Содержание:
Введение……………………………………………………………………3
1. Цели и задачи проекта………………………………………………………5
2. Описание проблемы энергосбережения…………………………………...6
3. Статистика расхода электроэнергии в г. Иваново………………………..8
4. Нормативы на освещение помещений…………………………………….9
5. Сравнительная характеристика ламп ЛН и LED…………………………11
6. Преимущества светодиодных ламп……………………………………….15
7. Экономические затраты и финансирование проекта…………………….17
8. Ожидаемый экономический эффект………………………………………19
Заключение………………………………………………………………….20
Список использованных источников……………………………………...21
Введение
Во всем мире постоянно расходуется энергия и расходуется часто не эффективно. У этого явления множество причин, как объективных, так и субъективных.
Во-первых, все электрические сети имеют естественные потери.
Во-вторых, все электрические установки и приборы имеют собственный коэффициент полезного действия (к. п. д.).
В-третьих, это субъективные причины: недостатки в организации производства и невнимательность в быту и, как следствие, не эффективная работа электроприборов, или вовсе работа на «холостом ходу».
Именно вторая и третья группы причин частично устранимы. Этому и посвящена данная работа.
Проблема разумного использования энергии является одной из наиболее острых проблем человечества. Современная экономика основана на использовании энергетических ресурсов, запасы которых истощаются и не возобновляются.
Проблема энергосбережения актуальна не только для семьи, школы, региона, страны, но и всего мира. Экономия электроэнергии дает возможность снизить собственные затраты и оказывать меньшее воздействие на окружающую среду. Она помогает формировать культуру энергосбережения – это, прежде всего, обучение практическим действиям, в частности рациональному потреблению электроэнергии, применению новых технологий и использованию энергетически эффективных бытовых приборов и электрических ламп.
Объектом исследования данной работы является потребление электроэнергии в жилом секторе г. Иваново.
Цель исследования – выявление и анализ методов экономии электроэнергии в быту.
Предмет исследования - применение энергосберегающих технологий на практике.
Гипотеза исследования - использование в быту современных энергосберегающих технологий позволит сократить расходы на оплату коммунальных услуг.
Методы исследования – наблюдение, сравнение, математический анализ.
Задачи исследования:
• определение расхода электроэнергии в жилом секторе г. Иваново;
• определение его доли на освещение;
• сравнение технических характеристик ламп накаливания (ЛН) и светодиодных ламп (LED);
• определение затрат на внедрение проекта;
• ожидаемый экономический эффект.
1. Цели и задачи проекта
Энергосбережение — это рациональное использование энергии.
Энергосбережение стало одной из приоритетных задач человека из-за дефицита основных энергоресурсов, возрастающей стоимости их добычи, а также в связи с глобальными экологическими проблемами.
Иными словами, энергосбережение имеет как экономический, так и экологический смысл.
По данным министра энергетики Александра Новака выработка электроэнергии в России по итогам 2019 года составит 1,1 трлн. кВт*ч. [6] Из них 630,7 млрд. кВт*ч. или 57,3% выработано на тепловых электростанциях (ТЭС). [7]
С учетом того, что на производство 1 кВт*ч. электроэнергии расходуется, например, каменного угла 0,37 кг. Нетрудно вычислить, что на годовую работу ТЭС потребуется угля:
Рг = 0,37*630,7*109 = 233,4 млн. т.
Можно себе представить, какой объем углекислоты и прочих продуктов горения будет выброшен в окружающую среду при сжигании 233,4 млн. т. каменного угля!
В то же время каждая семья в быту ежемесячно расходует 100-150 кВт*ч. электроэнергии. При средней цене 4,5 руб. за кВт*ч. годовые затраты семьи на оплату электроэнергии могут достигать:
Рэ = 4,96*12*100 = 5952 руб.
Довольно приличная сумма.
Именно снижение вредных выбросов и уменьшение затрат на электроэнергию и является главной целью данной работы.
Задачи, поставленные перед работой, определены выше во введении (см. стр. 4).
2. Описание проблемы энергосбережения
Проблем, существующих в сфере энергосбережения, множество. Рассмотрим некоторые из них.
1. Производство электроэнергии.
Несмотря на очевидные сдвиги в этой области в виде увеличения доли ГЭС на 3,3%, АЭС – на 0,7%, введения солнечных электростанций (СЭС) (рост на 35,7%) и ветроэлектростанций (ВЭС) (рост на 69,2%), основная доля российской электроэнергии (57,3%) производится на тепловых электростанциях. А это говорит о высоких выбросах тепличных и вредных веществ в атмосферу. Это вопрос, с которым еще долго работать государству и бизнесу, и в данной работе он рассматривается опосредованно.
