какие специфические особенности электротехнической отрасли вы знаете
Воронеж 2002
Воронежский государственный технический университет
Кафедра электромеханических систем и электроснабжения
-2002
РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ
По дисциплине
«История электротехники»
Для студентов направления 140400.62 «электроэнергетика и электротехника»
По профилю «электромеханика»
Воронеж 2002
Составитель канд. техн. наук Г.А. Пархоменко
Рабочая тетрадь по дисциплинам «Введение в специальность» и «История электротехники» для студентов направления 140400.62 «электроэнергетика и электротехника» по профилю «электромеханика» заочной формы обучения / Воронеж. гос. техн. ун-т; Сост. Г.А. Пархоменко. Воронеж, 2002. 18 с.
Рабочая тетрадь является приложением к учебному пособию «История электротехники» и предназначена для организации самостоятельной работы студентов заочной формы обучения. В рабочей тетради приведены тесты контроля знаний студентов, требования к содержанию контрольной работы и методические указания по её выполнению.
Рецензент канд. техн. наук Ю.В. Писаревский
Ответственный за выпуск заведующий кафедрой ЭМСЭС канд. техн. наук В. П. Шелякин
Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета
Ó Воронежский государственный
технический университет, 2002
по дисциплинам «Введение в специальность» и №История электротехники»
(фамилия, имя, отчество)
Тесты контроля знаний _______________________________________________
Контрольная работа _______________________________________________
Электротехническая отрасль России
Электротехническая отрасль в России является одной из основных в машиностроении, так как ее общая доля составляет почти 10% от данного производства. На сегодняшний день в рамках электротехники развивается несколько важных направлений, а именно производство оборудования, которое связанно с выработкой энергии.
Электротехника нашей страны – это турбо- и гидрогенераторы, силовые полупроводниковые приборы, высоковольтная аппаратура и трансформаторы, низковольтная аппаратура и системы управления, электродвигатели и источники света, аккумуляторы, магистральные электровозы, провода, кабели, товары бытового назначения, и т.д.– всего более 35 тыс. наименований продукции.
Предприятия электротехнической промышленности занимаются поставками оборудования практически во все отрасли экономики, а так же социальную сферу России.
Основные потребители электрооборудования – это:
— топливно-энергетический комплекс (на него приходится 20% всех поставок);
— оборонная промышленность (около 12% поставок);
— агропромышленный комплекс ( 19% поставок);
— транспортный комплекс (8,5% поставок);
— коммунальное хозяйство ( 15% поставок);
— остальные отрасли ( около 26,5%).
С конца 90-х годов в России электротехническая промышленность, выпускающая целый спектр высокотехнологичной наукоемкой продукции (начиная от обыкновенных электрических лампочек и заканчивая мощными техническими генераторами) начала активно развиваться, тогда, как до этого время в ней ощущался довольно серьезный спад.
Если говорить о цифрах и фактах, то до того, как распался бывший СССР, в нашей стране было 343 организаций и 85 научно-исследовательских институтов, относящихся к электротехнической промышленности. Но после экономического кризиса, наша российская электротехническая отрасль оказалась в незавидном положении. В ней наметился явный спад и, следовательно, резкое ухудшение в других областях промышленности. Продукция данного сегмента оказалась просто не востребованной, а электротехнические предприятия стали разоряться, так как их товар был просто не нужен.
Исключение составляла лишь светотехническая промышленность.
На сегодняшний день, как отмечают эксперты, ее объемы производства выросли с начала 1991 года почти на 110%.
Ежегодные выставочные проекты последних лет указывают на то, что электротехническая промышленность в целом в России заметно выросла и укрепила свои позиции.
Одними из самых востребованных на зарубежных и российских рынках являются комплектующие электроавтоматики и электродвигатели. Большой спрос на данные виды товаров можно объяснить модернизацией большого количества электросистем в нашей экономике. Ведь без своевременного совершенствования электроавтоматики внедрять какие-либо современные технологии просто не эффективно и бессмысленно.
Кроме того, к этому стоит прибавить и постоянный рост стоимости электроэнергии, который заставляет потребителей заботиться о переоборудовании инженерных сетей, чтобы внедрить соответствующие энергосберегающих технологий.
Крупнейшими предприятиями электротехнической промышленности сегодня являются: ООО «Тольяттинский Трансформатор», занимающийся изготовлением различных силовых высоковольтных трансформаторов, установленная производственная мощность которых составляет до 30 000 000 кВА, и группа компаний «Элком», которая представляет собой одну из самых больших компаний-поставщиков электротехнической продукции в РФ, а так же поставкой различных электродвигателей, вентиляторов, насосов и т.п.
Конечно, в электротехнической промышленности России есть и свои проблемы. Как показали последние исследования, в РФ большие средства расходуют на низкокачественные силовые кабели, плохую автоматику, неэкономичные системы обогрева жилья и двигатели, которые не соответствуют нормам.
Многие российские потребители забывают о поговорке, что «скупой платит дважды» и стараются приобрести дешевое (и пусть даже менее эффективное) оборудование. И только после неоднократных сбоев в работе, они соглашаются купить что-то более качественное, тем самым расходуя еще средства.
Еще одной проблемой является довольно слабая ориентация российских электротехнических предприятий на экспорт продукции за рубеж.
Но говорить о том, что сегодня нет предприятий, которые пользуются популярностью за рубежом то же нельзя. Все чаще появляются молодые и перспективные компании, ничуть не уступающие западным организациям.
До сих пор многие страны Европы напрямую зависят от российских комплектующих. Если брать объемы электротехнической промышленности, то они составят почти 8,5% выпуска товаров машиностроительной отрасли и не менее 1,6% всей российской промышленной продукции.
