Nikola Grguri, Branimir Buri

ANALIZA ISPLATIVOSTI OBNOVE SUSTAVA ZA KOMPENZACIJU JALOVE ENERGIJE NA 3 kV NAPONU U PETROKEMIJI D.D.SAETAK Petrokemija d.d. kao veliki indstrijski konzument elektrine energije u svojim tehnolokim procesima za dobivanje mineralnih gnojiva koristi znaajan broj elektromotornih pogona razliitih naponskih razina. Sukladno s tim postoji velika potreba za jalovom energijom koja se u normalnom radu tvornice najveim dijelom osigurava pomou vlastitog generatora a dijelom iz vanjske mree HEP-a. Problem nastaje u periodima kada je generator izvan pogona, tj. za vrijeme planiranih zastoja, remonta ili nepredvienih ispada zbog kvarova i poremeaja. U takvim stanjima kompenzacija jalove energije pomou kondenzatorskih baterija uvelike smanjuje trokove prekomjerno preuzete jalove energije iz vanjske mree, to je i cilj ove analize. Kljune rijei: Jalova energija, trokovi, kompenzacija, obnova, isplativost. COST-BENEFIT ANALYSIS FOR THE RENEWAL OF REACTIVE POWER COMPENSATION SYSTEM ON VOLTAGE LEVEL 3 kV IN PETROKEMIJA D.D. COMPANY SUMMARY Petrokemija d.d. company is a large-scale industrial consumer of electric energy. In the technological processes of mineral fertilizers production the company utilises a significant number of electric motor drives with different voltage levels. According to this there is a huge requirement for reactive power. During normal plant operation the reactive power is for the most part produced by the generator within the plant and partly provided by external electricity distribution system (electricity distribution company HEP). A problem occurs when the generator is out of service, for example, during planned stoppages, repairs or unforeseen breakdowns caused by faults or failures. Under such circumstances, the application of capacitor batteries for reactive power compensation reduces the costs of excessive reactive power consumption from external electricity distribution,which is the objective of the analysis. Keywords: Reactive power, costs, compensation, renewal,

1. UVOD Potreba za obnovom kompenzacijskog sustava na 3 kV naponu javila se iz nekoliko razloga, a najvei je dotrajalost postojeih kondenzatorskih baterija koje su u velikom broju izvan funkcije, te nepouzdanost i zastarijelost regulatora jalove energije. Takoer nova zakonska regulativa nalae zamjenu i ekoloko zbrinjavanje svih ureaja koji sadre poliklorirani bifenil (PCB, eng. Polychlorinated biphenyls) tetan za zdravlje i okolinu. Samim tim tako opisane baterije predstavljaju opasnost za pogonsko osoblje i ostale ureaje koje se nalazi u njihovoj blizini. Popratna sklopna oprema i energetske prigunice su u dobrom stanju, te ih nije potrebno mijenjati.

Vlastita proizvodnja elektrine energije dobiva se iz turbogeneratora nazivne snage 40 MVA i nazivnog napona 10,5 kV pri nazivnom broju okretaja od 3000 o/min pogonjenim visokotlanom (120 bar) parnom turbinom sa oduzimanjem (40 bar). Njime su u potpunosti zadovoljene potrebe za jalovom energijom tvornice u radu punim kapacitetom, tj. kada su svi proizvodni pogoni u radu. Kako je proizvodnja pare primarna, a elektrine energije sekundarna, optimalna cijena elektrine energije postie se kada se to vie elektrine energije proizvede na raun toplinske, tj. pri najveem moguem oduzimanju pare.

Slika 1. 40 MVA turbogenerator

2. IZVEDBA POSTOJEE OPREME Kompenzacija kodenzatorskim baterijama izvedena je kao centralna na 3 kV sabirnicama (slika 4), te kao pojedinana i grupna na 0,4 kV sabirnicama u pojedinim pogonima. Visokonaponske kondenzatorske baterije podijeljene su u 6 grupa od kojih je svaka snage 1,2 MVAr, to ini ukupno snagu od 7,2 MVAr. Svaka grupa ima vlastiti odvod, pa korak regulacije iznosi 1,2 MVAr. Pojedina grupa sastoji se od 12 baterija pojedinane snage od 100 kVAr, a spojene su u dvije zvijezde prema slici 2a. Zatitni i mjerni ureaji, te njihovi nazivni podaci prikazani su na jednopolnoj shemi pojedinog odvoda na slici 2b.

