Проблемы электроснабжения возникли с началом использования электричества
для практических целей. Историю можно вести от решений Эдисона,
который на постоянном токе осуществил монопольное питание «силы
и света». Аналогично промышленное электроснабжение в 30–90-е годы
неизменно в СССР рассматривалось как неотъемлемая часть электроэнергетики.
Это легко прослеживается, в частности, по публикациям в журнале
«Электричество». Постановление 1944 г. Государственного Комитета
Обороны, возглавлявшегося Сталиным, де-юре определило промышленную
энергетику как объект, установив на предприятиях с мощностью выше
1000 кВт должность главного энергетика и создав Госэнергонадзор.
Сложилось устойчивое понятие промышленная энергетика, но как-то
затерялось собственно само электрическое хозяйство как объект исследования
и управления. И хотя термин электрика в практике капитального строительства
использовали уже с 60-х годов, теоретически выделение электрического
хозяйства (электротехнической части объекта), разработка нового
математического аппарата (гиперболическое Н-моделирование) и создание
словаря электрики произошли позднее [1,2].
Десятилетиями, начиная с плана ГОЭЛРО, «большая энергетика», представляемая
энергосистемами, функционировала (до начала 90-х годов) как и вся
мировая энергетика, опираясь на вертикально интегрированные монополии;
на административное закрепление зон обслуживания; на тарифы, регулируемые
государством.
Политики во всех странах долго не решались реструктуризовать отрасль
из-за особенностей электричества как товара, среди которых важнейшие:
одновременность производства и потребления; специфика транспорта;
влияние на качество электрического тока всех элементов структуры,
включая потребителя энергии. Кардинально всё изменил в России Федеральный
закон «Об электроэнергетике», чётко разделив понятия субъект электроэнергетики,
определённый как организации, осуществляющие деятельность в электроэнергетике,
в том числе производство, поставку (продажу) электроэнергии, энергоснабжение
потребителей (подчеркнём – до границы раздела), предоставление услуг
по передаче, распределению и сбыту электроэнергии, услуг по диспетчерскому
управлению в электроэнергетике, услуг по организации процесса купли-продажи
электроэнергии и её коммерческому учёту; и потребитель – «лица,
приобретающие электрическую и тепловую энергию для собственных бытовых
и (или) производственных нужд», и распределяющие её по своим сетям
электроснабжения.
С позиций теории и практики, электрическое хозяйство любой организации
(предприятия) и квартиры (офиса), собственно и называемое нами электрикой,
отличается от электроэнергетики структурой установленного электрооборудования
и электрических сетей, иным подходом к инвестициям, включая проектирование
[3]; к эксплуатации, ресурсосбережению, диспетчеризации, менеджменту
в целом.
Энергетическая система образована, упрощённо говоря, электрическими
станциями и электрическими сетями. Большая энергетика, оперируя
учебным понятием электроэнергетическая система, добавляет ЭП – электроприёмники,
электропотребители, не детализируя этот «квадратик». Между тем,
потребители страны, начиная с 50-х годов в промышленности, с 60-х
– в быту, обзавелись мощным собственным электрическим хозяйством,
в 80-е годы потребляя до 5 млрд кВтч/год, эксплуатируя до 100 тыс.
электрических машин средней мощностью 30–40 кВт, до 3000 силовых
трансформаторов. На Магнитке и Липецке, Азовстали и Криворожстали
свыше десятка главных понизительных, опорных, глубокого ввода подстанций
с высшим напряжением 110 (154) и 220 (330) кВ.
Конкретизируем это на примере Западно-Сибирского металлургического
комбината (см. схему) с годовым потреблением 3 млрд кВтч и нагрузкой
400 МВт, где построено 12 заводских ГПП (из 20 намечавшихся Сибирским
Гипромезом) и свыше 100 распределительных подстанций РП 10 и 6 кВ
(прокатная ОП-1 напряжением 220/10 кВ с трансформаторами 2?200 МВА
отражает принципиально иное по сравнению с Криврожсталью решение
по электроснабжению). Это и есть электроснабжение с точки зрения
потребителя [1,5]. Впрочем, и схема электроснабжения шахт достаточно
впечатляет ([6], с.20) вместе с усреднёнными электрическими показателями
(с.27), хотя они и уступают на два порядка электропотреблению алюминиевых
заводов.
