Кто оплачивает потери электрической энергии? Потребители или сетевые организации? Забегая вперёд, отвечу, что, и те, и другие. А кто и когда, сейчас узнаем и посчитаем.
Понятие потерь электрической энергии в электрических сетях довольно обширное. В "железе" теряется не только электроэнергия, но и напряжение. По правде говоря, то что многие мои коллеги называют "потерями напряжения", я предпочитаю называть "падением напряжения", потому что это больше похоже на изменение параметров в конце линии, чем на реальные потери.
Потери электрической энергии могут быть технические (вызванные сопротивлениями в элементах сети энергосистемы) и не технические (связанные с различными подходами к снятию показаний и банальным хищением). Как мы понимаем из вышесказанного, причины потерь разные и, соответственно, методы борьбы с ними будут разные
Я помогу разобраться с вопросом потерь электроэнергии раз и навсегда. Если после моего объяснения читатель, даже не имея навыков и профильного образования, не сможет сам произвести расчёт потерь, да ещё и в рублях, значит, я потратил своё время зря, а статья не заслуживает отметки "Нравится".
Когда деньги растворяются в "железе". Всё о технических потерях.
Есть два метода высчитать объём технологических потерь в электрических сетях: практический и расчётный.
Практический метод заключается в том, чтобы определить "дельту" объёма потребления между счётчиками на входе в сеть и на выходе из сети. Например, в начале и в конце линии электропередач или на высокой и на низкой стороне силового трансформатора. Этот метод ближе всего к реальным показателям, если условия для замеров идеальные: снятие показаний происходит одновременно, приборы учёта одинакового класса точности и близки по метрологическим характеристикам, отсутствует хищение электрической энергии (нет "накидок" на провода или каких-нибудь "левых" подключений).
Методика расчёта технических потерь электрической энергии утверждена Приказом Минэнерго России N 326 от 30 декабря 2008 года.
В пункте 4 приводится определение двух составляющих технических потерь:
4. Технические потери электроэнергии в электрических сетях, возникающие при её передаче по электрическим сетям, состоят из потерь, независящих от величины передаваемой мощности (нагрузки) - условно-постоянных потерь и потерь, величина которых зависит от величины передаваемой мощности (нагрузки) - нагрузочных (переменных) потерь.
Что это значит? Первые считаются по паспортным или справочным данным для каждого элемента сети и имеют постоянную величину потерь каждый час просто, когда элемент сети находится под напряжением (даже при отсутствии потребления электрической энергии). А вторые наоборот, возникают при включении нагрузки (при потреблении). При этом, чем выше потребление, тем выше потери.
Недавно, я общался с главным инженером большого складского комплекса, и разговор зашёл о потерях. Он сказал: "Нас всегда учили, что потери - это то, что гудит и то, что греется".
В его словах есть логика. Например, трансформатор гудит из-за явления, называемого магнитострикцией. Когда стальной сердечник трансформатора изменяет свои размеры под действием магнитного поля с частотой 100 Гц. Это и есть условно-постоянные потери трансформатора - потери холостого хода (их ещё называют потери в стали). Или, к примеру, нагрев кабеля. Чем ниже его сечение, тем больше он греется при включении оборудования в конце линии. А чем ниже площадь сечения кабеля, тем выше его сопротивление и больше потери. Вот так!☝️
Условно-постоянные потери это как утечка в водопроводной трубе: включаем кран - теряем воду, выключаем кран - всё равно теряем воду. Они возникают практически во всех элементах сети:
- в силовых трансформаторах (автотрансформаторах) потери холостого хода;
- в воздушных линиях 110 кВ и выше потери на корону;
- в установках для компенсации реактивной мощности;
- в соединительных проводах и сборных шинах распредустройств;
- в вентильных разрядниках и ограничителях перенапряжения;
- в устройствах присоединения высокочастотной связи;
- в изоляции кабелей (кроме кабелей 0,4 кВ);
- в изоляторах воздушной линии до 110 кВ на потери от токов утечки.
В системах учёта (счётчиках, трансформаторах тока, трансформаторах напряжения и вторичных цепях ("вторичке")) тоже потери. Да, да... Даже в оборудовании, которое должно учитывать потери есть потери. Устройства компенсации реактивной мощности используется, в том числе, для снижения нагрузочных потерь, но создаёт условно-постоянные. Это небольшой электроэнергетический парадокс🙂 Физика в деле🤌
Продолжим. Вы всё это время читаете "потери", "потери". И в голове крутиться вопрос: "Так сколько же, в конечном счёте, эти "потери"? В рублях!"
