Здесь наглядно видно, сколько можно получить электроэнергии из возобновляемых источников в разных странах мира и, какова доля в этом ведущих стран. Каковы же общие направления сбережения электроэнергии?..

Энергосбережение. Цена вопроса

Часть 2. Электроэнергия

Сулейман Левинзон

Значительная доля в процессе энергосбережения принадлежит сбережению электрической энергии. Одним из основных направлений работ автора по энергосбережению является сбережение электрической энергии от момента ее генерирования до распределения и использования, а также использование попутных природных процессов для получения электроэнергии [1-4].

Прежде, чем рассмотреть, как экономить электроэнергию, рассмотрим, что мы должны экономить. Общее производство электроэнергии в мире представлено следующим графиком (рис. 1) и более подробно — в табл. 1 [5].

Здесь наглядно видно, сколько можно получить электроэнергии из возобновляемых источников в разных странах мира и, какова доля в этом ведущих стран.

Каковы же общие направления сбережения электроэнергии? В общем виде к этим направлениям относятся: повышение к.п.д. источников потребления; рациональное использование электроэнергии; снижение потерь свойственных пиковым и пусковым нагрузкам; использование электроэнергии в период ее более низкой стоимости (распределение нагрузочных режимов потребления по времени); использование альтернативных технологий получения электрической энергии непосредственно у потребителя, либо его замены на другой тип энергии.

Рис.1 Производство электроэнергии в мире.

Таблица 1

Для нас (в пределах рассматриваемой темы) более интересны таблицы 2 и 3,характеризующие производство электроэнергии из возобновляемых источников [6].

Таблица 2. Производство электроэнергии из возобновляемых источников в мире, по странам — млрд. кВт⋅ч

Таблица 3. Мировая доля стран в производстве электроэнергии из возобновляемых источников

К сожалению, в отличие от европейских и американских программ, все, что предлагается в России, не предполагает серьезных льгот конечному потребителю, использующему более дорогую энергосберегающую продукцию, а также налоговых преференций ее производителям. Некоторые из региональных инициатив основаны не на снижении тарифов тем, кто модернизировал, например, здание, а на увеличении их для «штрафников». Как показывает зарубежный опыт, подобное «понуждение к энергосбережению» чрезвычайно малоэффективно. Кроме того, ещё большее значение, чем в настоящее время, будут играть такие факторы, как утилизация и переработка «отходов жизнедеятельности человека» и конкуренция — движущая сила энергосберегающих технологий.

Список литературы

1. Патент RU 2 237 270 Многоступенчатый стабилизатор переменного напряжения (варианты). МКИ. G05F 1/30 , H02M 5/12 . Л.З. Фейгин, С.В. Левинзон и др. Сент.2004.

2. Patent US 7 816 894 Method and Apparatus for regulating voltage. Int.CI.G05F 1/12. L. Z. Feigin, S.V. Levinzon, D.A. Klavsuts et al. Oct.2010.

3. Patent RU 2 377 630 стабилизатор напряжения переменного тока с элементами защиты и резервирования (варианты) МКИ. G05F 1/30. Л.З Фейгин, С.В,Левинзон,И.Л. Клавсуц и др. Дек.2009.

4. РСT WO 2010/033053 Alternating Voltage stabilizer with protection elements(embodiments). Int.CI. G05F 1/30. L.Z. Feigin, S.V. Levinson, I.L. Klavsuts et al. Mar.2010.

5. Производство электроэнергии в мире. URL http://bourabai.ru/einf/electro.htm (28.04.2015).

6. А. Вильчинский. Производство электроэнергии из возобновляемых источников в ведущих странах мира (26.04.2015).

7. С. Левинзон. Критерии сравнительной оценки в жизни, учёбе, технике. 2015. — 302 с. (04.01.2015).

8. Федеральный закон Российской Федерации. N 261-ФЗ Об энергосбережении о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации. М.: 2009— 79с.

* * *

Далее я собирался рассмотреть вопросы, связанные с использованием электроэнергии «из попутных процессов, рассмотреть состояние ядерной энергетики…

И тут мне в Архиве попалась статья, которая в настоящее время нигде не опубликована, хотя побывала в двух редакциях — в Новосибирске и Москве. В Новосибирске она состояла из 2-х частей — «технической», моей, и «экономической», Ирины Клавсуц. После нескольких рецензий экономическая часть была принята, а техническую было предложено переработать, исключив «политическую составляющую». Я эту первую часть забрал и подготовил для публикации в «Труды МГТУ». Получил пару положительных рецензий. Но сборник под таким названием… просто перестал выходить: нужно было его переоформить под новые ВАКовские требования, а этим никто не хотел заниматься. Между прочим, долгие годы зам. главного редактора этого сборника был я. Затем я уехал в Германию…

Ниже я привожу эту статью в том виде, в котором она была подготовлена к печати.