Для Кузбассэнерго (Энергосетьпроекта) электроснабжение Запсиба
заканчивается двумя точками (узлами) и заключается в строительстве
ТЭЦ (590 МВт) и районной подстанции ЗСМК 220/110 кВ с автотрансформаторами
2?240 МВА. Тогда что же такое отходящие на завод и заводом эксплуатируемые
(включая оплату потерь) 27 кабельных линий 10 кВ, две цепи 220 кВ,
12 линий 110 кВ? Принципиально, что это не субъект электроэнергетики,
а субъект потребления.
Постановление Правительства РФ от 27 декабря 2004 г. № 861 (опубликовано
19.01.2005 г.) утвердило новые отношения, конкретизировав понятия
точка присоединения к электрическим сетям и граница балансовой принадлежности.
Потребитель электроэнергии стал потребителем услуг по передаче электроэнергии
и оказанию этих самых услуг; по оперативно-диспетчерскому управлению
в электроэнергетике; администратора торговой системы оптового рынка;
технологического присоединения энергопринимающих устройств к электрическим
сетям.
Итак, реструктуризация электроэнергетики породила субъекы, различающиеся
функционально и объектно. Электроснабжение же потребителя как цельность
осталось и как объект не изменилось (концептуально: не может измениться).
Специфика электроснабжения дуговой печи 120 МВА или блюминга 1300,
шахтного подъёма или водоотлива, различных видов сварки, прослеживаемая,
например, по работам А.К.Шидловского и Г.Я.Вагина, однозначно не
даёт относить это электроснабжение к электрическим системам. Правильность
такой позиции зафиксирована паспортом специальности «Электростанции
и электроэнергетические системы» – 05.14.02, определившим, что не
принимаются к защите диссертации, в которых электростанции и электроэнергетические
системы структурно и функционально привязаны к конкретному техническому
объекту. Специальность же 05.09.03 «Электротехнические комплексы
и системы» – объединяет исследования по общим закономерностям использования
электрической энергии, электротехнического оборудования и информации,
а объектом приложения являются электротехнические комплексы и системы
генерирования электрической энергии, системы электропривода, электроснабжения,
электрооборудования, электротехнологии и электроремонта (всё это
и есть электрика).
Столь подробное доказательство, казалось бы, очевидного вызвано
практическими потребностями электрообеспечения и ситуацией, связанной
с сегодняшней разработкой технических регламентов. Они будут иметь
силу закона и заменят ПУЭ, ПТЭ, ГОСТ и другие нормативные документы,
которые пока составляют специалисты «большой» энергетики. Волюнтаристское
отнесение (со ссылкой на закон «Об электроэнергетике») специальности
«Электроснабжение промышленных предприятий» к электроэнергетике
и включении её в сферу деятельности соответствующих кафедр определило
необходимость открытия новой специальности – 181300 «Электроснабжение,
электрооборудование и электрохозяйство предприятий, организаций,
учреждений», для которой мною были разработаны программы, учебник
[7] и ряд пособий.
Объективное различие подходов к электроснабжению потребителей не
даёт электроэнергетике уже свыше 100 лет поглотить электрику, лишь
в рамках которой, в частности: а) объяснена теоретическая несостоятельность
многократных обещаний электроэнергетики «дойти до каждого станка,
коровника, розетки» [1,7,8], как это сделал Эдисон; б) предложены
новые основы нормирования, расчёта электрических нагрузок, прогноза
параметров электропотребления, оценки энергосбережения. Теоретически
[1,2,8] электрика опирается на исследования структуры, начинающиеся
с уровней системы электроснабжения и списка установленного (ремонтируемого)
электрооборудования, и на негауссовый ценологический аппарат гиперболических
Н-распределений.
Уровень во многом определяет электроснабжение объекта, включая
предельно допустимую мощность, которую потребитель может «взять».
