CC BY
80
УДК 621.311.1
ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ЖИВОТНОВОДСТВА
Д.С. Стребков, академик РАН, директор
А.В. Тихомиров, кандидат технических наук, зам. директора
Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства E-mail: viesh@dol.ru
В статье дан анализ систем электроснабжения объектов сельского хозяйства, в т. ч. животноводства, и уровня их надежности. Обозначены перспективные направления и конкретные мероприятия повышения показателей надежности энергоснабжения сельских потребителей.
Ключевые слова: надежность, энергоснабжение, перерывы в электроснабжении, энергоэффективность.
Начиная с 90-х годов, надежность электроснабжения в сельском хозяйстве заметно снизилась - число и продолжительность отключений увеличилось на 40%, что отрицательно сказывается на производстве: предприятия несут значительный ущерб в продуктивности, в недоборе и снижении качества продукции.
Увеличение мощности или подключение новых потребителей сопряжено с рядом непомерных сложностей - большими затратами на выполнение работ по выставляемым техническим требованиям по реконструкции сетей и подключению заявляемой мощности.
Техническое состояние сельских электрических сетей значительно ухудшилось -более половины их требуют реконструкции, восстановления или замены, т. к. значительное их число эксплуатируется без ремонта за пределами срока службы; кроме того, часть ЛЭП морально устарела, не поддается автоматизации и их реконструкция обойдется чрезмерно дорого, что для ряда потребителей небольшой мощности может оказаться невыполнимым из-за больших капитальных затрат. Поэтому для ряда потребителей могут быть рассмотрены другие (альтернатив-
ные) варианты энергообеспечения, включая децентрализованные системы.
Для повышения надежности, устойчивости, а следовательно, и эффективности электроснабжения сельских объектов могут быть использованы различные способы, выбор которых или одного из них определяется для каждого конкретного объекта в зависимости от условий его функционирования, значимости производства, уровня возможного ущерба при перерывах в электроснабжении, состояния действующей системы электроснабжения и возможных направлений ее модернизации. К таким способам повышения надежности электроснабжения сельских объектов можно отнести:
- совершенствование системы электроснабжения и сетевого хозяйства;
- для ответственных производств, где перерывы в электроснабжении наносят значительный ущерб, дополнительная установка системы резервного электроснабжения на базе автономного источника - дизельной электростанции, ветро-солнечной установки с аккумуляцией энергии и др. источниками;
- организация системы самообеспечения электроэнергией, вырабатываемой автономной установкой, использующей местные энергоресурсы, отходы сельхозпроизводства, возобновляемые энергоресурсы;
- сооружение или переоборудование имеющихся котельных для автономного энергообеспечения электроэнергией и теплом сель-хозобъектов.
Совершенствование (модернизация) системы централизованного электроснабжения сельских объектов и сетевого оборудования. После глубокого спада в
электропотреблении сельского хозяйства 90х гг., начиная с 2006 г. наметился некоторый рост электропотребления, в основном за счет социально-бытового сектора. К 2020 г. на селе прогнозируется рост электропотребления на 12-14%. Сложившаяся структура электроснабжения включает три уровня напряжения: 35-110 кВ, 6-10 кВ и 0,4-0,22кВ при общей их протяженности более 2,2 млн км.
Современное состояние электрических распределительных сетей в сельской местности характеризуется постоянным снижением технико-экономических показателей и их старением. В настоящее время около 30% воздушных линий (600 тыс. км) и трансформаторных подстанций (их более 100 тыс. шт.) отработали свой нормативный срок. По расчетам к 2015 г. эта величина может еще возрасти. Уровень автоматизации распределительных сетей невысок - в сетях 10 кВ не везде применяется современное линейное электрооборудование, что затрудняет процесс их автоматизации. В период до 2020 г. предстоит большой объем восстановления сетей, отработавших свой ресурс, а также переустройство (модернизация) действующих сетей для покрытия возрастающих нагрузок и подключения новых потребителей.
Решение проблем, назревших в распределительных сетях, должно решаться на основе создания сетей нового поколения, удовлетворяющих современным условиям распределения электрической энергии потребителям, отвечающих экономико-экологическим требованиям, мировому техническому уровню и техническим требованиям к распределительным электрическим сетям нового поколения. При этом строительство, реконструкция и техническое перевооружение сетей в предстоящий период должно осуществляться на основе нового сетевого электрооборудования, материалов и конструкций, разработанных с использованием современных мировых технологий, включая использование для ряда потребителей резонансной однопровод-никовой системы передачи электроэнергии.