Мне кажется, что многое из неё может войти в ту статью, начало которой находится выше. В ней видно, что я, Левинзон С., со товарищи и без оных, сделал, не ссылаясь на дядю, в области электросбережения. Даю её текст:

ПАРАДОКСЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
С.В. Левинзон

Статья посвящена рассмотрению проблем энергосбережения и повышения энергоэффективности в Российской Федерации, реализации ее составляющих: технико-экономической, экологической и инновационной.

В чём суть проблемы

За прошедшее столетие человечество лишний раз убедилось, что сырьевые ресурсы планеты ограничены и в значительной мере невосполнимы. Существует много способов энергосбережения, но наиболее существенными из них являются способы рационального использования существующих мощностей. Конечно, не в ущерб потребителю. Данный вопрос находится в центре внимания научной и инженерной общественности многих стран мира, особенно в последние десятилетия. Не обошёл он и Россию. Вместе с тем, инерционность и безразличие административных органов, а также правовой нигилизм как государственных чиновников, так и частных предпринимателей приводит к тому, что многие технические решения, находящиеся на уровне мировой новизны, годами не используются, что отбрасывает нашу страну на задворки мирового технического прогресса.

Пришло время, когда вопрос сбережения энергоресурсов, особенно не восполняемых, становится одним из главных в глобальном масштабе. Мир хрупок, и его нужно беречь. Добыча нефти и газа с каждым десятилетием, с каждым годом становится всё более затратным делом и, главное, далеко не безопасным для человечества. Прокладка трубопроводов по морскому дну, глубоководное бурение может привести к далеко идущим негативным последствиям. Наглядно это демонстрирует экологическая катастрофа в Мексиканском заливе. Напрашивается логический вывод: если ресурсы, в конечном итоге, истощаются, они невосполнимы (а что мы оставим будущим поколениям?), то, в первую очередь, их нужно беречь. В этом и заключается суть проблемы. Беречь не лозунгами и заклинаниями, а конкретным делом: предложением новых идей и технологий, определением путей их претворения в жизнь. Во многих промышленно развитых странах этим вопросом занимаются десятилетиями. У нас, образно говоря, работы непочатый край. Почему? Давайте разберёмся.

Немного истории

Долгие годы вопрос сбережения энергоресурсов (и электроэнергии, в частности) стоял, в основном в декларативном плане. Мероприятия такого типа проходили под лозунгом «уходя, гасите свет». Ресурсов в нашей стране много, природа не обидела нас полезными ископаемыми, на наш век хватит. Постоянное введение в строй энергетических объектов (гидроэлектростанций, атомных станций) успокаивало.

Многолетняя работа автора настоящей статьи совместно с коллективом научных и инженерно-технических работников различных городов РФ в области энергосберегающих технологий наводит на грустную мысль: энергосберегающие технологии никогда не входили в систему приоритетов как власть имущих, так и не имущих. Имущие отвечали «за план, за текущие дела», а неимущие, т.е. население, платило по 4 коп. за кВтч, что слабо влияло на потребность экономии. Таким образом, фактически, в нашей стране экономия энергоресурсов не стояла в повестке дня.

В последнее десятилетие во всём мире ведутся интенсивные поиски по замене нефти и газа возобновляемыми источниками энергии. Это и солнечная энергия, и энергия приливных волн, и ветряная энергия, и использование биологического топлива и другие способы преобразования одного вида энергии в другой. Прорыв в этом направлении не за горами.

Однако вернёмся к настоящему. Прежде всего, нужно рационально распорядиться существующими ресурсами. Уже набило оскомину утверждение, что энергию, в частности, электроэнергию, нужно беречь. Беречь, по нашему мнению, означает, что её нужно рационально использовать, не превращаясь при этом в скупого рыцаря, т.е. с минимальным ущербом для потребителя. Способов для такого процесса имеется много. Остановимся на некоторых из них.

Технико-экономический анализ в первом приближении приводит к следующим результатам:

1. Для оптимизации энергопотребления необходимо произвести ревизию и оптимизировать технологически циклы потребления. Это означает, что следует исключить «режимы холостого хода», т.е. минимизировать излишки потребления, когда в этом нет необходимости. Например, включать и отключать уличное освещение не по часам, а в зависимости от реальной освещённости, уменьшить или исключить потребление электроэнергии в жилых помещениях, подъездах домой при отсутствии в них людей.

2. Использовать попутные природные процессы для получения электроэнергии. Например, можно использовать полезную работу, кото­рую может совершить транспортируемый газ при отборе из магистрально­го трубопровода высокого давления в трубопровод пониженного давления к потребителю. На этой базе, используя специальные турбогенераторы, можно создать автономные источники электропитания для собственных нужд, что для такой протяжённой страны, как наша, имеет очень большое значение. Подобные устройства созданы и запатентованы в нашей стране.