2. Передача электроэнергии.
Все проводники обладают внутренним сопротивлением электрическому току. Этот факт нельзя игнорировать в электроэнергетике.
Согласно справочным данным одножильный алюминиевый провод сечением 35 мм2 имеет удельное сопротивление 0,79 Ом/км. [1, с. 62]
Современный самонесущий изолированный провод для линий электропередач (ЛЭП) при таком же сечении имеет удельное сопротивление 0,0791 Ом/км. [2, с. 2]
Несложно вычислить величину потерь в линии электропередач. В линии длиной 1 км сечением 35 мм2 при токе 100 А переменного тока выделится полная мощность:
S = U × I (1)
Или иначе:
S = I2*R, (2)
где R – удельное сопротивление кабеля, Ом/км.
S = 100*100*0,79 = 7,9 кВт
Часть этой мощности будет израсходована на тепло:
P = U × I × cos φ (3)
Часть на магнетизм:
Q = U × I × sin φ (4)
Суть не в том, на что. Важно, что каждый километр линии в сутки теряет:
Пс = 24*7,9 = 189,6 кВт*ч.
Или в сумме:
Зс = 4,96*189,6 = 940,42 руб.
А по всей стране?
3. Использование электроэнергии.
Проблема энергосбережения в быту связана с воспитанием соответствующего менталитета у населения. Без осознанного понимания гражданами нашей страны необходимости экономить потребление энергии в повседневной жизни, соблюдать режим энергосбережения, успеха достичь не удастся.
В квартирах электроэнергия расходуется на многие цели, и из года в год энергопотребление только растет за счет использования новой бытовой техники. Домашняя техника становится одним из основных «пожирателей» электроэнергии. Электрические плиты, стиральные и посудомоечные машины, компьютеры, домашние кинотеатры и прочая бытовая техника расходуют удивительно много электроэнергии, причем даже в дежурном режиме (это когда аппарат подключен к сети и ждет сигнала от пульта дистанционного управления).
Не выключенный вовремя телевизор, освещение, включенное там, где никого нет, постоянно включенные компьютеры и блоки питания – это далеко не полный перечень причин, ведущих к перерасходу энергии.
Многолетняя практика европейских стран убеждает в том, что пересмотрев в нашей повседневной жизни свои привычки и поведение, можно значительно снизить потребление электроэнергии. И это вовсе не означает ухудшение жизненного стандарта или отказ от комфорта.
Самая сложная проблема в экономии электроэнергии в быту - начать с себя, с воспитания в себе привычки бережно относиться к энергии, которую мы ежедневно потребляем для бытовых нужд.
3. Статистика расхода электроэнергии в г. Иваново
Согласно данным Росстата численность населения г. Иваново составляет на прошедший год 409,3 тыс. человек. Число домохозяйств составляет 178,5 тысяч. [3, с. 3]
По данным сервиса gosjkh.ru жилой фонд г. Иваново составляет более 7068 домов, общей площадью более 8186000 м2, в которых зарегистрировано более 409306 человек. [5]
Эти данные приведены с целью определения количества осветительных приборов, установленных в жилом секторе г. Иваново. Что и будет сделано в следующей главе после определения норм освещения.
По оперативным данным Филиала АО «СО ЕЭС» «Объединенное диспетчерское управление энергосистемы Центра» (ОДУ Центра) потребление электроэнергии жилым фондом г. Иваново в 2019 году составило 442,044 млн. кВт*ч. [8]
Доля затрат на освещение в общем расходе электроэнергии составляет 15%. [4, с. 16]
Исходя из этих данных, можно вычислить реальный расход электроэнергии на освещение в жилом фонде г. Иваново в прошедшем году:
Рр = 442,044*0,15 = 66,31 млн. кВт*ч.
То есть расходы жителей г. Иваново на освещение квартир и мест общего пользования в 2019 году составили:
Зр = 4,96*66,31*106 = 328,89 млн. руб.
4. Нормативы на освещение помещений
Все указанные ниже нормы освещенности являются общепринятыми нормами по СНиП (Строительные Нормы и Правила) 23 - 05 - 2010 (актуализированная редакция СНиП 23 - 05 - 95), включая СП 52.13330.2011 и Санитарным правилам и нормам СаНПиН 2.21/2.1.1.1278-03. [9, с. 78]
Освещенность измеряется в Лк - люксах; 1 люмен/м. кв. (люмен Lm - единица величины светового потока).
