Русский трансформатор

Ценологическая парадигма - ключ к РАЗВИТИЮ энергоэффективных распределительных электросетей

Ю.М. Савинцев, кандидат технических наук,

Генеральный директор ООО «ЭТК «Русский трансформатор»

В настоящей статье обобщены данные многолетних исследований автором сложных электротехнических систем – электрики (в терминологии профессора Б.И. Кудрина) на базе ценологической парадигмы, обоснованной и развиваемой российскими учеными Б.И. Кудриным, В.И. Гнатюком, В.К. Лозенко, В.В. Фуфаевым[1,2,3,4,5]. Определены методологические подходы к развитию энергоэффективных распределительных электросетей в России, и выделены техноценозы: «Система электроснабжения промышленности», «Система электроснабжения нефтедобычи», «Система электроснабжения ЖКХ», «Система электроснабжения сельского хозяйства», «Система электроснабжения транспорта и связи». На базе разработанных автором математических моделей получены количественные значения объемов и номенклатуры парка силовых трансформаторов, требуемых для обеспечения развития энергоэффективных распределительных электросетей в ближайшие годы. 

Сегодня можно со всей определенностью утверждать, что происходящие революционные материальные и информационные изменения глобальной энергетики существенно влияют на будущее нашей цивилизации, которая есть ЦИВИЛИЗАЦИЯ ПОТРЕБЛЕНИЯ. В этих условиях обеспечение энергетической безопасности России требует новых постановок и решений как вопросов эффективности ТЭК (включая производство электроэнергии, ее транспортировку, трансформацию и распределение), так и вопросов эффективности использования электроэнергии потребителем.  В комплексе электроэнергетики конечным и главным является потребитель, и  в разрабатываемом комплексе мер необходимо учитывать классификацию потребителей по уровню системы электроснабжения, зафиксировать различие требований к квартире, мелкому бизнесу и абоненту, потребляющему в год миллиарды киловатт-часов. Поэтому следует учитывать, что субъекты электроэнергетики, изготовители электротехнической продукции и субъекты электрики (электрические хозяйства предприятий) несут солидарную ответственность за то, что экономика России является одной из наиболее энергоемких в мире по любому агрегированному показателю. В 2005 г. по показателю объема производства потребление энергии в России составляло 0,42 кг нефтяного эквивалента (кг.нэ) на 1 долл. ВВП; по этому показателю Россия занимала 12 место в списке из 121 стран мира. В таблице 1 приведено сравнение России с другими странами по потреблению энергии на 1 долл. ВВП [6]. 

Таблица 1.

В 50-60 годы XX века в тогдашнем СССР стал очевидным факт быстрого насыщения любых объектов различными электротехническими изделиями и необходимость удовлетворения быстрого роста электропотребления. Стало очевидным также, что появились новые объекты, по свойствам отличающиеся от единичного электротехнического изделия и от объектов электроэнергетики. Практика неотвратимо заставила иметь дело с сообществами изделий, которые однозначно являлись структурами элементов технической реальности, - ТЕХНОЦЕНОЗАМИ [7,8]. Теория техноценозов была создана и оформлена в 70-е годы выдающимся российским ученым, профессором Борисом Ивановичем Кудриным (результаты изложены в [1,2]), а впоследствии развита его коллегами и учениками [3,4,5]. Как видим, первоначальный этап освоения теории составил целых  30 лет, но достаточно широкое ее применение с начала XXI в. позволяет говорить о её признании и перспективности. Главным же остаётся пока необходимость овладения ценологическими представлениями для обеспечения на практике энергетической безопасности страны, решения актуальных задач эффективности использования электрической энергии и организации энергетического менеджмента. 

Ценологические модели используют свойство структурной устойчивости техноценоза и прогнозируемости количественных соотношений между численностью и объёмами элементов системы. При этом оперирование с распределением в целом позволяет решать практические задачи определения параметров электропотребления, нормирования и энергосбережения, изменения организации электроремонта и повышения эффективности электрического хозяйства в целом и по отдельным составляющим. В частности, легко решается вопрос о количестве и номенклатуре силовых распределительных трансформаторов, обеспечивающих развитие сети электроснабжения в энергоэффективном, энергосберегающем ключе. 