Slika 2a. Shema spoja baterija unutar jedne grupe

Slika 2b. Jednopolna shema odvoda jedne grupe baterija

PRIGUNICE

KONDENZATORSKE BATERIJE

Slika 3. Prikaz jedne grupe 3 kV baterija sa energetskim prigunicama

Kutina S1 110kV S2

1

LEGENDA: NAPON 110 kV NAPON 10 kV NAPON 3 kV T57-1 110kV 40MVA 10kV NAPON 0,4/0,231 kV 10kV 40MVA G NAPON 0,4/0,231 kV, NUNO NAPAJANJE

Kutina 1TS41100 Deponija gipsa TS41300 Neutralizacija

TS21 Amonijak 2 Q3 Q4 Q2 Q5

TS27 AN/KAN 2 Q3 Q1 Q4 Q2 Q5

TS36-2 Transport Q3 Q1 Q4 Q2 Q5

TS29-1 FOKI Q3 Q1 Q2

TS47 Rashladna voda Q3 Q1 Q4 Q2 Q5

TS Akumulacija Banova Jaruga

TS26-2 MAP/NPK 2 Q3 Q4 Q2 Q5

Spojno polje

Mjerno polje

A

B

A

B

A

B

A

B

C

D

A

B

A

B Q5

Q5 Q1 Q3 Q2 Q4

Q10, 4/ 0,

Q2 Q4

Q5 Q3

Q5 Q4

Q1 Q3

Q2 Q4

Q5

Q1 Q3

Q2

Q1 Q3

Q2

Q1 Q3

Q2 Q4

Q5

Q1 Q3

Q2 Q4

Q5

Q1 Q3 TS28 SUKI

Q2 Q4

Q3

TS26/2-21"

TS29/2-37"

TS36/2-46"

TS21-21"

TS23-72"

TS24-81"

TS27-84"

TS28-87"

TS40-42"