Ок. Рассмотрим пример. Вы подключаете к электричеству, допустим, пилораму. Человек Вы компетентный в вопросах тарифообразования. Каждая копейка на счету. Иначе Вы бы не были бизнесменом. Сразу решили не мелочиться, а "врезаться" в воздушную линию 10 кВ. Да ещё и поставить свою подстанцию. Сосед по участку, как раз расширяется и продаёт свою, комплектную. Бывшего употребления. Нужно только перевезти её на свой участок. Есть фирма, которая возьмёт КТП на обслуживание. Вы получите тариф на уровне напряжения СН2 (подробнее в статье об уровнях напряжения). Не будете платить этим "монополистам" лишние деньги за передачу электроэнергии. Экономику примерно посчитали: 1,5-2,0 рубля с каждого кВтч. Это разница в тарифах между СН2 и НН. При потреблении в 30 000 кВтч "сохранено" 45-60 тыс. рублей в месяц. Неплохо! У "соседской" КТП силовой трансформатор номинальной мощностью 400 кВА. Примерно 300 кВт. При реальном максимальном потреблении пилорамы в 100 кВт есть хороший запас мощности. Нормально. Инвестиции в будущее развитие😎 Проектировщика найдёте подешевле. Может студента последнего курса, который "колымит". Что там проектировать? Приедет, посмотрит и просто "перерисует". Запускаем пилорамму в работу. Считаем потери. Паспорт на силовой трансформатор 400 кВА указывает нам - потери холостого хода данного "гудящего" чуда техники составляют 1,1 кВт каждый час. На уровне напряжения СН2 по первой ценовой категории каждый кВт в регионе бизнесмена в среднем стоит 9 руб./кВтч. Умножаем. Почти 10 рублей мы теряем в час. И теряем мы их каждый час. Даже ночью, когда не работаем. Даже в выходной! В среднем в месяце 730 часов. Значит в месяц из бюджета "деревообрабатывающей корпорации" утекает 7 300 руб. А в год🙈? 87 500 руб.
Наш эксперт П⚡️П, как супергерой, возвращается в прошлое и перехватывает бизнесмена в момент покупки подстанции у соседа. "Стоп! Тут надо подумать!" - говорит эксперт ПП. Он анализирует состав оборудования пилорамы и технологические процессы. Ага! Мощность при полной загрузке производства составляет 80 кВт. Он манипулирует цифрами, как гений математики в голливудском блокбастере, и переводит активную мощность (кВт) в полную мощность (кВА). Выходит примерно 107 кВА.
Каждый "толковый" проектировщик (в том числе и наш эксперт) знает, что один силовой трансформатор, для долгой и надёжной работы, должен быть "нагружен" на 70%: 107/0,7=153 [кВА].
Эксперт ПП взаимодействует с проверенными поставщиками КТП, изучая каждый параметр каждого элемента подстанции. Решено! КТП будет новая с трансформатором 160 кВА. Бизнесмен планирует расширяться? Не беда! Габариты трансформаторного отсека будут под трансформатор номиналом 630 кВА.
Наш "супергерой" показывает коммерческие предложения от нескольких поставщиков бизнесмену и тот выбирает наиболее выгодное. Оно чуть выше, чем "соседская" КТП б/у.
Так что же с потерями в трансформаторе 160 кВА? А они в 10 раз ниже - 0,11 кВтч. Соответственно: примерно 1 рубль в час, 730 рублей в месяц и 8 750 рублей в год.
Все подробности об описанных выше услугах можно подробно узнать на сайте "Проекта Подключение"
А теперь в дело вступают нагрузочные потери.
И рассмотрим мы их также на примере нашего бизнесмена и его пилорамы.
Конечно, более точно рассчитать объём потерь мы можем, получив данные о почасовом потреблении с интервального прибора учёта. Но, предположим, что у нас есть объём потребления только по интегральному счётчику - 17 000 кВтч за расчётный месяц. Проверим в действии метод расчёта нагрузочных потерь по средним нагрузкам.
Первое, что видим, вот такую вот формулу:
С виду сложно и это ещё цветочки. Но сейчас мы её разберём и всё станет понятно.
Первый коэффициент с индексом "к" просто принимаем 0,99 и не ломаем голову. Для интереса - это коэффициент, учитывающий различие конфигураций графиков активной и реактивной нагрузки
Второе значение "дельта пэ среднее" - потери мощности в рассчитываемом элементе сети при средних за базовый период нагрузках (пока просто определение, когда будем разбирать формулу для определения этого показателя, то всё встанет на свои места)
Третье значение ("Т") - число часов в расчётном периоде, всё просто их 730 часов.