3. Необходимо совершенствовать источники электропитания для автономных устройств, используя новые методы повышения их КПД, качества выходного напряжения, электромагнитной совместимости.

4. Использование светодиодных комплексов, энергосберегающих ламп разных типов в современных системах электроосвещения (данный вопрос достаточно обширный и авторы могут — в случае заинтересованности — подготовить анализ состояния энергосберегающей светотехники в РФ и мире в виде отдельной статьи)

5. Наши граждане, независимо от профессиональной подготовки и должностного положения, не очень, мягко выражаясь, законопослушны. Многое будет зависеть, от того, как скоро мы победим правовой нигилизм.

У авторов настоящей статьи и их соавторов имеются многочисленные примеры как положительного, так и отрицательного опыта на ниве энергосбережения. Для наглядности остановимся сначала на отрицательном опыте, ибо он помогает не только осмыслить прошлое, но наметить пути продвижения к сегодняшнему дню и будущему.

Оптимизация технологических циклов потребления

В 1997 году была предложена инновационная система экономии электроэнергии в жилых зданиях и помещениях /1/,/2/, заключающаяся в том, что в ночное время освещение в подъездах домов осуществлялось по программе, зависящей от количества этажей в доме и длительности освещения на каждом этаже. Система управлялась сенсорными переключателями. Сначала были разработаны автоматические устройства переключения нагрузок переменного тока, реагирующие на изменение давления (например, открывания дверей) и освещённости /1/. Затем сенсорные переключатели были усовершенствованы, исходя из того, что в предыдущих вариантах имелась зависимость времени включения от длительности нажатия и критичность к величине параметров входного сигнала, т.е. емкости и проводимости тела человека. В новом устройстве/2/ была обеспечена независимость сенсорно­го сигнала от конкретного человека, расширены сервисные функции, заключающиеся в возможности вклю­чения устройства с параллельных точек и различном времени нахождения во включен­ном состоянии, т.е. предусматривалась возможность работы устройства 1.5,3,6 и 12мин. Опытный образец был испытан в одном из 5-ти этажных домов г. Калуги и продержался там несколько лет до реконструкции дома.

Были произведены расчёты, показывающие значительную экономию от использования нашего предложения. В основу расчёта экономического эффекта легли следующие данные: среднегодовое время горения ламп в подъездах составляет 8 часов в сутки. Среднее время горения ламп для одного ночного посетителя по нашему предложению составляет от 3 до 6 минут. Считаем условно, что в каждую квартиру ночью приходит 1 чел, на лестничной клетке стандартного 5-этажного дома 4 квартиры. Итого каждую ночь приходит 20 чел. Лампы в подъезде горят за ночь от одного до 2-х часов вместо 8-ми. А сколько в городе подъездов? Домов? Сюда нужно добавить экономию по замене сгоревших ламп, работающих в режиме перенапряжения. Из 5 ламп на этажах 2-3 лампы выходят из строя в период их эксплуатации. Кроме того, нами учитывался факт увеличения напряжения освещения в подъездах по ночам до 250-260 В. А увеличение напряжения для ламп накаливания на 10%,снижает их долговечность на 50%.

Отдел энергетики горисполкома отметил положительный эффект и два существенных недостатка: первый — система не обеспечивает безопасность населения, ибо подъезды ночью находятся в полной темноте, второй — внедрение потребует значительных средств. Первый недостаток был исправлен сразу же: вместо полной темноты предусматривалась возможность горения ламп в полнакала. Что же касается средств на внедрение, то после дополнительных испытаний её можно сделать обязательной, включив предложенные устройства в СНИП (строительные нормы и правила). Прошли годы. Ничего сделано не было, а опытный образец ещё много лет функционировал, пока дом не был поставлен на капитальный ремонт. В конечном итоге, дело закончилось ничем.

Ещё один пример из сферы промышленного производства. При перебое в электропитании крупногабаритные детали, обрабатываемые на станках с программно-числовым управлением, уходят в брак. Стоимость каждой может составлять несколько млн. твёрдой валюты. Пример крупных деталей — лопатки турбин для гидроэлектростанций, валы кораблей и др.

Поэтому были предложены запатентованные устройства бесперебойного электропитания /3/,/4/, достаточно быстродействующие и не изменяющие формы входного напряжения при переходе на резерв. В течение года они испытывалась на Московском машиностроительном производственном предприятии «Салют» в цехе обработки крупных деталей на станках с программно — цифровым управлением. За год был только один отказ, и то не связанный с работой системы: отказал резервный источник электропитания. Казалось бы — пора внедрять. Но этого не произошло. Главный энергетик предприятия уходит на пенсию, а позиция нового была такова: «…в настоящее время мы пользуемся американскими переключателями и горя не знаем, зачем нам новые заботы? Ну и что, что ваши будут на порядок дешевле? У нас сбоев нет_, и мы живём спокойно». Так «заглохло» и это инновационное предложение в сфере повышения энергоэффективности.

