ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ КОНЦЕПЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МЕНЕДЖМЕНТА В ЗАРУБЕЖНОЙ И РОССИЙСКОЙ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ НАУКЕ
Е.А. Кирикова
Аннотация. Серьезным толчком к развитию технологий энергетического менеджмента являются различного рода кризисы, обостряющие проблемы конкурентоспособности и возникающие в результате противоречий в реализации этапов экономического цикла: в области производства, распределения или потребления энергетических ресурсов. Макроэкономическим эффектом энергетического кризиса стало замедление роста экономической активности в развитых странах и массовое распространение энергосберегающих технологий. Последние являются одним из важнейших инструментов повышения конкурентоспособности промышленной продукции.
Ключевые слова: энергетический менеджмент, промышленные предприятия, энергосберегающие технологии, экологическая безопасность.
Проблемы энергоэффективности наряду с повышением экологической безопасности производства и усилением социальной ответственности становятся центральным объектом исследований современной теории и практике управления промышленными предприятиями. Динамика внедрения проектов по повышению энергоэффективности в международных компаниях нарастает с каждым годом, распространяясь в такие области как проектирование энергоэффективных зданий и сооружений, элементов производственной инфраструктуры. Внедрение таких проектов также является приоритетным направлением деятельности и для российских компаний различных видов экономической деятельности.
В результате сложившегося кризиса правительства некоторых развитых стран (Германия, США, Япония) к концу 1970-х гг. стали внедрять правовые механизмы стимулирования энергосбережения на национальном уровне, способствуя возникновению отдельных, спонтанных инициатив в области управления потребления энергетическими ресурсами. К этому периоду следует отнести и формирование первоначальных концепций управлению энергоэффективностью в сопряжении с экологическими проблемами регионов мира, где сконцентрировано промышленное производство.
В их основу легли принципы сбережения энергетических ресурсов, ставшие актуальными в связи с глобальными климатическими изменениями [5]. Обращение компаний к концепции энергетического менеджмента, таким образом, связано с возникшей острой потребностью экономии ресурсов, сокращения косвенных затрат на производство и сокращения уровня загрязнения окружающей среды. Энергетический менеджмент на промышленных предприятиях тесно связан с другими видами менеджмента: управлением производственными процессами, производственной логистикой, экологическим менеджментом и управлением человеческими ресурсами.
Оценка потенциала энергосбережения в промышленности, как в развитых, так и в развивающихся странах может стать основой для выработки эффективной энергетической политики на уровне регионов и отдельных предприятий. Очевидно, что подобную оценку необходимо начинать с анализа направлений и структуры потребления энергии. Общий уровень энергопотребления в промышленном производстве в мире по различным оценкам в ближайшие годы (до 2050 г.) возрастет на 75% от уровня 2012 г. (3 115 млн. тонн нефтяного эквивалента – Mtoe) и составит порядка 5 300 Mtoe.
Порядка 20% всего потребления энергетических ресурсов промышленными предприятиями в мире приходится на электрическую энергию, причем в прогнозируемой перспективе до 2050 г. ее доля в общей структуре энергопотребления возрастет до 25–27% в общем объеме потребления, сократив относительные расходы нефти и нефтепродуктов, а также ископаемых углей. Реализация глобального энергоэффективного сценария предполагает также использование биомассы и отходов различных видов в качестве альтернативных энергетических источников (от 9 до 15% всей энергии к 2050 г.) [5]. Металлургическая отрасль рассматривается во всех долгосрочных прогнозах, как консервативная в области использования альтернативных энергетических ресурсов, поскольку полагается, что ключевые технологии останутся стабильными, а структурные сдвиги в потреблении металлов не будут наблюдаться.
