CC BY
17
Проведенные расчеты позволили заключить:
1. Для оперативного отключения токов трехфазного КЗ вентильной машины с возбуждением от постоянных магнитов можно использовать трехфазный вакуумный выключатель, включенный в корень звезды.
2. Синхронное отключение всех трех полюсов выключателя не позволяет в ряде случаев обеспечить быстрое отключение токов КЗ.
3. Для оптимально быстрого отключения токов КЗ следует использовать вакуумный выключатель, имеющий независимые приводы на каждом полюсе.
4. Предложенный алгоритм срабатывания этих приводов выключателя обеспечивает сокращение длительности протекания токов короткого замыкания в наиболее тяжелых случаях с 14 периодов до 4.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Патент М° 014727 Электрическая машина с постоянными магнитами [Текст] / ОАО «НПО «Русский Электропривод»,— 2011 г.
2. Патент № 015042 Система питания и управления многофазной вентильной машиной
[Текст] / ОАО «НПО «Русский Электропривод»,— 2011 г.
3. Макаров, Е.Ф. Справочник по электрическим сетям [Текст] / Е.Ф. Макаров,— М.: Энергия, 2007,- 638 с.
УДК 624.1 5:626/627
Д.А. Ивашинцов, Т.В. Иванова
ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГИДРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ И ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
Задача сегодняшнего дня для гидротехников — попытаться изменить негативное восприятие нашей профессиональной деятельности широкой общественностью. Именно поэтому при разработке концепции экологической и социальной безопасности гидротехнических объектов необходимо с максимальной тщательностью подходить ко всем вопросам взаимодействия гидроэнергетических объектов (ГЭО) и социума, а также — ГЭО и при-родно-технической системы (ПТС) [1,2].
Для того, чтобы определить эти взаимоотношения и взаимовлияния, требуется, в первую очередь, определиться с понятиями социально-экологической и природно-технической систем, с характером и особенностями экологических, социальных и экономических (в части нас интересующей) факторов [ 3].
Под социумом здесь понимается та часть общества на определенной территории страны, которая подпадает под те или иные воздействия ГЭО. Пространственные границы социума задаются пространственным масштабом воздействия ГЭО на него. Каждому ГЭО соответствует
свой социум со своей территорией, определяемой специальными расчетами.
Под окружающей природной средой ГЭО здесь понимается та часть природы на определенной территории страны, которая испытывает на себе те или иные воздействия ГЭО.
Взаимосвязь социума и природной среды в подавляющей части проходит через материально-техническую сферу. Именно в ней материализуются антропогенные нагрузки, налагаемые на природу человеком.
Социально-экологическим проблемам, возникающим при активном природопользовании, в том числе в целях выработки электроэнергии, посвящены работы таких специалистов, как А.Б. Авакян, Н.В.Арефьев Ю.С.Васильев, А.Б. Векслер, Н.В. Зарубаев, В.В. Каякин, Р. Ки-ни, И. Клима, А.И. Макаров, Ю.Г. Марков, P.E. Мунн, И.В. Семенов, М.П. Федоров, Н.И. Хрисанов и целого ряда других.
Гидроэнергетическое строительство, которое призвано преобразовать природные гидроэнергетические ресурсы в социально необходимый ре-
сурс — электроэнергию, ведется в целях улучшения материальных и социальных условий жизни людей, т. е. для достижения различного рода выгод экономического, экологического и социального характера. Однако, кроме положительных моментов, гидроэнергетике присущи и некоторые отрицательные эффекты, оказываемые ею на окружающую среду и человека и нередко приводящие к различного рода социально-экологическим нарушениям, провоцируя явления или процессы, способные наносить материальный, экологический и социальный ущерб, разрушительно действовать на окружающую среду, экосистемы, отдельных людей и социальные образования.