TS47-44" B70

TS23 UREA 2

TS24 DUKI 2

T57-4 10kV 10MVA 3kV

T57-3 10kV 10MVA 3kV

T57-2 10kV 10MVA 3kV

B26

B27

B28

B29

B30

B31

B32

B33

B34

B44

B45

B46

B47

B49

B50

B51

B52

B53

B54

B55

B56

B60

B61

B62

B63

B64

B65

B66

B67

B71 Rezerva

TS59-89" 200kW B72M

TS59 Mehanika radiona

TS36-1 Transport

TS26-1 MAP/NPK 2

TS29-2 FOKI

TS40 Prerada vode

B01

B03

B04

B05

B06

B07

B08

B09

B10

B11

B12

B13

B14

B15

B16

B17

B18

B19

B20

B21

B22

B23

B24

B35

B36

B37

B38

B39

B40

B41

B42

B43

B57

B58

B59

B68

B02

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

B48

B25

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

M

Kompenzacija

Kompenzacija

Kompenzacija

Kompenzacija

Kompenzacija

Kompenzacija

Spojno polje

1250kW

Spojno polje

Mjerno polje

Mjerno polje

Mjerno polje

2000kW

1000kW

200kW

800kW

800kW

450kW

355kW

400kW

200kW

800kW

300kW

315kW

300kW

500kW

800kW

315kW

250kW

280kW

200kW

290kW

450kW

290kW

250kW

250kW

250kW

250kW

300kW

500kW

200kW

200kW

200kW

800kW

250kW

500kW

400kW

450kW

800kW

500kW

900kW

315kW

400kW

200kW

280kW Rezerva

900kW

360kW

250kW

300kW

280kW

B69 Rezerva

Rezerva

Rezerva

Slika 4. Jednopolna shema napajanja visokonaponskih potroaa

Rezerva

Rezerva

Rezerva

Nu n 0,4 o na /0, paj 23 a 1k nje V

0, 0 4/ kV 31 ,2 S1 V 3k

Q1

Q1

Q1

Q1

Q1

A

B

A

B

A

B

C

D

A

B

A

B

A

C

D

R E Z E R V A S1 10kV S2 A01 A02 A03 A09 A10 A13 A14 A17 A18 A21 A22 A23 A27 A28 A31 A32 A33 A34 A36 A37 A40 A41 A42 A43

A04 A06 + A05

A07 A08

A11 A12

A15 A16

A19 A20

A24 A25

A26

A29 A30

A35

A38 A39 Diesel generator 0,4/0,231kV 1,6MVA

T57-5 10kV 1,6MVA 0,4kV

T57-6 10kV 1,6MVA 0,4kV

G

V 1k 23

S2 V 3k

S3 V 3k

3. ANALIZA POTRONJE JALOVE SNAGE

Osnovni preduvjet optimalnog dimenzioniranja sustava za kompenzaciju je to tonija procjena potreba za jalovom snagom. Potrebno je poznavati i raspodjelu ukupne jalove snage po pojedinim pogonima, te udjele visokonaponskih (3 kV) i niskonaponskih (0,4 kV) potroaa u ukupnoj potronji tvornice. Procjena potronje je provedena na temelju mjesenih obrauna preuzete elektrine energije iz mree HEP-a, te podataka o potronji 3 kV elektromotora i proizvodnji vlastitog turbogeneratora u 2008. i 2009. godini. 3.1. Ulazni podaci o potronji U tablicama 1 i 2 navedeni su mjeseni podaci o vlastitoj proizvodnji kao i preuzetoj elektrinoj energiji tvornice, te prekomjerno preuzetoj jalovoj energiji. Tablica 1. Mjeseni prikaz proizvedene i preuzete energije za 2008. godinu

U gore prikazanoj tablici mogu se primjetiti nekoliko karakteristinih mjeseci, tj. razliitih reima rada tvornice. U sijenju nije zabiljeena prekomjerno preuzeta jalova energija iako vidimo da je generator bio izvan pogona cijeli mjesec. Razlog tomu je to nije ni postojala potreba za veom koliinom radne, a time i jalove energije iz mree zbog redovitog remonta svih pogona (doputeno preuzeta jalova energija iznosi tono jednu treinu od ukupno preuzete radne energije iz mree). Iz tablice 3 moemo primjetiti da je potronja 3 kV potroaa bila vrlo mala u odnosu na ukupnu, to upuuje na to da su najvei udio u ukupnoj potronji imali niskonaponski potroai. Nadalje, ukupna preuzeta jalova energija iznosi manje od jedne treine preuzete radne energije, te se kao takva prema ugovoru sa operaterom prijenosnog sustava ne naplauje. Napomenimo da jalova energija u iznosu od jedne treine radne snage zapravo odgovara faktoru snage od cos=0,95. Mali iznos trokova prekomjerno preuzete jalove energije u oujku sugerira na kratkotrajan prekid rada sustava za optimizaciju proizvodnje generatora (SCADA sustav) i neznatno prekoraenje prekomjerno preuzete jalove energije.

Najvei trokovi prekomjerno preuzete jalove energije javili su se u zadnja tri mjeseca u godini, a posebno visoki u studenom. Odgovor za ovaj sluaj lei u godinjem izvjeu o radu generatora u kojem je zabiljeen kvar na turbinskom dijelu, te obustava rada od 6 dana u listopadu i 15 dana u studenom. Tablica 2. Mjeseni prikaz proizvedene i preuzete energije za 2009. godinu

Izuzevi mjesece remonta, sijeanj i lipanj, prikazanu 2009. godinu karakteriziraju konstantni mjeseni trokovi prekomjerno preuzete jalove energije unato prosjeno visokoj proizvodnji generatora. Razlog tomu je mala potreba za energijom iz vanjske mree zbog smanjenog kapaciteta proizvodnje ''P'' kompleksa iji je udio 30% u ukupnoj visokonaponskoj potronji tvornice, a ine ga pogoni; Fosforna kiselina, Sumporna kiselina i MAP/NPK II. Ovakav specifian i nepovoljan reim rada dovodi do naruavanja bilance proizvodnje pare i elektrine energije. Male koliine preuzete energije osim to smanjuju doputenu preuzetu energiju, predstavljaju i dodatni problem ako su manje od koraka regulacije generatora. U tom sluaju do izraaja dolazi gruba automatska regulacija proizvodnje jalovine generatorom koja je u koracima od 250 kVAr. Tako e na primjer, jalove energije uzete iz mree u opsegu od 0 do 249 kVAr, 251 do 499 kVAr, itd., ostati nekompenzirane poto su izvan, odnosno izmeu koraka kompenzacije generatora.

3.2. Prosjene snage postrojenja Pomou podataka o potronji 3 kV potroaa prikazanih u tablicama 3 i 4, i podataka o ukupnoj mjesenoj potronji cijele tvornice dobiveni su udjeli visokonaponskih i niskonaponskih potroaa u ukupnom obraunu potronje. Za procjenu potronje jalove energije iskoriten je prosjeni faktor snage potroaa koji iznosi: cos =0,75 za 0,4 kV potroae cos =0,882 za 3 kV potroae (ETF Zagreb: Analiza pogona elektroenergetskog sistema Kutina 2)