Использование попутных природных процессов

В 2004 -2007 годах был предложен комплекс мер, в котором экономия достигается за счёт использования существующих технологических процессов/ 5/-/7/. При этом исключается стоимость прокладки электролиний, как правило, воздушных, для обслуживания отдалённых газораспределительных станций. Таких станций великое множество, и расстояния в нашей стране от стационарных источников электроэнергии до этих станций таково, что экономия может исчисляться в миллиардах твёрдой валюты

Казалось бы, имея в заявителях и соавторах патента такое солидное предприятие, как «Газпром», успех в содействии и реализации обеспечен. Но не тут-то было!

Был рассмотрен/6/ комплекс проблем, связанных с усовершенствованием генераторов малой и средней мощности, в частности, для утилиза­ции дросселирования топливного газа на блочно-комплектных газораспределительных, компрессорных станциях и подобных объектах. В частности, упростилась конструкция и повысилась на­дежность турбогенератора, работающего в со­ставе турбодетандерной установки. Получение электроэнергии для собственных нужд обеспечивалось генераторами, использующими перепады давления газа при переходе из магистральных трубопроводов в местные.

Рассмотрим данный вопрос несколько подробнее. В связи с ростом цен на энергетические ресурсы, а также значитель­ными затратами на прокладку постоянных сетей энергоснабжения интерес к созданию энергосберегающих технологий именно в этой сфере высок. К подобному ро­ду устройств относятся установки, использующие полезную работу, кото­рую может совершить транспортируемый газ при отборе из магистрально­го трубопровода высокого давления с дросселированием и подачей его в трубопровод пониженного давления к потребителю. Для реализации по­добной задачи необходимо было создать энергетический агрегат, обеспечивающий выработку электроэнергии на блочно-комплектной газораспределительной станции (БКГРС) с автономной системой электропитания.

В принципе, газораспределительная станция предназначена для выдачи газа из га­зопровода высокого давления Ру 1,2 …5,5 Мпа коммунально-бытовым и промышленным потребителям с давлением 0,6 и 1,2 Мпа, необходимой степенью очистки и в необходимых количествах.

БКГРС является производством с временным пребыванием обслужи­вающего персонала для регулировки приборов и оборудования и передачи информации о количестве выданного газа. Она оснащена системами и уст­ройствами автоматики, средствами контроля, управления и сигнализации, обеспечивающими автоматизацию всех основных технологических и вспомогательных процессов газоснабжения. В настоящее время электро­снабжение осуществляется от сети напряжением 220 В, частотой 50 Гц и выполняется за счет прокладки специальных линий электропередачи. Это весьма трудоемко и требует значительных затрат. А наша страна по площади занимает одно из первых мест в мире, и протяжённость трас весьма значительна.

До настоящего времени на всех действующих БКГРС дросселирова­ние осуществляется с применением обычных расширительных устройств в виде регуляторов, задвижек и т.п. Высвобожденная при этом в процессе расширения энергия полностью преобразуется в тепловую с соответст­вующим снижением начальной температуры потока. Такая схема простого дросселирования приводит к полной потере значительной части энергии, затраченной на предварительное сжатие газа. Более того, охлажденную часть газа до подачи в сеть приходится подогревать в подогревателе, что также связано с дополнительным расходом энергии.

На основе патента/6/ создан энергетический агрегат, предназна­ченный для выработки электроэнергии на БКГРС с использованием в каче­стве энергоносителя перекачиваемого газа. Энергетический агрегат состо­ит из силового двигателя турбодетандера и взрывобезопасного генератора переменного тока, отличительной особенностью которого является отсут­ствие контактных искрообразующих элементов для съема электрического тока. Использован синхронный генератор с изоляцией класса F . Напряжение на выходных клеммах генератора поддерживается постоянным при изменении нагрузки.

Важным фактором при работе турбодетандерной уста­новки является обеспечение безопасных условий ее эксплуатации. В раз­работанном электроагрегате введено устройство защитного отключения в случае снижения сопротивления изоляции ниже допустимого уровня. В цепи обмотки возбуждения имеются также защита от перенапряжений, возникающих при чрезмерном повышении частоты вращения турбодетан­дерной установки при повышении давления утилизируемого газа. Т.е. было создано устройство, осуществляющее частичное покрытие (в зависимости от структуры станции) потребности в электроэнер­гии на БКГРС. По этой же схеме могут быть разработаны установки для полного обеспечения электроэнергии на БКГРС, что создает автономность питания станции электроэнергией и ее независимость от внешних источ­ников.