Практика управления энергетическими системами в США показывает, что в промышленности выработаны уникальные направления повышения энергоэффективности. Например, целевыми направлениями инвестиционной политики является создание энергоэффективных рабочих мест с высокими экологическими показателями и модернизация энергетических установок на региональном уровне [5]. Общее энергопотребление в США приближается к европейскому уровню, промышленность страны является третей в мире по энергоемкости. Исследователи отмечают, что США ввиду географической позиции обладает значительным потенциалом использования альтернативных видов энергии, особенно – солнечной, в том числе и для обеспечения энергопотребления промышленности, посредством строительства заводов по всей территории.
Значительный потенциал энергосбережения в металлургии с технологической точки зрения сконцентрирован в области использования промышленных отходов и вторсырья. Потребление энергетических ресурсов заметно (до 2,5–4 раз) сокращаются при использовании технологий переработки вторичного сырья: лома цветных и черных металлов. Например, в черной металлургии расход энергии на 1 т стали, изготовленной из вторсырья в условиях НДТ, составляет от 4 до 6 ГДж, в то время как изготовление стали традиционным кислородно-конвертерным способом требует расхода от 13 до 14 ГДж энергии.
Проблемы становления энергоменеджмента на российских промышленных предприятиях всецело связаны с особенностями современного этапа социально-экономического развития, характеризующимся формированием частной собственности в промышленном секторе и переходом на децентрализованное планирование. Некоторые авторы полагают, что возникший энергетический кризис отрицательно повлиял на процессы формирования внутренних подходов к энергосбережению, открыв экспортные каналы для местных энергоносителей [1]. Ряд исследователей отмечает, что актуализация проблем энергосбережения в России связана с переходом к рыночной экономике в начале 1990-х гг.: цены на энергоресурсы в децентрализованной системе промышленного производства по естественным причинам возросли в среднем на 15–20 процентных пункта (п.п.) в общем уровне энергоемкости промышленной продукции [2].
В макроэкономическом масштабе рост цен на энергетические ресурсы стимулирует привлечение инвестиций в альтернативные источники энергии, но вместе с тем он замедляет основные индикаторы социально-экономического развития. Удельная стоимость энергетических ресурсов для промышленных предприятий оказывается меньшей, чем для населения, поскольку промышленная группа потребителей расходует их наиболее эффективно, с наименьшими потерями. Между тем, энергетические затраты являются одним из значимых инфляционных факторов, поскольку повышение их стоимости в 2 раза вызывает рост цен потребительских и промышленных товаров на 15–20%. Предполагается, что современная государственная тарифная политика должна способствовать развитию локальных систем энергетического менеджмента на промышленных предприятиях, актуализируя вопросы энергосбережения.
Особенности развития российской энергетической инфраструктуры определили также и инвестиционную политику: в течение 1990-х гг. инвестиций в энергетическую сферу было едва достаточно для поддержания ее технического состояния, между тем, большинство оборудования безнадежно морально устарело уже в начале 2000-х гг. Последнее касается, главным образом, информационно-технического и мониторингового обеспечения, поддерживающего анализ текущего и перспективного состояния элементов энергоструктуры. Вследствие этого отдельные производители на рынке работают с низкой эффективностью, а их тарифы в международном сравнении неконкурентоспособны.
Одним из основных стимулов к внедрению и развитию систем энергетического менеджмента в новейшей истории России стало вступление в ВТО, еще раз подчеркнувшее низкую конкурентоспособность национальных товаров на международных рынках в виду низкой энергоэффективности промышленных производств. В современный период действует федеральная программа по энергосбережению до 2020 г., призванная, по сути, снизить энергоемкость ВВП России на 13,5% [1].
К фундаментальным проблемам внедрения систем энергетического менеджмента в России относятся недостаточное понимание руководством компаний важности разработки энергетической политики, границ ответственности в области ее реализации и нечеткость документационного обеспечения управления. Указанные противоречия приводят к низкой эффективности организации систем энергоменеджмента и несовершенству практических подходов к энергетическому планированию, отсутствию надежных и достоверных данных о расходовании топливно-энергетических ресурсов. Транспарентное распределение зон ответственности за энергоэффективность в каждом производственном подразделении призвано решить оперативные, а отчасти и стратегические задачи энергосбережения. Письменная фиксация всех полномочий и обязанностей специалистов в области энергетики на предприятии позволит включить их в систему мониторинга результативности энергетической политики и определить действенные методы мотивации [3].
