Номера

2017

2016

2015

2014

2013

2012

2011

2010

2009

2008

2007

2006

О журнале

Сотрудничество

Рекламодателю

Подписка

Главная / №6 (42) Ноябрь-Декабрь 2011 / Аналитика

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.

1. Распределение трансформаторов по мощностям представлено в таблице 1 и на диаграмме 1. Следует отметить, что ~5% оборудования имеет мощности, не соответствующие ГОСТ9680-77«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, 700, 900, 980 кВА. При этом номинальное напряжение ВН колеблется в очень широком диапазоне от 0,844 кВ до 5,514 кВ (более 30 номиналов).

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.

Таблица 1. Распределение по мощностям
№ п/пМощность, кВАКоличество, 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: 15 303 98,9

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.

Вывод ценологического анализа. Возрастная структура парка трансформаторов практически идеальна и будет сохраняться в течение10–15 лет при условии ввода новых трансформаторов взамен выводимых из эксплуатации.

Таблица 2. Распределение оборудования по срокам эксплуатации
№ п/пСрок эксплуатации, летКоличество, шт.
1 25 лет и свыше 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

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

Таблица 3. Количество ступеней регулирования
№ п/пКоличество ступеней регулированияКоличество 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

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/пЗаводы100 кВА160 кВА250 кВА400 кВА
1 ЗАО «ГК «Электро-щит»-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 «Укрэлектро-аппарат», 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

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

Таблица 5. Мощность потерь холостого хода
№ п/пЗаводы100 кВА160 кВА250 кВА400 кВА
1 ЗАО «ГК «Электро-щит»-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 «Укрэлектро-аппарат», 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

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»