Типовая схема электроснабжения потребителей представлена на рисунке 1  [9].

На основе представленной типовой схемы были выделены следующие техноценозы: «Система электроснабжения промышленности» (I), «Система электроснабжения нефтедобычи» (II), «Система электроснабжения ЖКХ» (III), «Система электроснабжения сельского хозяйства» (IV), «Система электроснабжения транспорта и связи» (V). 

Устойчивый характер структуры указанных техноценозов был практически подтвержден анализом трансформаторных хозяйств Холдинга МРСК, а также крупных нефтедобывающих компаний. 

Структура техноценоза, а именно: количество трансформаторов каждой мощности, - определяется формулой (1) ,  

Где :
W1   -    константа ранговидового распределения -  количество трансформаторов первого ранга (группы наибольшей численности); 
β -     характеристический показатель ранговидового распределения;
ri -    ранг (порядковый номер) группы трансформаторов (популяции); _i
Wi -   количество трансформаторов ранга (порядкового номера) i. 

Для всех трансформаторных хозяйств характеристический показатель оказался равным β =1,42. Значение константы распределения  W1  изящно определяется, исходя из суммарного ресурса – суммарной мощности, которую должен трансформировать техноценоз. На основе анализа схем электроснабжения (рис. 1) всех перечисленных выше техноценозов I – V  были определены диапазоны  мощностей элементов-особей (терминология профессора Б.И. Кудрина):

  I.             100 кВА – 6300 кВА.
      II.              63 кВА – 1000 кВА.
 III.              25 кВА – 6300 кВА.
 IV.              40 кВА – 1000 кВА.
 V.               100 кВА – 6300 кВА.

Рисунок 1.

  Значения константы распределения получились следующими:

 I.            10159.
 II.            3557.
 III.            4575.
 IV.            2570.
 V.            1856.

  Рассчитанные в соответствии с формулой (1) численности трансформаторов позволили получить следующие значения, являющиеся годовой потребностью всего электросетевого хозяйства РФ:

I.            38437 штук.
II.            6918 штук.
III.            10226 штук.
IV.            5127 штук.
V.            3702 штуки.

Общий объем годовой потребности для вновь вводимых объектов электроснабжения– 55210 штук. С учетом потребности для замены устаревшего оборудования и потребности МРСК этот объем достигнет уровня в 73000 штук. 

Так как количество трансформаторов определено ценологическими методами, т.е. в основе модели лежит ОПТИМАЛЬНОСТЬ структуры распределительной сети, то в комплексе с энергоэффективными характеристиками самих силовых трансформаторов мы получаем ВОЗМОЖНОСТЬ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОРАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ КАК ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО ОБЪЕКТА.  

1. Кудрин Б.И. Введение в технетику. 2-е изд., переработ. и доп. Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та, 1993. 552 с.
2. Кудрин Б.И.  Технетика: новая парадигма философии техники (третья научная картина мира)// Томск: Изд-во Том. ун-та, 1998. - 40с.
3. Гнатюк В.И. Закон оптимального построения техноценозов//  М.: Изд-во ТГУ – Центр системных исследований, 2005.
4. Лозенко В.К. Использование ценологического подхода для управления малым бизнесом в мегаполисе // Техногенная самоорганизация и математический аппарат ценологических исследований. Вып. 28. «Ценологические исследования». - М.: Центр системных исследований, 2005. - C. 300-310.
5. Фуфаев В.В. Основы теории динамики структуры техноценозов// Математическое описание ценозов и закономерности технетики. Вып. 1. Ценологические исследования. - Абакан: Центр системных исследований, 1996. - С. 156-193.
6. Энергоэффективность в России: скрытый резерв// Отчет группы экспертов Всемирного банка. 2009. 162 с.
7. Кудрин Б. И. Электрика как развитие электротехники и электроэнергетики// 3-е изд., испр. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1998. 40 с.
8. Кудрин Б. И. О государственном плане рыночной электрификации России//  М.: Изд-во Института народнохозяйственного прогнозирования РАН, 2005. 204 с.

1. Кудрин Б.И., Лесниченко А. Ю. Ценологические исследования распределительных сетей центральной части России// «Промышленная Энергетика», 2011 - № 2, стр. 25 – 30.

ВОПРОСЫ И КОММЕНТАРИИ