Энергоменеджмент в российской действительности со стратегических позиций осуществляется в неблагоприятных условиях внешней среды, связанных с рядом базовых проблем в национальном энергетическом хозяйстве. Среди фундаментальных проблем региональных энергетических систем отмечаются недостаточное информационное обеспечение, устаревшие технические средства и методики, недостаточная подготовленность технического и диспетчерского персонала и т.п. Процессы интеграции систем энергетического мониторинга и интеллектуализации энергетических систем в последнее время замедляют прирост, усиливая низкую эффективность существующей инфраструктуры.
При общих негативных тенденциях исследователи, однако, выделяют и некоторые положительные сдвиги в энергетической сфере, намечающиеся в последнее время. К ним относятся, в частности, повышение технических требований к надежности энергетических систем, появление устойчивой конкуренции на энергетических рынках и межрегиональное взаимодействие производителей энергии, и возникновение обменных потоков]. В последнее время усилились тенденции массового внедрения стандартов международного уровня во внутренние системы менеджмента. Все данные факторы приводят к становлению в долгосрочной перспективе надежного управления энергоэффективностью.
Из проведенного теоретического анализа становится ясно, что энергоменеджмент является одной из разновидностей функциональных направлений в управлении предприятием, связанным как с вспомогательными, так и с основными бизнес-процессами. Он представляет собой деятельность по планированию, организации, контролю использования энергетических ресурсов предприятия и мотивации энергосбережения на основе построения системы взаимодействующих элементов энергетической инфраструктуры и персонала предприятия.
Список литературы
Борголова Е.А. Энергосбережение и повышение энергетической эффективности. Учебное пособие / Е.А. Борголова, Ф.Ф. Лавриненко, Ю.Ф. Тихоненко, А.В. Стежко и др. – Москва. – 2013. – 349 с.
-
Гулдбрансен, Т.Х. Энергоэффективность и энергетический менеджмент: Уч.ебное-методич. пособие / Т.Х.Гулдбрансен, Л.П.Падалко, В.Л.Червинский – Мн.: БГАТУ, 2010. – 240 с.
Кокшаров В.А. Управление энергопотреблением региона: теория и методология. Энергетическая политика промышленности региона / LAP (Lambert Academic Publishing). – 2012. – 400 с.
-
Стандарт ISO 50001:2011 Системы энергетического менеджмента. Требования и руководство по применению / М.: Стандартинформ. – 2012.
-
Energy Technology Perspectives: Scenarios and Strategies to 2050 [Electronic resource] / International Energy Agency. –Paris, 2010. - Mode of access: http://www.iea.org/publications/ freepublications/publication/etp2010.pdf (дата обращения: 16.07.2015).
E. Kirikova
HISTORY OF DEVELOPMENT THE CONCEPT OF ENERGY MANAGEMENT IN FOREIGN AND RUSSIAN ECONOMIC SCIENCE
Abstract. The impetus for the development of energy management technologies are a different kind of crisis the growing problem of competitiveness and resulting inconsistencies in the implementation phases of the economic cycle in the production, distribution or consumption of energy resources. Macroeconomic effects of the energy crisis has been a slowdown in economic activity in developed countries and large distribution of energy-saving technologies. These are one of the most important tools for enhancing industrial competitiveness.
Keywords: energy management, industrial enterprises, energy-saving technology, environmental safety.
Д. Г.Киселев
СИСТЕМЫ МОНИТОРИНГА ОСЕВЫХ СИЛ ПРЕССОВКИ ОБМОТОК
ТРАНСФОРМАТОРНО-РЕАКТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Аннотация: В статье проведен обзор современных систем мониторинга механического состояния обмоток трансформаторно-реакторного оборудования применяемых в России и за рубежом. Автор показывает, что инженерами и учеными ведутся работы по созданию новых эффективных и более точных методов оценки механического состояния активной части и прессующих усилий обмоток трансформатора во время эксплуатации и транспортировки, также автор делает выводы об актуальности проведения исследований по данной тематике.
