Введение
Основная задача в развитии электро- и теплоэнергетики России, как и во всем мире, заключается в обеспечении в процессе выработки электрической и тепловой энергии высокой экономичности, надежности, экологической безопасности, т.е. минимальных затрат топливно-энергетических ресурсов при оптимальных энергосберегающих технологиях.
Структура производства электроэнергии по видам электростанций в 2011 г. включает в себя: тепловые – 68 %, гидроэлектростанции – 16 %, атомные – 16 %. Основным источником производства теплоэлектроэнергии остаются тепловые станции, сжигающие органическое топливо. Структура топливопотребления на тепловых станциях составляет: газ – 55 %, уголь – 34 %, мазут – 5 %.
Федеральный закон № 261–ФЗ от 23.11.2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты РФ» поставил задачу о постепенной замене ламп накаливания на газоразрядные и светодиодные источники света. Рациональное использование природных ресурсов, повышение эффективности потребления энергии, развитие возобновляемых источников энергии может обеспечить потребности человечества в энергии и устойчивое развитие в глобальном масштабе. Выгоды от мероприятий по энергосбережению для окружающей среды очевидны: снижение потребления энергии приводит не только к экономии природных ресурсов, но и к сокращению выбросов загрязняющих веществ [3].
Характеристика источников света
В качестве источников света обычно используют лампы накаливания и газоразрядные лампы, в последнее время начали применять светодиодные лампы [1,2].
Преимуществами ламп накаливания являются: низкая цена, небольшие размеры, мгновенное зажигание, низкие пульсации при работе на переменном токе, возможность использования регуляторов яркости. Однако они имеют серьезные недостатки: низкая световая отдача и малый срок службы.
Компактные энергосберегающие лампы предназначены в основном для домашнего освещения. Они являются отличной заменой для административных помещений, где установлены светильники под лампы накаливания. Они экономичны и долговечны.
Самый большой класс ламп, используемых сегодня – это люминесцентные линейные лампы общего освещения.
Люминесцентные лампы Т8 – это наиболее распространенный сегодня тип ламп. Они обладают меньшим диаметром (26 мм), что позволяет создавать более компактные светильники, и характеризуются улучшенными параметрами светоотдачи и цветопередачи. И главное – они более надежны и экономичны в эксплуатации.
Люминесцентные лампы Т5 – более современный тип ламп, применяемых в сфере общего освещения. Диаметр газоразрядной трубки Т5 составляет 16 мм. Это более совершенные осветительные приборы, которые имеют отличную цветопередачу, повышенную световую отдачу, уменьшенное снижение светового потока с течением времени. Немаловажным фактором является значительное сокращение содержания ртути в приборах – практически в 7–10 раз (в сравнении с Т8).
Основными достоинствами светодиодных источников света является их экономичность, высокая световая отдача; малые габариты; высокая долговечность; отсутствие пульсаций светового потока; возможность получения излучения различного спектрального состава; высокая степень управляемости [4].
Характеристики источников света приведены в таблице 1.
Согласно ГОСТ 13109-97, к основным показателям качества электроэнергии относятся установившееся отклонение напряжения, размах изменения напряжения, доза фликера, коэффициент искажения кривой напряжения, коэффициент n - ой гармонической составляющей, коэффициент несимметрии напряжения по обратной и нулевой последовательности, отклонение частоты, длительность провала напряжения, импульсное напряжение, коэффициент временного перенапряжения.
Таблица 1. Характеристики источников света
|
Тип источников света |
Светоотдача, лм/Вт |
Срок службы, ч |
|
Лампы накаливания |
10–15 |
1 000 |
|
Люминесцентные лампы (стандарт Т8) |
80–95 |
16 000 |
|
Люминесцентные лампы (стандарт Т5) |
95–105 |
16 000 |
|
Компактные люминесцентные лампы |
60–70 |
9 000 |
|
Светодиодные лампы |
До 200 |
До 50 000 |
Показатели качества электроэнергии в нормальном режиме работы электрической сети не должны выходить за пределы максимальных значений в течение 95 % времени каждых суток. Согласно [6], устанавливаются два вида норм на качество электроэнергии – нормально допустимые и предельно допустимые величины. Нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии равны соответственно ±5 и ±10 % от номинального напряжения электрической сети.
В новом стандарте на качество электрической энергии ГОСТ Р 54149–2010 [5] отсутствуют сведения о допустимых отклонениях напряжения для источников света, поэтому авторами было также исследовано влияние отклонений напряжения на технические характеристики газоразрядных и светодиодных источников света.
Результаты экспериментального исследования
В данной работе приведены результаты экспериментального исследования влияния отклонения напряжения на потребляемую мощность ламп накаливания, газоразрядных и светодиодных источников света. Отклонения напряжения изменялись в пределах ±15 от номинального напряжения сети для изучения влияния более широкого диапазона, который может быть в реальных условиях.
Исследование проводилось с помощью анализатора качества электроэнергии типа Fluke 434. Для исследования использовались лампы накаливания (75 Вт), люминесцентные лампы стандарта Т8 (ЛЛ 4х18 PhilipsTL-D 18W/54-765) и Т5 (ЛЛ 4х54 FHO LuxlinePlus 54W/865), компактные люминесцентные лампы (ASDSpiral-econom 20 Вт), светодиодные (ClassicLed 9 Вт) лампы.
