Стратегия модернизации генерирующего парка страны по ценологическим критериям

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Московский энергетический институт (технический университет)

Стратегия модернизации генерирующего парка страны по ценологическим критериям

Б.И. Кудрин

Энергетическая стратегия России до 2030 г. предполагает преодоление кризисных явлений, инновационное развитие и эффективное использование природных ресурсов, включая нетопливные. Решение поставленных целей предполагает, в свою очередь, эффективную эксплуатацию генерирующих мощностей электрических станций, которая определяется модернизацией существующего и строительством нового. Во всех случаях вопрос о составе основного оборудования (турбин) важен сейчас, нужен как оценка при рассмотрении перспективы на 10-20 лет и до 2050 г. Нами излагается методика такой оценки, мировоззренчески связанная с ценологическими представлениями постиндустриального общества, реализованными в Японии в 60-е, в США -- в 70-е годы прошлого века.

Множество турбин можно рассматривать в рамках одной электростанции или отдельной генерирующей компании (здесь по режимам работы, обслуживания, ремонта есть жёсткие однозначные или корреляционно значимые связи), а можно в пределах региона или страны в целом. Здесь между работой (функционированием) двух турбин связь слабая (даже при управлении Системным оператором), статистически неочевидная: две турбины разных электростанций мало зависимы друг от друга. Но все турбины страны (региона) можно рассматривать как некоторое единое целое, а парк турбин -- как некоторое сообщество (coenose, cenosic) турбин -техноценоз [1, 2], характеризующийся конвенционностью границ, слабыми связями и взаимодействиями элементов-особей, его образующих.

Выполним ценологический анализ на примере статистики парка турбин страны 80-х годов. Выделим каждую турбину вне зависимости от места установки её на конкретной электростанции как отдельную единицу, индивидуальную штуку-особь, имеющую заводской номер и паспорт. Отнесём каждую штуку-особь к тому или иному виду (типу, модели, марке). Принципиально, что каждый вид турбины имеет (в пределе) комплект чертежей (документов), который явился результатом НИОКР и по которым завод-изготовитель сделал данную турбину с неизбежными гауссовыми отличиями по механическим и электрическим параметрам и с неизбежными поправками, вносимыми в видовой комплект документации при изготовлении (но такими, что наименование вида-модели сохраняется). Рождение идеи, конструирование, изготовление, приёмо-сдаточные испытания турбины -- первая точка эволюционного цикла.

Вторую точку эволюционного цикла определяет проектная документация на строительство, на установку турбины; на обеспечение условий эксплуатации в нормальных и аварийных режимах, чтобы на третьей стадии цикла суметь оценить саму турбину, как некоторое изделие определённого вида, и её окружение (техноценоз), созданное в результате строительства и установки турбины. Следует иметь в виду, что турбина, как и каждое сложное техническое изделие (машина, агрегат, сооружение), имеет свои индивидуальные «черты характера», которые не обязательно учитывают, решая вопрос об установке на электростанции следующей турбины.

В результате сооружение очередного блока электростанции не всегда увязывается с уже установленным оборудованием. Так, на одной из электростанций были установлены турбины П-24, Т-18, ПТ-30, Р-25, Р-6. На одной из ТЭЦ металлургического завода были установлены турбины мощностью 7,5; 15; 24; 30; 82,5 МВт, что привело к необходимости эксплуатировать паровые системы трёх параметров. И такие случаи не единичны.

Такое разнообразие видов оборудования, установленного вместе (ассортица), вызывает трудности в эксплуатации, поскольку для каждого вида -- свои особенности управления, своя система планово-предупредительного обслуживания. Ассортица как явление имеет общий характер [3] и не было «побеждено» в 60-80-е годы правительственными решениями, включая намерения к 2000 г. перейти к единой серии 63, ПО (220), 160 (320), 500, 800, 1000 -1200 МВт (ранее не был выдержан план ГОЭЛРО, ограничивающий рабочую мощность электростанций двумя видами: Центрально-промышленный район -- 40 и 60 МВт, Поволжье и Кавказ -- 20 и 40 МВт.Так, например, на ТЭЦ-ПВС чёрной металлургии 432 котлоагрегата, 187 турбин, 676 центробежных установок соответственно 110, 83 и 60 типоразмеров. Средняя повторяемость турбин электростанций страны была около шести, что, как будто, мало, но излишняя унификация и стандартизация тормозят техноэволюцию.

При решении вопрос об установке очередной турбины следует учитывать как местные условия, так и стратегию страны (региона). Но если при установке турбины на конкретной электростанции субъективный фактор имеет важное, зачастую решающее значение (как, например, на Калининградской ТЭЦ [4]), то все установленные турбины страны (региона) образуют своеобразный ценоз и, подчеркнём, объективно подчиняются некоторому фундаментальному закону инвариантности структуры. Множество исследований физических, биологических, технических, информационных, социальных ценозов [5], проводившихся весь XX век, показали, что нарушение характеристических параметров некоторого гиперболического распределения делает систему неэффективной, а при определённых отклонениях от теоретических значений -- неустойчивой (нежизнеспособной).

