Внедрение новаций и инноваций в систему электроснабжения

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ВНЕДРЕНИЯ НОВАЦИЙ И ИННОВАЦИЙ В СИСТЕМУ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

1.  Понятие системы электроснабжения и новаций, инноваций

Электроснабжение служит для обеспечения электроэнергией  всех отраслей хозяйства: промышленности, сельского хозяйства, транспорта, городского хозяйства и т. д. В систему  электроснабжения входят источники  питания, повышающие и понижающие подстанции электрические, питающие распределительные  электрические сети, различные вспомогательные устройства и сооружения. Объектами электроснабжения являются: трансформаторные подстанции и кабельные линии, субъектом выступают жители города.

Новации и инновации, применяемые в системе электроснабжения разрабатываются для уменьшения потерь при передаче электроэнергии и распределении напряжения.

Города являются крупными потребителями  электроэнергии, так как в них  проживает не только большая часть  населения, но и расположено также  большое количество промышленных предприятий.

В зависимости от размера города для питания потребителей, расположенных  на его территории, должна предусматриваться  соответствующая система электроснабжения. Система электроснабжения охватывает всех потребителей города, включая  промышленные предприятия.

Малые города часто располагаются  вблизи крупных промышленных предприятий, имеющих самостоятельные системы  электроснабжения.

Застройка городов обуславливает  необходимость соответствующего развития распределительных электрических  сетей. Для электроснабжения основной массы потребителей используется распределительная сеть напряжением 6-10 кВ и сеть общего пользования напряжением 0,38 кВ.

Для городов характерен рост электропотребления, что требует систематического развития электрических сетей. Рост электропотребления связан не только с увеличением количества жителей и развитием промышленности, но также с беспрерывным проникновением электрической энергии во все  сферы жизнедеятельности населения. Растёт расход электрической энергии  на бытовые нужды и коммунальное хозяйство городов.

Через городские распределительные  сети в настоящее время передается до 40% вырабатываемой энергии. Таким  образом, сети становятся самостоятельной  областью энергетики, и проблема их рационального сооружения приобретает  определённое народно-хозяйственное  значение.

Под системой электроснабжения города понимается совокупность электрических  сетей и трансформаторных подстанций, расположенных на территории города и предназначенных для электроснабжения его потребителей.

Система электроснабжения города представляет собой совокупность электрических  сетей всех применяемых напряжений. Она включает электроснабжающие  сети (линии напряжением 35 кВ и выше, понижающие подстанции 35-110/6-10 кВ), распределительные  сети (линии напряжением 6-10 кВ и 0,4/0,23 кВ) и трансформаторные подстанции 6-10/0,4 кВ.

Основные показатели системы определяются местными условиями: размерами города, наличием источников питания, характеристиками потребителей и т.п.

Городские электрические сети напряжением 6-10 кВ характерны тем, что в любом  из микрорайонов могут оказаться  потребители всех трёх категорий  по надёжности электроснабжения. Естественно, это требует и надлежащего  построения схемы сети.

Подстанции не допускается размещать  под помещениями производств  с мокрым технологическим процессом, душевыми, уборными, ванными и т.д. Исключения возможны лишь при перекрытиях  из монолитного бетона и надёжной гидроизоляции. Необходимо применять  меры защиты трансформаторных подстанций от возможных повреждений при  расположении в непосредственной близости от путей кранов и внутрицехового транспорта. Наиболее совершенные системы электроснабжения обеспечиваются новациями и инновациями.