Таблица 1
Нормы освещения жилых домов
№ Освещаемые объекты Средняя освещенность
Еср, лк
не менее
1 Жилые комнаты, Жилые помещения, Жилые комнаты общежитий, Кухни, кухни-столовые (на полу, Г-0,0). 150
2 Внутриквартирные коридоры, холлы, ванные, уборные. (на полу, Г-0,0). 50
3 Общедомовые помещения: помещения консьержа. (на полу, Г-0,0). 150
4 Общедомовые помещения: вестибюли, кладовые, подсобные (на полу, Г-0,0). 30
5 Общедомовые помещения: поэтажные коридоры и лифтовые холлы, лестницы и лестничные площадки. (на полу, Г-0,0). 20
6 Общедомовые помещения: Гардеробные (Г-0,0) 75
7 Общедомовые помещения: Сауна, раздевалки (Г-0,0) 100
8 Общедомовые помещения: Бассейн (Г-0,0 Г-поверхность воды) 200
9 Общедомовые помещения: Тренажерный зал (Г-0,0) 200
10 Общедомовые помещения: Биллиардная (Г-0,8) 300
11 Детские. (на полу, Г-0,0). 200
12 Кабинеты, библиотеки 300
13 Колясочные, велосипедные 30
Продолжение таблицы 1
№ Освещаемые объекты Средняя освещенность
Еср, лк
не менее
14 Тепловые пункты, насосные, щитовые, машинные 20
15 Основные проходы технических этажей, подполий, подвалов, чердаков 20
16 Шахты лифтов 5
Таблица 2
Нормы освещенности входов в здания.
№ Освещаемые объекты Средняя освещенность
Еср, лк
не менее
1 Площадка основного входа 6
2 Площадка запасного и технического входа 4
3 На пешеходной дорожке длинной 4 м у основного входа в здание 4
Таблица 3
Аварийное освещение эвакуационных путей
№ Освещаемые объекты Средняя освещенность
Еср, лк
не менее Распределение освещенности
Емин / Еср
не менее
1 Пути эвакуации шириной до 2 м 1 0,025
2 Пути эвакуации зон повышенной опасности 15 0,1
3 Эвакуационное освещение больших площадей 0,5 0,025
5. Сравнительная характеристика ламп ЛН и LED
Лампы накаливания долгий промежуток времени использовались для освещения. Но сейчас на рынке распространена продажа светодиодных ламп. Чтобы определиться, какой источник света лучше, надо провести сравнительный анализ конструкций, принципа работы, мощностей.
С появлением на рынке энергосберегающих источников света люди стали задумываться, какие лучше и стоит ли осуществлять замену старых лампочек Ильича. Далее мы постараемся наиболее подробно осуществить сравнение ламп накаливания и светодиодных, предоставив таблицы, немного теории и обзоров. Для этого по порядку будут рассмотрены различные критерии, начиная от характеристик производительности и заканчивая показателями экономии.
Представим следующие факты сравнения ламп накаливания и светодиодных по дате изобретения:
• Первый источник света (с вольфрамовой нитью) был запатентован в 1890-х годах российским инженером Александром Николаевичем Лодыгиным. В то же время первой попыткой можно считать изобретение 11 июля 1874 года – нитевая лампа.
• Что касается светодиода, первый, свечение которого было видимым, изобрели в 1962 году. Человек, который придумал LED освещение – Ник Холоньяк, американский ученый.
Рисунок 1. Внешний вид ламп ЛН и LED
Как видим, даже если сравнить дату изобретения альтернативных вариантов, можно увидеть огромнейшую разницу практически в столетие. Тем не менее, старейшая лампочка до сих пор «бьется за место под Солнцем», что является ее огромным плюсом.
Мощность и светоотдача
При монтаже освещения в квартире первым делом производятся расчеты по нормам освещенности. Одним из важнейших показателей расчета является светоотдача устройств. У более устаревшей лампочки светоотдача колеблется в пределах 8-10 Лм/Вт. Что касается светодиодов, их эффективность светоотдачи обычно находиться в пределах 90-110 Лм/Вт, хотя бывают и модели с показателем 120-140 Лм/Вт. Из выше предоставленных значений видно, что по люменам светодиоды лучше, чем альтернативный вариант в 7-12 раз.
