Проблемы оптимизации энергетических затрат на предприятиях угольной отрасли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проблемы оптимизации энергетических затрат на предприятиях угольной отрасли

Г.К. Ибраева

Как в настоящее время, так и в перспективе роль угля может быть оценена только в контексте общего энергопотребления (электропотребления), являющегося огромной проблемой. Она охватывает такие вопросы, как источники энергии, способы получения энергоносителей и их использования с учетом его безопасности, экономичности и общего влияния на окружающую среду.

Существующие на сегодняшний день генерирующие мощности Казахстана способны произвести до 80 млрд. кВт-ч электроэнергии. В свете реализации Стратегии индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2003-2015 гг. [1] рост производства и потребления электроэнергии в нашей стране на период до 2015 г. показан в таблице.

Значительный рост потребности в электрической энергии потребует решения вопроса обеспечения ею от собственных генерирующих источников. В целях надежного обеспечения растущих потребностей экономики в электроэнергии, диверсификации производства электроэнергии, использования транзитного потенциала страны Правительством проводится работа по строительству и вводу новых генерирующих мощностей и распределительных сетей. Устойчивый рост экономики Казахстана характеризуется существенным увеличением спроса на энергетические ресурсы внутри страны.

Увеличение ВВП на 9-10 % в год и высокие темпы роста потребления электроэнергии в стране -- на 5-6 % в год (а на юге и западе страны -- на 10-14 %) в условиях износа и дефицита генерирующих мощностей и распределительных сетей представляет реальную угрозу планам развития страны [2, 83].

Как видно из таблицы, в 2010 г. потребление электроэнергии в стране превысит 80 млрд. кВт-ч, что требует безотлагательного принятия мер по реконструкции и расширению действующих электростанций и строительству новых мощностей в стране.

Таблица Динамика производства и потребления электроэнергии в Казахстане, млрд. кВт-ч

Уже в настоящее время энергетика становится тормозящим фактором развития энергоемких высокотехнологичных производств.

Важной проблемой является большая энергоемкость экономики Казахстана. По данному показателю республика уступает развитым странам в 15-17 раз, что является одним из препятствий для повышения конкурентоспособности национальной экономики.

Цена на электроэнергию в Казахстане является одной из самых низких в мире -- около 4 центов за 1 кВт-ч. Для сравнения: цена на электроэнергию в Корее 8,3 цента, в Японии -- более 2 центов за 1 кВт-ч [2, 86].

В этой связи Правительством Республики Казахстан должен быть принят комплекс мер по снижению уровня энергоемкости ВВП путем реализации энергосберегающей политики.

Разработка энергосберегающей политики весьма значима для угольной отрасли, поскольку удельный расход электроэнергии на подземную и открытую добычу угля -- один из основных показателей технического уровня производства. Динамика данного показателя в последние годы ухудшается, что обусловлено главным образом усложнением горно-геологических условий, ростом глубины горных работ и увеличением расходов на вентиляцию, а также увеличением энерговооруженности горно-шахтного оборудования. В общем электропотреблении на долю стационарных установок (вентиляция, водоотлив, подъем и др.) приходится до 70 %.

Отечественное рудничное оборудование (трансформаторы, электродвигатели) имеет большие потери электроэнергии, чем зарубежные аналоги, что объясняется меньшим (по удельному объему) использованием активных материалов (мель, электротехническая сталь). Все это отрицательно влияет на уровень потерь в кабелях.

Технический уровень отечественных электродвигателей ниже зарубежных. Наработка на отказ шахтных трансформаторов соответствует техническим условиям, в то же время ресурс комбайновых электродвигателей отстает от них и за последние годы снизился в 1,5 раза (с 15 до 10 тыс. т) из-за некачественного изготовления и недостаточного использования необходимых материалов [3, 71-72].

Поскольку главным направлением энергетической политики в нашей стране и за рубежом признано энергосбережение, регулирование режимов электропотребления на шахтах и разрезах является важнейшим фактором экономии электроэнергии. Оно осуществляется комплексом по регулированию режимов электропотребления на основных производственных процессах за счет отключения мощных энергоемких технологических установок в периоды дефицита мощности в питающей энергосистеме. Составной частью этого комплекса может выступать система регулирования цикла работы шахтного водоотлива на угольных предприятиях АО «Арселор Миттал Темиртау».

На рисунке 1 представлена общая структура автоматизированной подсистемы оптимизации энергопотребления шахты за счет перестройки цикла работы и энергопотребления водоотлива по прогнозу шахтного притока. Система включает: объекты энергопотребления (насосные агрегаты водоотлива); модули контроля параметров МКП, диагностики состояния оборудования и трубопровода МД, прогнозных моделей шахтного притока и энергопотребления МПМ, идентификации моделей МИМ, прогнозирования и оптимизации энергопотребления шахты МПИО, управления подачей МУП, а также диспетчерский пункт Д.