Следует также отметить, что объемы и давления перекачиваемых га­зов позволяют вырабатывать электроэнергию не только для покрытия соб­ственных потребностей БКГРС, но и поставлять ее сторонним потребите­лям. Расчеты показывают, что на типовой БКГРС-80 можно получать мощности до 5 МВт, что позволит обслуживать крупные участки газопроводов. Однако, испытания не закончились до сих про и се6рийное производство не начато.

Представляется возможным использовать технологические циклы потребления для создания генераторов электрической энергии с улучшенными характеристиками. Был предложен турбогенератор гарантированного энергоснабжения газораспределительных станций/7/, с основной и вспомогательной обмотками статора, обмоткой ротора, обеспечи­вающей начальное возбуждение и поддержание постоянным напряжение при изменении нагрузки, с устройством защитного отключения при снижении сопро­тивления изоляции ниже допустимого уровня, в котором рабочий агент-газ направляется в неподвижный сопловой аппарат, пройдя который попадает на рабочее колесо турбины. Генератор в герметичном корпу­се находится в охлаждающем потоке газа, вал генератора конусной посадкой соединен с валом колеса турбины, детандерный двигатель осевого типа совме­щен с генератором в герметическом корпусе.

Суть предложения заключается в том, что турбодетандерная установка размещена в потоке рабочего агента — газе, генератор, заключенный в герметичный корпус, охлаждается газовым потоком, при этом вал генератора посадочным конусом сочленен непосредственно с валом турбодетандера и проходя через сопловой аппарат газ приводит во вращение рабочее колесо турбины. Т.е. предложен турбогенератор, работающий в среде газа, где температура равна минус 8 град.С. Каждый, имеющий дело с электрооборудованием, знает, что такое обеспечение тепловых режимов и какую выгоду можно получить среде с отрицательной температурой. При этом значительно улучшаются массогабаритные и стоимостные характеристики турбогенераторов, ибо расчёты сечений проводов, например, нужно будет производить без учёта внутриблочного перегрева, что всегда учитывается при проектировании электрических машин. Однако, испытания не закончились до сих пор.

Совершенствование источников электропитания

Пора перейти к позитиву, чтобы не создавалось впечатления, что авторы только сетуют на судьбу и обстоятельства и не прикладывают усилий к осуществлению своих идей.

Был предложен способ/ 5 / устойчивого гашения поля и развозбуждения генератора в аварийных режимах (например, при повышении напряжения и уменьшении сопротивления изоляции), что значительно упростило устройство в целом, исключив силовые отключающие элементы, как таковые. Представьте себе такую картину: произошло в электроприборе перегрузка по току. Нужно в этом случае отключать источник электроэнергии (речь идёт об автономном источнике-генераторе электроэнергии) от вышедшего из строя прибора. Для этой процедуры существуют выключатели, рассчитанные на аварийный ток нагрузки Т.е. предложена такая система, при которой они — силовые выключатели — просто не нужны: маломощным сигналом блокируется обмотка возбуждения генератора, и напряжение просто исчезает: нечего отключать! А силовые переключатели даром не продаются ни в одной стране мира. Даже в Гвинее-Бисау.

Предложена серия ограничителей напряжения /8/-/10/, дающая экономию электроэнергии в пределах 10— 15 % .Одно из предприятий г. Обнинска стало выпускать их по индивидуальным заказам. В 2000 году предприятие приняло участие в первом международном форуме «Высокие технологии оборонного комплекса». Результат — получен «Почётный Диплом за участие в конкурсе инвестиционных проектов и технологий» по проекту «Энергосберегающие устройства для снижения расхода электроэнергии в осветительной сети». Предприятие ФГУП «Научно — исследовательский центр космической системотехники». Подписал «Диплом» председатель Оргкомитета Форума, мэр Москвы Ю.М.Лужков. Многочисленные испытания, проведенные в Москве и Обнинске и других городах, подтвердили экономию в указанных выше пределах. Но широкого внедрения по ряду экономических и организационных причин серийное производство в те годы налажено не было.

Усовершенствование источников электропитания — непрерывный процесс, который не может остановиться: изменяется характер нагрузки,совершенствуются комплектующие элементы,из которых состоит источник электропитания,ужесточаются требования к качеству выходного напряжения. И мы принимаем посильное участие в этом процессе.

Победим ли мы правовой нигилизм?