Как показывают наши исследования, наиболее полный учет социально-экологического фактора в той или иной сфере деятельности возможен только в аспекте решения проблем безопасности. В рамках такого подхода можно выделить следующие основные принципы, характеризующие «культуру безопасности» в технике и природопользовании:
системный подход на всех этапах инженерной деятельности и природопользования (изыскания, научное обоснование, проектирование, анализ, строительство, испытания, эксплуатация, контроль и мониторинг, ремонт и реконструкция);
неформальное восприятие опыта эксплуатации, аварийности, экологических и социальных последствий имевших место аварий и нарушений, а также отношения общественности и местного населения к разным технологиям;
предотвращение проявления чувств самоуспокоенности при нормальной эксплуатации объектов;
всесторонний учет «человеческого» фактора, поскольку по сей день до 80 % аварий и нарушений на технических объектах происходят по вине человека;
приоритет требованиям социальной и экологической безопасности при принятии решений.
Гидроэнергетические объекты принято относить к разряду сложных природно-технических систем. При этом сложность определяется не только суммой и разнообразием взаимодействующих элементов выделяемой системы (сооружения, конструкции, устройства, оборудование) или характером внутренних и внешних связей. Важная особенность ГЭО связана с длительным временем их функционирования и наличием столь большого количества действующих факторов,
что все они не могут быть учтены формальным образом, а некоторые из них носят принципиально случайный характер. В результате предсказание тенденций развития ГЭО на основе имеющихся данных представляется возможным только на ограниченных отрезках времени.
Чтобы обеспечить минимум экологических и социальных нарушений при гидроэнергетическом строительстве, необходимо создавать такие ГЭО, которые естественным образом «погружались» бы в окружающую природу и социально-экономическую среду. Практически это можно реализовать в том случае, когда максимальное количество элементов, имеющих отношение к природно-социальной среде, испытывающих влияние ГЭО и наоборот, включаются в ПТС.
Следствием нарушения устойчивости ПТС, как показывает практика, являются деградаци-онные процессы, ведущие к потере качества ее технических и природно-социальных составляющих (гидросооружения, экосистемы, социумы и т. п.), упрощению и разрушению природно-эко-логических структур, снижению их хозяйственного, культурного и эстетического потенциала, ухудшению условий обитания биоценозов, природной и социальной среды жизни людей. При неблагоприятном стечении обстоятельств это может привести к развитию экологически конфликтной ситуации в ПТС и/или в окружающей ее среде.
Один из характерных признаков деградации ПТС — появление так называемых «побочных» эффектов. Побочными можно назвать дополнительные, сверх запланированных потери ресурсов естественной среды, вызываемые природопользованием и эксплуатацией сооружений.
В отличие от единовременных потерь, побочные эффекты могут проявить себя в любой момент времени, например спустя несколько десятилетий нормальной эксплуатации гидросооружений. Для создания устойчивой ПТС на базе ГЭО необходимо предусмотреть возможность управления такой ситуацией экономически оправданными методами, иначе, улучшая природ-но-экологическую обстановку, можно резко снизить функциональную надежность ПТС со всеми вытекающими отсюда убытками и потерями.
Методологическая основа обеспечения устойчивого развития ПТС, по нашему мнению, должна включать следующие основные принципы:
минимизацию единовременных безвозвратных природно-экологических потерь, вызываемых строительством и эксплуатацией ГЭО;
обеспечение устойчивого развития всех частей ПТС, ее технической, природной и социальной компонент в диапазоне допускаемых режимов эксплуатации ГЭО;
обеспечение управляемости процессов в ПТС и окружающей среде, в том числе посредством изменения режимов эксплуатации ГЭО.
Природно-технические системы в гидроэнергетике допускают активные управляющие воздействия в весьма широком диапазоне. Естественно, что первичной целью управления является обеспечение определенного равновесия между природными и социальными процессами внутри самой ПТС и развитие ее способностей к саморегулированию. Такое равновесие может быть достигнуто на разных уровнях взаимодействия собственно ГЭО и природно-территори-ального комплекса. Например, малые гидроэлектростанции сами по себе обычно не вызывают сколько-нибудь существенных необратимых социально-экологических эффектов и могут легко вписаться в окружающую природу и социальную среду. Средние ГЭО могут создавать благоприятные условия для устойчивого сосуществования как естественных, так и вновь образованных природных и социальных структур. Крупные же ГЭО коренным образом изменяют природные структуры, экосистемы и социумы. В этих условиях необходимо организовать и поддерживать функционирование ПТС на основе принципа обеспечения устойчивости новых природной и социальной сред.
