Энергетика наряду с другими отраслями экономики России находится в начале эпохи цифровой трансформации. Современные IT-решения обеспечивают переход промышленных предприятий от автоматизации и компьютеризации, целевых ориентиров второй половины прошлого века к цифровому предприятию концепции 4.0. Мировой опыт технологических и структурных решений в области цифровизации в полной мере может быть использован в российской энергетике. Различия внедрения таких систем в разных странах определяются только уровнем экономического развития каждого конкретного государства и отношением органов государственного управления к необходимости создания условий для их внедрения. Показано, что в России сформирована сильная законодательная база перехода на цифровую экономику, имеются соответствующие мировому уровню отечественные научно-прикладные разработки. В настоящее время на предприятиях по производству электрической и тепловой энергии могут быть использованы следующие элементы цифровой экономики: — работа с большими объемами данных (в том числе через облачные сервисы и распределенные базы данных); — развитие малой распределенной генерации и ее диспетчеризации; — внедрение «умных» элементов как в электрических, так и в тепловых сетях; — развитие систем автоматизации технологических процессов, удаленного мониторинга и прогнозной аналитики; 3D-моделирования деталей и элементов; математического моделирования процессов в режимах реального времени с обратной связью в виде управляющих воздействий; — создание центров аналитической обработки статистических данных и учета в финансово-хозяйственной деятельности с возможностями бизнес-аналитики с расширением сетей связи и вычислительных мощностей. Представлены примеры внедрения интеллектуальных систем в области производства и распределения энергии. В статье указывается, что в настоящее время в России внедряются современные информационные технологии, запускаются новые уникальные проекты цифровой трансформации в крупных энергетических компаниях. Однако требуется масштабная и глубокая цифровизация и переход отрасли на риск-ориентированный подход. Отмечается, что создание прозрачной и управляемой системы энергопроизводства как многофакторного бизнес-процесса обеспечит оптимальное сочетание эффективной экономической деятельности, надежности и безопасности энергоснабжения.

Переход к новой промышленной революции «Индустрия 4.0» в электроэнергетике побудил внедрение современного эффективного оборудования путем модернизации существующих или строительства новых энергоблоков. Производственные процессы на этом этапе стали характеризоваться глубокой интеграцией информационных технологий. В зону охвата попадают не только процессы финансово-экономической деятельности, но и процессы обеспечения актуальной информацией о текущем состоянии оборудования, различных систем обеспечения (охранной, пожарной, контроля передвижения, контроля за ходом выполнения работ и др.) для принятия решений в режиме реального времени, а также предиктивная аналитика.

Повышение эффективности управления техобслуживанием и ремонтами оборудования является одной из приоритетных задач. От настройки данного процесса зависит не только качество и работоспособность оборудования, но также и точность оценки денежных затрат, что, в конечном счете, отражается на финансовом состоянии компании. Поэтому автор ставит целью анализ причин, препятствующих эффективной реализации процесса техобслуживания и ремонта оборудования на предприятиях топливно-энергетического комплекса с предложением мер их возможной корректировки.

Cформированы ключевые аспекты, позволяющие организациям приблизиться к более точному формированию ремонтных и техобслуживающих операций.

Представлены мероприятия, позволяющие более тщательно и компетентно создавать и выстраивать надлежащую рабочую систему для управления мероприятиями по техобслуживанию и ремонту оборудования. В том числе, уточнены логические блоки для внедрения информационно-управляющей системы в сфере техобслуживания и ремонта.

Изложены научные подходы к формированию цифровых технологий управления основными факторами энергетического производства. За основу оценки состояния производственной системы взят индекс состояния производственной системы энергообъекта. Сформирована его целевая функция, включающая безразмерные индексы топливообеспечения, состояния активов и человеческого капитала. Автором сформулирована и решена задача нахождения оптимальных значений функции с использованием математического аппарата нечетких множеств. Индексы, характеризующие факторы производства, определяются как решение задачи оптимизации с использованием ранжирования по значениям и весовых коэффициентов, определяемых методом Т. Саати. Определение индекса топливообеспечения и технического состояния активов осуществляется на основе принятых в энергетике методик с учетом их фактического состояния при условии обеспечения надежности функционирования ЕЭС. В статье подробно рассмотрены технологии оценки человеческого капитала компании, показана инвестиционная выгода в его развитии, показаны рациональные диапазоны этих инвестиций, приведены статистические данные, подтверждающие полученные теоретические выводы.

