Втрати при транспортуванні електроенергії
Передача енергії на великі відстані пов'язана з неминучими втратами, природа яких може відрізнятися. Існують стандарти таких втрат, які спираються на технологічні нюанси та підкріплені розрахунком економічно допустимого рівня збитку. Сьогодні ми поговоримо про те, з чого складаються різні види електричних втрат, як з ними зараз борються та що передбачається робити у майбутньому.
Формально втратами вважається різниця між кількістю енергії, що вийшла від виробника, та обсягом, врахованим лічильниками кінцевих споживачів. Певний відсоток електроенергії втрачається буквально на кожному етапі: у трансформаторах, у кабелях та дротах ЛЕП, у розподільних щитах та шафах, навіть у домашній проводці та у місцях розриву ланцюга – у розетках та на вимикачах. Звичайно, буквальна величина у кожному випадку буде своя: часто чим ближче до споживача, тим втрати менш істотні, а чим далі від нього – тим помітніше.
Структура та види втрат
У досліджуваному контексті фахівці для простоти вважають електричні системи такими, що складаються усього з трьох глобальних елементів: джерела, споживача та ліній передачі. Звісно, така ідеалізація мереж не дозволяє розглянути нюанси: за десятки, сотні, а часом і тисячі кілометрів, якими протікає струм, на його шляху зустрічається безліч вузлів технологічного обладнання. Підстанції, рубильники, зміна перетину дротів, захисна автоматика – усе це точки, де втрати стаються стрибкоподібно: від величини А до величини В. У той самий час лінії магістралей формують більш «плавні» втрати, які відбуваються не у одному місці, а розподілені по усій довжині кабелів.
Зіткнувшись з тим фактом, що втрати неминучі, людина вивчила це явище та запровадила певні нормативи. Відповідно до них, втрачені величини можна заздалегідь розрахувати – а це означає, не тільки правильно врахувати, але й передбачити заходи компенсації. Згідно з офіційною класифікацією на сьогодні прийнято розглядати три великі групи втрат.
- Пов'язані з технологією транспортування електроенергії. Вони залежать від фізичних та електричних явищ, можуть змінюватися залежно від підключеного навантаження, пов'язані з якістю та регулярністю обслуговування мереж, а також часто суттєво прив'язані до особливостей клімату у певному регіоні.
- Пов'язані з виробничо-експлуатаційними витратами. Сюди відносять весь той обсяг енергії, який є необхідним для живлення самих електростанцій, забезпечення умов роботи на них, формування комфорту персоналу та ін. Окрім того, до цієї ж категорії включають певний відсоток електроенергії, втраченої у процесі самого функціонування ліній – ця частина вважається тією, що безпосередньо транспортує основний обсяг, а, значить, витратною.
- Пов'язані з комерційними чинниками. У неї прийнято включати недосконалість приладів обліку (насамперед, на боці споживачів, оскільки виробник у даному випадку вважається «нульовою позначкою»), систематичну похибку вимірювання лічильників, помилки у тарифах та у самому їхньому розрахунку.
Окремо слід сказати і про ті фактори, які чомусь дуже рідко включають до загальноприйнятої класифікації. Йдеться насамперед про несанкціоноване споживання – розкрадання електроенергії просто з мереж. Окрім того, настільки очевидна передумова, як погана ізоляція кабелів та дротів, теж не входить у першу категорію. Нарешті, слід пам'ятати, що на експлуатаційному етапі істотну роль відіграють вихрові струми на приладах з реактивним навантаженням – вони також вносять чималу лепту у величину розбіжності показань на двох приладах обліку, які є сусідами за ієрархією.
Розглянемо три основні типи детальніше.