Четвёртое значение - коэффициент формы графика. Собственно говоря, число описывающее форму графика, ни дать, ни взять. Вот формула расчёта этого коэффициента:
О, нет! Снова непонятные коэффициенты🤪 Это коэффициент заполнения графика. Если посмотреть на формулу его расчёта, то всё как раз встаёт на свои места:
Из формулы выше мы видим, что коэффициент заполнения это отношение:
- нашего месячного потребления к потреблению, как будто бы мы работали по максимуму все 730 часов в текущем месяце;
- количества времени, когда мы потребляли по максимуму к общему количеству времени;
- среднего значения включаемой на пилораме мощности к мощности, которую мы зафиксировали как самую большую в текущем месяце.
Таким образом, мы считаем, как заполнен наш график месячного потребления. Определим через среднюю и максимальную мощность.
Среднее значение мощности: 17 000 кВтч / 730 ч = 23,3 кВт.
А максимально возможную, нам помог определить эксперт ПП, спасая бизнесмена, в разделе с условно-постоянными потерями - 80 кВт.
23,3 кВт / 80 кВт = 0,29 о.е.
Получаем коэффициент формы графика - 1,82.
Переходим к расчёту "дельта пэ среднее". Формула выглядит устрашающе:
Но нас интересует только её часть, между первым и вторым знаком равно. 3 умноженное на значение средней токовой нагрузки в квадрате и на сопротивление элемента электрической сети (в нашем случае сопротивление трансформатора). И не забываем разделить всё это на 1000, потому что, умножая амперы на омы мы получаем ватты, а нам нужны киловатты.
Пока неизвестных больше, чем известных. Это как игра в матрёшку, находим среднее значение токовой нагрузки:
Перед вами классическая формула расчёта трёхфазного тока, только в числителе не мощность, а потребление электроэнергии за месяц (17000 кВтч). А в числителе: у среднее - высокое напряжение силового трансформатора (он у нас 10/0,4 кВ, значит - 10 кВ); про Т мы уже знаем - 730 часов, это значение здесь, чтобы превратить кВтч в кВт, то есть электроэнергию в нужную нам мощность; косинус фи - так называемые коэффициент мощности, у нас на пилораме преобладают электродвигатели, поэтому он низкий - 0,75 (можно найти в интернете значение этого коэффициента, как для всего объекта, так и для конкретного оборудования).
Подставив все известные, получим значение средней токовой нагрузки - 1,8 Ампер.
Осталось разобраться с сопротивлением трансформатора:
Числитель: "дельта пэ кз" - потери короткого замыкания в трансформаторе, паспортная величина (0,6 кВт); напряжение высокого напряжения трансформатора (10 кВ). Знаменатель: номинальная полная мощность трансформатора в мегавольт-амперах (0,16 МВА).
Сопротивление трансформатора - 2,3 Ом.
Собираем матрёшку дальше. "Дельта пэ среднее" - (3 × 1,8 × 1,8 × 2,3) / 1000 = 0,022 [кВт].
И сводим все значения в итоговую формулу: 0,99 × 0,022 × 730 × 1,82 = 30 [кВтч в месяц] или 270 рублей.
Не технические потери. Когда деньги "улетают" в воздух
Разбаланс электроэнергии в электрических сетях - широкая тема для обсуждения. Всё ли можно списать на потери? Как свести киловатт к киловатту?
Во взаимодействии между сетевой организацией и энергосбытовой компанией существует такое понятие как "полезный отпуск". Нет, это не то, когда отдохнул в санатории. Полезный он, потому что электроэнергия была распределена по всем потребителям (отпущена) и энергокомапнии получат прибыль за её реализацию.
Под потерями, при таком взаимодействии, подразумевается разность между общим объемом потребления в участке электросети и полезным отпуском.
В этой разности, и ошибочно снятые показания, и работа приборов учёта не в классе точности, и неисправность счётчиков, и воровство, и расчёты по нормативам, и технические потери. Электроэнергия - штука не осязаемая, то, что можно потерять на любом этапе.
И теперь бонус, для тех, кто дочитал статью. В начале, я обещал рассказать о том, кто оплачивает потери. Владельцы электрических сетей. Прибор учёта считает потребление в электрической сети, находящейся за ним, и учитывает потери.
Их оплачивают как сетевые организации, так и потребители.
Но! Стоит дать два пояснения на этот счёт:
- потребители покупают потери по общему тарифу, то есть оплачивая "сетевикам" услуги по передаче электрической энергии в объёме величины этих потерь , которую фактически сетевые организации не оплачивают;
- сетевые организации покупают потери в своём "железе" по низкой цене (без учёта транспортировки) и обосновывают перед регулятором увеличение тарифа за услуги по передаче, в том числе за счёт затрат на приобретение потерь, снова платит потребитель.
В общем, здесь есть над чем поработать законодателям.
И как говорил герой одного киносериала о студентах: "Это потеря потерь" (Отсылка к S10E9 "Универ. Новая общага" (кинокомпания Yellow, Black and White)).
Спасибо за внимание!
#потеривсетях #электросети