27 nov. 2018

UTILIZAREA EFICIENTA A ENERGIEI ELECTRICE - Teorie si aplicatii

          Nicio teorie nu descrie realitatea fizică în mod absolut. Ingineria are rolul  important de a   găsi corespondențe între teorie și realitate, între modelele teoretice și modelele fizice sau materiale.
          Din punctul de vedere al modelelor teoretice, teoria macroscopică a fenomenelor electromagnetice este o teorie fenomenologică, independentă de orice model microscopic. Această teoria face abstracție de structura discretă a materiei, modelele materiale (corpurile) fiind considerate medii continue.
          Teoria macroscopică clasică Maxwell – Hertz stă la baza principalelor aplicații tehnice ale fenomenelor electromagnetice din domeniul curenților tari. Ea permite rezolvarea simplă și relativ precisă a problemelor de electrotehnică fiind un instrument puternic la îndemâna inginerilor.
          În Electrotehnică, pentru rezolvarea provocările tehnice complexe și cu viteză mare de evoluție privind utilizarea eficientă a energiei electrice, trebuie găsite soluții optime și economice.  Industria de profil a dezvoltat echipamente, aparate și tehnologii care acoperă necesarul utilizărilor casnice și industriale.

          Cartea Utilizarea eficientă a energiei electrice – Teorie și aplicații” autor ing. Sorin Morancea , realizează o punte între teoria fenomenelor electromagnetice și unele soluțiile practice de eficientizare a utilizării energiei electrice.




5 sept. 2018

AUDIT ENERGETIC SI LUMINOTEHNIC


Municipiul B. nu dispune de străzi de categorie superioară (I și II), ci numai de categoriile III și IV. În centrul orașului, pe lungimea arterei est-vest, există două tronosoane cu un profil special: două benzi de circulație cu lățimea de 4m, separate de un spațiu verde cu lățimea de 3,5 m (Str. I, între str. II și III, respectiv Str. IV, între Str. V și VI).   Din perspectiva îmbrăcăminților rutiere, 56 km de străzi sunt modernizate (cu îmbrăcăminți din piatră fasonată, asfalt sau beton), iar 29 km sunt nemodernizate (de pâmânt, balastate).  
 Principalele străzi pe care se desfășoară circulația la nivelul municipiului Băilești sunt: - Artere de categoria a III-a, cu două benzi de circulație (carosabil 7 m), lățimea profilului fiind de 16 m. Cele mai multe dintre aceste străzi au îmbrăcăminți asfaltice sau din pavele și spații verzi de-a lungul trotuarelor; - Artere de categoria a IV-a, cu benzi de circulație (carosabil 6-7 m), lățimea profilului fiind variabilă (8-13 m).  
Municipiul B este racordat în întregime la rețeaua de alimentare cu energie electrică. Consumatorii sunt alimentați cu energie electrică din sistemul energetic prin intermediul a două stații de transformare 110/20 kV (B1 și B2). Aceste stații sunt racordate la sistem prin linii electrice aeriene de 110 kV, cu secțiunea de 185 mmp. Din cele două stații de transformare pornesc linii de 20 kV aeriene spre oraș și satul C. În oraș, liniile de 20 kV, prin racorduri subterane și aeriene, alimentează posturile de transformare 20/0,4 kV aeriene și în cabină de zidărie.  
Rețeaua de iluminat stradal este comună cu rețeaua de distribuție a energiei electrice și este formată din stâlpi de beton de tipul SE montați de o parte sau alta a carosabilului și conductoare din al-ol 25/4mm2 fixate de izolatoare de susținere. Corpurile de iluminat sunt de tipul PVA sau PVB și sunt suspendate prin intermediul cârjelor către zona circulabilă, la înălțimea de 9m. Alimentarea cu energie electrică a rețelei stradale se face din posturile de transformare 20/0,4kV, iar comanda iluminatului se face din punctele de comandă.
Sistemul de Iluminat Public al Primăriei B este destinat satisfacerii unor cerinţe și nevoi de utilitate publică şi anume: 
- ridicarea gradului de civilizaţie, confortului şi calităţii vieţii 
- creşterea gradului de securitate individuală şi colectivă 
- asigurarea siguranţei circulaţiei rutiere şi pietonale 
- punerea în valoare, printr-un iluminat arhitectural şi ornamental adecvat a zestrei arhitectonice şi peisagistice 
- realizarea unei infrastructuri edilitare moderne 
- funcţionarea şi exploatarea în condiţii de siguranţă, rentabilitate şi eficienţă economică a infrastructurii aferente serviciului de iluminat public
Pentru determinarea stării actuale a Sistemului Public de Iluminat, in cadrul dezvoltări Auditul energetic și luminotehnic, s-au parcurs următoarele operațiuni:
1) Studierea datelor existente, datele tehnice ale componentelor Sistemului Public de Iluminat (SPI) au fost analizate din punct de vedere al:
- Eficientei 
- Vechimii 
- Destinatiei 
- Caracteristicilor luminotehnice 
- Utilizare/amplasare corecta a componentelor - Corelarea acestor caracteristici raportat la necesitatea existenta