Рассмотрены возможности повышения эффективности теплофикационных турбин ТЭЦ за счет применения низкопотенциальных теплоносителей для нагрева воды в системах теплоснабжения и повышения выработки электроэнергии на тепловом потреблении. Существующие технологии подогрева подпиточной воды теплосети перед аппаратами водоподготовки не всегда обеспечивают требуемую температуру нагрева и не обладают достаточной энергетической эффективностью. Разработаны технологии использования основного конденсата отработавшего в турбине пара для подогрева исходной воды в дополнительных подогревателях, включенных в систему регенерации теплофикационных турбин. Применение данных технологий способствует увеличению расхода и понижению энтальпии пара регенеративных отборов турбины, которым подогревается этот конденсат, а, следовательно, повышает теплофикационную выработку электроэнергии. Для определения промышленной применимости предложенных решений проведены экспериментальные исследования систем регенерации теплофикационных турбоустановок Ульяновской ТЭЦ-1. Собраны многопараметрические массивы данных по эксплуатации конденсатно-питательного тракта турбин и получены уравнения регрессии, позволяющие рассчитать температуру потока основного конденсата в зависимости от ряда факторов. На основе опытных данных рассчитаны минимально и максимально возможные расходы исходной воды, которые можно подогревать до требуемой температуры в поверхностных подогревателях, включенных в систему регенерации турбин, построены графики зависимости расхода подогреваемой исходной воды от температуры основного конденсата турбин. Определены сферы применения предложенных технологических решений в действующих системах теплоснабжения. С помощью метода удельной выработки электроэнергии на тепловом потреблении произведена оценка энергетической эффективности и определена экономия условного топлива при реализации предложенных решений.

Обеспечение экологической безопасности для предприятий энергетики в соответствии с вступившими в силу новыми требованиями Федерального закона ФЗ №219 от 21.07.2014 является в настоящее время первостепенной задачей. Экспериментальные исследования и промышленный опыт показывают, что одним из основных факторов образования практически всех токсичных продуктов сгорания топлива в котельных установках являются условия воспламенения в каждой горелке топки: соотношение топливо-воздух в зоне воспламенения, доли первичного воздуха, соотношения скоростей вторичного и первичного воздуха и т. д. Однако по действующим в настоящее время нормативам расчёт выбросов топливных оксидов азота, а также бенз(а)пирена (БП) производится по усреднённым величинам для всех горелок топки и влияние важнейшего фактора — равномерности распределения топлива и воздуха по горелкам на их образование не учитывается. Проведён расчётный анализ влияния неравномерности распределения твёрдого топлива по горелкам котельных установок на выбросы оксидов азота, а также бенз(а)пирена в продуктах сгорания. Разработана методика расчёта и получены зависимости изменения выбросов NO_x от показателя неравномерности распределения топлива Δg, среднего коэффициента избытка воздуха в горелках αГ, количества горелок и различных моделей пылераспределения. Показано, что при величине показателя Δg < 10%, неравномерность распределения топлива практически не оказывает влияние на выбросы оксидов азота и бенз(а)пирена, а величина Δg₅ (при которой увеличение выбросов NOx изза неравномерности распределения пыли не превысит 5%) должна составлять: для двух горелок — 22%…27%, четырёх — 12%...22%, шести — 11%…13%. При более высоких значениях Δg для заданного количества горелок и при возрастании средней величины αГ имеет место значительное увеличение выбросов оксидов азота и бенз(а)пирена. Получено, что при этом происходит одновременное увеличение NO_x и БП. Даны рекомендации по использованию схем пылераспределения и конструкциям делителей пыли, исключающих влияние неравномерности распределения топлива по горелкам на выбросы оксидов азота.