Выделяют несколько уровней. Первый 1УР – отдельный электроприёмник,
составляющий сущность электрики и определяющий схему электроснабжения
потребителя (но не энергосистемы). Второй 2УР – шкаф, щит, питаемый
на напряжении ниже 1 кВ. Третий 3УР, когда по различным причинам
(мощность, удалённость, надёжность и др.) для электроснабжения потребителя
необходима установка одного или нескольких трансформаторов 10(6)/0,4
кВ. Четвёртый 4УР формируется при количестве трансформаторов, высоковольтных
двигателей, требующем сооружения распределительной подстанции РП
10(6). Пятый 5УР, на котором мощность и расход электроэнергии таковы,
что для осуществления электроснабжения требуется ввод 35–330 кВ,
а для эксплуатации оборудования и сетей создают электрослужбы. И,
наконец, ключевой шестой 6УР, собственно граница раздела: субъект
электроэнергетики (электроснабжающая организация) – потребитель.
6УР может совпадать с любым иным более низким уровнем.
Если решения, связанные с электроснабжением и менеджментом на 1УР,
принимают на основе (в пределе) законов теоретической электротехники,
а на 2УР к ним добавляют вероятностные (в пределе - гауссовы) представления,
опирающиеся на математическое ожидание и конечную дисперсию, то
от 3УР и выше необходим математический аппарат, опирающийся на третью
научную картину мира [8]. Н-модели в форме видового Н-распределения
оценивают разнообразие: экономическую приемлемость соотношения уникального,
единичного (ноевого) и унифицированного, массового (саранчёвого).
Н-распределение по параметру устанавливает соотношение «крупное-среднее-мелкое»
и оценивает эффективность во времени результатов функционирования
элемента – объекта (региона в рамках страны [9], производства в
рамках отрасли [3], удельных расходов по предприятию [2,4], квартире
[10]).
Ценологическая теория отражает количественный рост объектов и усложнение
процессов окружающего техногенного мира и соответствует вызовам
глобализации, ресурсным ограничениям, переходу к постиндустриальному
информационному обществу. В практическом плане следует изменить
подход к ряду проблем электроснабжения, руководствуясь экономическими
интересами электрики.
1. Изменение подхода к компенсации реактивной энергии и мощности.
Практика десятилетий сводилась к выдаче технических условий для
поддержания коэффициента мощности на достаточно высоком уровне (сейчас
часто его «назначают» 0,97) на границе раздела (выгоды – энергосистеме,
затраты – потребителю). Сейчас компенсацию потребитель осуществляет,
если есть экономическая выгода. Если это услуга энергосистеме, то
она должна быть ею оплачена, чего требует и Гражданский кодекс РФ.
2. Изменение подхода к генерирующим мощностям заключается в строительстве
собственных мощностей на всех крупных заводах (Магнитка самообеспечивается
80–90 %). Стали очевидными пагубность запрета на строительство заводских
генерирующих мощностей и нарушение Н-критериев фактом строительства
вторых ТЭЦ за оградой завода (Караганда и Липецк) на генераторном
напряжении больше чем 10 кВ.
3. Качество электрической энергии определяют на границе раздела,
оставляя нерешённым ценологические возмущения, вызванные, например,
подключением сварки к щиту 2УР. Сама методология основана на нормальном
распределении нарушений параметров качества, хотя несомненно существование
Н-выбросов, которые разрушительны: следует не стремиться найти математическое
ожидание, а определить хвосты – выбросы.
4. Рынок требует заявок электрической энергии на сутки вперёд по
часам, что предполагает использование нашей методики прогноза, сочетающей
расчёты по ТОЭ, вероятностную статистику и ценологическую математику.
5. Реструктуризация электроэнергетики привела потребителей к созданию
собственных энергоснабжающих организаций, численность и объёмы передаваемой
электроэнергии которых следует оптимизировать по Н-критериям.
6. Нормирование, лимитирование электропотребления и расчёт электрических
нагрузок должны учитывать различия в 2–3–10 и более раз для предприятий
(производств) одного наименования и находить искомые величины при
кластеризации Н-кривой.
7. Мониторинг энергосбережения по цеху, производству, региону,
стране и определение объёмов энергосбережения следует осуществлять
на основе структурно-топологической Н-динамики.
Таким образом, ужесточение требований к электроснабжению и его
возросшая роль влекут с неизбежностью обращение к новому мировоззрению.
|