2. Preluarea de date din teren. In perioada 01.07.2018 – 10.07.2018 au fost efectuate măsurători luminotehnice pentru determinarea eficientei SIP, din punct de vedere al cantitătii de lumină generată de SIP. 
Pentru măsurători a fost utilizat un sistem de masurare a luminozității care are la baza o camera CCD-Digitală, de tip Technoteam LMK98-4, cu lentile fotosensibile interschimbabile. Aceasta camera este legata la un PC care prin intermediul unui program special permite capturarea de imagini, iar in urma prelucrării prin intermediul aceluiasi program se obțin parametri luminotehnici ai zonei măsurate. Principalul parametru obținut prin aceasta metoda este cantitatea de lumina pe unitatea de suprafața [Cd/m²]. Operațiunea de măsurare se efectuează pe timp de noapte, in conditii atmosferice adecvate (fara ceata, carosabil uscat), prin montarea camerei pe interiorul parbrizului unui autoturism. Pentru ca parametri masurati sa nu fie distorsionați de caracteristicile optice ale parbrizului, inainte de inceperea masuratorilor se determina un factor de corecție care sa anuleze efectele acestuia si se introduce in program.


 

Un exemplu al operațiuni de măsurare si prelucrare pentru obținerea parametrilor poate fi observat in imaginea de mai jos.

 Comparare Existent/Necesar. In urma masuratorilor si a studieri datelor tehnice ale SIP s-a determinat starea reala existenta in teren. Comparand caracteristicile SIP reale cu caracteristicile impuse prin normativele de specialitate se pot determina masurile, de eficiență energetică.


Ecuatia de bilant este: 
Wi = Wu +SDWP = Wu + ΔWT+ ΔWC             [kWh]
unde: 
      Wi    energia intrată în contur
                     ▪      Wu    energia utilă la ieşirea din contur
                     ▪      SDWP  suma pierderilor din sistemul electroenergetic de alimentare:
    ΔWsunt  pierderile datorate corpurilor de iluminat
    ΔWsunt  pierderile datorate cablurilor electrice
Bilanţul real se referă la situaţia în care se găseşte, la un moment dat, un echipament (instalaţie), punând în evidenţă abaterile valorilor parametrilor reali de la valorile de referinţă stabilite în bilanţul de recepţie, cauzele şi soluţionarea acestora. Abaterile rezultate reprezintă fie erori de întreţinere şi exploatare, fie uzură.
Bilanţul real se elaborează operând cu cantităţi de energie măsurate, completate cu valori calculate analitic.
Se recomandă ca în timpul probelor de bilanţ încărcarea să fie egală, sau foarte apropiată de cea nominală.
Bilanţul real constituie baza pentru evaluarea potenţialului de resurse energetice refolosibile.
Bilanţul optimizat se elaborează de fiecare dată când se elaborează şi bilanţul real. El ia în considerare efectul implementării măsurilor de creştere a eficienţei identificate prin analiza bilanţului real.
         Pentru elaborarea bilanţului general pe contur s-au efectuat măsurători la nivelul tablourilor de distributie.
            Ecuaţia de bilanţ orar, este:           
 Wu = WI – (ΔWL + ΔWC) = 127,75 – (7,95 + 62,681) = 57,119 KWh
Considerând un timp mediu de iluminat pe an, tmed = 4200ore rezultă valorile din tabelul 11.1.5 și în diagrama Sankey 