Представлена методология оценивания технического состояния объекта, которым является отдельная единица энергетического оборудования из группы однотипного оборудования электростанций. Показано, что техническое состояние является характеристикой качества исследуемого объекта, которую в практических целях следует рассчитывать в виде ее отклонения от установленного значения. Оценка технического состояния выполняется по унифицированным критериям с использованием ограниченного количества исходных данных по каждому из основных свойств объекта. Оценка может выполняться на уровне эксплуатационного показателя, на уровне отдельного свойства и на уровне совокупности свойств объекта. Оценка на высшем уровне представляет собой функцию потери качества объектом, которая находится сверткой оценок нижнего уровня. Оценка технического состояния объекта сопровождается расчетом неопределенности функций потери качества путем трансформирования неопределенностей исходных данных в неопределенность выходных величин. Оценка технического состояния может выражаться в относительных единицах — доле потери качества относительно максимально возможной величины качества объекта, либо в абсолютных единицах — монетарном эквиваленте потере качества объектом. Оценка в относительных единицах позволяет определить остаточный гамма-ресурс объекта, однако при этом требуется участие эксперта для назначения весомости эксплуатационных показателей. Оценка в абсолютных единицах позволяет выявить объекты, улучшение технического состояния которых целесообразно с экономической точки зрения. Для прослеживания причин отклонений показателей технического состояния от установленных значений используется структурированный перечень эксплуатационных показателей и влияющих на них факторов. Показано, что возможности оценивания технического состояния в относительных единицах ограничены: попытка выполнения оценки и анализа технического состояния по свертке значений показателей и характеристик свойств в единственный числовой индекс дает неверные результаты. Пренебрежение этими ограничениями приводит к появлению неадекватных, не имеющих научной основы методических требований к оценке технического состояния энергетического оборудования.

Проведение качественного отбора и анализа проб газа и масла после срабатывания газовой защиты является важным элементом в эксплуатации трансформатора, в принятии оперативного решения о допустимости его ввода в работу после аварийного отключения. Существующие традиционные системы отбора, хранения и транспортировки проб газа из газового реле имеют ряд существенных недостатков. При этом, применяемые в настоящее время устройства для отбора газа зачастую не обеспечивают представительность проб, а также, согласно установленным правилам, неудобны при отборе и проверке на «горючесть».

Для решения вышеуказанной проблемы на базе лаборатории физико-химического и хроматографического анализа управления диагностики филиала ПАО «МРСК Северо-Запада» проведено исследование ряда современных технологий, возможных к применению для отбора, транспортировки и хранения проб газа. В экспериментальном исследовании использовались газоплотные пакеты производства SKC США объемом 0,5 л (модели №237-02 и №232-02, отличающиеся конструкцией пробоотборной системы) и производства Elchrom Россия объемом 0,5 л (модель EL-PACK G-300). Экспериментальные работы по исследованию газоплотных пакетов проведены в два этапа. В первом этапе проводилась оценка газоплотности при комнатной температуре, во втором этапе изучалось влияние на газоплотность пакетов отрицательных температур.

В ходе экспериментальных исследований подтверждена возможность применения современных технологий отечественного и зарубежного производства для отбора, хранения и транспортировки проб газа, отобранного из газового реле трансформатора. Исследованные модели газоплотных пакетов допустимо использовать для отбора, хранения и транспортировки проб газа, как при положительной температуре окружающего воздуха, так и при пониженной температуре — до минус 15–18°С (влияние более низких температур хранения не исследовалось). С целью определения возможности многократного использования газоплотных пакетов предложено продолжить проведение экспериментальных исследований.

Рассмотрена простейшая схема теплоснабжения жилых зданий с зависимым присоединением к наружным теплосетям, обеспечивающая надежность теплоподачи и необходимую комфортность в помещениях в условиях похолоданий после официального окончания отопительного сезона или до его начала за счет подачи воды из обратной магистрали теплосети после теплообменников горячего водоснабжения. Проанализированы основные уравнения, связывающие теплоотдачу системы отопления с температурой воды в магистралях, температурой внутреннего воздуха и характеристиками отопительных приборов и осуществлен обзор возможных способов регулирования теплоподачи вблизи начала и конца отопительного периода с учетом требований действующих нормативных документов Российской Федерации. Проведены расчеты, позволяющие определить величину основных составляющих теплового баланса жилого здания на примере одного из используемых в настоящее время типовых проектов в климатических условиях Москвы с учетом конструктивных характеристик здания и уровня его заселенности. Дан анализ полученных результатов и сделаны выводы относительно целесообразности применения рассматриваемой схемы. Установлено, что фактическая теплоотдача системы отопления при использовании в качестве источника теплоты охлажденной сетевой воды после теплообменников горячего водоснабжения позволяет поддерживать внутреннюю температуру в здании, требуемую для безопасной жизнедеятельности, при среднесуточной температуре наружного воздуха выше +2°С в условиях средних теплопоступлений от солнечной радиации. Показано, что применение рассматриваемой схемы практически не сопровождается дополнительными затратами, обеспечивает гидравлическую устойчивость системы отопления и дает общесистемный эффект в виде повышения выработки электроэнергии на тепловом потреблении при использовании когенерации.