Новация – новшество в области производства, технологии, организации. Принятая для реализации новация (новшество) становится инновацией (нововведением).¹

Инновация — это внедренное новшество, обеспечивающее качественный рост эффективности процессов или продукции, востребованное рынком. Является конечным результатом интеллектуальной деятельности человека, его фантазии, творческого процесса, открытий, изобретений и рационализации. Примером инновации является выведение на рынок продукции (товаров и услуг) с новыми потребительскими свойствами или качественным повышением эффективности производственных систем.²

Инновация — это результат инвестирования интеллектуального решения в разработку и получение нового знания, ранее не применявшейся идеи по обновлению сфер жизни людей (технологии; изделия; организационные формы существования социума, такие как образование, управление, организация труда, обслуживание, наука, информатизация и т. д.) и последующий процесс внедрения (производства) этого, с фиксированным получением дополнительной ценности (прибыль, опережение, лидерство, приоритет, коренное улучшение, качественное превосходство, креативность, прогресс).

Таким образом, необходим процесс: инвестиции — разработка — процесс внедрения — получение качественного улучшения.

Внедряя инновации в практику необходимо знать какие факторы оказывают влияние на инновационный процесс.

Во-первых, это экономические и  технологические – недостаток финансирования, слабость научно - технической базы, однако, может поспособствовать наличие резерва финансовых и материально-технических средств.

Во-вторых, политические и правовые – ограничение со стороны законодательства, но могут помочь законодательные  меры, поощряющие инновационную деятельность.

В-третьих,  организационно-управленческие  - жесткость в планировании, ориентация на сложившиеся рынки,  положительное влияние может оказать допущение корректировок, децентрализация и автономия.

При внедрении новациий, инноваций  в систему электроснабжения требуется  соблюдать нормативно-законодательную  базу.

2. Нормативно – законодательное обеспечение электроснабжения в России

Правовое регулирование  электроснабжения в России осуществляется рядом нормативных актов, в том  числе Гражданским кодексом № 539 - № 548 ГК РФ, Федеральным законом от 26.03.2003г. № 35-ФЗ «Об электроэнергетике», Постановлением правительства РФ № 861 от 27 декабря 2004 г. в редакции постановлений правительства РФ № 530 от 31.08.2006, № 168 от 21.032007, № 484 от 26.07.2007, № 114 от 14.02.2009, № 118 от 14.02.2009, № 334 от 21.04.2009, Распоряжение правительства Москвы от 30 апреля 2002г. № 618-РП, ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения».³

Таблица 1 – Характеристика нормативной базы системы электроснабжения

После проведенного анализа нормативно-правовой базы, можно сделать вывод, что внедрение новаций, инноваций в системе электроснабжения является актуальной для государства, существуют различные положения, регулирующие эту область. Нормативно-правовые акты определяют правовое положение граждан, организаций, регулируют договорные взаимоотношения,  регламентируют правовые основы экономических отношений в сфере энергетики, определяют полномочия органов государственной власти, устанавливают права и обязанности субъектов электроэнергетики.

Я считаю, что внедрение  новаций, инноваций в систему  электроснабжения должно обеспечить более  современное создание инженерной инфраструктуры. Концепции генеральной схемы электроснабжения должны прокладываться во всех городах. В некоторых нормативно-правовых актах и федеральных законах существуют пробелы,  не предусматривающие тот или иной аспект инновационной деятельности, в результате, создавая новые проблемы, из-за которых многие предприниматели и компании не решаются проводить внедрение новаций.

Помимо нормативно-правовой базы, в системе электроснабжения существуют другие проблемы.

3. Основные проблемы внедрения инноваций, новаций.

Одной из самых главных проблем, препятствующих внедрению нововведений в системе электроснабжения, является отсутствие реальной поддержки государства. Если внедрение инноваций – реальный шаг по оздоровлению экономики и вывода государства на новый уровень, то без государственной поддержки здесь просто не обойтись. Кто-то может возразить – а как же РОСНАНО? Да, эта государственная корпорация проводит определенную работу. Реальная ситуация такова, что РОСНАНО – это корпорация, которая нацелена на получение серьезной прибыли от инновационных проектов, в которые инвестирует деньги и заметьте немалые.

Не менее важными факторами, чем отсутствие государственной  поддержки, являются недостаток свободных  денежных средств и высокий срок окупаемости проектов. 

