Основой экономических и социальных преобразований в надшей стране являются высокие темпы развития социалистического производства, ускорение научно-технического прогресса и роста производительности труда.
Место энергетики в современном общественном производстве определяется экономической и социальной эффективностью применения энергии во всех отраслях народного хозяйства. Это в первую очередь относится к электрической энергии, использование которой наиболее ярко отражает социальные последствия как в промышленности, в сельском хозяйстве, так и в. быту.
В. И. Ленин придавал большое значение электрификации производственных процессов и быта и считал электрификацию мощным рычагом социальных преобразований. Еще в 1913 г. в статье «Одна из великих побед техники» В. И. Ленин писал: «Электрификация всех фабрик и железных дорог сделает условия труда более гигиеничными, избавит миллионы рабочих от дыма, пыли и грязи, ускорит превращение грязных отвратительных мастерских в чистые, светлые, достойные человека лаборатории. Электрическое освещение и электрическое отопление каждого дома избавят миллионы „домашних рабынь” от необходимости убивать три четверти жизни в смрадной кухне».
Глубокая электрификация промышленности и быта обусловливается не только использованием электроэнергии в силовых процессах, где она выполняет работу «в собственном смысле», но и тем, что электрическая энергия применяется в технологических процессах, где она выполняет новую функцию. И, как отмечает М. А. Виленский, «задача рабочего в этом случае состоит в создании соответствующих условий для нормального течения химической реакции и наблюдения за тем, чтобы эти условия в соответствующих параметрах заданного режима соблюдались в течение всего процесса» [23].
В сельскохозяйственном производстве подлежит механизации на базе электрификации большой комплекс стационарных процессов. Одним из важнейших условий повышения эффективности сельского хозяйства является комплексное энергоснабжение производственных и бытовых потребителей села. Сельскохозяйственное производство и сфера обслуживания — крупные потребители электроэнергии и тепла низкого потенциала. Исследования таких организаций, как «Энергосетьпроект», ВИЭО «Сельэнергопроект», показывают, что эти потребители в настоящее время используют более 900 млн Гкал тепла, на получение которого расходуется около 16% всех потребляемых первичны топливно-энергетических ресурсов в СССР.
В перспективе потребление тепловой энергии на селе возрастет почти в 2,5 раза и составит около 20% всех потребляемы энергоресурсов в стране. Электрификация касается таких тепловых процессов, где может быть получен значительный технологический эффект, выражающийся в дополнительном выход продукции животноводства, улучшении ее качества, уменьшение потерь, снижении расходов топлива.
Важное социальное значение имеет электрификация быта домашнего хозяйства. В настоящее время в нашей стране и базе электрификации происходят механизация и индустриализация домашнего хозяйства. Электрификация касается прежде всего таких процессов, как приготовление пищи и отопление которые по энергоемкости в домашнем хозяйстве стоят на первом месте. Электрификация указанных процессов, как отмечает М. А. Виленский, имеет не только экономическое значение «Гораздо важнее ее социальное значение, так как она коренным образом улучшает санитарно-гигиенические условия в жилых помещениях. В этих процессах электричество используется не косвенно, как на электрифицируемых механических работах, а непосредственно в качестве рабочего органа, выполняющей соответствующие работы. Это относится как к приготовление пищи, так и к отоплению. Здесь речь идет, по существу, о непосредственном технологическом использовании электроэнергии.
Социально-экономическое значение повышения качества энергии еще более возрастет в будущем, так как потребность народного хозяйства в энергии увеличивается.
В соответствии с решениями XXV съезда КПСС в 10-й пятилетке возрастает потребление энергии во всех отраслях. Суммарное потребление электроэнергии по важнейшим отраслям промышленности на 1980 г. определено в следующих размерах млрд. кВт-ч
Прирост потребления электроэнергии в домашнем хозяйстве будет иметь место главным образом благодаря повышению обеспеченности населения жильем и бытовыми электроприборами.
Таблица 2
Таблица 3
Для целей приготовления пищи, например, предусматривается применение электрических плит, количество которых в жилом секторе достигнет в 1980 г. 4,2 млн против 1,2 млн в 1975 г. На внутриквартирные нужды населения в 1980 г. предусматривается израсходовать 90 млрд кВт-ч. Потребление электроэнергии сельским населением приближается к потреблению электроэнергии населением в городах.
В табл. 2 показано потребление электроэнергии по отраслям народного хозяйства СССР [87, с. 51].
