Повышение энергетической эффективности систем освещения в секторах потребления и электротехнических комплексах России Малафеев Олег Юрьевич

Введение к работе

Актуальность. В 2007 г. Международная комиссия по освещению на своем конгрессе призвала к общемировому снижению энергозатрат на освещение. По оценке Международного энергетического агентства (МЭА) 19% всей потребляемой в мире электроэнергии или около 2800 млрд. кВтч в год расходуется на освещение. Потенциал энергосбережения в системах освещения оценивается величиной от 40 до 70%.

В РФ на цели освещения расходуется от 12 до 14% от общего потребления электроэнергии. Прогнозируемый потенциал энергосбережения в 2020 г. относительно 2011 г. оценивается величиной от 50 до 70%.

Решению проблемы повышения энергоэффективности систем освещения посвящено большое количество исследований, как в нашей стране, так и за рубежом. Среди них можно отметить работы Айзенберга Ю.Б., Ашуркова С.Г., Богданова А.А., Боммеля В.В., Бооса Г.В., Будака В.П., Вагина Г.Я., Варфоломеева Л.П., Григорьева А.А., Гвоздева С.М., Коэна С., Овчарова А.Т., Панфилова Д.И., Полякова В.Д., Прикупца Л.Б., Пятигорского В.М., Романовой Т.К., Циссиса Ж., Шахпарунянца А.Г., Шестопаловой И.П., Шевченко А.С., Хухтиковой В.А., Юновича А.Э. и др.

Несмотря на большую актуальность данной проблемы, вопросы реального повышения энергетической эффективности систем освещения в России решаются очень медленно. Доля энергоэффективных источников света (ИС) в России составляет около 30%. В Японии, Австралии и странах Латинской Америки – 100%, в странах ЕС до 80%. По данным ЦЭНЭФ (г. Москва) Россия по внедрению энергоэффективных ИС отстает от ряда стран на 10-20 лет. По мнению экспертов, имеется две группы причин медленного решения этой проблемы:

1. слабая база производства новых ИС, большая доля их импорта и высокая стоимость;

2. отсутствие в стране постоянного мониторинга количества установленных ИС различных категорий, их электропотребления; несовершенство некоторых нормативных документов по энергоэффективности ИС и отсутствие технического регулирования внедрения энергоэффективных ИС.

Решению второй группы причин проблемы и посвящена настоящая диссертация

Связь диссертации с научными программами. Диссертация выполнялась в рамках Проекта ООН, Глобального экологического фонда и Министерства энергетики РФ (ПРООН/ГЭФ/Минэнерго РФ) «Преобразование рынка для продвижения энергоэффективного освещения» (PIMS 4160, UNDP Award 00058420, UNDP Project 00072576 от 2010 г.).

Объект исследования. Системы освещения зданий, сооружений и селитебных территорий.

Предмет исследования. Установленный парк источников света в различных секторах потребления России и регионах, электропотребление и потенциал экономии электроэнергии в системах освещения.

Цель работы. Исследование и разработка научно-технических решений по повышению энергетической эффективности систем освещения в России.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие научные и практические задачи:

1. Сравнительный анализ энергоэффективности систем освещения в России и зарубежом.

2. Разработка методики оценки установленного парка источников света в целом по стране и по отдельным секторам потребления.

3. Исследование установленного парка ИС и электропотребления на освещение по секторам потребления и в целом по стране.

4. Анализ нормативных документов и критериев выбора энергоэффективных и высококачественных источников света и разработка предложений по их уточнению.

5. Разработка предложений по мониторингу систем освещения с целью выявления неэффективных осветительных приборов.

6. Разработка предложений по совершенствованию методики определения объема потребления электроэнергии систем освещения общественных зданий и наружного освещения.

Обоснование соответствия диссертации паспорту научной специальности 05.09.03 – «Электротехнические комплексы и системы».

Соответствие диссертации формуле специальности: в диссертационной работе объектом исследования являются системы электроосвещения, как составная часть систем электроснабжения промышленных предприятий, служебных и жилых зданий.

Соответствие диссертации области исследования: обоснование совокупности технических, экономических, экологических и социальных критериев, принимаемых решений в области проектирования, создания и эксплуатации электротехнологических комплексов и систем.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы: инструментального исследования, анализа результатов энергоаудита зданий и сооружений, технико-экономического и регрессионного анализа, компьютерного моделирования, а также аппарат теории матриц.

Научная новизна работы:

7. Впервые разработана методика расчета установленного парка источников света (ЛН, ГЛН, КЛЛ, ЛЛ, ДРЛ, ДНаТ, МГЛ, СД) и потребления электроэнергии на освещение по секторам потребления и в целом по России.