  Затраты на осуществление внедрения бывают настолько высоки, что предприятия зачастую не могут получить обратно даже вложенных средств. При нашей нестабильной экономической ситуации, когда все только и ждут взлета цен, риски очень высоки.

В настоящее время высокие проценты за использование кредитов делают этот вид привлечения денежных средств, практически неприемлемым для предприятий, которым нужны средства сейчас, а  отдача от них будет значительно  позже.

Экономическая поддержка инновационных проектов, компаний и предприимчивых людей, занимающихся инновациями – просто необходима, для снижения экономических рисков. Это может происходить в виде грантов, беспроцентных долгосрочных кредитов и т.п.

Предприятия в лице их руководителей, которые решаются на внедрение новых методов производства и управления, сталкиваются с проблемой недостатка информации о новых технологиях и молчаливой бездушной стеной бюрократического аппарата. Получается забавная картина, чтобы внедрять новые материалы или нанотехнологии, мы вынуждены использовать старые методы внедрения - протекционизм.  

"Управление активами в энергетике" - термин, который по сей день  многими воспринимается исключительно  как некий финансовый инструмент. На самом же деле управление  активами в энергетике сегодня  - есть принципиально новый подход  управления технологическими процессами  крупных сетевых компаний, электрохозяйств  промышленных предприятий. целью внедрения автоматизированной системы управления активами стала необходимость создания эффективного инструмента для оптимизации процесса планирования ремонтных программ компании, оптимизация распределения финансовых средств на реализацию программ повышения надежности электроснабжения потребителей, оценки показателей эффективности работы сетевого комплекса. Основными предпосылками для внедрения системы управления активами стали укрупнение региональных сетевых компаний, распределенность и значительное количество объектов обслуживания (управления), отсутствие единой системы планирования,  а главное - значительный износ сетевых активов и низкие показатели надежности электроснабжения.⁴

Также существует большая проблема, связанная с отсутствием единой системы планирования в различных  сетевых компаниях. Как следствие, в условиях ограниченности финансовых ресурсов, имеющиеся денежные средства расходуются крайне неэффективно. Существовавшие ранее подходы к ремонту по принципу планово-предупредительного или по состоянию в современных условиях утратили свою актуальность. В большинстве случаев решение принимается на основе субъективных факторов на местном уровне, в то время как необходима точечная модернизация там, где это особенно требуется именно сейчас, с оценкой рисков выхода из строя оборудования, оценкой индексов состояния электротехнического оборудования.

Полагаю, что серьезным толчком  в развитии инновации или отдельных  видов инновационной продукции  в системе электроснабжения будет условие,  при котором произойдет объединении усилий государства, регионального правительства, предпринимательства и научных учреждений, которые бы совместно формировали и реализовывали крупные проекты, вкладывая в них посильные средства. Более того, на фоне невозможности пробиться и поднять голову реальным инновациям и нано технологиям в электроснабжении, периодически имеет место появление и внедрение устаревших разработок, выдаваемых за новаторство - по сути, являющимися обычным высасыванием огромных средств из бюджета.

Для изменения такого положения  дел, помимо вышеперечисленных рекомендаций,  предстоит разработать механизм формирования в обществе конструктивного отношения  к нововведениям и воспитание инновационной восприимчивости.

4. Российский и зарубежный опыт по внедрению инноваций в систему электроснабжения

1.4.1 Отечественный  опыт по внедрению инноваций  в системы электроснабжения

Ещё в начале текущего века в России заговорили о новой технологии — децентрализованной автоматизации  на базе реклоузеров, позволяющей повысить надёжность электроснабжения потребителей распределительных сетей (РЭС), а также снизить эксплуатационные издержки. Такая технология у кого-то вызывала скепсис, у кого-то — желание опробовать её на практике. Но и тех, и других всегда интересовал один вопрос: каковы будут эффект от внедрения реклоузеров и отдача от вложений в применение названной технологии? И сейчас, по прошествии почти 10 лет, можно говорить не только о теоретических аспектах эффективности применения реклоузеров, но и о практических результатах.