 

Mărimea caracteristică


[kWh/an]
[%]

Energie intrată, luată din reţea


536 550

100,00

 

Energie ieşită

1. Energie utilă
2. Pierderi în rețeaua electrică
3. Pierderi in corpurile de iluminat


  
239 899,8
33 390
263 260,2


44,78
  6,22
49,06
 

Total ieşiri


536 550

100,00




 

 
Din valorile obtinute prin masuratori cat si din analiza bilantului, au rezultat urmatoarele:                                                 
-        Consumul de energie electrica anuala pentru conturul analizat este de 536 550
[kWh/an] la un factor de putere de 0,93.
-        Pierderile totale de energie electrica in elementele de retea se ridica, procentual,
la 6,22% adică 33 390 [kWh/an]
-        Pierderile datorate corpurilor de iluminat se ridică la 263 260,2 [kWh/an], adică
49,06% din totalul consumului de energie electrică din contur
          Se constată ca există pierderi însemnate din cauza tipului corpurilor de iluminat, a lămpilor folosite și a uzurii lor.
Exprimat in tone echivalent petrol (1tep = 11 360 kWh) consumul de energie electrica anuală este de 47,235 tep, iar pierderile de energie electrica sunt de 26,11 tep.

Obtinerea unei eficiente energetice ridicate se obtine in principal prin adoptarea de solutii tehnice moderne in instalatiile electrice analizate cat si a unor masuri oragnizatorice. 
A. Din rezultatele obtinute in urma masuratorilor rezulta ca, sistemele de iluminat public aferente cailor rutiere considerate corespund inca cerintelor fotometrice aferente claselor in care sunt incadrate dar se remarca, comparativ cu breviarele de calcul luminotehnic o depreciere importanta a calitatii iluminatului public in municipiul Băilești cât și un consum de energie electrică ridicat datorită consumului de energie specific mare, fapt ce impune necesitatea reabilitarii sistemului conform SR 13201 
B. Pentru folosirea echipamentelor de iluminat, surse de lumina sau componente ale aparatajului se va impune respectarea caracteristicilor tehnice minimale prevazute in fisele tehnice si Criteriile UE privind achizitiile publice ecologice (APE) pentru sisteme de iluminat stradal si semnalizare rutiera 
C. Punctele de delimitare, blocurile de masura, protectie si comanda ale SIP vor fi scoase in afara Posturilor de Transformare detinute de furnizorul de energie. BMPIIP-urile vor contine contoare electronice cu masura indirecta (prin transformatoare de curent avand raportul de transformare 200/5), cu sistem flexibil de tarifare, echipament de reducere tensiunea de alimentare in vederea cresterii fiabilitatii surselor de lumina si a reducerii consumului cu pana 25% pentru ramurile de retea nou construite 
D. Se vor înlocui corpurile existente cu corpuri de iluminat eficiente,  cu LED de (20...100)W in funcție de nivelul fotometric impus de categoria străzilor. Pozitia lampilor in raport cu traseul de trafic (ordonarea lampilor, distanta intre punctele de iluminare, inaltimea de pozitionare a lampii, brat, aliniament si inclinare in raport cu suprafata carosabilului, tipul stalpului, stabilirea locului de instalare, etc). Se va înlocui rețeaua datorită vechimii foaarte mari
C. Implementarii unui sistem wireless (Wlan) pentru managementul  rețelei de iluminat (comanda inteligentă, monitorizarea consumurilor, etc).
Avantaje:
- Acoperirea cat mai buna a zonei studiate;
- Acces sigur si facil la retea;
- Asigurarea unui trafic suficient pentru traficul  de date obisnuit.
Pot fi amplasate microemitatori in benzile b/g anumite zone prestabilite din perimetrul studiat. Interconectarea echipamentelor de sol va fi realizata prin inelul de fibra optica ce interconecteaza si celelalte subsisteme.
Analiza privind implementarea sistemului wireless 2.4 GHz, standard 802.11 b/g/n. Analiza privind amplasarea Access Point-urilor trebuie realizată ținându-se cont de aspectul particular al fiecărei zone: parc, zonă urbană deschisă, zonă urbană cu clădiri. Se va realiza analiza atât din punctul de vedere al acoperirii wireless a zonelor menționate mai sus, cât și din punctul de vedere al alocării canalelor radio conform standardului IEEE 802.11, pentru a evita interferențele în spectrul radio. Echipamentele luate în calcul trebuie sa respecte standardul IEEE 802.11 și sunt destinate pentru acoperire outdoor, rețele de tip wireless mesh. În acest tip de rețea, Access Point-urile sunt sincronizate între ele iar, în cazul în care un AP nu mai funcționează, traficul de date de pe acest AP se direcționează (rutează) pe altă cale de transmisie, schimbarea fiind insesizabilă de către utilizatorul final. De asemenea, un mare avantaj al acestui tip de rețea este că nu este nevoie de o conexiune internet la fiecare din Access Point-uri, un astfel de Access Point putând comunica cu un altul și funcționa ca punct de retransmisie a datelor.   
D. Comanda sistemului de iluminat:
Sistemul de management este o componenta a unui sistem inteligent (Smart Grid). Printr-un semnal de comanda  pot fi comandate dintr-un singur punct de „Dispecerat“ toate punctele de aprindere sau lampi in parte. Un astfel de sistem de comanda este City-Touch, care permite supravegherea componentelor si a starii sistemului de iluminat.
Alte avantaje:
-        Defectiunile pot fi recunoscute instantaneu.
-        Reviziile pot fi planificate pe anumite directii
-        Prognozele asupra consumului pot fi estimate mai precis.
-        Intensitatea iuminarii poate fi reglata in parte pentru fiecare lampa
-        Inventar digital a tuturor componentelor
-        Vedere de ansamblu permanenta asupra costurilor 
            E. Adaptarea consumului de energie functie de specificul local al fiecărei străzi. Astfel trebuie reconsiderate toate elementele orasului prin considerarea efectelor acestora:
-        O grupare pe tipuri a sistemului stradal,
-        O evidentiere marita a zonelor,
-        Evidentierea centrului si a zonelor importante,
-        Accentuarea monumentelor, pasajelor sau caldiriilor de patrimoniu
-        Integararea in aspectul nocturn a cladiriilor inalte,
-        Parcuri, cu iluminare orientata la conditiilor naturale care sa asigure siguranta trecatorilor  
După implementarea măsurilor recomandate se determină Bilanțul optim.
 