Tablica 3. Mjeseni prikaz 3 kV potronje po pogonima za 2008. godinu

Tablica 4. Mjeseni prikaz 3 kV potronje po pogonima za 2009. godinu

4. TEHNIKE OSOBINE I CIJENA NOVOG SUSTAVA Predloeno je 6 novih kondenzatorskih baterija renomiranog proizvoaa Vishay ESTA. Odabrana je povoljnija neregulirana izvedba poto su trenutne vrijednosti jalove energije uvijek pod nadzorom osoblja u upravljakoj prostoriji. Svaka baterija snage 1,2 MVAr sastoji se od 6 kondenzatora povezanih u dvije zvijezde. Montirane su na gotovu metalnu konstrukciju, povezane sabirnicama i spremne za montau. Tehnike karakteristike baterije: Standard: IEC 60871-1 Nazivni napon: 3 kV Snaga: 1200 kVAr (3 kV), 1728 kV (3,6 kV) Dielektrik : film, polypropilen Impregnat: NON-PCB Dielektrini gubici: 0,1 W/kVAr, nakon 500 sati rada 0,02-0,05 W/kVAr Ukupni gubici: 0,07-0,15 W/kVAr (zbog unutarnjih osiguraa) Kuite kondenzatora: nehrajui elik Prikljuci: M12, keramiki izolatori Stupanj zatite: IP00 Temperatura okoline: -25/+45 C

Cijena navedenih baterija iznosi cca. 210 000 kn, dok su trokovi ugradnje procijenjeni na 60 000 kn.

5. PROCJENA ISPLATIVOSTI Kako bi to tonije procjenili isplativost ugradnje novog sustava kompenzacije na 3 kV naponskom nivou analizirana su tri mogua reima rada tvornice. Razmotreni su sluajevi kada se pogoni nalaze u redovnom godinjem remontu, sluaj ispada generatora u vrijeme prosjene mjesene potronje elektrine energije, te sluaj prosjene mjesene potronje kada su postrojenja ''P'' kompleksa izvan pogona. Pravci isplativosti za pojedine sluajeve prikazani su na slikama 5 i 6.500.000,00 kn 450.000,00 kn 400.000,00 kn 350.000,00 kn

Uteda (kn)

300.000,00 kn 250.000,00 kn 200.000,00 kn 150.000,00 kn 100.000,00 kn 50.000,00 kn 0,00 kn 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31

DaniUteda tijekom remonta Ispad generatora pri prosjenom mjesenom optereenju Uteda tijekom prosjenog mjesenog optereenja bez P kompleksa Cijena baterija sa ugradnjom

Slika 5. Isplativost kompenzacijskog sustava u 3 reima rada tvornice

600.000,00 550.000,00 500.000,00 450.000,00 400.000,00 350.000,00 300.000,00 250.000,00 200.000,00 150.000,00 100.000,00 50.000,00 0,00

kn kn kn kn kn kn kn kn kn kn kn kn kn 1 2 3 4 5

Uteda (kn)

GodineIsplativost baterija za vrijeme remonta Cijena baterija sa ugradnjom i godinjim odravanjem

Slika 6. Isplativost kompenzacijskog sustava za vrijeme godinjih remonta

6. ZAKLJUAK Analizom mjesenih obrauna proizvedene i preuzete elektrine energije, te potronje 3kV potroaa zakljuujemo da se rok isplativost investicije najbre postie prilikom ispada generatora pri prosjenom mjesenom optereenju, i to ve nakon 18 takvih dana. Odnosno prilikom najvee potrebe za jalovom energijom koju u potpunosti osigurava vanjska mrea. Isplativost za vrijeme jednomjesenog godinjeg remonta drugi je krajnji sluaj i mnogo vjerojatniji. U ovom sluaju uteda se oekuje ve nakon tree godine. Radove ugradnje i odravanja baterija u potpunosti mogu obaviti djelatnici Slube elektroodravanja Petrokemije d.d., ime moemo zanemariti navedene trokove, pa se vremenski period isplate jo vie skrauje. Nove kondenzatorske baterije bez PCB-a, osim to su ekoloki prihvatljive dimenzionirane su za vii nazivni napon (3,6 kV) ime im je znatno produen ivotni vijek.

7. LITERATURA [1] Mjeseni obrauni potronje elektrine energije, interni dokument, Petrokemija d.d., Kutina, 2008, 2009. [2] Projekt kompenzacija 3 kV, 7,2 MVAr, IMP Ljubljana, 1980. [3] Godinja izvjea o radu postrojenja - Proizvodnja i distribucija elektrine energije, Petrokemija d.d., Kutina, 2007, 2008, 2009. [4] Analiza pogona elektroenergetskog sistema Kutina 2, ETF Zagreb, 1981. [5] Ivan Potnar, Kompenzacija jalove snage, tvornika skripta, Petrokemija d.d., Kutina, 2005.