Российские энергетики пришли к выводу, что наиболее эффективным способом повышения надёжности электроснабжения в воздушных распределительных сетях является реализация автоматического секционирования воздушных линий электропередачи на основе децентрализованного алгоритма работы многофункциональных автоматических пунктов секционирования. Каждый отдельный секционирующий аппарат представляет собой интеллектуальное устройство, анализирующее режимы работы электрической сети и автоматически производящее её реконфигурацию в аварийных режимах, то есть локализацию места повреждения и восстановление электроснабжения потребителей неповреждённых участков сети. Преимуществом такого подхода является отсутствие влияния человеческого фактора — отключение короткого замыкания и локализация повреждения происходит автоматически. Время восстановления питания на неповреждённых участках сети сокращается до секунд, как следствие — снижается риск нанесения ущерба потребителям электрической энергии.

Аппаратом, отвечающим всем требованиям децентрализованного  подхода, является вакуумный реклоузер РВА/TEL, состоящий из вакуумного коммутационного модуля со встроенной системой измерения токов и напряжения и шкафа управления с микропроцессорной системой релейной защиты и автоматики (РЗА). При этом конструктив устройства и его функциональность разработаны с учётом особенностей функционирования в распределительных сетях: удалённость от обслуживаемых ПС, различные, а иногда довольно тяжёлые климатические условия, необходимость осуществления специальных функций РЗА, отличающихся от традиционных: направленные защиты с разными уставками в двух направлениях, защита минимального напряжения, направленный АВР с контролем напряжения, переход с одной уставки на другую в циклах АПВ, малые ступени селективности и т.д.⁵

Для ответа на вопрос: почему автоматическое секционирование на базе реклоузеров выгодно — рассмотрим его влияние на один из основных показателей эффективности работы воздушных распределительных сетей — надёжность электроснабжения потребителей.

В классическом определении  это понятие трактуется как вероятность  сохранения электроснабжения при нормальных и аварийных режимах работы энергосистемы. Тем не менее, сам термин "надёжность электроснабжения" не позволяет  в полной мере количественно оценивать  эффективность мероприятий, направленных на её повышение, в частности, возможный  ущерб при отключении потребителя. Поэтому в качестве интегрального  показателя используют суммарный годовой недоотпуск электроэнергии. Не являясь в чистом виде выражением надёжности как вероятности, он позволяет количественно оценивать эффективность различных мероприятий по повышению надёжности электроснабжения, в частности, автоматического секционирования с применением реклоузеров.

Говоря об эффекте от применения реклоузеров, энергетики отмечают существенное сокращение затрат на эксплуатационные расходы и уменьшение недоотпуска электроэнергии.

Управлять эффективностью работы распредсетей и надёжностью электроснабжения можно и нужно. Для этого в отечественной электроэнергетике уже есть все необходимые условия: передовые российские технологии, по своему уровню не уступающие мировым стандартам, и наработанные проектные решения, подкреплённые опытом внедрения.

Как показывает практика, залог эффективности  — в грамотном подходе ко всему: будь то выбор оборудования, схема  электроснабжения или принципы управления. Только так можно получить ощутимые и измеряемые результаты.

1.4.2 Зарубежный опыт  по повышению эффективности работы  системы электроснабжения

Познакомимся с зарубежным опытом внедрения и использования энергосберегающих  технологий. Так в США поставлена задача - сократить к 2017 году потребление  бензина в стране на 20 процентов. Три четверти этого сокращения предполагается обеспечить за счет увеличения использования  местных альтернативных и возобновляемых источников энергии, в том числе: этилового спирта, производимого  из кукурузы и целлюлозы, метанола, бутанола, биодизельного топлива, водородного топлива и некоторых других энергоносителей.

