Електропостачання промислових підприємств
Проблеми електропостачання виникли з початком використання електрики для практичних цілей. Історію можна вести від рішень Єдисона, що на постійному струмі здійснив монопольне живлення «сили й світла». Аналогічно промислове електропостачання в 30- 90-е роки незмінно в СРСР розглядалася як невід'ємна частина електроенергетики. Це легко простежується, зокрема, по публікаціях у журналі «Електрика». Постанова 1944 р. Державного Комітету Оборони, що возглавлялись Сталіним, де-юре визначило промислову енергетику як об'єкт, установивши на підприємствах з потужністю вище 1000 кВт посада головного енергетика й створивши Госєнергонадзор. Зложилося стійке поняття промислова енергетика, але якось загубилося властиво саме електричне господарство як об'єкт дослідження й керування. І хоча термін електрика в практиці капітального будівництва використовували вже з 60-х років, теоретично виділення електричного господарства (електротехнічної частини об'єкта), розробка нового математичного апарата (гіперболічне Н-Моделювання) і створення словника електрики відбулися пізніше [1,2].
Десятиліттями, починаючи із плану ГОЄЛРО, «більша енергетика», що представляється енергосистемами, функціонувала (до початку 90-х років) як і вся світова енергетика, опираючись на вертикально інтегровані монополії; на адміністративне закріплення зон обслуговування; на тарифи, регульовані державою.
Політики у всіх країнах довго не вирішувалися реструктуризовать галузь через особливості електрики як товару, серед яких найважливіші: одночасність виробництва й споживання; специфіка транспорту; вплив на якість електричного струму всіх елементів структури, включаючи споживача енергії. Кардинально все змінив у Росії Федеральний закон «Про електроенергетику», чітко розділивши поняття суб'єкт електроенергетики, певний як організації, що здійснюють діяльність в електроенергетиці, у тому числі виробництво, поставку (продаж) електроенергії, енергопостачання споживачів (підкреслимо - до границі роздягнула), надання послуг з передачі, розподілу й збуту електроенергії, послуг по диспетчерському керуванню в електроенергетиці, послуг з організації процесу купівлі-продажу електроенергії і її комерційному обліку; і споживач - «особи, що здобувають електричну й теплову енергію для власних побутових і (або) виробничих потреб», і, що розподіляють її по своїх мережах електропостачання.
З позицій теорії й практики, електричне господарство будь-якої організації (підприємства) і квартири (офісу), властиво й називане нами єлектрикой, відрізняється від електроенергетики структурою встановленого електроустаткування й електричних мереж, іншим підходом до інвестицій, включаючи проектування [3]; до експлуатації, ресурсозбереженню, диспетчеризації, менеджменту в цілому.
Енергетична система утворена, спрощено говорячи, електричними станціями й електричними мережами. Більша енергетика, оперуючи навчальним поняттям електроенергетична система, додає ЄП - єлектроприемники, єлектропотребители, не деталізуючи цей «квадратик». Тим часом, споживачі країни, починаючи з 50-х років у промисловості, з 60-х - у побуті, обзавелися потужним власним електричним господарством, в 80-е роки споживаючи до 5 млрд квтч/рік, експлуатуючи до 100 тис. електричних машин середньою потужністю 30-40 кВт, до 3000 силових трансформаторів. На Магнитке й Липецке, Азовстали й Криворіжсталі понад десяток головного знижувального, опорних, глибокого уведення підстанцій з вищою напругою 110 (154) і 220 (330) кВ.
Конкретизуємо це на прикладі Західно-Сибірського металургійного комбінату (див. схему) з річним споживанням 3 млрд квтч і навантаженням 400 Мвт, де побудовано 12 заводських ГПП (з 20 намечавшихся Сибірським Гипромезом) і понад 100 розподільні підстанції РП 10 і 6 кВ (прокатна ОП-1 напругою 220/10 кВ із трансформаторами 2?200 МВА відбиває принципово інше в порівнянні із Криврожсталью рішення по електропостачанню). Це і є електропостачання з погляду споживача [1,5]. Втім, і схема електропостачання шахт досить вражає ([6], с.20) разом з усередненими електричними показниками (с.27), хоча вони й уступають на два порядки єлектропотреблению алюмінієвих заводів.