Рассмотрены вопросы физики взаимодействия параллельно следующих воздушных линий электропередачи. Приведены случаи, когда при сближении отключенной и действующей ВЛ на отдельных участках ожидаются максимальные значения наведенного напряжения. Указаны возможные варианты прикосновения к незаземленному проводу (тросу) ВЛ при нормальном режиме работы. Приведено обоснование пересмотра перечня линий, при отключении и заземлении которых по концам (в распределительном устройстве подстанций и станций) на заземленных проводах значение наведенного напряжения, пересчитанное к наибольшему длительно допустимому току влияющей ВЛ, превышает 25 В. Выделены критерии, в соответствии с которыми ВЛ можно отнести к находящимся под наведенным напряжением. Рассмотрены организационные и технические мероприятия, применяемые для обеспечения безопасного производства работ под наведенным напряжением на отключенных воздушных линиях электропередачи (ВЛ), находящихся в зоне влияния действующих ВЛ. Детально описаны применяемые в ГПО “Белэнерго” типы заземления ВЛ, линейного оборудования, рабочего участка и рабочих мест. Проанализирован математический аппарат, используемый для аналитического расчета значений наведенного напряжения. Рассмотрена техническая реализация возможных схем проведения ремонтных и эксплуатационно-профилактических работ по условиям заземления отключенных ВЛ. Предложено и внедрено проведение геофизических изысканий грунта методом вертикального электрического зондирования в местах монтажа специальных низкоомных заземлителей. Разработана и апробирована методика выполнения измерений значений наведенного напряжения, устанавливающая порядок выполнения измерений наведенного напряжения на отключенных ВЛ, проходящих вблизи действующих ВЛ напряжением 110 кВ и выше. Проведен сравнительный анализ результатов аналитических расчетов и экспериментальных исследований. Сделаны выводы о правильности подхода и целесообразности применяемой в Республике Беларусь системы обеспечения электробезопасности при проведении работ на линиях электропередачи 35 – 750 кВ, находящихся под наведенным напряжением.

В западно-европейских странах нашли определенное применение так называемые детандер-генераторные агрегаты (ДГА). В них используется перепад давления природного газа (ПГ), поступающего на энергетический или промышленный объект, который ранее терялся в дроссельных устройствах газораспределительного пункта (ГРП) этих объектов. Мощность таких агрегатов, например, в Германии составляет всего лишь от нескольких десятков до нескольких сотен киловатт. При этом выгода для их владельцев заключается в получении в соответствии с законом ФРГ надбавок к стоимости отпущенной потребителям электроэнергии. Однако условия хозяйствования в России несколько другие.

По мнению автора статьи наличие небольшого количества ДГА в энергетике России, факты вывода их из эксплуатации объясняются недоказанностью термодинамической и технико-экономической эффективности ДГА и даже ухудшением экономических показателей объекта внедрения. Кроме того, на этих объектах должны быть обеспечены определенные и существенные условия. К ним относятся сравнительно высокое значение начального давления ПГ на входе в ДГА, его существенный расход и возможность нагрева ПГ на входе в ДГА. Такая необходимость нагрева ПГ перед ДГА обусловлена, с одной стороны, желанием увеличения мощности ДГА, а, с другой стороны, соблюдением требований завода-изготовителя ДГА на уровень температур перед и после ДГА. При отсутствии необходимого источника теплоты соответствующих параметров на объекте применение ДГА вообще оказывается невозможным. Интерес к ДГА возник в России в связи с сооружением и вводом в эксплуатацию на ТЭЦ-21, а затем и на ТЭЦ-23 Мосэнерго двух энергокомплексов с двумя ДГА в каждом с единичной мощностью 5 МВт. За прошедшее время на основании проведенных исследований, в основном расчетного типа, опубликовано большое число статей и защищено диссертаций. Однако в них не были рассмотрены для реального детандера вопросы влияния отношения абсолютного электрического КПД η_э КЭС и/или ТЭЦ к относительному электрическому КПД детандера η_оэ , степени расширения ПГ δ в ДГА, не были определены условия, при которых нагрев ПГ перед ДГА целесообразен, что предопределяет экономичность ТЭС, на которых предполагается установка ДГА.

Редакционная коллегия научно-технического журнала «Надежность и безопасность энергетики» глубоко скорбит в связи со смертью Председателя Совета ветеранов энергетики России Александра Николаевича Семенова.