Основной целью реконструкции является выбор приоритетов технического развития, принципов построения и уровня техническо-
го оснащения распределительных сетей нового поколения с учетом мирового и отечественного опыта в период до 2020 года.
Системы электроснабжения должны удовлетворять следующим требованиям: по надежности электроснабжения и качеству электрической энергии в соответствии с действующими нормативами; по обеспечению нормативного срока службы ЛЭП (не менее 40 лет); по адаптации к растущим электрическим нагрузкам; по электрической и экологической безопасности; по технологической и технической восприимчивости к автоматизации и телемеханизации; по экономической эффективности при минимуме потерь электроэнергии.
Важной задачей в рассматриваемый период является наращивание объемов восстановления отработавших свой ресурс сетей и обеспечение их надежной работы в соответствии с новой Концепцией - «Положением о технической политике в распределительном электросетевом комплексе» [1], определяющем реконструкцию и техническое перевооружение сетей с заменой технически устаревшего и выработавшего ресурс подстанци-онного оборудования и линий, соответствие новым техническим требованиям.
Перспективным направлением развития электроснабжения является реализация для ряда сельских потребителей новых способов передачи и запасания электроэнергии, включая резонансную однопроводниковую систему, а также систему аккумуляции.
Повышение надежности электроснабжения сельских потребителей и качества электроэнергии должно быть обеспечено на основе реконструкции сетей централизованного электроснабжения, сокращения их радиуса, использования сетевого и автономного резервирования, внедрения для отдельных сельских объектов новых резонансных систем передачи электроэнергии, внедрения новых нормативных показателей надежности при проектировании и эксплуатации, а также улучшения эксплуатационного обслуживания, что обеспечит снижение ущерба с.-х. производству от аварийных отключений централизованного электроснабжения.
Journal of VNHMZH №3-2014
45
Эти требования должны быть заложены при проектировании, строительстве и реконструкции систем электроснабжения, при этом необходимо руководствоваться следующими основными положениями:
- при разработке перспективных схем развития систем электроснабжения приоритет следует отдавать применению сетей более высокого напряжения (35-110 кВ) по отношению к сетям 10 кВ для вариантов с равными затратами или затратами, отличающимися до 10%;
- построение распределительных сетей 10 кВ следует осуществлять по магистральному принципу, предусматривающему: радиальную схему построения с магистралью, выполненной проводом одного сечения по всей длине; автоматическое секционирование и сетевое резервирование магистрали;
- на ВЛ 0,4 кВ должны применяться самонесущие изолированные провода (СИП) с одинаковым сечением по магистрали. Неизолированные (голые) провода допускаются при наличии специального обоснования;
- при прохождении ВЛ 10 кВ по лесным массивам, населенной местности и в стесненных условиях применять защищенные провода;
- в тундре, горных районах, в болотистой местности и других труднодоступных местах осуществлять прокладку резонансных кабельных линий электропередачи, не требующих землеотвода, вырубки просек;
- вводить обязательное автоматическое секционирование и сетевое резервирование магистрали и ответвлений коммутационными аппаратами;
- трансформаторные подстанции 35-110/ 10 кВ должны быть оснащены устройствами автоматизации и телеуправления с современными коммутационными аппаратами.
Основными техническими решениями повышения пропускной способности сетей являются строительство разгрузочных подстанций, применение вольтодобавочных трансформаторов, конденсаторных батарей. Значительное снижение затрат на эксплуатацию и обслуживание обеспечивается при применении воздушных линий нового поколения с
изолированными и защищенными проводами, что является результатом повышения технических и технологических параметров и снижения аварийности. Электрическая и экологическая безопасность должна удовлетворяться на основе применения новых принципов построения электрических сетей, использования надежного оборудования, новых материалов, устройств релейной защиты и автоматики, обеспечивающих все виды защит.
Техническая и технологическая восприимчивость к автоматизации и телемеханизации реализуется применением автоматизированных систем диспетчерского управления на основе использования компьютерной техники, а также поэтапного формирования АСУ предприятии электрических сетей, в т.ч. для решения задач автоматизированного контроля и управления сбытом электроэнергии.
Деятельность энергоснабжающих организаций во многом зависит от мероприятий по совершенствованию учета электроэнергии и выявлению каналов ее хищений. Практика эксплуатации сетей подтверждает, что затраты на совершенствование учета электрической энергии дают эффект, превышающий затраты на внедрение мероприятий по снижению технических потерь.