В общем случае под управляемостью ПТС следует понимать ее способность подчиняться внешним воздействиям, которые направляются на реализацию требований по социальной и экологической безопасности. Важнейшими элементами управляемости в гидроэнергетике являются: мониторинг ПТС и окружающей среды; натурный контроль и диагностика гидросооружений (ГТС), распознавание их текущего и прогнозирование будущего технических состояний, профилактика и ремонты;
оперативное внедрение экономически выгодных природоохранных и компенсирующих мероприятий, а также сценариев защиты населения и окружающей среды при возможных авариях, социальных и экологических нарушениях.
По нашему мнению, системе управления должна принадлежать главная роль в обеспечении устойчивости ПТС формируемых ГЭО. В настоя-
щее время это — единственно возможный путь реализации социально-экологических требований безопасной гидроэнергетики, так как уровни неблагоприятных внешних воздействий на водные объекты, экосистемы, социумы достигли таких значений, что способности ПТС к саморегулированию в большинстве случаев практически исчерпаны, и для обеспечения их устойчивого развития ими необходимо управлять.
Организация управления ПТС требует определенных затрат. При этом следует учитывать одно обстоятельство. Как внутри ПТС, так и вне ее, т. е. в окружающей систему среде, долговременное эффективное управление невозможно за счет средств, привлекаемых извне, ибо в этом случае будет поддерживаться конфликт между обществом и объектом, и он рано или поздно приведет к «отторжению» объекта.
Поэтому для устойчивого развития ПТС прежде всего необходимо обеспечить экономическую эффективность системы, т. е. такое состояние, при котором совокупные выгоды по ПТС в полной мере компенсируют все возможные затраты на ее функционирование и реализацию требований по безопасности. Как известно, гидротехническое строительство сопряжено с различными неблагоприятными последствиями для окружающей среды. Такие последствия принято называть явлениями, сопутствующими реализации ГТП. Сопутствующие явления, как правило, имеют общий для всех проектов характер, а степень их проявления в основном зависит от параметров гидротехнического комплекса в целом и параметров основных сооружений (плотины, водосбросы и т. п.). Наиболее существенные из сопутствующих явлений следующие: отчуждение территорий; изменение ландшафтов; изменение гидрологического режима и режима наносов, качества воды в бьефах; изменение гидрогеологических условий; деградация многолетней мерзлоты (в районах ее распространения); «наведенная» сейсмичность и пр. Сопутствующие явления приводят к различного рода потерям (природные, экологические, социальные, культурные, экономические): сельскохозяйственных угодий и месторождений полезных ископаемых; редких видов флоры и фауны; археологических и этнографических памятников; связанным с переустройством коммуникаций, переносом промышленных предприятий и др. Чаще всего вышеперечисленные потери планируются
0,2 0,2 0,2 0,2 0,2
Варианты формирования ПТС на базе ГТО: а - ПТС-1; б — ПТС-2
(возможность их появления учитывается при проектировании) и носят, как правило, единовременный характер: они относятся к периодам строительства, наполнения водохранилища и первых лет эксплуатации ГТО. В ходе дальнейшей эксплуатации объекта потери окружающей среды могут увеличиваться либо уменьшаться в зависимости от стихийности или управляемости процесса изменения сопутствующих явлений. При потере устойчивости ПТС потери возрастают. Для создания устойчивой ПТС на базе ГТО необходимо предусмотреть возможность управления такой ситуацией экономически оправданными методами, иначе, улучшая природно-экологическую обстановку, можно резко снизить функциональную надежность ГТО — способность объекта выполнять заданные функции [3].
Устойчивость ПТС в значительной мере зависит от степени ее разнообразия. Согласно информационной теории для оценки разнообразия экосистем используется показатель разнообразия Шеннона — Винера [4], который можно записать в следующем виде:
Учитывая данное обстоятельство, известный эколог Макартур предложил для определения устойчивости экосистемы 5 использовать аналогичный подход:
5 = -^Р11оеР„
;=1
(2)
м
(1)
где Р1 = Р^Р — показатель, характеризующий долю присутствия (относительную площадь распространения) /-го вида в составе экосистемы; ¥{ — площадь распространения /-го вида; ¥— площадь экосистемы.
Чем выше разнообразие экосистемы (чем больше показатель Б), тем выше ее устойчивость.
