Ближайшие российские конференции:
 
 
Сервис предоставлен Конференции.ru ©

КилОватТ-час в мешке

№ 6-7(105-106), 03.09.2014 г.
Значительно спокойнее чувствуешь себя, когда платишь за электроэнергию: ведь ты даже не знаешь, что с «гнильцой» каждый третий проданный тебе киловатт-час. Да и какой смысл об этом знать? За помидорами можно ходить теперь на рынок, а не в опозоривший себя супермаркет. А вот провода к другому поставщику электроэнергии не перекинешь.
Однако за душевное спокойствие приходится платить. Двустороннее невнимание к качеству электроэнергии приводит к убыткам как потребителей, так и производителей электроэнергии. Поначалу кажется, что ущерб возникает только у потребителей, но, как выясняется, ситуация сложнее. Помимо роста расходов на электроэнергию, обычно перекладываемых на потребителей, у всех приборов, потребляющих электроэнергию, увеличивается износ, сокращается период эксплуатации, учащаются отказы и повреждения. В энергогенерирующих компаниях возрастают затраты на расходные материалы для генераторов, на ремонт поврежденных генераторов и приборов, на внутреннее энергопотребление, повышается расход топлива, масла и охлаждающей жидкости, более частыми становятся вибрации и поломки генераторов. Для всех участников рынка электроэнергии ухудшается качество изоляции, учащаются возгорания проводки и приборов. 
Есть одна категория потерь, которая имеет непосредственно заинтересованную сторону и является единственной, которую можно рассчитать относительно точно. Все прочие последствия оцениваются вероятностно, как увеличение рисков. 
В расчетах экономической эффективности учитывается только эта компонента выгоды, получаемой в результате мероприятий по улучшению качества электроэнергии. Из этого не следует, что увеличение рисков — меньший ущерб, чем дополнительные издержки потребителей за некачественную электроэнергию. Скорее всего, именно увеличение вероятности техногенных аварий и несет наибольшие убытки как для производителей, так и для сетевых компаний и для потребителей электроэнергии. Но будущие катастрофы не впечатляют никого из участников энергетического рынка.
Считалось, что нарушения в работе сети и понижение качества электроэнергии особенно сильны там, где есть мощные промышленные агрегаты (прокатные станы, сварочные агрегаты и электропечи), для которых характерны быстро меняющиеся нагрузки. Но сейчас такие же нарушения вносят бытовые приборы, владельцы которых в одно время встают утром и ложатся вечером, в одно время уезжают на работу и возвращаются с нее. Все это повышает требования к качеству электроэнергии.
Качество электроэнергии при ее передаче ухудшается вследствие трех проблем: низкой устойчивости передачи, нестабильности напряжения и резонансных явлений. А кроме трех основных проблем, качество электроэнергии понижают еще гармоники высоких частот, искажение синусоиды, скачки реактивной мощности, фликкер-эффекты и многое другое. Остановимся только на стабильном напряжении, ради которого многим приходится тратиться на свои стабилизаторы и источники бесперебойного питания. 

Напряжение

При 10%-ном долговременном повышении напряжения срок службы ламп накаливания уменьшается втрое. При таком же снижении напряжения световой поток снижается на 30%, то есть лампочка 
в 60 ватт начинает светить как лампочка в 40 ватт. Энергосберегающие лампы при снижении напряжения на 15% начинают мерцать. Это лишь частный пример того, что при низком качестве электроэнергии технический прогресс в энергетике невозможен.
В электродвигателе переменного тока при нестандартном уровне напряжения появляется вращающееся магнитное поле, притормаживающее ротор. При работе падение напряжения на 15% уменьшает крутящий момент электродвигателя на 20%. Как следствие, двигатель сильно разогревается, поскольку увеличивается ток через его обмотки, срок службы двигателя уменьшается. 
При этом отклонение напряжения в 10% допускается действующим ГОСТом. ГОСТ таков по той причине, что он учитывает исключительно ситуации включения или отключения мощных промышленных потребителей электроэнергии. Разработчики стандарта вряд ли могли предположить, что напряжение может резко упасть после показа по телевидению популярного сериала или футбольного матча, когда десятки или сотни тысяч горожан включат электрические чайники. Такое падение напряжения сокращает срок службы не только чайников, но и всего электрооборудования по всей сети.
В существенно большей мере отрицательно влияет на сохранность сетей и приборов краткий (менее тысячной доли секунды) скачок напряжения, который незаметен для стандартных приборов учета и контроля. Такой скачок в сети 220 вольт может превышать 2 киловольта. Мгновенные скачки напряжения происходят при отключениях, подключениях и переключениях, срабатывании автоматов защиты, при работе сварочных аппаратов. Они вызывают аварии, в частности, может перегореть нулевой провод или фазовый замкнуться на землю. В результате на корпусах незаземленных приборов появляется электрический потенциал, что приводит к несчастным случаям и пожарам. Импульсные скачки напряжения наиболее опасны для электроники. Иными словами, приборы ничего не заметили, но авария произошла или компьютеры сгорели. Сеть с некачественной электроэнергией тормозит компьютеризацию и внедрение электронных устройств.
Наряду с внутренними сетевыми источниками импульсных нарушений подачи электроэнергии существуют и внешние. Так, импульс может быть получен от воздействия атмосферного электричества в результате удара молнии в воздушную ЛЭП. Броски напряжения могут привести к полному прекращению транспорта электроэнергии.
Именно в этой части повышения качества электроэнергии оказалась включенной Российская академия наук. Объединенный институт высоких температур, ОИВТ РАН (директор — академик РАН В. Е. Фортов) разработал «Способ моделирования разряда молнии», который необходим для «разработки адекватных, надежных и современных систем защиты электроэнергетического оборудования сетей 110—750 кВ»1. Именно это изобретение академик Фортов предложил как одно из основных при обсуждении путей развития российской энергетики. Для решения задач повышения качества электроэнергии необходимы сотни таких способов и тысячи вариантов устройств, эти способы реализующих. 
Все эти способы и устройства так или иначе связаны с силовой электроникой. Будучи чувствительной к качеству электроэнергии, силовая электроника при ее эксплуатации способствует его ухудшению. Одновременно именно силовая электроника является основным средством повышения качества электроэнергии.

