Ценологическая парадигма –

новый подход к оценке энергоэффективности электроснабжающего комплекса нефтедобывающего холдинга.

 

         В настоящей статье автором предлагается принципиально новая методология анализа, оценки и улучшения энергоэффективности электроснабжающего комплекса нефтедобывающего холдинга.

 

Обобщение данных по трансформаторному комплексу из более чем 15 000 единиц оборудования привело автора к идее использования технетической (ценологической) парадигмы, развиваемой в трудах замечательного ученого Б. И. Кудрина и его научной школы. То, что комплекс силового трансформаторного оборудования для электроснабжения установок электроцентробежных насосов (УЭЦН) является техноценозом — не вызывает сомнения, хотя строгое доказательство этого выходит за рамки статьи. Вслед за Б. И. Кудриным особо отметим тот факт, что техноценоз не является системой. Поэтому, научная парадигма, методами которой улучшаются параметры системы, а также методы системной парадигмы, которые принципиально изменяют систему или создают новую, — не применимы к электроснабжающему комплексу, в частности к совершенствованию комплекса силовых трансформаторов для электроснабжения УЭЦН.

Автором впервые использован ценологический подход к определению направлений улучшения энергоэффективности электроснабжающего комплекса нефтедобывающего холдинга. Для применения новой методологии ]выделена (умозрительно) сущность — техноценоз «Комплекс силовых трансформаторов в нефтедобыче». Результаты проецирования новой парадигмы на новую предметную область — электроснабжение нефтедобычи — изложены ниже.

Актуальность энергосбережения и энерго­эффективности в нефтедобыче определяется высокой энергоемкостью (80..., 100 и более кВт*ч на тонну добытой нефти). Традицион­ные меры по энергосбережению известны — это нормирование энергопотребления и регулярный профилактический контроль состояния оборудования. Главные направления повышения эффективности — радикальное совершенствование технологий, оборудования и повышение их энергоэффективности в первую очередь в системах добычи и поддержки пластового давления, на долю которых приходится до 90% всей потребляемой энергии. В добыче это предусматривает, в частности, переход на скважинные УЭЦН с частотно-регулируемым приводом и меры по обеспечению их работы в номинальных режимах, а также меры по обеспечению требуемого качества электроэнергии в промысловых системах электроснабжения (устранение высокочастотных составляющих).

Ниже представлены общие результаты анализа и оценки энергоэффективности электроснабжающего комплекса, включающего более 15 000 силовых трансформаторов для УЭЦН.

Диаграмма 1. Распределение по мощностям.

 

1. Распределение трансформаторов по мощностям представлено в таблице 1 и на диаграмме 1. Следует отметить, что ≈ 5% обо­рудования имеет мощности, не соответствую­щие ГОСТ 9680-77 «Трансформаторы силовые мощностью 0,01 кВА и более. Ряд номиналь­ных мощностей», а именно: более 700 единиц имеет мощности 50, 102, 165, 206, 230, 253, 257, 260, 300, 360, 404, 412, 426, 520, 70О, 900, 980 кВА. При этом номинальное напряжение ВН колеблется в очень широком диапазоне от 0,844 кВ до 5,514 кВ (более 30 номиналов).

 

Таблица 1. Распределение по мощностям.

 

№, п/п

Мощность, кВА

Количество, шт.

Доля, %

1

50

20

0,1

2

63

305

2,0

3

100

6612

42,7

4

102

253

1,6

5

125

3

0,0

6

160

3705

23,9

7

165

220

1,4

8

200

4

0,0

9

206

5

0,0

10

230

9

0,1

11

250

1825

11,8

12

253

15

0,1

13

257

2

0,0

14

260

5

0,0

15

300

19

0,1

16

360

3

0,0

17

400

1378

8,9

18

404

48

0,3

19

412

8

0,1

20

426

66

0,4

21

520

18

0,1

22

630

505

3,3

23

700

2

0,0

24

900

19

0,1

25

980

12

0,1

26

1000

242

1,6

Всего:

98,9

 

Вывод ценологического анализа. Данные таблицы 1 позволяют определить параметры Н-распределения, характеризующего инвариантную структуру техноценоза «Комплекс силовых трансформаторов в нефтедобыче». В свою очередь, константы этого распределения позволят сделать вывод об оптимальности структуры и, соответственно, об уровне ее энергоэффективности.

Аппроксимация ранговидового распределения техноценоза «Комплекс силовых трансформаторов в нефтедобыче» определила показатель степени гиперболического распределения, равным 2,83.

В соответствии с фундаментальными работами Б. И. Кудрина и В. И. Гнатюка значение этого показателя для оптимального техноценоза лежит в диапазоне от 0,5 до 1,5. Таким образом, сделан первый существенный вывод: структура техноценоза «Комплекс силовых трансформаторов в нефтедобыче» не является оптимальной. Следует отметить, что исключение из техноценоза трансформаторов нестандартной мощности дает константу рангового распределения, равную 1,75. Т.е. структура техноценоза приближается к оптимальной.

