной службой главного энергетика) аппаратно-программных средств планирования и автоматического управления энергопотреблением. Основная идея проекта состоит в том, что служба Главного энергетика обязана заранее запланировать энергопотребление каждого сегмента энергосистемы объекта во времени и с учетом потребляемой мощности каждой группы энергопринимающего оборудования. Данный план вносится в компьютерную систему. Во время ввода данных, система проверяет пропускные возможности подводящих линий к каждой группе энергопринимающего оборудования и соответствие в каждый планируемый момент времени суммарной необходимой мощности общей разрешенной мощности всего предприятия.

В соответствии с введенным планом производится перепрограммирование управляющей компьютерной системы, которая в дальнейшем поддерживает в автоматическом режиме соблюдение плана. Данные по результатам планирования могут быть использованы для покупки электроэнергии на оптовом рынке электроэнергии (ОРЭ). Алгоритм работы системы на каждом объекте может быть разный. Однако, основные принципы работы состоят в следующем:

1. Система не позволяет включить незапланированную нагрузку.
2. Система сигнализирует о нагрузке, продолжающей работать после окончания планового времени.
3. Система не позволяет включить дополнительную нагрузку, если это приведет к превышению предельной допустимой общей мощности. (Данная ситуация может возникнуть, если какая-либо часть оборудования не была отключена в соответствии с планом).
4. Система сигнализирует о превышении реальной потребляемой мощности каждой группой энергопринимающего оборудования над плановой.

Если существует оборудование, которое может быть автоматически отключено без снижения параметров безопасности и не влияет на технологический цикл, алгоритм управления этим оборудованием может быть полностью автоматическим. Например, возможно автоматически произвести временное отключение отдельных элементов электрического инфракрасного отопления или освещения вспомогательных помещений при нехватке общей мощности в сети.  На этом принципе строится второй базовый алгоритм системы. С помощью этого алгоритма было реализовано, например, электрическое отопление цеха с общей мощностью обогревателей в 500 кВт и подведенной мощностью 250 кВт. В этом случае группам обогревателей  были присвоены приоритеты, они включались попеременно – при достижении заданной температуры в помещении с более высоким приоритетом, его обогреватели выключались, соответственно, включались помещения с более низким приоритетом, но в любой момент времени общая мощность системы не превышала заданную - 250 кВт.
В текущей реализации системы мощность каждого управляемого сегмента является расчетной (исходя из мощности подключенного оборудования). То есть, в алгоритм управления заранее внесена мощнсть каждого сегмента.
Основной этап программирования системы производится в момент, предшествующий поставке. Программирование производится по техническому заданию проектирующей (внедряющей) организации. Техническое задание разрабатывается, при необходимости, при содействии разработчиков системы.

В системе предусмотрено два основных алгоритма управления энергосистемой.
Алгоритм 1 –  Предполагается, что система не может автоматически отключать какую-либо нагрузку (связано с нормами технической безопасности или технологическими циклами производства). В этом случае алгоритм работы строится на жестком выполнении плана энергопотребления. Система автоматически не выключает внеплановую нагрузку, а сигнализирует о внеплановом потреблении после заявленного времени отключения. Кроме того, алгоритм не позволяет включить новую нагрузку вне плана или если после включения будет превышение лимита общего энергопотребления (это происходит в случае, если не была вовремя отключена другая нагрузка).
Алгоритм 2 – Предполагается, что система может автоматически включать и выключать нагрузки без участия оператора – в соответствии с заданными приоритетами. Если в соответствии с планом энергопотребления, и/или по команду управляющего механизма  необходимо включить нагрузку с более высоким приоритетом, и при этом общей мощности не хватает, то система автоматически определяет тот сегмент, который необходимо отключить с более низким приоритетом и производит необходимые действия. Например, данный алгоритм уместен при ограничении мощности общего потребления системы инфракрасного отопления.
При проектировании системы возможно использование обоих алгоритмов. Программирование и отладка системы производится поставщиком.

Функционально система «АСТРА-ЭПП» состоит из:

• управляющего контроллера, который устанавливается или в отдельном силовом щите, или входит в состав ВРУ. Управление контроллером производится через персональный компьютер,  через который задаются переменные параметры работы системы – время включения/выключения нагрузок, приоритеты. Работа контроллера осуществляется в дальнейшем без использования ПК. Он может служить только для визуализации работы. Контроллер может управлять до 1024 исполнительными механизмами (портами), которые соединены с ним интерфейсным кабелем.
• Исполнительные механизмы (порты) ставятся в силовые щиты на каждый сегмент нагрузки и имеют две функции: получения сигнала на включение данного сегмента и управления контактором соответствующей мощности, который включает/выключает нагрузку.

Таким образом, включение сегмента энергопотребление производится не выключателем, подключенным последовательно с нагрузкой, а подачей управляющего сигнала на соответствующий порт («сухой контакт»). Порт передает сигнал на включение/выключение на контроллер, который по установленному алгоритму дает команду на включение/отключение.
Описания типовых алгоритмов даны в приложении.

Экономические аргументы для организаций, заключающих договор на проектирование и установку системы.

Предполагается, что прежде всего данная система интересна предприятиям, налаживающим новое производство. Программно-аппаратный комплекс изготовлен в России. Стоимость установки программно – аппаратного комплекса зависит от многих параметров –  сложности топологии сетей, особенностей закладываемых алгоритмов и т.п. Базовая стоимость комплекса с установкой и отладкой оценивается в 1,5 – 2 млн. рублей из расчета среднего объекта с установленной мощностью 0,5 – 1мВт, что соответствует покупке около 70 кВт мощности в текущих ценах. Соответственно, при проектировании производства можно легко рассчитать выгоду от экономии на приобретении дополнительной мощности. Таким образом, данная система на новых объектах может окупиться еще в процессе установки. Следует учитывать, что стоимость системы будет сильно зависеть от параметров объекта, количества нагрузок, сложности алгоритма. В процессе эксплуатации экономический эффект будет не только от экономии электроэнергии (своевременное включение/отключение потребителей, жесткое планирование энергопотребления), но и от отсутствия штрафов за превышение лимитов. Ожидается косвенный экономический эффект от отсутствия аварийных внеплановых отключений по причине перегрузок энергосистемы  предприятия.

Оценочный экономический эффект за счет рационального использования ресурсов нами оценивается порядка 7-12% от потребляемой электроэнергии. Срок окупаемости должен рассчитываться на каждый объект отдельно, но по нашим оценкам он не должен превышать 3-4 лет.