Для Кузбассєнерго (Єнергосетьпроекта) електропостачання Запсиба закінчується двома крапками (вузлами) і полягає в будівництві ТЄЦ (590 Мвт) і районної підстанції ЗСМК 220/110 кВ із автотрансформаторами 2?240 МВА. Тоді що ж таке отходящие на завод і заводом експлуатовані (включаючи оплату втрат) 27 кабельних ліній 10 кВ, два ланцюги 220 кВ, 12 ліній 110 кВ? Принципово, що це не суб'єкт електроенергетики, а суб'єкт споживання.
Постанова Правительства РФ від 27 грудня 2004 р. № 861 (опубліковано 19.01.2005 р.) затвердило нові відносини, конкретизувавши поняття крапка приєднання до електричних мереж і границя балансової приналежності. Споживач електроенергії став споживачем послуг з передачі електроенергії й наданню цих самих послуг; по диспетчерський^-диспетчерськім-диспетчерському-оперативно-диспетчАДському керуванню в електроенергетиці; адміністратора торговельної системи оптового ринку; технологічного приєднання єнергопринимающих пристроїв до електричних мереж.
Отже, реструктуризація електроенергетики породила субьеки, що різняться функціонально й обьектно. Електропостачання ж споживача як цілісність залишився і як об'єкт не змінилося (концептуально: не може змінитися). Специфіка електропостачання дугової печі 120 МВА або блюмінга 1300, шахтного підйому або водовідливу, різних видів зварювання, що простежується, наприклад, по роботах А.К.Шидловского й Г.Я.Вагина, однозначно не дає відносити це електропостачання до електричних систем. Правильність такої позиції зафіксована паспортом спеціальності «Електростанції й електроенергетичних систем» - 05.14.02, що определили, що не приймаються до захисту дисертації, у яких електростанції й електроенергетичні системи структурно й функціонально прив'язані до конкретного технічного об'єкта. Спеціальність же 05.09.03 «Електротехнічні комплекси й системи» - поєднує дослідження із загальних закономірностей використання електричної енергії, електротехнічного встаткування й інформації, а об'єктом додатка є електротехнічні комплекси й системи генерування електричної енергії, системи електропривода, електропостачання, електроустаткування, єлектротехнологии й єлектроремонта (все це і є електрика).
Настільки докладний доказ, здавалося б, очевидного викликано практичними потребами забутості й ситуацією, пов'язаної із сьогоднішньою розробкою технічних регламентів. Вони будуть мати силу закону й замінять ПУЄ, ПТЄ, ДЕРЖСТАНДАРТ і інші нормативні документи, які поки становлять фахівці «великої» енергетики. Волюнтаристичне віднесення (з посиланням на закон «Про електроенергетику») спеціальності «Електропостачання промислових підприємств» до електроенергетики й включенні її в сферу діяльності відповідних кафедр визначило необхідність відкриття нової спеціальності - 181300 «Електропостачання, електроустаткування й електрогосподарство підприємств, організацій, установ», для якої мною були розроблені програми, підручник [7] і ряд посібників.
Об'єктивне розходження підходів до електропостачання споживачів не дає електроенергетиці вже понад 100 років поглинути електрикові, лише в рамках якої, зокрема: а) пояснена теоретична неспроможність багаторазових обіцянок електроенергетики «дійти до кожного верстата, корівника, розетки» [1,7,8], як це зробив Єдисон; б) запропонований нові основи нормування, розрахунку електричних навантажень, прогнозу параметрів єлектропотребления, оцінки енергозбереження. Теоретично [1,2,8] електрики опирається на дослідження структури, що починаються з рівнів системи електропостачання й списку встановленого (ремонтованого) електроустаткування, і на негауссовий ценологический апарат гіперболічних Н-Розподілів.
Рівень багато в чому визначає електропостачання об'єкта, включаючи гранично припустиму потужність, що споживач може «взяти».
