Сайт научно-технического журнала «Инженерные системы. АВОК Северо-Запад»

Сети газораспределения: снижение потребления электроэнергии на защиту от коррозии

Авторы:

В. Ю. Демчук, заместитель директора НИЦ ОАО «Гипрониигаз»

М. С. Доронин, главный эксперт НИЦ ОАО «Гипрониигаз»

Опыт ОАО «Гипрониигаз» по энергетическим обследованиям  газораспределительных организаций (ГРО) показывает, что перспективные направления повышения энергоэффективности в газораспределении основаны, как правило, на применении современных технологий, оборудования и материалов, энергосберегающие эффекты от внедрения которых определяются в зависимости от потребляемых топливно-энергетических ресурсов.

Несмотря на относительно малую долю в суммарном топливно-энергетическом балансе (от 5% в Приволжском ФО до 9% в Северо-Западном ФО) ежегодное потребление электрической энергии для различных ГРО составляет от 0,3 до 15 млн кВт∙ч/год. Столь значительные годовые объемы потребления электроэнергии обусловливают чрезвычайную актуальность поиска путей ее экономии. При этом эффективность энергосбережения в конкретном ГРО во многом зависит от структуры установленной электрической мощности и потребления электроэнергии по направлениям ее использования.

Структура потребления электрической энергии существенно варьируется в зависимости от вида ГРО (горгаз, облгаз), где доли отдельных групп потребителей могут составлять:

— сети распределения природного газа — от 30 до 50%;

— административные здания — от 27 до 57%;

— автотранспортное хозяйство — от 8 до 11%;

— механические мастерские и производственные корпуса — от 1 до 13%;

— склады, магазины и пр. — от 0,5 до 0,6%.

Из показанной на рисунке 1 в качестве примера структуры направлений использования электроэнергии в одном из ГРО видно, что по установленной электрической мощности превалируют (около 43% суммарной мощности) установки электрохимической защиты (ЭХЗ): катодные станции и усиленные дренажи.

В настоящей статье оценивается потенциал энергосбережения и эффективность его реализации от внедрения новых технологий и материалов  применительно к превалирующим в газораспределении технологическим потребителям электрической энергии — установками электрохимической защиты.

Рис. 1. Структура установленной мощности по направлениям  использования электроэнергии в обследованном ГРО

Проведенный  в процессе энергетических обследований анализ  эксплуатируемых в ГРО станций катодной защиты (СКЗ) показывает, что около 56,5% СКЗ представляют собой современное оборудование на базе ПКЗ-АР, в составе которого 72,4% оснащены блоками телемеханики, что значительно повышает эффективность защиты стальных подземных газопроводов. Вместе с тем на 43,5% СКЗ используется устаревшая элементная база, включая применение силовых трансформаторов, потребление электроэнергии которыми значительно выше, чем у современных станций нового поколения (ПКЗ-АР, СКЗ-УПК и аналогичных).

Оснащенность СКЗ приборами учета электрической энергии в обследованных нами ГРО составляет всего 59%, что затрудняет определение фактического потребления электроэнергии и оценку энергоэффективности работы станций катодной защиты.

В этой связи актуальной задачей является внедрение в качестве энергосберегающих решений катодных станций  нового поколения типа ПКЗ-АР, СКЗ-УПК и др., изначально оснащенных блоками телемеханики и приборами учета электрической энергии.

Основными преимуществами станций катодной защиты нового поколения, дающими возможность получить энергосберегающий эффект, являются:

— модульная структура, позволяющая обеспечить наращивание выходной мощности путем подключения дополнительных модулей источников тока;

— работа в режиме автоматического поддержания поляризационного (суммарного) потенциала или защитного тока;

— высокий КПД (не менее 90%);

— высокая точность поддержания заданного параметра (не хуже 1%);

— обеспечение при необходимости автоматического выхода на рабочий режим резервного модуля (если он предварительно подключен к станции) либо вывод его в режим резерва;

— возможность подключения станции к различным системам телемеханики;

— защита от короткого замыкания в выходной цепи и восстановление работоспособности после устранения замыкания;

— автоматический выход на рабочий режим после исчезновения и последующего возникновения напряжения в питающей сети.

Ввиду того, что потребление электрической энергии станциями катодной защиты нового поколения автоматически изменяется в течение суток, нами в процессе проведения энергетического обследования было определено среднесуточное потребление для эксплуатируемых станций типа ПКЗ-АР мощностью 2 кВт. Данные о потреблении электроэнергии и режимах работы (выходной ток и напряжение, защитный потенциал, режим станции: ток или потенциал) были получены по каналам телеметрии для 12 указанных станций за период 6 суток.

На рисунках 2 и 3 показаны графики изменения суточного потребления электрической энергии выборочно для двух станций, работающих в режиме автоматического поддержания  защитного потенциала (рис. 2) и  в режиме защитного тока (рис. 3).

Рис. 2. Суточное потребление электроэнергии для обследованной  СКЗ, работающей в режиме автоматического поддержания поляризационного потенциала

Рис. 3. Суточное потребление электроэнергии для обследованной СКЗ, работающей в режиме автоматического поддержания защитного тока

Как показали наблюдения, режим работы станции катодной защиты существенным образом определяет среднесуточное потребление электрической энергии, которое может изменяться даже в более широких пределах, чем показано на рисунках 2 и 3 (от 0,4 до 3,0 кВт∙ч).

Полученная таким образом величина среднесуточного потребления электроэнергии станциями катодной защиты типа ПКЗ-АР (1,55 кВт∙ч/сут) использовалась нами для обоснования экономического эффекта от замены устаревших катодных станций на новые.