Одной из причин, мешающих нашему государству завоёвывать достойные позиции в современном мире, является правовой нигилизм. Остановимся на этом понятии. /11/. Практически в нашей стране интеллектуальная собственность не защищена, хотя имеются соответствующие законы. Можно привести множество примеров, когда предприятие полностью использует те или иные наши патенты, не платя авторам ни копейки. Обращение в суд тоже ничего не даёт: во-первых, чисто патентных судов у нас пока не существует, а суды общего профиля неквалифицированны в патентных вопросах. Во-вторых, даже получив решение в пользу авторов, вознаграждения может и не быть: у предприятия нет денег,собственность частного предпринимателя записана на его жену или тёщу и т.д.,и т.п. Пока интеллектуальная собственность не будет уважаться на любом уровне, ожидать каких-либо подвижек не приходится.

В последние годы резко увеличилось не только количество патентов Российской Федерации, но и количество патентов, могущих быть использованными за рубежом. Это свидетельствует о том, что правовая культура улучшается и изготовителям становится выгодно не только патентовать достижения, но и заключать лицензионные договоры с авторами и оплачивать их труд в соответствии с правилами, существующими в мировой практике. Изобретатель по определению не может быть нищим. Следует при этом учитывать, что, как правило, современный изобретатель-это высококвалифицированный специалист,не имеющий ничего общего с радиолюбителем. Имеется ещё одно существенное препятствие, снижающее уровень защиты интеллектуальной собственности. Заключается оно в том, что патенты необходимо ежегодно поддерживать, для чего нужны средства. Многие предприятия сменили собственников, а у авторов для этой цели средства весьма ограничены. Вот и перестают действовать охранные документы. Так что же делать? Свои идеи защищать. Нужно производить тщательную проверку их и оформлять в соответствии с международными требованиями.

Преграды и безразличие на пути

Создается впечатление, что авторы недостаточно настойчивы и не пропагандируют новые технологические методы. Но это не так. Например, на пленарном заседании Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии и конструкции в приборо— и машиностроении», состоявшейся в декабре 2002 года, был прочитан доклад «Ресурсосберегающие технологии комплектных газораспределительных станций», вызвавший определённый интерес/12/. Среди авторов доклада были представители « Газпрома», главный конструктор завода «Калугатрансмаш», директор филиала МГТУ им. Н.Э.Баумана и один из авторов настоящей статьи.

Полнейшее безразличие, на наш взгляд, к предложениям по энергосбережению продолжается и по сей день. Т.е. пора эту тенденцию ломать.

И ещё небольшой штрих. В сентябре позапрошлого года в адрес отдела механизации департамента пути и сооружений Российских железных дорог (РЖД) были направлены развёрнутые предложения, составленные специалистами в области энергоснабжения кафедры систем автоматического управления и электротехники Калужского филиала МГТУ им. Н.Э.Баумана, завода «Калугатрансмаш», промышленно-коммерческого предприятия «ФЭЛТ», по вопросу изменения системы энергоснабжения механизированных путевых инструментов. В инициативной пояснительной записке были показаны преимущества перехода электропитания инструмента от стационарных электрических сетей по сравнению с переносными электростанциями. Был дан ориентировочный экономический расчёт с учётом стоимости машиносмены, рабочей силы, горючего,транспортных расходов,стоимости дополнительных сетей от воздушных линий электроснабжения. Причём, материалы были направлены заказным письмом с уведомлением о вручении; в сопроводительном письме содержалась просьба проинформировать о принятом решении, и указан адрес одного из авторов пояснительной записки. Официального ответа не последовало. В частной беседе нам сообщили, что у железной дороги в настоящее время есть более насущные проблемы.

Что делать в первую очередь

В связи с тем, что Россия за последние годы присоединилась к ряду международных соглашений по технике безопасности. Технику безопасности соблюдать нужно хотя бы для уменьшения работы МЧС. Кстати, в ФРГ нет МЧС. (Стихии, конечно, не прикажешь, но планово-предупредительные работы — или мы в последние годы забыли эти слова — здесь проводятся регулярно) по технике безопасности электротехнических систем, должное внимание как защите человеческой жиз­ни при уменьшении сопротивления изоляции ниже установленных норм, так и защите непосредственно оборудования в подобных ситуациях. Кроме того, оборудование необходимо защищать и от нестационарных процессов (перегрузка по току, уход выходного напряжения за установленные нормы и др.), что и предусмотрено «Правилами по устройству и эксплуатации электроустановок (ПУЭ)» для однофазных и трёхфазных цепей переменного тока с изолированной и глухозаземленной нейтра­лями.

Каждый из нас должен нести свою ношу

Конечно, можно продолжить сетовать на обстоятельства, но нами выбран другой путь-путь патентной защиты в РФ и за рубежом, внедрения и пропаганды энергосберегающих устройств/13/— /16/.

В патенте/13/ нами предложен метод и способы получения энегроэффективных преобразовательных устройств. А ведь метод (способ) — это последовательность операций, на базе которых можно продолжить построение подобных устройств. Формула изобретения в данном патенте содержит 34 пункта.