Виділяють кілька рівнів. Перший 1УР - окремий єлектроприемник, що становить сутність електрики й визначає схема електропостачання споживача (але не енергосистеми). Другий 2УР - шафа, щит, що харчується на напрузі нижче 1 кВ. Третій 3УР, коли по різних причинах (потужність, далекість, надійність і ін.) для електропостачання споживача необхідна установка одного або декількох трансформаторів 10(6)/0,4 кВ. Четвертий 4УР формується при кількості трансформаторів, високовольтних двигунів, що вимагає спорудження розподільної підстанції РП 10(6). П'ятий 5УР, на якому потужність і витрата електроенергії такі, що для здійснення електропостачання потрібен уведення 35-330 кВ, а для експлуатації встаткування й мереж створюють єлектрослужби. І, нарешті, ключовий шостий 6УР, властиво границя роздягнула: суб'єкт електроенергетики (єлектроснабжающая організація) - споживач. 6УР може збігатися з будь-яким іншим більше низьким рівнем.
Якщо рішення, пов'язані з електропостачанням і менеджментом на 1УР, приймають на основі (у межі) законів теоретичної електротехніки, а на 2УР до них додають імовірнісні (у межі - гауссови) подання, що опираються на математичне очікування й кінцеву дисперсію, то від 3УР і вище необхідний математичний апарат, що опирається на третю наукову картину миру [8]. Н-Моделі у формі видового Н-Розподілу оцінюють розмаїтість: економічну прийнятність співвідношення унікального, одиничного (ноевого) і уніфікованого, масового (саранчевого). Н-Розподіл по параметрі встановлює співвідношення « велике-середнє-дрібне» і оцінює ефективність у часі результатів функціонування елемента - об'єкта (регіону в рамках країни [9], виробництва в рамках галузі [3], питомих витрат по підприємству [2,4], квартирі [10]).
Ценологическая теорія відбиває кількісний ріст об'єктів і ускладнення процесів навколишнього техногенного миру й відповідає викликам глобалізації, ресурсним обмеженням, переходу до постіндустріального інформаційного суспільства. У практичному плані варто змінити підхід до ряду проблем електропостачання, керуючись економічними інтересами електрики.
1. Зміна підходу до компенсації реактивної енергії й потужності. Практика десятиліть зводилася до видачі технічних умов для підтримки коефіцієнта потужності на досить високому рівні (зараз часто його «призначають» 0,97) на границі роздягнула (вигоди - енергосистемі, витрати - споживачеві). Зараз компенсацію споживач здійснює, якщо є економічна вигода. Якщо це послуга енергосистемі, то вона повинна бути нею оплачена, чого вимагає й Цивільний кодекс РФ.
2. Зміна підходу до потужностей, що генерують, полягає в будівництві власних потужностей на всіх великих заводах (Магнитка самозабезпечується 80-90 %). Стали очевидними згубність заборони на будівництво заводських потужностей, що генерують, і порушення Н-Критеріїв фактом будівництва других ТЄЦ за огорожею заводу (Караганда й Липецк) на генераторній напрузі більше чим 10 кВ.
3. Якість електричної енергії визначають на границі роздягнула, залишаючи невирішеним ценологические збурювання, викликані, наприклад, підключенням зварювання до щита 2УР. Сама методологія заснована на нормальному розподілі порушень параметрів якості, хоча безсумнівно існування Н-Викидів, які руйнівні: варто не прагнути знайти математичне очікування, а визначити хвости - викиди.
4. Ринок вимагає заявок електричної енергії на добу вперед по годинниках, що припускає використання нашої методики прогнозу, що сполучить розрахунки по ТОЄ, імовірнісну статистику й ценологическую математикові.
5. Реструктуризація електроенергетики привела споживачів до створення власних енергопостачальних організацій, чисельність і обсяги переданої електроенергії яких варто оптимізувати по Н-Критеріях.
6. Нормування, лімітування єлектропотребления й розрахунок електричних навантажень повинні враховувати розходження в 2-3-10 і більше раз для підприємств (виробництв) одного найменування й знаходити шукані величини при кластеризации Н-Кривій.
7. Моніторинг енергозбереження по цеху, виробництву, регіону, країні й визначення обсягів енергозбереження варто здійснювати на основі структурно-топологічної Н-Динаміки.
Таким чином, жорсткість вимог до електропостачання і його зросла роль тягнуть із неминучістю звертання до нового світогляду.