Наш путь

В Сибири длительное время продвигается в жизнь межрегиональная программа «Силовая электроника». Сосредоточившись фактически на одном образцово-показательном приборе — электроусилителе руля — она сама себя лишила перспектив расширения масштабов деятельности. В этом плане параллельная и поучительная история произошла с одним из ведущих инновационных предприятий Новосибирской области.
Новосибирский завод «Лиотех» по производству литий-ионных аккумуляторов (ЛИА) большой емкости должен был стать крупнейшим в мире. ЛИА — базовый элемент повышения надежности и устойчивости энергосистем. Установленная мощность производства к моменту его запуска в 2011 году планировалась на уровне 300 миллионов ампер-часов в год, а в 2012 году должна была достичь 400 миллионов ампер-часов. К 2015 году объем продаж батарей должен был превысить 35 миллиардов рублей в год. Первый год продукция «Лиотех» реализовывалась по цене почти в два раза ниже себестоимости. 
Оценив бесперспективность попыток обосноваться на рынке электротранспорта, ОАО «Роснано» в конце 2013 года переориентировало завод на большую энергетику, то есть фактически на «умные сети», на повышение надежности электроснабжения. Именно на этом и настаивали изначально руководители институтов СО РАН. Предполагалось, что «Лиотех» будет выпускать системы накопления энергии (СНЭ) на базе аккумуляторных батарей, ориентированные на энергетические компании. 
Для целей реализации стратегии принято решение о выделении проекту дополнительного финансирования в размере 447 миллионов рублей. ОАО «Русгидро» официально объявило о намерении внедрять «сетевые накопители энергии различной мощности на базе литий-ионных аккумуляторов» на своих объектах в изолированных энергосистемах Дальнего Востока и арктических территорий на основании генерального соглашения с ОАО «Роснано» о стратегическом партнерстве. В августе 2014 года было сообщено об остановке деятельности завода.
Причина двух неудачных попыток проникнуть на рынок силовой электроники состоит в том, что средства хранения энергии в сетях — лишь элемент решения более общей задачи. Наряду с развитием средств хранения шел прогресс в приборах, которые обеспечивают управление качеством электроэнергии. От пассивных фильтров в связке с тиристорными (или диодными) преобразователями произошел переход к системам FACTS2 (15—20 лет тому назад), в которых управление по току заменено на управление по напряжению на базе силовых триодов. Современные системы FACTS способны регулировать долю реактивной мощности в сети без конденсаторных батарей. Сейчас идет переход от систем FACTS к системам UPFC3, позволяющим увеличить подачу электроэнергии сверх проектных мощностей существующих линий электропередачи за счет повышения качества электроэнергии. Пока систем UPFC, в мире единицы, но за ними будущее. И это будущее для нас не приоткрывается. 

Тормоз на пути к будущему

Возрастающее количество приборов, потребляющих электрическую энергию в быту, ухудшает качество энергии в городских сетях не меньше, чем в промышленности. Стандартизация качества энергии, как и любая стандартизация, первоначально вызывает штрафные санкции. Эти санкции применяются чаще в отношении производителей и потребителей, но почти никогда — к распределительным и сетевым компаниям.
Решение проблемы качества электроэнергии лежит не в технической плоскости, а в изменении экономических отношений в электроэнергетике. До тех пор, пока потребитель электроэнергии будет находиться в неравноправном отношении в сравнении с энергетическими компаниями, качество электроэнергии будет оставаться невысоким. 
Во всем мире, от США до Сингапура, технические инновации в электроэнергетике направлены на то, чтобы повысилась роль потребителя, возросла роль его требований к качеству электроэнергии. В Сингапуре домохозяек учат анализировать счета за электроэнергию, в США изыскивают технические возможности сообщать потребителю, у кого и по какой цене купила сетевая компания данный конкретный киловатт-час.
В России многое предстоит сделать для того, чтобы пришло осознание важности равноправия на энергетическом рынке и чтобы это осознание превратилось в конкретные правовые нормы и технические инновации.
Юрий ВОРОНОВ
 
Просмотров: 1081