 

Mărimea caracteristică


[kWh/an]
[%]

Energie intrată, luată din reţea


109 602

100,00

 

Energie ieşită

1. Energie utilă
2. Pierderi în rețeaua electrică
3. Pierderi in corpurile de iluminat


  
97 327
1  526
10 749


88,80
  1,39
9,81
 

Total ieşiri


109 602

100,00

  Prin aplicarea masurilor tehnice si organizatorice prezentate in Planul de masuri (Cap 13) rezulta cresterea randamentului energetic net global de la 44,78% la 88,8%.
Acest fapt duce la realizarea unor economii de energie, astfel:
          ΔW = Wi  - Wio  = 536 550 109 602 = 426 948 kWh/an 
Știind că 1tep = 11,63MWh, rezultă exprimat in tone echivalent petrol că economia de energie este 36,71 tep/an.

23 aug. 2018

Micro-sistem SCADA utilizand o rețea de comunicații radio tip LoRaWAN” - PowerLoRa




Structura rețelei LoRaWAN 





Modulele și componentele descrise mai sus alcătuiesc ansamblul micro-sistemului SCADA, bazat pe o rețea de comunicații LoRaWAN privată, 

Schema bloc a acestui micro-sistem este prezentată în figura urmatoare iar funcțiile principale ale elementelor componente, sunt după cum urmează:



           Nodul Conx: rol de nod central, mesaje multicast pentru achiziție sincronizată, legătură sigură cu CDA (punct de acces); conectat la contor martor CST0410; fără elemente de compensare în prezent;



      Nodul CDA: rol de punct de acces în rețeaua LoRaWAN - privată; utilizează interfața RS232 pentru conectare cu Server de Rețea; are conectate 2 bobine de compensare 60kVAr;






         O posibila aplicatie ar putea fi la distributia energiei electrice si controlul circulatiei puterilor  reactive (inductive si capacitive).