8. Проведен расчет установленного парка источников света как в целом по РФ, так и по секторам потребления и регионам РФ. Это позволяет оценить технический и технологический уровень использования осветительных приборов.

9. Разработаны предложения по совершенствованию «Методики определения расчетно-измерительным способом объема потребления энергетического ресурса в системах освещения общественных зданий и в уличном освещении», утвержденной Приказом Минэнерго РФ №67 от 04.02.2016 г. Эти предложения позволяют повысить точность расчетов и снизить их трудоемкость.

10. Разработана прикладная компьютерная программа для автоматизации расчета потребления и экономии электроэнергии в системах освещения.

11. Уточнены критерии выбора ИС и светильников, что позволяет из их большого разнообразия выбирать наиболее энергоэффективные и высококачественные.

12. Для оценки экономической эффективности внедрения энергоэффективных ИС предложена методика «Стоимость жизненного цикла продукции», позволяющая выбирать наиболее экономичную продукцию при различных сроках ее жизненного цикла.

7. Установлено, что расчет класса энергоэффективности ИС по существующим в России нормативным документам ГОСТ Р 54993-2012 и ГОСТ Р 54992-2012 даёт заниженные результаты по сравнению с Регламентом Евросоюза №874/2012, что дискредитирует качество отечественных ИС и противоречит правилам ВТО. Даны рекомендации по переработке этих нормативных документов.

8. Разработаны рекомендации по мониторингу систем освещения всех потребителей с целью выявления неэффективного использования электроэнергии и составлен рейтинг регионов для модернизации этих систем.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

1. Разработанная методика расчета установленного парка источников света
позволяет организовать постоянный мониторинг энергоэффективности систем
освещения, более обоснованно разрабатывать планы по выпуску и внедрению
энергоэффективных источников света. Методика использована ООО «Лайтинг Бизнес
Консалтинг» и Минэнерго РФ для составления прогноза динамики потребления
электроэнергии на освещение до 2020 г.

2. Предложения по совершенствованию «Методики определения расчетно-
измерительным способом объема потребления электроэнергии в наружном освещении»
заложены в Своде Правил «Территории селитебные. Правила проектирования наружного
освещения», который находится на согласовании в Министерстве строительства и
жилищно-коммунального хозяйства РФ.

3. Рекомендации о необходимости корректировки ряда нормативных документов по показателям энергетической эффективности ИС опубликованы в журналах «Светотехника» и «Промышленная энергетика».

4. Материалы диссертации были использованы при модернизации систем освещения ряда школ в г. Химки Московской области.

5. Разработанная компьютерная программа позволяет: определить установленный парк ИС в целом по стране и по отдельным секторам потребления (жилищном, общественном, промышленном и в уличном освещении), выполнять прогнозирование его изменения и расчет объемов электропотребления и экономии электроэнергии.

6. Материалы диссертации были использованы автором при написании им двух учебных пособий по курсу «Электрическое освещение», который он читает в НГТУ им Р.Е. Алексеева.

Достоверность полученных результатов подтверждается результатами

энергетических обследований, адекватностью и верификацией полученных результатов, а также сходимостью результатов с исследованиями других авторов.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Результаты анализа энергоэффективности существующих систем освещения в России и зарубежом.

2. Методика расчета установленного парка источников света и электропотребления на освещение по всем секторам потребления России и в целом по стране.

3. Критерии выбора энергоэффективных и высококачественных источников света.

4. Предложения по уточнению ряда нормативных документов и рекомендаций по внедрению энергоэффективных источников света.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы

докладывались на: XI, XII, XIII Международных молодежных научно - технических конференциях «Будущее технической науки» в НГТУ им. Р.Е. Алексеева, Н. Новгород, 2012, 2013, 2014 гг.; XVII, XIX Нижегородских сессиях молодых ученых (технические науки) Н.Новгород, 2012, 2014 гг.; Международной научно-практической конференции «Электрические аппараты и электротехнические комплексы и системы» в УлГТУ, Ульяновск, 2012 г.; Международной научно-практической конференция «Экономическая безопасность России: проблемы и перспективы», в НГТУ им. Р.Е. Алексеева, Н.Новгород, 2013 г.; научно-технической конференции «Актуальные проблемы электроэнергетики» в НГТУ им. Р.Е. Алексеева, Н.Новгород, 2013, 2014, 2015 гг.; научных конгрессах 16-го и 18-го международного научно-промышленного форума «Великие реки», Н.Новгород, 2014, 2016 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 21 работа, 6 из них в рецензируемых журналах ВАК, 1 в изданиях по списку Scopus и 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников из 191 наименований, 3 приложений и содержит 170 страниц, в том числе 153 страниц основного текста.