Наряду с ростом потребления электроэнергии увеличится потребление тепловой энергии. Расчетным балансом предусматривается израсходовать на нужды промышленности в 1980 1733 млн Гкал тепловой энергии, что на 22% больше, чем в 1975 г.
К 1980 г. возрастет потребление тепловой энергии в жилищно-коммунальном хозяйстве (табл. 3). Улучшится снабжение населения топливно-энергетическими ресурсами, %:
Анализ развития энергетики свидетельствует о наличии внешних связей и внутренних тенденций, которые не могут не влиять на социально-экономическое развитие производительных сил общества.
Таблица 4
* Из книги: Макаров А. А., Мелентьев Л. А. Методы исследования и оптимизации энергетического хозяйства. Новосибирск, 1973, с. 20.
В основном эти тенденции сводятся к следующим:
- постоянное повышение энерговооруженности труда;
- рост моторизации народного хозяйства;
- постоянное повышение количества полезно потребленной энергии и производимых первичных энергетических ресурсов находящихся на одного жителя;
- постоянное повышение доли электроэнергии в общем потреблении энергии народным хозяйством;
- создание чистого энергоиспользования и улучшения срывами энергетики комфортных условий жизни населения.
Таблица 5
* Из книги: Макаров А. А., Мелентьев Л. А. Методы исследования и оптимизации энергетического хозяйства. Новосибирск, 1973, с. 21.
Из внутренних объективных тенденций развития энергетики, наиболее ярко отражающих влияние ее на социально-экономическую структуру роста производительных сил общества, можно выделить следующие [58]:
- Сокращение доли непосредственного использования топлива и повышение доли преобразованных видов энергии (см. табл. 5).
- Повышение эффективности использования энергетических ресурсов и применения ядерного горючего.
- Нарастание ограниченности энергетических ресурсов европейских районов СССР и необходимость их восполнения возрастающих масштабах из восточных районов страны.
Основные внутренние и внешние тенденции развития энергетики отражают особенности перспективного роста энергопотребления и в первую очередь — тесную связь с экономически проблемами, которые раскрывают содержание социально- экономического значения повышения качества энергетических ресурсов в свете рационального их использования. Здесь важ отметить возрастающую связь двух категорий, таких, как качество окружающей среды и качество энергии. Эти категории находятся в диалектической связи. В их интеграции отражена социальная, техническая и экономическая сущность рационального использования энергетических ресурсов и повышения качества энергии.
Иными словами, социально-экономическое значение повышения качества энергии мы рассматриваем в совокупности проблемами экологии и рационального использования энергетических ресурсов страны. Экономический аспект такого подхода должен отражать необходимость и возможность (т. е. спрос предложение) удовлетворения отраслей народного хозяйства энергии. Социальный аспект отражает рост потребностей народного хозяйства страны в энергии и благосостояния населения с учетом возрастающих требований к качеству продукции и к качеству окружающей среды на каждом конкретном этапе строительства.
Решение этой важной социально-экономической проблемы условиях социалистической системы, где орудия труда и средства производства, земля и энергетические ресурсы принадлежат всему народу, коренным образом отличается от ее решения капиталистических странах, где оно направлено в первую очередь на получение максимальных прибылей и удовлетворен потребностей богатых слоев населения. В условиях существующего в этих странах энергетического кризиса особое место занимает проблема экологического кризиса; имеются попытки установить причины этих явлений в капиталистической экономике и предложить пути устранения их. Так, прогрессивный амер канский профессор Барри Коммонер, рассматривая взаимосвязь энергетических и экологических проблем, предлагает умен шить производство энергии, повысить эффективность использования энергии в промышленном производстве, снизить потребление энергии в быту и произвести перекалькуляцию производимой продукции.
В то же время повышение эффективности производства в з начительной степени зависит от качества выпускаемой продукции, в том числе и от качества потребляемой энергии.
Повышению качества энергии в нашей стране всегда уделяюсь большое внимание. Однако в различные периоды существования Советской власти практические возможности решения этой задачи были различны.
В начальные годы социалистического строительства проводилась работа по повышению качества энергии, надежности и безаварийности работы энергооборудования. Обращалось внимание на взаимосвязь качества энергии и надежности энергооборудования с эффективностью производства. Так, в 1936 г. га Всесоюзной отраслевой конференции Главэнерго отмечалось, это не только аварии наносят убыток народному хозяйству — такой же вред приносит и низкое качество энергии. В одном из докладов на этой конференции отмечалось, что за высокое качество энергии надо так же бороться, как за безаварийность и бесперебойное электроснабжение, т. е. снабжение предприятий неполноценной электроэнергией рассматривалось как перерыв в электроснабжении, поскольку такое снабжение приносит не меньший ущерб, чем полное выключение [57].