Ключевые слова: трансформатор, система прессовки обмоток, мониторинг усилий прессовки, электродинамическая стойкость, методы оценки механического состояния, диагностика трансформатора в эксплуатации, осевые силы
Силовой трансформатор является одним из основных элементов существующей системы энергоснабжения и распределения электрической энергии. Надежность работы трансформатора в значительной степени определяется его способностью выдерживать электродинамические воздействия, возникающие при коротких замыканиях.
В свою очередь, электродинамическая стойкость трансформатора определяется следующими составляющими [1]: конструкцией трансформатора, обеспечивающей сбалансированное распределение плотности потока рассеяния и отсутствие магнитной несимметрии, механическую стабильность системы прессовки во время транспортировки и на протяжении всего срока эксплуатации; применяемыми материалами, такими как толстолистовой малоусадочный картон повышенной плотности, различные марки проводов с использованием упрочненной меди и эпоксидного клеящего слоя и др.; технологией изготовления отдельных узлов трансформатора, использующей циклическую сушку и прессовку обмоток, а также в целом всей активной части в сборе, позволяющей существенно уменьшить пластическую деформацию деталей, повысить модуль упругости материалов и добиться механической стабильности физико-химических свойств деталей обмоток и изоляции в процессе дальнейшей эксплуатации; своевременным и качественным обслуживанием трансформатора в эксплуатации,
Учитывая вышеуказанные факторы, обеспечение электродинамической стойкости трансформатора является, сложным вопросом, принимая во внимание то, что все элементы конструкции подвергаются различным магнитным, электрическим, механическим и температурным воздействиям в течении всего срока службы. Поэтому так важно иметь возможность правильно диагностировать состояние трансформатора в работе, в частности контролировать величину усилий прессовки обмоток, которую как правило в настоящий момент, невозможно измерить без вывода трансформатора из работы и извлечения активной части из бака.
В связи с тем, что проблема электродинамической устойчивости трансформаторно-реакторного оборудования значима, как для энергосистем, так и для заводов-производителей трансформаторов необходимо и важно развивать методы оценки и диагностики механического состояния прессующей системы обмоток трансформатора.
В настоящее время существующие методы диагностики можно разделить на [2]: оффлайн методы - требующие вывода трансформатора из работы, либо на отключенном трансформаторе и онлайн методы - обеспечивающие возможность диагностики состояния усилий прессовки обмоток на трансформаторе находящемся в работе.
К Оффлайн методам относятся: метод контроля по измерению индуктивного сопротивления (реактанса) трансформатора и сравнению с ранее нормируемым методами контроля: по измерению и сравнению емкостей обмоток; по намагничивающему току и методы оценки: по анализу низковольтных импульсов прикладываемых к вводам трансформатора (LVI) и по частотному анализу (FRA; SFRA)
Метод контроля механического состояния обмоток по измерению индуктивного сопротивления трансформатора, в связи с его простотой, получил наиболее широкое применение, как при испытаниях трансформаторов на стойкость при коротких замыканиях, так и в эксплуатации с целью диагностики. Основным недостатком метода, является его высокая чувствительность только к тем видам деформаций обмоток, которые приводят к изменению геометрических размеров канала рассеяния. Поэтому обладая хорошей чувствительностью к потере радиальной устойчивости обмоток, в связи с тем, что при этом изменяется канал рассеяния, метод может оказаться малочувствительным к другим видам повреждений, в частности, к полеганию проводников, либо осевой деформации.
Метод контроля по измерению и сравнению емкостей обмоток широко распространен за рубежом. Эффективность метода зависит от того, насколько сильно изменяются емкости обмоток при изменении их механического состояния.