Так как исследуемые лампы однофазные, а подключение датчиков прибора необходимо производить отдельно на фазный и нулевой проводники, была собрана экспериментальная установка для проведения исследований с разделением прямого и обратного проводов.
Результаты экспериментального исследования влияния отклонения напряжения на потребляемую мощность ламп накаливания, газоразрядных и светодиодных источников света приведены в таблице 2.
Сжигание топлива – не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик в природную среду загрязняющих веществ. В процессе сжигания топлива (уголь, мазут, газ) образуются СО, СО2, SО2, NОх, СН4, пыль. Высокое содержание в атмосферном воздухе различных загрязнителей неблагоприятно сказывается на всем комплексе живой природы.
Отрицательное влияние загрязнения атмосферы выражается в ухудшении здоровья людей и животных, снижении урожайности сельскохозяйственных культур и продуктивности животных. Воздействию вредных веществ подвержены лесные угодья. Загрязнение атмосферы влияет на коррозионные процессы строительных конструкций, ускорение износа зданий и оборудования. Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, и их санитарно-гигиенические характеристики принимаются согласно ГН 2.1.6.1338-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест».
Таблица 2. Результаты исследования влияния отклонения напряжения на потребляемую мощность ламп
|
Напряжение, В |
Потребляемая мощность, Вт |
||||
|
ЛН 75 |
КЛЛ 20 |
ЛЛ 4*18 (Т8) |
ЛЛ 4*54 (Т5) |
СД-9 |
|
|
187 |
53 |
14,5 |
42 |
206 |
8 |
|
190 |
54 |
15 |
57 |
206 |
8 |
|
193 |
55 |
15 |
60 |
205,5 |
8 |
|
196 |
56 |
15,5 |
65 |
205 |
8 |
|
199 |
58 |
15,5 |
66 |
204,5 |
8 |
|
202 |
59 |
15,8 |
68 |
204,3 |
8 |
|
205 |
61 |
15,9 |
70 |
204,2 |
8 |
|
208 |
62 |
16 |
77 |
204 |
8 |
|
211 |
64 |
16,1 |
76 |
206 |
8 |
|
214 |
65 |
16,5 |
79 |
204 |
8 |
|
217 |
65 |
16,8 |
82 |
204 |
8 |
|
220 |
67 |
16,9 |
86 |
204 |
8 |
|
223 |
69 |
17 |
89 |
204 |
8 |
|
226 |
70 |
17 |
92 |
204 |
8 |
|
229 |
71 |
17,5 |
92 |
204 |
8 |
|
232 |
72 |
17,5 |
95 |
204 |
8 |
|
235 |
74,5 |
17,8 |
97 |
204 |
8 |
|
238 |
77 |
18 |
100 |
204 |
8 |
|
241 |
78,5 |
18,1 |
103 |
204 |
8 |
|
244 |
81 |
18,1 |
105 |
204 |
8 |
|
247 |
83 |
18,8 |
108 |
204 |
8 |
|
250 |
84 |
18,9 |
108 |
204 |
8 |
|
253 |
84,5 |
19 |
108 |
204 |
8 |
Для экологической оценки результата влияния отклонения напряжения на потребляемую мощность ламп накаливания, газоразрядных и светодиодных источников света были проведены расчеты загрязнения атмосферного воздуха выбросами, образующимися при сжигании органического топлива.
В табл. 3 приведены средние значения удельных выбросов вредных веществ, образующихся в процессе сжигания топлива на ТЭС.
Таблица 3. Удельные выбросы вредных веществ, образующихся в процессе сжигания топлива
|
Вредные вещества |
Удельные выбросы, г/кВт ч |
|
Твердые частицы |
1,54 |
|
Диоксид серы |
2,26 |
|
NO2 |
1,06 |
|
NO |
0,17 |
|
СО |
0,85 |
Исходя из изменения потребляемой мощности от напряжения (табл. 2), были рассчитаны величины удельных выбросов для всех видов ламп. Основными вредными веществами при сжигании угля являются диоксид серы и твердые частицы (сажа), а при сжигании природного газа – диоксид азота. Результаты расчета приведены в виде графиков: рис.1 – для диоксида серы, рис. 2 – для твердых частиц, рис. 3 – для диоксида азота.
Рисунок 1. Удельные выбросы диоксида серы для различных видов ламп
Рисунок 2. Удельные выбросы твердых частиц для различных видов ламп
Рисунок 3. Удельные выбросы диоксида азота для различных видов ламп
Выводы
В результате проведенных исследований установлено:
1 – изменение величины питающего напряжения электроприемников оказывает значительное влияние на экологические показатели;
2 – при увеличении напряжения выше номинального происходит резкое (до 30 %) увеличение вредных выбросов для ламп накаливания и люминесцентных ламп стандарта Т8;
3 – при увеличении напряжения выше номинального для КЛЛ увеличение выбросов происходит на меньшую величину (до 12 %);
4 – для люминесцентных ламп стандарта Т5 и светодиодных ламп изменение напряжения практически не сказывается на экологических характеристиках.
Таким образом, стабилизация напряжения является одним из эффективных способов уменьшения загрязнения атмосферного воздуха.
Рецензенты:
Михаленко М.Г., д.т.н., профессор, директор ИФХТиМ, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ), г. Нижний Новгород.
Кузьмин Н.А., д.т.н., профессор, зав.кафедрой «Автомобильный транспорт», Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ), г. Нижний Новгород.