В настоящее время имеется богатый научно-практический материал, на основе которого можно считать установленным, что пониженное качество электроэнергии, тепловой энергии и топлива может приводить к народнохозяйственному ущербу.
Рассмотрим влияние качества энергии на работу основных энергоприемников, учитывая, что этому вопросу посвящен ряд монографий и исследований.
Качество электроэнергии. Качество частоты и работа электроприемников и электросетей
Известно, что частота является общесистемным параметром и регулируется одновременно во всей энергетической системы. Как показали обследования ряда промышленных предприятий отклонения и колебания частоты от нормативных значений в настоящее время происходят сравнительно редко. Однако изменение частоты даже в небольших пределах влияет на работу электроприемников и электрических сетей.
Так, асинхронные и синхронные электродвигатели с постоянным моментом на валу изменяют скорость вращения при пропорционально частоте, что вызывает при изменениях час ты пропорциональные изменения их производительности.
Асинхронные двигатели с моментом, зависящим от скорости (квадратическая зависимость), значительно изменяют свою производительность при изменении частоты.
Как отмечает А. Б. Барзам, при понижении частоты до 47 48 Гц снижается производительность питательных насосов, особенности станций высокого давления, до такой степени, и в течение нескольких минут может нарушиться их нормальная работа. При работе с частотой ниже 49,5 Гц у некоторых типов паровых турбин наступает резонанс колебаний отдельных степеней лопаточного аппарата, что может привести к механическому повреждению [14].
Установлено, что степень влияния на производительность механизмов отклонений значений частоты от установлений норм зависит от типа механизма. В общем виде активная мощность, которая требуется потребителям электроэнергии — показатель степени, который может принимать значения 0—4. Для двигателей металлорежущих станков, поршневых насосов и компрессоров n=1. У этих потребителей мощность двигателей пропорциональна частоте. Для вентиляторов центробежных насосов, питательных насосов n=2-4 в зависимости от характера работы, т. е. у этих потребителей мощность наиболее резко зависит от изменения частоты. У таких потребителей электроэнергии, как лампы накаливания, электрические печи сопротивления и дуговые электропечи, мощность не зависит от частоты (n=0).
Кроме всего прочего, понижение значений частоты тока в системе может приводить к увеличению потерь мощности в электрических сетях и потерь напряжения. При этом в случае дефицита реактивной мощности понижение напряжения в системе может приводить к дальнейшему лавинообразному понижению напряжения и нарушению статической устойчивости.
В общем случае изменение частоты в системе определяется изменениями нагрузки (активной мощности) потребителей и наличием или отсутствием дефицита активной мощности в системе.
Как отмечают В. А. Веников и Л. А. Жуков, понижение качества частоты вызывает уменьшение выпуска продукции промышленными предприятиями, причем недоотпуск продукции охватывает весь район, получающий энергию от данной электрической системы, поскольку частота является общесистемным параметром. Повышение частоты в системе приводит к пережогу топлива на электрических станциях. В ряде случаев отклонение частоты от номинального значения приводит к нарушению технологического процесса и браку продукции. При понижении частоты на электростанциях имеет место непроизводительный перерасход топлива, обусловленный как ухудшенными экономическими характеристиками нагрузки, так и увеличенными потерями мощности [91].
Следует обратить внимание на то, что при понижении качества частоты имеет место дополнительный перерасход топлива, вызываемый перераспределением нагрузки между отдельными станциями системы (отклонение режима работы системы от оптимального, обеспечивающего минимум расхода топлива).
Необходимо отметить недостаточность и ограниченность изучения влияния качества частоты на работу электроприемников, особенно в области промышленных электрических сетей. Здесь, на наш взгляд, отсутствует комплексный подход. Исследование качества частоты должно производиться комплексно с выявлением тенденций роста активных нагрузок потребителей, установлением частотных и технико-экономических характеристик. Поскольку экспериментальные исследования таких вопросов в условиях производства связаны с определенными трeдностями и могут вестись в ограниченном объеме, то их нужно проводить с использованием физического и экономико-математического моделирования, применяя методы подобия и безразмерных параметров.