Правительство США в партнерстве  с частным сектором стремится развивать в стране и за рубежом комплекс технологий, которые должны быть постепенно внедрены ко второй половине текущего столетия. К ним относятся новые биологические виды топлива из непродовольственных культур, чистая угольная технология, коммерциализация гибридных автомобилей с подзаряжающимися аккумуляторами, технология водородных топливных элементов, более эффективные и более безопасные ядерные системы, технологии ядерного синтеза.

На территории США имеется множество  локальных зон с присущими  только им специфическими источниками  возобновляемой энергии. Например, солнечная  энергия больше всего используется на Юго-западе, энергия ветра наиболее широко применяется в районе Великих  равнин и в горах, а геотермальная  используется на Западе страны. 
Индия, являясь одной из первых стран, которая стала широко использовать возобновляемые источники энергии, в настоящее время активно применяет энергию ветра, солнечную энергию, гидроэнергетику и энергию биомассы.⁶

Бразилия является пионером в использовании  этанола на основе переработки сахаросодержащих культур. Согласно отчету неправительственного Фонда Hart Energy Consulting, глобальное использование биотоплива к 2015 году увеличится вдвое, а Бразилия останется крупнейшим мировым экспортером как самого топлива, так и сырья для него.

В Китае создана целая отрасль  промышленности по использованию солнечной  энергии для нагрева воды, приносящая ежегодный доход более 3 млрд. долл.

Одновременно с разработкой  мер по энергосбережению, в Японии ведутся активные работы по развитию гелиоэнергетики (солнечная энергия). На сегодняшний день 1 Ватт выработанной солнечной батареей энергии обходится  в 140 японских иен, данный показатель в 1980 году составлял 30 тысяч японских иен. Из данного соотношения видно  как активно и продуктивно  ведутся работы по данному направлению. Японское правительство поставила  задачу оснастить солнечными батареями  1 млн. жилых домов на 2010 год.

В последнее время в мире наметился  явный интерес к фотоэлектрике, хотя ее сегодняшняя себестоимость в три–четыре раза выше себестоимости традиционной энергетики. Фотоэлектричество особенно привлекательно для удаленных областей, не имеющих подключения к общей энергосистеме. Передовая тонкопленочная технология, применяемая для производства фотоэлектрических батарей, гораздо дешевле кристаллической кремниевой технологии и активно внедряется в крупномасштабное коммерческое производство. Лидером в создании  фотоэлектрических станции является Испания. Испанская компания «SunPower Corp» (SPWR) в ближайшее время  построит еще  три фотоэлектрические электростанции в Ла Манче, с  суммарной мощностью электростанций – 21 МВт.

В Японии реализуется программа  создания технологий производства, хранения, транспортировки и использования  водорода, в рамках которой разработаны три типа заправочных  станций,  использующих  различные  способы  получения  водорода.  В 2010 г. количество автомобилей на водородных топливных элементах должно составить порядка 50 000 единиц, к 2020 г. их количество достигнет 5 млн. Для обслуживания этих автомобилей будет открыто 4 000 водородных заправочных станций. 
Все вышеупомянутые технологии свидетельствуют о том, что большинство стран постоянно развивают и совершенствуют энергосберегающие технологии.

Таким образом, управлять эффективностью работы распредсетей и надёжностью электроснабжения можно и нужно. Для этого в отечественной электроэнергетике уже есть все необходимые условия. Возрастающие с каждым годом выработка и потребление энергии в мире создают необходимые условия для ускорения научно-технического прогресса, который позволяет улучшать экономическую ситуацию и приводит к росту благосостояния людей. Но вместе с тем возрастающие объемы потребления энергии требуют все больших и больших объемов углеводородного сырья, запасы которого не безграничны. Следует пересмотреть необходимые меры по энергосбережению, снижению энергоемкости ВВП и увеличению обеспеченности топливно-энергетическими ресурсами за счет своих внутренних резервов и возобновляемых источников энергии, созданию современных энергосберегающих технологий.