Метод контроля по намагничивающему току является наиболее легким и эффективным способом обнаружения витковых замыканий в обмотках трансформаторов, но к сожалению обладает малой чувствительностью к другим видам повреждений обмоток. Тем не менее он находит широкое применение в эксплуатации дополняя другие методы диагностики
Метод оценки по анализу низковольтных импульсов прикладываемых к вводам трансформатора (LVI) характеризуется высокой чувствительностью практически ко всем видам механических деформаций обмоток. Суть данного метода состоит в том, что от специального генератора на одну из обмоток (или в нейтраль) трансформатора подается прямоугольный зондирующий импульс низкого напряжения (100-500 В) и одновременно осциллографируются реакции обмоток на воздействие этого импульса - напряжения на измерительных сопротивлениях, подключенный к другим обмоткам. В основе метода заложен принцип дефектографирования. То есть при первичном дефектографировании на трансформаторе снимаются нормограммы, которые в дальнейшем будут сравниваться с дефектограммами - осциллограммами, полученными при последующих измерениях. Сравнение по определенной методике нормограмм и дефектограмм позволяет оценить состояние обмоток трансформатора. Данный метод широко освещен в работах специалистов Всероссийского электротехнического института.
Метод оценки по частотному анализу (FRA; SFRA) является развитием метода низковольтных импульсов (НВИ) и имеет два подхода: импульсный и частотный. В первом случае, как и в метода НВИ, на обмотку трансформатора подается зондирующий импульс низкого напряжения (прямоугольной, стандартной или двойной экспоненциальной формы). Одновременно осциллографируется ток (или напряжение) на измерительных шунтах или трансформаторах, подключенных к другим обмоткам (переходный процесс, возникающий в обмотках как их реакция на воздействие прямоугольного импульса). Осциллограммы приложенного импульса и соответствующего отклика записываются с использованием высокоточных высокоскоростных аналого-цифровых преобразователей, далее преобразуются в частотную область с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье, затем рассчитывается передаточная функция как отношение спектров входного и выходного сигналов.
Во втором случае, измерения производятся непосредственно в частотной области, то есть на ввод обмотки от свип-генератора подается синусоидальное напряжение с амплитудой 10 В, изменяющееся по частоте в широком диапазоне - от нескольких Герц до нескольких мегагерц, а с других вводов снимается амплитудно-частотная характеристика - реакция обмоток на приложенной воздействие.
Каждый из двух подходов имеет свои достоинства и недостатки. Частотный подход имеет более высокую чувствительность на низких частотах, проще в эксплуатации и интерпретации результатов, но процедура диагностики занимает гораздо больше времени по сравнению с импульсным подходом, что иногда может оказаться неприменимым.
К Онлайн методам относятся методы: основанный на виброакустическом анализе (VAA); контроля по изменению давления масла в баке трансформатора; и прямого измерения усилий с помощью встроенных тензометрических датчиков и измерения усилий с помощью встроенных оптоволоконных датчиков
Метод основанный на виброакустическом анализе (VAA) трансформатора заключается в определении из общего спектра вибраций, той части, которая относится к вибрациям обмоток, влияющим на ослабление системы прессовки обмоток.
Метод контроля по изменению давления масла в баке трансформатора, основан на процессе контроля изменения давления масла. Значительное увеличение значения давления масла сигнализирует о значительной потере усилий прессовки обмоток. Недостатком данного метода является отсутствие возможности определения конкретного места повреждения. Данный метод используется как вспомогательный совместно с другими.
Метод прямого измерения усилий с помощью встроенных тензометрических датчиков. Данный метод позволяет измерять и контролировать осевые усилия с помощью специальных шпилек с интегрированными тензометрическими датчиками. Такие датчики позволяют измерять, как статическое усилие прессовки, так и изменяющееся во времени динамические усилия с диапазоном частот от 50 до нескольких сотен Гц, определяемых электродинамическими колебаниями и частотами собственных колебаний, обусловленных конструктивными особенностями трансформатора. Замер усилия осуществляется путем применения замены обычных прессующих шпилек на специальные шпильки с встроенными тензометрическим датчиком, установленных вместо обычных прессующих шпилек. Варианты реализации такого метода измерения показаны на рис. 1 и рис. 2:
 
Рис. 1. Прессующая шпилька со встроенным тензометрическим датчиком.