Простейший математический аппарат исследования структуры ценозов заключается в следующем. Для выделенного ценоза (страна, регион) фиксируются все турбины (табл. 1) как некоторые штуки-особи щ= 1, 2, ..., U, и каждая из них относится к тому или иному виду Sj=\, 2, ..., S. Тогда [ч] = Я=\, 2, ...- сколькими штуками представлен данный вид, W{i) -- сколько видов имеет одинаковую численность i; Ui - столько штук-особей образует группу (касту). Видовое распределение записывается в виде

Щ0=(1)/ч1+б, (1)

где W{\) -- значение первой точки; б > 0 - характеристический показатель.

Изложенная гиперболическая закономерность имеет общий характер и проверена на 1000 выборок и генеральных совокупностей, охватывающих к 2003 г. свыше 2,5 млн электротехнических и других изделий (генераторы, трансформаторы, двигатели, аппараты, кабели, котельные городов, прокатные станы). Инвариантность структуры есть общая закономерность построения ценозов, не зависящая от отраслевой принадлежности, выбранного семейства оборудования, от размеров предприятия, времени его строительства.

Видовое Я-распреление (1), используемое при анализе дискретных объектов ценоза, заменяется ранговым распрелением по параметру (электропотребление, потери, производительность труда):

где г = 1,2,... -- ранг; В -- значение первой точки (г = = 1); в -- характеристический коэффициент.

Отслеживание по (2) электропотребления российских регионов за 1990 -- 2008 гг. (по генеральной совокупности предприятий металлругии за 1970-1990 гг.) показало, во-первых, применимость модели для стратегического прогноза [5] на основании устойчивости характеристического показателя в; во-вторых, нарушено ценологическое требование: 10 % регионов, наиболее потребляющих электроэнергию, потребляют не в 10 раз больше 10 % беднейших регионов, как того требует теория [5, 6], а в 32 раза. Для обеспечения энергетической безопасности и устойчивости развития России в целом строительство новых электростанций должно быть направлено на выравнивание децильного соотношения [7], а сооружение генерирующих мощностей должно считаться с ассортицей (1) и выдерживать эффективное соотношение мощностей: если в регионе (и для его нужд) строится генератор 1000 МВт, то следует предусмотреть строительство 10x100 МВт и так далее, вплоть до киловатных генераторов автомобилей, распределённую сеть которых в Германии планируют для выравнивания суточного графика электропотребления по стране в целом. Охват последними правительственными постановлениями генерирующих мощностей на основе возобновляемых источников 5-25 МВт не решает проблему малой генерации на уровне 5-100 кВт.

На разнообразие можно воздействовать, снижая ассортицу, но в определённых пределах: не может всё оборудование образовать одну уникальную «ноеву» касту (множество единиц уникального), и не может быть всё одинаковым, образующим «саранчёвую» касту (массовое множество штук- особей одного вида). Каждый инженер-практик и менеджер может выполнять анализ своих объектов, своего оборудования, документов и обеспечить рост производительности труда.

Сокращение «ноевой» касты и увеличение «саранчёвой» (удлинение «хвоста» гиперболы Н-распределения) повышают эффективность системы генерирования, являясь критерием при проектировании и эксплуатации. Одновременно критерий характеризует реализацию новых идей, динамизм системы. В машиностроении применение ранее используемых и проверенных в эксплуатации узлов сокращает срок проектирования в 2--3 раза, затраты на освоение серийного производства -- в 1,5--2 раза. Растёт выпуск машин на тех же производственных мощностях, себестоимость снижается на 25--30 %. Массовое и многолетнее использование (1) для планирования поступление электрооборудования в ремонт, заказ комплектующих, изоляционных и проводниковых материалов привели в черметценто-электроремонте к снижению энергозатрат на 15 %.

Таким образом, обосновывается необходимость нового современного подхода к разработке до 2050 г. стратегии модернизации генерирующего оборудования на электростанциях Российской Федерации, опирающегося на инвариантность структуры и вновь разработанный математический аппарат, восходящий к негауссовым распределениям.

модернизация оборудование электростанция турбина

Список литературы

1. Кудрин Б.И. Выделение и описание электрических ценозов // Изв. вузов. Электромеханика. 1985. № 7. С. 49-54.

2. Кудрин Б.И. О плане электрификации России // Экономические стратегии. 2006. № 3. С. 30-35.

3. Глобалистика. Международный междисциплинарный энциклопедический словарь. Global Studies. International Encyclopedic Dictionary. М. - СПб. - Нью-Йорк: Изд. центр «Елима», Изд. дом «Питер», 2006. - 1160 с.

4. Технетика и ценология: от теории к практике. Общая и прикладная ценология. Вып. 35. «Ценологические исследования». М.: МОИП МГУ - Технетика, 2009. - 328 с.

5. Кудрин Б.И. Введение в технетику. Монография, 2-е изд. Томск : Изд-во Том. ун-та, 1993. - 552 с.

6. Кудрин Б.И. Децентрализация электротехники -спасение для страны, монопольное мышление - путь в никуда // Инновации в энергетике. 2009. № 3. С. 38--43.

7. Электроэффективность: рейтинг российских регионов по электрпотреблению за 1990-1999 годы и прогнозы на 2020 г. // Электрика. 2007. №10. С. 3-17.

Размещено на Allbest.ru