где — показатель, характеризующий долю энергии, трансформированной /-м видом экосистемы.
Формулу (2) можно использовать и при оценке устойчивости ПТС. В качестве показателя, характеризующего долю энергии, трансформированной /-м компонентом системы, в данном случае можно выбрать с некоторой долей условности отношение балансовой стоимости (стоимость с учетом затрат и доходов) /-й компоненты системы Щ к обобщенной стоимости ПТС ^ПТС):
^=Щ/ИШТС. (3)
Пример 1. Оценить устойчивость ПТС для двух вариантов ПТС-1 и ПТС-2, характеризующихся различным распределением относительных стоимостей составляющих ее компонент. Значения ^ приведены на рисунке. В результате расчетов по формуле (2) было получены показатели устойчивости 5: для ПТС-1 он равен 0,7, для ПТС-2 —5=0,533.
Таким образом, вариант ПТС-1 является более предпочтительным с точки зрения устойчивости системы, чем ПТС-2.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Федоров, М.П. Экологический инжиниринг в гидротехнике [Текст] / М.П. Федоров, С.Г. Ши-лин, Д.А. Ивашинцов,— СПб.: Изд-во ВНИИГ имени Б.Е. Веденеева, 1995.
2. Хрисанов, Н.И. Экологическое обоснование гидроэнергетического строительства [Текст] / Н.И. Хрисанов, Н.В. Арефьев,— СПб: Изд-во СПбГУ, 1994.
3. Векслер, А.Б. Надежность,социальная и эко-
логическая безопасность гидротехнических объектов: оценка риска и принятие решений [Текст] / А.Б. Векслер, Д.А. Ивашинцов, Д.В. Стефани-шин,- СПб.: Изд-во ОАО ВНИИГ им. Б.Е. Веденеева, 2002,- 591 с.
4. Briggs, D. Fundamentals of the Physical Environment [Текст] / D. Briggs, P. Smithson, K. Addison, K. Atkinson. Second Edition.— Eondon & New York, 1997.
УДК 62-665.3
A.C. Алешина, Г.П. Поршнев, C.B. Скулкин ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Повышение энергоэффективности — это скрытый резерв для динамичного роста экономики за счет перераспределения высвобождающихся финансовых ресурсов и создания новых высокотехнологичных производств. Вопросы энергосбережения чрезвычайно актуальны в условиях как экономического роста (ввиду постоянного роста тарифов на энергоресурсы), так и экономического спада (вследствие необходимости сокращения эксплуатационных издержек). Для эффективного управления потреблением энергетических ресурсов и контроля экологических показателей деятельности предприятия необходима система энергетического менеджмента.
Энергетический менеджмент — это совокупность средств и методов, направленных на управление процессом энергопотребления и систематический контроль над энергетическими издержками. В его основе: декларация повышения энергоэффективности; планирование потребления энергоресурсов и повышения энергоэффективности; выработка целевых показателей энергоэффективности и путей их достижения; система мотивации персонала.
Можно выделить два типа энергетического менеджмента — оперативный и стратегический. Оперативный энергоменеджмент позволяет: исключить влияние случайных факторов на потребление энергоресурсов посредством формализованных управленческих процессов;
выявить и исключить факторы, ухудшающие показатели энергоэффективности;
выявить и стимулировать факторы, улучшающие показатели энергоэффективности;
реализовать корректирующие действия при отклонениях энергопотребления от целевых значений;
добиться минимально необходимого и достаточного уровня энергопотребления при действующих технологиях и оборудовании.
Оперативный энергетический менеджмент также служит основной движущей силой при реализации организационных и малозатратных энергосберегающих мероприятий.
Стратегический энергоменеджмент позволяет: сформировать модель поведения персонала; обеспечить наибольшую эффективность инвестиций в энергосбережение;
обеспечить контроль достижения результатов при внедрении энергосберегающих мероприятий;
обеспечить максимальную отдачу от реализации энергосберегающих мероприятий.
Требования к системе энергоменеджмента устанавливает международный стандарт ISO 50001:2011.
Кроме энергетического аспекта, реализация системы энергетического менеджмента вызвана необходимостью уменьшения нагрузки на окружающую среду от увеличения отходов и выбросов. Для снижения негативного влияния принимаются более строгие требования к энерге-