Оценка эффективности внедрения современной технологии электрохимической защиты от коррозии подземных стальных газопроводов проиллюстрирована ниже на примере одного из ГРО, где во время проведения нами энергетического обследованных эксплуатировалось 152 станции катодной защиты нового поколения (типа ПКЗ-АР) и 117 станций старого образца, из которых 85 станций предполагалось заменить на новые.

Расчеты выполнены в соответствии с разработанной ОАО «Гипрониигаз» в 2007 году «Методикой по оценке эффективности внедрения энергосберегающих технологий в газораспределительном секторе», которая в настоящее время проходит оформление в качестве СТО ОАО «Газпромрегионгаз».

Ориентировочно годовое потребление электроэнергии для станций нового поколения  (одной и всех 152 шт.) составляет:

Э₁^нов =1,55 кВт∙ч/сут ∙ 365 сут/год = 0,566 тыс. кВт∙ч/год;

Э_Σ^нов= 0,566 тыс. кВт∙ч/год ∙152 шт. = 85,994 тыс. кВт∙ч/год.

При суммарном годовом потреблении электроэнергии  всеми станциями катодной защиты в ГРО, составившем в 2010 году 322,4 тыс. кВт∙ч,  на все остальные 117 станций старого образца и каждую из них в отдельности приходится:

Э_Σ^стар = 322,400 – 85,994 = 236,406 тыс. кВт∙ч/год;

Э₁^стар = 236,406 тыс. кВт∙ч/год / 117 = 2,021 тыс. кВт∙ч/год.

Годовая экономия электрической энергии при замене устаревших станций катодной защиты на новые станции (для одной и всех 85 шт.) составляет:

ΔЭ₁ = Э₁^стар – Э₁^нов = 2,021 – 0,566 = 1,455 тыс. кВт∙ч/год;

ΔЭ_ЭЭ = 1,455 тыс. кВт∙ч/год ∙ 85 шт. = 123,675 тыс. кВт∙ч/год.

Годовая экономия затрат на оплату электроэнергии определяется в соответствии с формулой:

ΔП_ЭЭ = ΔЭ_ЭЭ ∙ Т_ЭЭ = 123,675 тыс. кВт∙ч/год ∙ 3,921 руб./кВт·ч = 484,93 тыс. руб./год,

где Т_ЭЭ — тариф на потребляемую электроэнергию, руб./кВт·ч.

Индекс срока окупаемости капиталовложений в данное энергосберегающее мероприятие  Т_OK, лет, составит:

,

где  K —  капитальные вложения (инвестиции) в данное энергосберегающее мероприятие, руб.

Исходные данные и результаты расчета эффективности данного мероприятия сведены в таблицу 1.

Одним из важных направлений использования современных материалов и технологий в сетях газораспределения является применение новых изоляционных материалов с длительным сроком эксплуатации для защиты подземных стальных газопроводов и цокольных вводов от коррозии. Такие мероприятия, как правило, предусматриваются ГРО в соответствующих планах реконструкции стальных газопроводов. Кроме увеличения срока службы стальных подземных газопроводов использование новых изоляционных материалов позволяет уменьшить потребление электроэнергии на электрохимическую защиту.

Энергосберегающий эффект при этом выражается разницей в потреблении электроэнергии станциями катодной защиты для двух сопоставлямых случаев [1]:

Таблица 1. Эффективность замены устаревших станций катодной защиты на станции нового поколения типа ПКЗ-АР

— при изоляции стального подземного газопровода с использованием традиционных защитных покрытий (например, мастичных битумных с армирующими слоями или без них), имеющих ограниченный срок службы;

— при применении новых изоляционных материалов с длительными сроками службы (например, на основе экструдированного полиэтилена, полипропилена, термоусаживающихся материалов, липких полимерных лент, лент полимерно-битумных или полимерно-асмольных и др.).

Экономическая эффективность данного мероприятия оценивается следующим образом.

Годовая экономия электроэнергии ΔЭ_ЭЭ, кВт·ч/год,  составит:

,

где N_СКЗ^трад — мощность, потребляемая катодными станциями при использовании традиционных изоляционных материалов, кВт;

N_СКЗ^нов— то же при применении новых изоляционных материалов, кВт;

τ_ф — фактическая годовая продолжительность работы станций катодной защиты (в течение всего года или только его части), ч/год.

Годовая экономия затрат на электроэнергию ΔП_ЭЭ, руб./год, определяется в соответствии с формулой:

ΔП_ЭЭ = Q_i * T_i = ΔЭ_ЭЭ * ΔT_ЭЭ

где  ΔT_ЭЭ — тариф на потребляемую электроэнергию, руб./кВт·ч.

Данное мероприятие относится к условно беззатратным энергосберегающим мероприятиям, поскольку капитальные вложения осуществляются не по программе энергосбережения, а по программе реконструкции, при этом экономия электрической энергии является сопутствующим эффектом. Расчет экономических показателей для указанного мероприятия представлен в таблице 2.

Таблица 2. Эффективность замены традиционных материалов на новые

при изоляции подземных стальных газопроводов

Приведенные выше примеры применения новых технологий и материалов, позволяющих повысить энергоэффективность катодных станций электрохимической защиты, показали, что для достижения экономии электрической энергии требуются значительные капитальные затраты.

Вместе с тем энергетические обследования ГРО свидетельствуют о том, что другие направления повышения энергоэффективности (в системах электрического освещения, в электроприводах различного назначения и др.) не дают значительного снижения годового потребления электрической энергии.

Таким образом, применение современных технологий и материалов в сетях газораспределения является определяющим фактором энергосбережения для системы электроснабжения и электропотребления.

Скачать статью в pdf — формате: Сети газораспределения: снижение потребления электроэнергии на защиту от коррозии