Полагаю, что серьезным  толчком в развитии инновации  или отдельных видов инновационной  продукции в системе электроснабжения будет условие,  при котором произойдет объединении усилий государства, регионального правительства, предпринимательства и научных учреждений, которые бы совместно формировали и реализовывали крупные проекты, вкладывая в них посильные средства.

Я считаю, что внедрение  новаций, инноваций в систему  электроснабжения должно обеспечить более  современное создание инженерной инфраструктуры.

2. АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВНЕДРЕНИЯ НОВАЦИЙ, ИННОВАЦИЙ В СИСТЕМУ ВОДООТВЕДЕНИЯ В ГОРОДЕ АСТРАХАНЬ

   Одной из важных составляющих  в системе жизнеобеспечения населения  и объектов экономики города  Астрахани является стабильная  и надежная работа системы  электроснабжения. В настоящее время  с ростом приобретения населением  электробытовой техники, а также  развитием малого бизнеса, широко  использующего различное электрооборудование,  резко возросли нагрузки в  системе электроснабжения города  Астрахани.

Крайне тяжелая ситуация в городе Астрахани образовалась в электросетевых комплексах от подстанций "Северная", "Царевская", "Трусовская", центрах питания электроснабжающих потребителей центральной части города и центра Трусовской стороны. 
   Нагрузочная способность существующих электросетей, электрооборудования трансформаторных подстанций и распределительных пунктов взаимосвязана с мощностью центров питания и изначально была рассчитана под их максимально допустимую нагрузку.

В настоящее время закрытыми  для подключения новых нагрузок в городе Астрахани также являются п/ст "Восточная", "Судостроительная", "Кировская", "Октябрьская".

Отходящие электросети от данных центров питания требуют  реконструкции, в противном случае присоединение дополнительных мощностей  невозможно.

Географическое положение  города Астрахани, расположенного по обоим  берегам Волги и разделенного мостами, в т.ч. через реку Кривая Болда, определило схему электроснабжения города.

Общая протяженность городских  электросетей составляет 1823 км, количество трансформаторных подстанций и распределительных  пунктов - 671 шт., общая установленная  мощность силовых трансформаторов - 254 МВт, годовое потребление электроэнергии за 2006 год составило 983 млн. кВт час, средняя мощность потребления города - 142 МВт. 
   Из общего количества потребления электроэнергии городом населением потребляется 56%, юридическими лицами - 44%. 
   Электрические сети обслуживаются тремя РЭС (Район электрических сетей) - это РЭС "Центральный", РЭС "Трусовский", РЭС "Заболдинский". Данные РЭС созданы по правилам образования РЭС - это территориальный признак, схемы электроснабжения, количество абонентов. 
   В городе Астрахани большое количество воздушных электросетей. Ранее строительство воздушных электросетей обусловливалось агрессивностью грунта, где кабельные линии быстро подвергались коррозии и выходили из строя. Однако воздушные сети с неизолированными проводами подвержены воздействию непогоды, а также очень часто аварии бывают из-за ветвей деревьев. 
Специфика действующих электросетей города Астрахани создает сверхнормативные потери электроэнергии, превышающие среднероссийский уровень, что соответственно негативно влияет на возможности по подключению новых мощностей.

Современные технологии, которые  планируются несут более высокие затраты, однако надежность, энергосберегаемость, долговечность дают экономическую эффективность, которая подтверждена многолетним опытом европейских стран и ряда регионов России  

Как промежуточный этап уточнения  планов была разработана и утверждена решением городской думы от 11 июня 2008г №66 Инвестиционная программа ОАО МРСК ЮГА на территории действия филиала ОАО «МРСК ЮГА» - «АСТРАХАНЬЭНЕРГО» по развитию системы электроснабжения города Астрахани  на 2010-2012гг.

Инвестиционная программа  направлена на решение следующих  задач  
в области электроснабжения  Астрахани:

• обеспечить гарантированное долгосрочное и доступное электроснабжение населению и предприятиям города Астрахани;
• обеспечить условия реализации Генерального плана развития города Астрахани.
• модернизация электросетей центральной части города.