Чтобы понять, как это влияет на сравнение ламп накаливания и светодиодных источников света по мощности, предоставим соответствующую таблицу:
Таблица 4
Сравнение эффективности светоотдачи
Видно, что мощность диодов меньше в 5 раз и при этом эффективность свечения и яркость будут примерно одинаковыми.
Рекомендуемый выбор ламп в зависимости от площади помещения приведен в таблице 5.
Таблица 5
Рекомендуемый выбор ламп
Необходимая мощность (Вт)
Размер помещения (м2) Накаливания Светодиодная
<6 150 18
10 250 28
12 300 33
16 400 42
20 500 56
25 600 68
30 700 80
Теплоотдача
Второй, не менее важный пункт сравнения светодиодных ламп и накаливания – отдача тепла от изделия. Стеклянная колба лампы накаливания может нагревать до 250 градусов (хотя обычно температура в пределах 170). Именно поэтому такие изделия являются пожароопасными, и не рекомендуется их использовать при монтаже электропроводки в деревянном доме. К тому же, лампочки ЛН трудно выкрутить из патрона, если они долго работали перед этим (можно обжечься). Светодиоды в этом плане зарекомендовали себя лучше всех существующих вариантов. Максимальная температура их нагрева не превышает 50 градусов, что позволяет применять их в любом помещении.
Срок службы
А вот этот показатель является одним из главных преимуществ диодов в сравнении с лампами накаливания. Данные источники освещения могут проработать свыше 50000 часов, как утверждают производители. У устаревших лампочек срок службы обычно не превышает 1000 часов, что в 50 раз меньше. Из соображений экономии лучше один раз купить дорогую, но долголетнюю лампочку, чем каждые несколько месяцев менять бюджетное изделие.
Тут тоже есть свой нюанс, о котором необходимо помнить. Высокие показатели долговечности светодиодов не являются точным значением. Дело в том, что диоды со временем тускнеют (деградируют), поэтому через 40000 часов уже не будет такого яркого свечения, которое было сразу же после покупки.
В заключение главы приведем сравнительные характеристики некоторых реальных ламп ЛН и LED.
Рисунок 2. Параметры ламп ЛН 40 Вт и LED 7,6 Вт
Рисунок 3. Параметры ламп ЛН 100 Вт и LED 11 Вт
6. Преимущества светодиодных ламп
Основными преимуществами светодиодных ламп являются следующие:
• при той же потребляемой мощности светоотдача ламп LED в 5-10 раз выше, чем ламп накаливания;
• ламп LED менее пожароопасны;
• срок службы светодиодных ламп выше в 10-50 раз;
• КПД светодиодных ламп составляет около 90%, что является очень высоким показателем, по сравнению с альтернативным вариантом, у которого в свет переходит только 7-9% электричества;
• по экологичности лампы ЛН и LED примерно одинаковы;
• по стоимости лампы LED в среднем в 20 раз дороже, но с учетом того, что при равной потребляемой мощности их светоотдача в 5 раз выше и их ресурс выше в 10 раз, их цена окупается в течение 3-6-ти месяцев за счет экономии электроэнергии;
Экономичность светодиодных ламп и накаливания можно увидеть на рисунке 4.
Рисунок 4. Экономичность светодиодных ламп и накаливания
Кроме того, светодиодные лампы имеют преимущества еще по нескольким второстепенным параметрам, показанным на рисунке 5.
Рисунок 5. Дополнительные параметры ламп
Все перечисленное выше говорит о предпочтении светодиодных ламп над лампами накаливания при выборе их в качестве осветительных приборов для дома и квартиры. [10]
7. Экономические затраты и финансирование проекта
Исходя из расхода электроэнергии в г. Иваново (см. глава 3), можно вычислить мощность осветительных приборов, приходящуюся на квадратный метр жилья.
Определим общую мощность осветительных приборов:
W = Рэ/Чр , (5)
где Рэ – общий расход электроэнергии, кВт*ч.;
Чр – количество часов работы в год.
W = 442044000/(365*8) = 151384,9 кВт
Определим мощность осветительных приборов на единицу площади:
W1 = W/S, (6)
где S – общая жилая площадь, м2.
W1 = 151384900/8186000 = 19 Вт/м2
При мощности 19 Вт лампа накаливания имеет световой поток:
Сп = 19*10 = 190 лм
Или при удельной мощности W1 = 19 Вт/м2 освещенность будет:
Е = 190/1 = 190 лм
Что при норме для жилых помещений 150 лм даже избыточно. Реально достаточно 15 Вт/м2 при освещении лампами накаливания или, соответственно, 15/7 = 2,5 Вт/м2 при освещении светодиодными лампами.