Может возникнуть такой вопрос: «Есть ли действительно большой рынок для таких устройств? Почему такие крупные компании, как Siemens или GE, не используют такие технологии?»/14/

На наш взгляд ситуация, связанная с разработкой, производством и внедрением устройств функционально аналогичных предлагаемым крупными электротехническими компаниями не имеет должного развития в связи с технической идеологией этих компаний. Сфера их интересов с точки зрения внедрения новых разработок связана в большей степени с сектором «большой энергетики», т.е. внедрением новых разработок для производства оборудования в сфере генерации, трансформации и передачи электроэнергии на уроне высокого напряжения (ВН). Другими словами, продвижение новых технологий осуществляется по вектору «производитель электроэнергии — потребитель электроэнергии», т.е. «сверху — вниз». По тому же принципу осуществляются все мероприятия технического плана по решению проблемы качества электроэнергии и оптимизации ее потребления.

Между тем, мировая практика показывает, что суточные и прочие краткосрочные перепады напряжения в электрических сетях нижнего уровня — явление общемировое, связанное, в подавляющем большинстве случаев не с процессом генерации, трансформации и высоковольтной передачей электроэнергии, а с неравномерностью режимов потребления на низкой стороне.

Крупные производители электротехнического оборудования решают проблему стабилизации параметров электрических сетей на уровне напряжения 0,4 КВ лишь для узкой группы потребителей, технологические процессы которых строго зависят от качества параметров электропитания. Например, высокоточное электронное оборудование, станки с ЧПУ, системы жизнеобеспечения в медицине, источники электроснабжения собственных нужд ответственных объектов: атомные электростанции (АС), военные объекты, объекты космического наблюдения и т.д.

Следует отметить, что известные общепринятые способы для решения вышеназванных проблем на порядок дороже и менее надежны предлагаемых. Массовость внедрения предлагаемого устройства основана на принципиально новой идеологии принципов потребления электроэнергии, вектор которой, на наш взгляд, следует направлять «от потребителя к производителю электроэнергии», т.е. «снизу-вверх». Если крупные электротехнические компании предлагают индивидуальное, скорее эксклюзивное решение проблемы оптимизации электропотребления непосредственно каждым отдельным потребителем, мы предлагаем поставить решение этой проблемы на массовый, глобальный уровень — сотни тысяч и миллионы единиц оборудования.

Процесс, который мы предвидим вследствие такого внедрения можно сравнить по его скорости, эффективности и рентабельности с процессом сотовой телефонизации мира.

В глобальном выражении это может привести к многомиллиардным прибылям за счет прямых продаж. Приоритетной заинтересованности потребителя в предлагаемых устройствах служит не только очевидный многосторонний экономический эффект, но и малый срок окупаемости, простота и надежность эксплуатации, т.к. устройства «массового класса» не требуют какого-либо специального обслуживания специалистами высокой квалификации.

Работы в настоящее время продолжаются. Нами получен патент РФ/15/,в котором формула изобретения содержит 42 пункта. В процессе исследовательской и опытно-конструкторской работы испытан макет мощностью до 50 кВА с расчетной суммарной нестабильностью напряжения ±2% и ±5%. КПД стабилизатора в зависимости от сту­пеней регулирования составил 99.56%. Дис­кретность регулировочных ступеней 6-12 В.

В качестве элементов использованы современные комплектующие изделия, например, регулировочные трансформаторы для трехфазной нагрузки 50 кВА — по 1 кВА для каждой фазы, микроконтроллеры типа измеритель-регулятор. При этом номинальный ток через коммутирующий переключатель в 15-20 раз меньше тока силового автомата.

В целом, в /15/ предложены варианты стабилизатора переменного напряжения, огра­ничивающие его величину «сверху», «снизу»; «снизу» и «сверху» для одного стабилизатора и стабилизатора в виде каскадной схемы с расширенными защитными и сервисными функциями, включая усовершенствование ряда узлов. Пред­ложенные варианты устройств обладают рядом преимуществ по сравнению с известными стабилизаторами переменного напряжения. Предлагаемые варианты стабилизаторов переменного напряжения работают на любой нагрузке без искажения формы кривой напря­жения. Коммутация происходит без прерывания тока и при токах в К раз меньше тока нагрузки.

Как известно, нормативными документами на качество электроэнергии регламентируются такие параметры: 1) отклонение напряжения от номинального, 2) асимметрия напряжения по фазам, 2) несинусодальность напряжения, 3) содержание высших гармоник. Данные устройства обеспечивают все возможность регулировать все указанные регламентируемые параметры и кроме того компенсирует реактивную мощность нагрузки, полностью или частично как от тока нагрузки основной частоты, так и высших гармоник, так как по сути представляет собой индуктивно-емкостный фильтр для токов высших гармоник. Т.е. технические решения есть. Особое внимание при реализации наших идей мы обращали на установленные мировыми документами нормы на качество электроэнергии. Разработанные устройства обеспечивают возможность регулирования всех указанных регламентируемых параметров и, кроме того, компенсирует реактивную мощность нагрузки, полностью или частично. Разработка и патентование усовершенствованных энергосберегающих устройств продолжается/16/. Т.е. технические решения есть. Нужна координирующая воля и инвестиции.