Технологічні втрати вважаються найбільшою категорією, оскільки включають різні явища. Крім того, й їхній внесок у підсумковий результат можна назвати найбільшим – за деякими оцінками, на втрати, пов'язані з технологією транспортування електроенергії, припадає від 10-12% до 25-30% від усіх втрат! Якщо не вдаватися до подробиць, на яких саме вузлах обладнання та через які явища відбуваються втрати, можна казати про те, що домінуючу роль у завданні фінансових збитків компаніям-постачальникам відіграють особливості магістралей. Надзвичайно багато енергії регулярно втрачається на коронних розрядах на ізоляторах ЛЕП та самому механізмі передачі струму за ЛЕП (близько 80% втрат). На усьому іншому обладнанні (холостий хід, недоліки конструкції трансформаторів, шунтуючі реактори, компенсатори тощо) втрачається менше 20% усіх втрат цього типу.
Першопричин у такого стану речей досить багато. Насамперед винні навантажувальні параметри. З огляду на те, що для ефективної передачі струму на великі відстані необхідні значні величини напруг, використовуються досить товсті дроти, які мають високі опори. Щоб зменшити негативний ефект від останніх, доводиться підвищувати вольтаж та знижувати струм. Тим не менш, теплові ефекти та електромагнітні поля «відбирають» корисну енергію у дротів, розсіюючи їх у навколишній простір. Другий значний нюанс пов'язаний із організацією поточного функціонування систем передачі енергії. Кожна компанія несе умовно-постійні витрати на те, щоб підтримувати у робочому стані навіть резервні агрегати, а штатне силове обладнання часто доводиться експлуатувати на холостому ході. Таким чином, ще одна частина енергії витрачається марно, не приносячи користі кінцевим споживачам. Крім того, не уся техніка запускається у роботу так само легко, як люстра або побутовий пилосос. У низці приладів та апаратів вузлам доводиться постійно боротися з реактивними навантаженнями, що також витрачає енергію вхолосту.
Зрештою, великий відбиток накладають і кліматичні умови: окрім того, що у вітряних регіонах дроти рве, обсипає брудом та розгойдує дроти, поступово пошкоджуючи метал струмопровідних жил на мікроскопічному рівні, не можна забувати й про опади. Зледенілі дроти витрачають якийсь додатковий обсяг електроенергії на процес відтавання, що знову ж таки є порожніми витратами. Зрештою, треба розуміти, що системи передачі та ЛЕП відрізняються від житлових будинків тим, що у них немає ПЗВ – витік струму з ізоляторів відбувається у повітря або відразу на землю, що суттєво знижує обсяги енергії, які реально транспортуються.
Виробничо-експлуатаційні витрати часто тісно пов'язані з тими втратами, які обумовлені технологічно. Сюди знову входить холоста робота силових установок та витрати на апарати, які мають компенсувати реактивне навантаження у мережах. До умовно-постійних витрат такого типу відносять взагалі усе, що якимось чином пов'язане із забезпеченням нормальних умов експлуатації електроустаткування. Для живлення пультів управління електромережами, роботи вуличних світильників на об'єктах інфраструктури та освітлення виробничих залів з людьми-операторами також витрачається енергія, яку зараховують до сегменту втрат, оскільки її оплачує не споживач, а постачальник енергоресурсів. Фінансові збитки такого роду зазвичай не перевищують 12% від загальних втрат.
Комерційні помилки навряд чи потребують детальних роз'яснень. Неточність приладів обліку чи неправильний розрахунок тарифів часто призводять до зниження доходів підприємства, яке виробляє енергію, на 3-6%. Хоча це найменше значення серед усіх розглянутих тут, систематичність його прояву формує мільйонний дефіцит на балансах ГЕС та ТЕС.
Звісно, підприємства намагаються якнайшвидше виявити причини втрат та вигадати прийоми зниження нецільових витрат. Для таких завдань залучають спеціальні енергосервісні та енергоаудиторські компанії, які ланка за ланкою досліджують системи транспортування електроенергії та пропонують варіанти за результатами роботи. Крім того, іноді їм навіть вдається виявити приховані резерви у побудованому технологічному процесі, що призводить до перегляду нормативів за типовими втратами.