Модуль МКП обеспечивает входной информацией основные модули МД, МПИО, МПМ и МИМ, вырабатывающие решения по оптимизации режима водоотлива на базе диагностики состояния водоотлива и прогноза шахтных притоков на интервале оптимизации Т0. В модуль МПИО поступают сигналы двух типов: статистические -- о величинах прошлых притоков воды и энергопотреблений за сутки (предыстория процесса) и сигналы текущих притоков и энергопотребления -- для коррекции статистических графиков по действительным данным. С помощью МПМ и алгоритмов прогнозирования в модуле МПИО формируются выходные графики притока и энергопотреблений, используемые для расчета программы внепикового режима работы водоотлива по расходу электроэнергии. В модуль МПИО поступают выходные сигналы модулей МКП о текущем режиме водоотлива, сигналы МД об исправности оборудования, состоянии узлов водоотлива, о КПД насосов, а также критерий оптимизации Ф0 в виде минимизации времени работы водоотлива в пиковом режиме и при низких значениях КПД. электроэнергия шахта водоотлив экономия

На основании прогнозных графиков, диагностики состояния и текущих параметров в модуле МПИО рассчитывается программа работы водоотлива так, чтобы обеспечить его работу во внепиковом режиме и с оптимальным КПД. Выходные сигналы модуля прогнозирования и оптимизации связаны непосредственно с модулем МУП управления подачей водоотлива и с пультом диспетчера Д. Например, при снижении характеристики насоса и восстановлении режима регулирующей задвижкой в случае выхода насосного агрегата из зоны оптимального КПД контур диагностики вырабатывает информацию в модуль МПИО, информацию для диспетчера в целях анализа рациональности дальнейшего использования насосного агрегата и замены его резервным. Выявление и определение причины снижения характеристики насоса, установление степени его износа и ремонтопригодности позволяют сформировать в модуле прогнозирования и оптимизации рекомендации по его осмотру, замене и ремонту.

В модуль МИМ поступают сигналы с выхода объектов диагностики и управления и с выходов их моделей. При рассогласовании этих выходов МИМ производит идентификацию параметров моделей, подстраивая их под объект так, чтобы они были адекватны объектам в любой момент.

Контур оптимизации и перестройки цикла работы водоотлива с учетом изменения шахтного притока содержит в модуле МПМ два типа моделей для прогнозирования шахтного притока по его предыстории и суточных графиков энергопотребления шахты. Модель прогнозирования построена по принципу обработки ансамбля реализаций суточных графиков притоков, которые накапливаются и хранятся в памяти микро-ЭВМ в дискретной форме. Используя суточные графики за неделю, модуль МПМ формирует прогнозный график притока на текущие сутки. При этом исходными данными являются измеренные уровни в водосборнике, в том числе контрольного объема воды, накопившейся за определенный период. Измерение одновременно уровня, времени заполнения отсчетных уровней водосборника и подачи водоотлива дает информацию о действительном притоке на текущий момент, что используется для оперативной коррекции прогнозных графиков (адаптации прогнозных моделей). Аналогично построена модель прогнозирования суточных графиков энергопотребления по предыстории и показаниям счетчиков. Сформированные прогнозные графики нагрузок и притоков на текущее время передаются

На рисунке 2 приняты следующие обозначения: tp, ty -- начало интервалов регулирования Тр и упреждения (прогнозирования) Ту; Qn и QH -- прогнозный и действительный притоки, м3/ч; Т0 -- интервал оптимизации; h -- уровень воды в водосборнике, м; ?в и ?н -- верхний и нижний уровни включения и отключения насосных агрегатов; tm, tQn -- моменты принудительного включения и отключения водоотлива системой оптимизации во внепиковом режиме; tfe ^ -- моменты естественного включения и отключения водоотлива при достижении уровнем воды верхнего и нижнего уровней включения насосных агрегатов; Тп -- длительность интервала пикового режима водоотлива без системы оптимизации. Кривые QH, Wo и ho соответствуют прогнозному притоку, усредненному на интервалах Тр и Ту, энергопотреблению и изменению уровня воды в водосборнике во внепиковом режиме оптимизации. Кривые Qn, W и ?и описывают приток, энергопотребление и уровень воды в исходном режиме без системы оптимизации.

Из графиков видно, что в исходном режиме при достижении уровнем верхнего значения в момент ^ происходит включение, а в момент ^ (когда уровень достигает нижнего значения ?н) -- отключение водоотлива. На интервале Тпработа водоотлива совпадает с пиковым энергопотреблением W (t) шахты. В контуре оптимизации в модуле МПИО по специальному алгоритму рассчитывается момент принудительного включения водоотлива, чтобы к моменту tу начала пикового значения притока Qn2 уровень ho (t) достигал минимального значения, освобождая водосборник для приема пикового притока Qn2 на интервале Ту, без включения водоотлива. Этим самым модуль МПИО включает водоотлив на интервале Тр, повышая общее энергопотребление шахты, и отключает его в пиковом режиме на интервале Tn, понижая энергопотребление и обеспечивая прием притока Qn в освобожденную на интервале Тр емкость водосборника.

Сглаженное таким образом за счет водоотлива как потребителя-регулятора энергопотребление приближается к среднесуточному его значению (кривая W0). В этом случае управляемый водоотлив в комплексной технологической структуре шахты, во-первых, выступает как технологическое звено, выполняющее свои прямые функции по откачке шахтного притока, во-вторых, выполняет роль эффективного регулятора-потребителя, сглаживающего общую неравномерность нагрузки энергосистемы, в-третьих, обеспечивает надежную и гибкую технологию откачки воды с перестраиваемым циклом работы независимо от возмущений, связанных с изменением характеристик насосного оборудования, регулировочной емкости водосборника и шахтного притока.

Список литературы

1. Указ Президента Республики Казахстан «О Стратегии индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2003-2015 годы» от 17 мая 2003 г.

2. Муканов Д. Казахстан: прорыв в инновационную экономику. -- Алматы: Центрально-Казахстанское представительство Ассоциации «Деловой Совет ЕврАзЭс», 2007. -- 272 с.

3. ГринькоН.К., АрхиповН.А. Повышение технического уровня угольной промышленности. -- М.: Недра, 1991. -- 222 с.

Размещено на Allbest.ru