1 - датчик усилия; 2 - консоль остова трансформатора; 3 - прессующая шпилька;
4 - изолирующая пластина
Рис. 2. Конструкция тензометрического датчика
1 - специальная прессующая шпилька;
2 - тензорезисторный датчик;
3 - стальная пята; 4 - прессующее кольцо трансформатора
Метод прямого измерения усилий с помощью встроенных
Этот метод является развитием предыдущего, используя все преимущества технологии применения оптоволоконных систем, а именно миниатюрность размеров датчика, высокую чувствительность, широкую полоса пропускания, высокую надежность и относительно невысокую цену. Система из нескольких датчиков располагается на поверхности прессующего кольца непосредственно под прессующими шпильками. Датчик представляет из себя диск выполненный из нержавеющей стали, внутри которого находится оптический сенсор, передающий изменение давления приложенного к поверхности датчика. Для примера, размеры датчика представленного на рис. 3, способного выдерживать давления до 250 кН, составляют 45х24х4 мм. Он может использоваться в различных целях, погрешность измерений составляет 0,025%. Рабочая температура при которой могут проводиться измерения - 300°С, что значительно превышает допустимые перегревы элементов конструкции трансформатора.Последние методы были опробованы и успешно применяются в лаборатории высоких мощностей Национального исследовательского энергетического института, расположенного в городе Крайова, Румыния. Такие системы позволяют вести непрерывный мониторинг за событиями происходящими с усилиями прессовки обмоток, как во время транспортировки, так и непосредственно в течении работы трансформатора.
Программное обеспечение разработанное для систем непосредственного измерения усилий прессовки обмоток позволяет собирать данные, сравнивать и моделировать процессы и на основе построенных моделей, выдавать прогнозы по состоянию и рекомендации по дальнейшему обслуживанию трансформатора, принимая во внимание температурные воздействия и влажность бумажной изоляции.
Особенностью применения метода непосредственного измерения осевого усилия, является требование к конструкции системы прессовки, так как только для трансформаторов с раздельной системой прессовки обмоток, в которой каждая обмотка имеет свое прессующее кольцо и отдельную прессующую систему, показания датчиков будут достоверны.
Выводы:
1. Существующая технология обеспечения осевых усилий сжатия не обеспечивает продолжительной механической стабильности системы прессовки обмоток силовых трансформаторов на весь период эксплуатации.
2. Из всех представленных методов, метод непосредственного измерения усилия, на данный момент, является наиболее информативным и корректным, с точки зрения, оценки состояния и контроля механической стабильности осевой прессующей системы обмоток трансформатора.
3. Необходимо дальнейшее развитие и внедрение методик диагностики по оценке механического состояния трансформатора, которые позволят определять дефекты на этапе зарождения и предотвращать их дальнейшее развитие, которое может привести к серьезным авариям.
Библиографический список
1. Дробышевский А. А. Электродинамическая стойкость силовых трансформаторов и освременные способы оценки механического состояния обмоток / Семинар «Методы и средства оценки состояния энергетического оборудования» ПЭИПК 3-7 июля 2006 г., Санкт-Петербург
2. Marinescu A., Ungureanu C. L. «About axial clamping force monitoring at power transformer windings during their active lifetime» Annals of the University of Craiova, Electrical Engineering series, No. 32, 2008, P. 56-61
3. Marinescu, A., Opran, G., Teodorescu, M., Dinu, I., Tascau, L. «Fibre optic based clamping force monitoring system for power transformers» Proceedings of the International Conference on Optimisation of Electrical and Electronic Equipment, OPTIM, art. no. 6231872, P. 282-286.
|