У свою чергу, компенсувати втрати, які вже мали місце, можна по-різному. Більшість компаній-енерговиробників по усьому світу, не мудруючи, перекладають їхню вартість на споживачів. Таким чином, недоліки технологій передачі енергії, а також усі регулярні виробничі витрати перераховуються на питому величину та одразу закладаються у тариф для населення чи промисловості. Не бажаючи зазнавати необґрунтованих збитків, постачальники формують окремі штати, які виконують контролюючі функції, та організують підрозділи, зайняті лише аналізом статистики втрат та винаходом стратегій їх мінімізації. У наш час збирати відомості стало на порядок простіше, аніж раніше, оскільки вже винайдено достатню кількість автоматики – у тому числі таку, яка здатна автономно вести журнали обліку.
Розкрадання електроенергії
Несанкціоноване споживання електроенергії слід обговорити окремо. Дане явище поширене не тільки в країнах колишнього СРСР, як думає багато хто. За кордоном спостерігається все те саме. Основною категорією зловмисників є поодинокі споживачі та окремі домогосподарства. Представники промисловості і навіть малих приватних виробництв рідко вдаються до розкрадання, тому що для них відповідальність значно вища, аж до закриття. Світова статистика свідчить, що типові темпи та обсяги розкрадань залежать від пори року та регіону. Взимку та в північних регіонах електроенергію крадуть частіше і у великих кількостях – насамперед для обігріву житла. У той же час, південні країни та регіони, навпаки, демонструють велику чесність у розрахунках зі своїми місцевими компаніями-постачальниками.
Втрати електроенергії, зумовлені розкраданням, вкрай складно чітко оцінити у відсотковому співвідношенні. Якщо для інших видів втрат хоча б відомий діапазон значень, то тут усе залежатиме від совісті людей. Усього сьогодні виділяють три способи розкрадання: механічний, електричний та магнітний. Розглянемо їх.
- Механічне розкрадання ґрунтується на безпосередньому втручанні людини у роботу техніки або, частіше, лічильника. На старих моделях люди просто пригальмовують диск, на нових – підключають клемні колодки до точок під'єднання ввідних дротів та крадуть електроенергію безпосередньо, в обхід приладів обліку. Інвазивне втручання завжди є більш варварським – з ушкодженням пломб та розбором з’єднань.
- Електричне розкрадання можна назвати витонченішим та навіть науковим. Залежно від підходу, зловмисники знаходять спосіб підключитися до ЛЕП, або вміло використовують її наводки для роботи своїх приладів. У окремих випадках просто шунтується ввідний автоматичний вимикач до точки введення у домогосподарство. Нарешті, якщо це буде ефективно у поєднанні з конкретною моделлю електролічильника, у розподільчому щиті міняються місцями фаза та нуль.
- Магнітний спосіб передбачає використання сильного магніту поблизу індукційних приладів обліку. Сучасні лічильники на мікроконтролерах таким прийомам не піддаються.
Слід зазначити, що нові вироби для підрахунку споживання електроенергії мають високу стійкість до відомих хитрощів злодіїв. Більше того, деякі з них навіть здатні розпізнавати спроби такого впливу, заносити їх у свою пам’ять та передавати контролерам. Якщо це буде відбуватися систематично, лічильник може запустити аварійний режим та вимкнутись. Для відновлення роботи доведеться викликати людей, уповноважених компанією-постачальником, а вони у свою чергу складуть протокол та передадуть матеріали до суду.
Підбиваючи підсумки, хочеться сказати, що загалом втрати електроенергії вважаються цілком нормальним явищем. Наразі їх можна з високою точністю спрогнозувати, знизити практично до технологічної межі та обмежити окремими сферами споживання. Тим не менш, повністю позбутися втрат при транспортуванні електроенергії у людства поки що немає можливості.