Поиск альтернативных источников энергии, происходящий в настоящее время во всём мире, средств и методов их рационального использования, приведёт, по нашему мнению, к уточнению подходов к вопросам, упомянутым в настоящей статье. Во всяком случае, хочется в это верить. Или хотя бы надеяться.

Список литературы

1.Патент РФ № 2128409, H 05 B 37/02,39/00, H 03 K 17/00. Устройство автоматического переключения нагрузок переменного тока/ С.В.Левинзон. Опубл. 1999, Бюл. 9.

2. Патент РФ № 2091981, H 03 K 17/00. Сенсорный переключатель переменного тока для активной нагрузки/С.В.Левинзон, А.Я.Слинько. Опубл.1997,Бюл. 27.

3. Патент РФ № 2208284, H 02 J 9/04, H 02 H 5/10,7/06. Система бесперебойного электропитания потребителей/Л.З.Фейгин, С.В.Левинзон, Е.И.Битушан. Опубл. 2003, Бюл. 19.

4. Патент РФ № 2208285, H 02 J 9/04, H 02 H 5/10,7/06. Система бесперебойного электропитания потребителей переменного тока и напряжения/Л.З. Фейгин, С.В. Левинзон, Е.И. Битушан. Опубл. 2003, Бюл. 19.

5. Патент РФ № 2234181,H 02 H 7/06,H 02 K 19/28.Турбогенератор для энергосберегающих технологий/ Ю.С. Огарь, С.А. Бабаян, С.В. Левинзон и др. Опубл. 2004, Бюл.22.

6. Патент РФ № 2270395, F 17 D 1 /04.Блочно-комплектная газораспределительная станция с автономной системой питания электроэнергией/С.А. Бабаян, Ю.С. Огарь, С.В. Левинзон и др. Опубл. 2006, Бюл.5.

7. Патент РФ № 2295192, H 02 H 7/06,H 02 K 19/28.Турбогенератор гарантированного энергоснабжения газораспределительных станций/ С.А.Бабаян, Ю.С. Огарь, С.В. Левинзон и др. Опубл.2007, Бюл.7.

8. Патент РФ № 2100837, G 05 F 1/30,H 02, M 5/12. Стабилизатор переменного напряжения/ Л.З. Фейгин, С.И. Михалёв. Опубл. 1997, Бюл.36.

9. Патент РФ № 2158954, G 05 F 1/30,H 02, M 5/12.Стабилизатор переменного напряжения (варианты)/Л.З. Фейгин, С.В. Левинзон, С.И. Михалёв. Опубл. 2000, Бюл. 31.

10. Патент РФ № 2237270, G 05 F 1/30,H 02, M 5/12.Многоступенчатый стабилизатор переменного напряжения (варианты)/Л.З. Фейгин,С.В. Левинзон,С.И. Михалёв. Опубл. 2004, Бюл. 27.

11. Левинзон С.В. Ещё раз об энергосберегающих технологиях и правовом нигилизме. Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Наукоёмкие технологии, в приборо— и машиностроении и развитие инновационной деятельности в ВУЗе».М.: изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2008, Т1, с. 157-159.

12. Бабаян С.А., Огарь Ю.С., Карышев А.К., Левинзон С.В. Ресурсосберегающие технологии для комплексных газораспределительных станций. Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Прогрессивные технологии, конструкции и системы в приборо— и машиностроении».М.: изд-во МГТУ им.Н.Э.Баумана,2002,Т1,с.15-24.

13. Patent US 7 816 894 Method and Apparatus for regulating voltage. Int.CI.G05F 1/12. Lev Z.Feigin.Suleyman V.Levinzon et al.Oct.2010.

14. Левинзон С.В., Фейгин Л.З, Клавсуц Д.А., Клавсуц И.Л. Эффективные способы и устройства энергосбережения .Современные наукоёмкие технологии. М.: 2009, №1, С. 23, 24.

15 . Патент РФ № 2377630 G05F 1/30.Стабилизатор переменного напряжения с элементами защиты и резервирования (варианты) / Л.З. Фейгин, С.В. Левинзон, И.Л. Клавсуц и др. Опубл. 27.12.2009

16. РСT WO 2010/033053 Alternating Vortage stabilisier with protection elements(embodiments). Int.CI. G05F 1/30.L Feigin,S.Levinzon,I.Klavsuts et al. Mar. 2010