Иначе говоря, мощность осветительных приборов может быть снижена в 7 раз и составит:
Wсд = 151384,9/7 = 21626,4 кВт
При такой общей мощности потребуется следующее количество светодиодных ламп мощностью 11 Вт:
Nсд = 21626400/11 = 1966036 шт.
При рыночной цене такой лампы 46 рублей затраты составят:
Зсд = 1966036*46 = 90,43 млн. руб.
На человека:
З1 = 90430000/409300 = 220,9 руб./чел.
Сумма не большая, но, поскольку, жилье – это частный сектор, потребуются частные вложения от жителей города. Администрации города, работникам жилищной службы (ЖКХ и ТСЖ) придется убедить жителей в том, что их затраты окупятся в срок 3-6 месяцев, и далее будут приносить экономию их семейному бюджету.
Над этим вопросом работает и государство. Лампочки накаливания мощностью 100 и более Вт были запрещены к производству в 2011 году. В настоящее время Минэнерго предлагает законопроект о запрете ламп накаливания мощностью более 50 Вт.
8. Ожидаемый экономический эффект
Итак, затраты на проект составят 90,43 млн. руб.
Нынешние расходы на электроэнергию - 328,89 млн. руб.
Планируемые расходы при внедрении проекта будут в 7 раз ниже, согласно снижению потребляемой мощности светодиодных ламп, то есть составят:
Рп = 328,89/7 = 46,98 млн. руб.
То есть годовая экономия составит:
Эг = 328,89-46,98 = 281,91 млн. руб.
При доходной части бюджета г. Иваново на 2020 год в 7 271, 007 млн. рублей, эта сумма составит:
Сп = (281,91/7271,007)*100 = 3,87 %
Ожидаемый экономический эффект определяется как:
Ээ = Эг - Зсд , (7)
где Эг – годовая экономия, млн. руб.
Зсд – затраты на реализацию проекта, млн. руб.
Ээ = 281,91-90,43 = 191,48 млн. руб.
Срок окупаемости затрат составит:
Со = Зсд/ Ээ (8)
Со = 90,43/191,48 = 0,472 года
Или
Со = 12*0,472 = 5,7 месяца
Иначе говоря, затраты на проект окупятся менее, чем за полгода.
Заключение
Проведенный в проекте анализ проблем энергосбережения, расхода электроэнергии в г. Иваново, изучение нормативов на освещение помещений и сравнение характеристик ламп ЛН и LED показали несомненное преимущество последних.
Произведенные технические и экономические расчеты показали экономическую эффективность замены ламп накаливания светодиодными лампами.
Годовой экономический эффект составляет 191,48 млн. руб.
Срок окупаемости затрат менее полгода.
Список использованных источников
1. Кабышев А.В., Обухов С.Г. Расчет и проектирование систем электроснабжения: Справочные материалы по электрооборудованию: Учеб. пособие / Том. политехн. ун-т. – Томск, 2005. – 168 с.
2. Провода самонесущие изолированные для ЛЭП. Каталог Чебоксарского завода кабельных линий. 2019. – 3.
3. Ивановская область. Статистический ежегодник. 2017. – 28 с.
4. Козловская В.Б. Радкевич В.Н. Определение расхода электроэнергии на освещение. № 7 Строительство и архитектура. 2019. – 36 с.
5. Жилой фонд и многоквартирные дома в Иваново. URL: https://gosjkh.ru/houses/ivanovskaya-oblast/ivanovo (дата обращения 12.02.2020)
6. Экономика и бизнес – ТАСС. URL: https://tass.ru/ekonomika/ (дата обращения 12.02.2020)
7. Основные характеристики российской электроэнергетики. URL: https://minenergo.gov.ru/node/ (дата обращения 12.02.2020)
8. Потребление электроэнергии в Ивановской энергосистеме. URL: https://ivanovo.bezformata.com/listnews/elektroenergii-v-ivanovskoj-energosisteme/ (дата обращения 12.02.2020)
9. Строительные Нормы и Правила. СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение». URL: https://novolampa.ru/baza-znaniy/normy-osveshchennosti-po-snip/ (дата обращения 14.02.2020)
10. IV Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся «Старт в науке». URL: https://school-science.ru/ (дата обращения 14.02.2020)
|
