Реактивная энергия/мощность в текущем понимании и представлении в РФ

Введение во взаиморасчеты между поставщиком и потребителем электроэнергии термина «реактивная мощность» с интеграцией в силовые сети крупных объектов помимо счетчиков активной энергии приборов учета реактивной энергии определили искаженное понимание концепции реактивной энергии/мощности, формируемое и поддерживаемое «специалистами» с недостатком образования. Текущий тренд сленга в профильных структурах - реактивную энергию считают специфическим отдельным видом электроэнергии, а реактивную мощность называют «мнимой» и даже «паразитной». Однако если с «мнимой» мощностью с достаточно большими допущениями можно согласиться, ведь реактивная мощность по факту не осуществляют полезной (с точки зрения человека, производственного процесса) работы (реактивная энергия не трансформируется в механическую, тепловую), то «паразитом» реактивную мощность считать по меньшей мере некорректно.

Реактивная энергия в сети

Упрощенно в передаче активной и реактивной энергии участвуют одни и те же электроны (и/или иные носители заряда) без «бейджиков» «активный» или «реактивный» ток, однако:

• носители электрического заряда, проходящие через активное сопротивление R становятся активным переменным током с типовой синусоидой частоты 50 Гц, а проходящие через индуктивное (L) или емкостное (С) сопротивление – аккумулируются в них, создавая соответственно магнитное и электрическое поле, критически необходимое для работы оборудования, преобразующего активную энергию в механическую, тепловую и пр. (трансформаторы, электродвигатели и др.) и самого движения электронов активного тока.

• мечущиеся «взад/вперед» носители заряда реактивной энергии не только «мешают проходу» электронов активной энергии, но и проходя по кабелям/оборудованию, элементам сети с активным сопротивлением обуславливают технологические потери энергии – тем большие, чем большее расстояние им приходится проходить по сети, а с учетом факта преимущественной генерации «сдвинутых по фазе» электронов генераторами электростанций эти потери становятся огромными наряду с существенным снижением пропускной способности системообразующих, питающих и распределительных сетей, а также негативным влиянием на стабильность основных параметров качества электроэнергии.

По сути, специфика накопления/возврата реактивной энергии и «противофаза» синусоид реактивного тока индуктивности и емкости определили возможность и целесообразность компенсации реактивной мощности «на местах» потребления электроэнергии. Так, при подключении емкости (конденсатора или батареи) в сегмент сети с потребляющей (накапливающей и отдающей) реактивную мощность индуктивностью в полупериод накопления реактивной энергии индуктивным сопротивлением емкость будет отдавать накопленную ранее мощность, «питая» индуктивность, а при выбросе реактивной энергии – аккумулировать ее. Т.е. перетоки реактивной мощности будут идти на участке индуктивность-емкость, а значит остальная сеть разгрузится от реактивного тока и потери энергии будут определяться длиной/сопротивлением коммутирующего участка сети.

Физический аналог перетоков реактивной энергии на примере рынка

Для более доступного понимания концепции реактивной мощности и ее компенсации можно с большими допущениями привести физический аналог торговли на огороженном рынке в снежный зимний период, если условно принять, что:

• менеджмент этого рынка – владелец производственного объекта с цехами (точками продаж), где идут перетоки реактивной энергии;
• заходящие на рынок покупатели – это электроны активной (полезной) энергии;
• муниципальные дворники с лопатами, очищающими дороги от снежных завалов – носители реактивной энергии;
• а ворота рынка – шины понижающей подстанции на границе балансовой принадлежности.

Так, при определенной пропускной способности ворот, например, в 6 человек одновременно, во время снегопада в них будут взад/вперед сновать дворники с лопатами, вынося снег на улицу «под вывоз» и обеспечивая собственно функциональность рынка, однако:

1. чем больше человек нужно для быстрой уборки, тем меньше покупателей смогут зайти на рынок (больше перетоков реактивной мощности и меньше объем активной мощности при одном и том же сечении шин);
2. чем больше объектов в городе/районе нужно очищать, тем меньше дворников сможет выделить муниципалитет для конкретного рынка (генерируемая/поставляемая реактивная мощность при необходимости направляется на другие объекты, в другие сети, что может обусловить дефицит и остановку оборудования);
3. чем дальше база муниципальной службы от рынка, тем больше времени нужно на прибытие дворников и тем больше будет сметная стоимость работ за счет расходов на привозку (более высокие тарифы и коэффициенты).

В этой ситуации можно компенсировать недостатки уборки своими силами – купить лопаты и привлечь своих сотрудников (установить КРМ), однако стартовые затраты (покупка инвентаря, выделение помещения и пр.) и эксплуатационные расходы (доплата сотрудникам) для такого мероприятия должны быть экономически целесообразными для бизнеса, т.е. нужно знать динамику притока покупателей по часам в сутки, месяц, весь период, условия погоды прошлых лет и прогнозные, число людей с инвентарем, достаточное для очистки ключевых дорог и т.д.

Ключевые факторы, определяющие сложность подбора конденсаторной установки компенсации реактивной мощности.

Для грамотного подбора оптимальной конденсаторной установки переменного тока для повышения коэффициента мощности необходимо знать:

• суточную, недельную, месячную и годовую динамику потребления реактивной мощности, что дает возможность определить «фоновый» уровень мощности, который можно «срезать» недорогой и экономичной по эксплуатационным затратам нерегулируемой КРМ, оптимальную величину мощности для компенсации, требуемый уровень контроля/управления установками, скорость реагирования КРМ для исключения рисков провалов напряжения/перенапряжений и т.д.;
• превышение пиковых загрузок по мощности среднего показателя для определения дискретности ступеней установки по мощности;
• наличие и мощность оборудования/устройств, определяющих гармонические искажения в сети, для исключения рисков резонанса и выхода из строя конденсаторов батарей и т.д. и т.п.

Кроме того, очень важным, как для выбора КРМ, УКРМ, УКМ, так и для расчетов экономической эффективности можно признать выбор схемы компенсации, места интеграции установки в силовую сеть, а также существующие и допустимые (для конкретного производственно-технологического процесса) отклонения напряжения, что позволит на этапе проектирования конденсаторной установки снизить или исключить риски критических провалов напряжения и перенапряжений.

Факторы, определяющие сложность расчета срока окупаемости конденсаторной установки.

Для адекватного расчета срока окупаемости необходимо:

• иметь сводные данные об объемах нескомпенсированной реактивной мощности (из-за недостаточной дискретности ступеней, скорости срабатывания и пр.);
• потребленной (или потребляемой по документу/расчетам) КРМ активной мощности;
• ставке амортизационных отчислений;
• эксплуатационных затратах на обслуживание и ремонт, в том числе с учетом гарантированных сроков эксплуатации, как установки, так и ее отдельных компонентов;
• стоимости монтажа, прокладки коммуникаций, пуско-наладочных работ и т.д.;
• а также о текущих/прогнозных ценах на электроэнергию, стоимости превышения лимита потребления реактивной мощности и пр.

Безусловно, можно:

• подобрать конденсаторную установку переменного тока для повышения коэффициента мощности только по опросному листу или данным показаний приборов учета электроэнергии, но ее эффективность и целесообразность будет оставаться на «риске покупателя»;
• просчитать по определенному минимальному пакету данных с использованием формул перевода удельных величин в годовые срок окупаемости КРМ, УКРМ, УКМ, однако это будет расчет самого первого приближения, а значит гарантировать результат не может ни одна команда профильных специалистов с претензиями на высокую ответственность.