Основываясь на методах структурной и параметрической оптимизации техноценозов, разработанных В. И. Гнатюком, автор в настоящее время определяет оптимальные номенклатурные и технические параметры электроснабжающего комплекса УЭЦН.

Нижеследующие результаты анализа относятся к значимым параметрам особей техноценоза - силовых трансформаторов, а именно: срок эксплуатации, количество ступеней регулирования, показатели потерь.

 

2. Распределение оборудования по срокам эксплуатации представлено в таблице 2 и на диаграмме 2. Доля гарантийного оборудования составляет чуть более 25%. Более 4% от всего трансформаторного парка эксплуатируется 25 и более лет.

 

Таблица 2. Распределение оборудования по срокам эксплуатации.

 

№, п/п

Срок эксплуатации, лет

Количество, шт.

1

25 лет и выше

651

2

от 20 до 24 лет

642

3

от 10 до 19 лет

566

4

от 5 до 9 лет

6367

5

до 5 лет (гарантийное оборудование)

4001

Всего:

12 227

 

 

 

Диаграмма 2. Распределение оборудования по срокам эксплуатации.

 

 

Вывод ценологического анализа. Возрастная структура парка трансформаторов практически идеальна и будет сохраняться в течение 10-15 лет при условии ввода новых трансформаторов взамен выводимых из эксплуатации.

 

3. В следующей таблице 3 и на диаграмме 3 . представлена доля трансформаторов с различным количеством ступеней регулирования.

 

Таблица 3. Количество ступеней регулирования.

 

№, п/п

Количество ступеней регулирования

Количество трансформаторов, шт.

1

5

2831

2

9

4

3

10

304

4

15

580

5

21

427

6

24

4

7

25

10 129

8

36

174

9

50

23

Всего:

14 476

 

 

Диаграмма 3. Количество ступеней регулирования.

 

Вывод ценологического анализа. 65% трансформаторов выполнено с количеством ступеней регулирования, равным 25. Выражаясь языком технетики, налицо чрезмерная унификация, т.е. недостаточное разнообразие видов, что делает техноценоз неоптимальным по структуре и, соответственно, по энергоэффективности. Требуется параметрическая оптимизация техноценоза «Комплекс силовых трансформаторов в нефтедобыче».

 

4. Сравнительные значения характеристик потерь в трансформаторах разных заводов-производителей представлены в таблицах 4 и 5. Последней строкой в данных таблицах указаны нормы потерь силовых распределительных трансформаторов по европейским документам гармонизации HD428.1 и HD538.1

По итогам даже краткого изложения анализа техноценоза «Комплекс силовых трансформаторов в нефтедобыче» очевидно, что существующая на сегодняшний день структура техноценоза как по номенклатуре, так и по параметрическим характеристикам не позволяет повышать энергоэффективность нефтедобычи.

Таблица 4. Мощность потерь нагрузки (короткого замыкания).

 

№, п/п

Заводы

100 кВА

160 кВА

250 кВА

400 кВА

1

ЗАО «ГК «Электрощит» -ТМ Самара», г. Самара

2400

2900

4100

6100

2

ПРУП «МЭТЗ им. В. И. Козлова», г. Минск

1970

2650

3700

5800

3

ОАО «ЭТК «БирЗСТ», г. Биробиджан

1950

2650

3900

5900

4

ПАО «Укрэлектроаппарат», г. Хмельницкий

1970

2650

3700

5500

5

ОАО «Алттранс», г. Барнаул

2000

2800

3900

5900

6

ОАО «Электрощит», МО, г. Чехов

1780

2410

3590

5500

7

Требования европейских стандартов энергоэффективности

1475

2000

2750

3850

 

Таблица 5. Мощность потерь холостого хода.

 

№, п/п

Заводы

100 кВА

160 кВА

250 кВА

400 кВА

1

ЗАО «ГК «Электрощит» -ТМ Самара», г. Самара

310

480

700

900

2

ПРУП «МЭТЗ им. В. И. Козлова», г. Минск

290

440

650

900

3

ОАО «ЭТК «БирЗСТ», г. Биробиджан

290

420

580

900

4

ПАО «Укрэлектроаппарат», г. Хмельницкий

300

420

500

740

5

ОАО «Алттранс», г. Барнаул

270

420

530

800

6

ОАО «Электрощит», МО, г. Чехов

280

391

563

820

7

Требования европейских стандартов энергоэффективности

210

300

425

610

 

 

Необходима разработка новых технических требований к трансформаторному оборудованию для нефтедобычи, которые максимально полно будут отражать структуру и параметры оптимального техноценоза.

Таким образом, результаты применения технетической (ценологической) парадигмы свидетельствуют об огромных возможностях данной методологии по кардинальной оптимизации энергоэффективности электроснабжающего комплекса нефтедобывающего холдинга.

В последующих публикациях автор планирует опубликовать конкретные результаты номенклатурной и параметрической оптимизации техноценоза «Комплекс силовых трансформаторов в нефтедобыче».

Ю. М. САВИНЦЕВ,

к.т.н., генеральный директор

ЗАО «Корпорация «Русский трансформатор»