Использование систем резервного электроснабжения ответственных потребителей. В 70-80-е годы действовали категории, к которым были отнесены сельские потребители энергии (субъекты) по уровню обеспечения надежности их электроснабжения. К первой категории были отнесены птицефабрики, доильные цеха ферм КРС, теплично-парниковые цеха и др. Для обеспечения надежности их электроснабжения в дополнение к централизованной системе устанавливались резервные электростанции: дизельные, газодизельные и др. В последние годы это стало необязательным, что привело к росту числа и продолжительности отключений этих объектов и увеличению ущерба.
Важным направлением обеспечения устойчивости электроснабжения является использование местных и возобновляемых энергоресурсов при производстве электрической и тепловой энергии для электро- и теп-
лообеспечения объектов сельского хозяйства, т. е. самообеспечения энергией сельхоз-потребителей. При наличии местных энергоресурсов (отходы животноводства, птицеводства, деревообработки, биомасса и др.) их переработка в жидкое и газообразное топливо позволит или полностью обеспечить электроэнергией хозяйство (объект), или значительно сократить закупку энергии у предприятий централизованного энергоснабжения. Разрабатываемые в настоящее время способы и технологии переработки отходов в топливо и последующего производства электрической энергии имеют хорошую перспективу, но нужно энергоэффективное оборудование для осуществления этих процессов.
В настоящее время серийного отечественного оборудования для автономных систем энергообеспечения на базе местных энергоресурсов и использования энергии практически нет, поэтому местные энергоресурсы пока используются в энергетике села очень слабо. В то же время имеются положительные практические опыты по производству и использованию энергии из местных энергоресурсов, где уровень тарифов (себестоимость собственного производства энергии) на половину ниже тарифов закупаемой электроэнергии.
В дополнение к производству энергии из отходов и биомассы важными являются также технологии и оборудование по преобразованию солнечного излучения, энергии ветра и воды в электрическую и тепловую энергию и их использование в сельхозпроизвод-стве и быту сельского населения. Эти технологии и построенные на них системы электрообеспечения, как правило, комбинированные, позволяют повысить надежность энергоснабжения, т. е. сократить число и продолжительность перерывов в 2 раза.
Для ряда с.-х. производств и объектов, где требуются относительно большие объемы потребления электрической и тепловой энергии (теплицы, птицефабрики, перерабатывающие предприятия) перспективным направлением совершенствования систем их энергоснабжения являются сооружения ми-ни-ТЭС или переоборудование котельных
под мини-ТЭС. Это позволит иметь собственный источник электро- и теплоснабжения, повысить коэффициент использования топлива, т. е. энергоэффективность, обеспечить независимость энергообеспечения и повысить его надежность. Расчеты и отдельные примеры показывают, что себестоимость производства электрической и тепловой энергии на этих станциях значительно ниже тарифов на электро- и теплоэнергию, поставляемую централизованно.
Таким образом, обоснованные перспективные направления совершенствования и модернизации систем энергообеспечения сельского хозяйства и стратегия развития энергетической базы села предусматривают и мероприятия повышения надежности электро- и теплоснабжения с.-х. предприятий и объектов - снижение числа и продолжительности отключений. В настоящее время средняя продолжительность отключения электроэнергии у сельских потребителей составляет порядка 90 часов в год - это больше, чем у промышленных предприятий и на порядок больше, чем у потребителей в развитых странах. Реализация мероприятий, обозначенных в направлениях совершенствования систем энергообеспечения и стратегии развития энергетической базы сельского хозяйства, позволит к 2020 году повысить устойчивость и надежность энергоснабжения сельских потребителей - снизить в 2 раза продолжительность и число отключений электроэнергии; в 2-3 раза сократить ущерб от перерывов в электроснабжении.
Литература:
1. Положение о технической политике в распределительном сетевом комплексе ОАО «ФСК ЕЭС». М., 2006.
2. Энергетическая стратегия сельского хозяйства России на период до 2020 года. М., 2009.
In the article the analysis of systems of an electrical supply of objects of agriculture, including animal husbandry, and the level of their reliability. Identified prospective directions and specific measures to improve the reliability of power supply to rural concumers. Keywords: reliability, energy, interruptions in power supply and energy efficiency.
Journal of VNIIMZH №3-2014
47