Добавлено 11.08.2009; просмотров: 24228
Новые обзоры и публикации раздела Электротехническое оборудование и кабель
Электронная библиотека
Электротехника России – это бытовые приборы, турбо- и гидрогенераторы, силовые полупроводниковые приборы, аккумуляторы и крупные электротехнические печи, провода, кабели, электродвигатели и источники света, трансформаторы, низковольтная и высоковольтная аппаратура и магистральные электровозы – всего 35 тыс. наименований изделий и материалов. Во всех областях деятельности человека технологический уклад жизни во многом зависит от условий использования электроэнергии как в силовых (электромеханических, термических, светотехнических и др.) устройствах, так и в приборах контроля и управления. Бесспорным становится то обстоятельство, что уровень технологического уклада в любой отрасли экономики и социальной сферы во многом определяется уровнем изделий электротехники, т.е. – элементной базой применяемых технологий.
Будущее отечественной электротехники определяет будущее России как развитой страны. В сложившемся геополитическом положении страны она является элементом сохранения ее национальной безопасности.
Особенности электротехнической промышленности
Электротехническая промышленность имеет свои особенности. Одна из наиболее существенных – это то, что она является комплектующей отраслью и поставляет оборудование практически во все отрасли экономики и социальную сферу (табл. 1.2.):
Срочно?
Закажи у профессионала, через форму заявки
8 (800) 100-77-13 с 7.00 до 22.00
Экономика и организация электроэнергетического производства
Системно и в полном объеме рассмотрены вопросы экономики и организации энергетического производства, учтены существующие в настоящее время отраслевые положения и современная нормативно-правовая база, регулирующая рыночные отношения в энергетике. Предназначено студентам специальности 13.03.02.05 «Электрические сети и системы», 13.03.02.03 «Релейная защита», 13.03.02.04 «Электрические станции», 38.03.01.02.09 «Экономика предприятий и организаций (энергетика)».
Оглавление
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Экономика и организация электроэнергетического производства предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.
Энергетическое хозяйство страны
1.1. Особенности энергетического производства
Особенности электроэнергетики как отрасли обусловливаются спецификой ее основного продукта — электроэнергии, а также характером процесса ее производства и потребления. Процесс производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии является непрерывным. Отсюда вытекает невозможность работы на склад, создание необходимых резервов мощностей. Электроэнергетика должна быть готова к выработке, передаче и поставке электроэнергии в момент появления спроса и располагать для этого необходимыми резервными мощностями и запасами топлива. Чем больше максимальное значение спроса, тем больше должны быть мощности, чтобы обеспечить готовность к оказанию услуги.
В связи со сложностью управления и повышением требований к обеспечению надежности работы энергосистем особое значение в энергетическом производстве имеет автоматизация технологических процессов. Отличительной чертой производственных процессов в энергетике является динамичность, заключающаяся и в скорости протекания процессов, и в постоянном изменении нагрузки под влиянием различных факторов.
Специфической особенностью энергетики является постоянно повторяющийся характер ее связи со всеми отраслями. Процесс взаимодействия между энергетикой и хозяйством страны в целом выражается в том, что само материальное производство все больше становится процессом энергетическим. Производственные режимы промышленности, транспорта, сельского хозяйства непосредственно определяют режим работы энергосистем. Углубление электрификации объясняется качественными преимуществами электроэнергии по сравнению с другими видами энергии. Электроэнергия — самый прогрессивный и уникальный энергоноситель. Она способна трансформироваться практически в любой вид конечной энергии, в то время как топливо, непосредственно используемое в потребительских установках, пар и горячая вода — только в механическую энергию и тепло разного потенциала.
Энергетика является одним из крупных источников нарушения экологического равновесия в природе. При этом современная энергетика снабжает другие отрасли экологически чистой энергией, принимая на себя большую часть загрязнений, которые давали бы эти отрасли, если бы производили энергию для своих собственных нужд самостоятельно. На стадии потребления электроэнергия — самый экологически чистый энергоноситель.
Применение электроэнергии в производстве позволяет интенсифицировать технологические процессы (резко увеличивать скорость их протекания), обеспечивает их полную автоматизацию и высокую точность регулирования, что ведет к значительному росту производительности труда, сокращению расхода материальных ресурсов и повышению качества продукции. Следует отметить, что некоторые прогрессивные процессы, в частности, в металлургии и химии вообще не допускают использования каких-либо других энергоносителей. Электроэнергию можно передавать на большие расстояния, что позволяет обслуживать широкий круг потребителей, включая регионы, не обеспеченные достаточными ресурсами органического топлива.
Особенностями энергетического хозяйства вызвана необходимость применения системного метода экономического исследования. Оптимизационные технико-экономические расчеты в энергетике особенно важны вследствие широкой взаимозаменяемости отдельных энергетических установок, видов энергетической продукции и сравнительно высокой капиталоемкости энергоустановок. Так, для производства электроэнергии могут быть использованы конденсационные электростанции (КЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), гидроэлектростанции (ГЭС), атомные электростанции (АЭС) и др. Для производства теплоты используются ТЭЦ, котельные, утилизационные установки. На них могут быть установлены агрегаты различных типов, работающие на разных параметрах пара и использующие различные виды органического топлива, газа, угля, мазута и т. п., а также нетрадиционные источники энергии. Большое число вариантов имеется также на стадии транспорта энергии и использования ее у потребителей. Взаимозаменяемость видов продукции определяется возможностью использования различных энергоносителей в данных установках, например природного газа или электроэнергии в нагревательных печах, парового или электрического привода компрессора и др.
При решении задачи по размещению предприятий в районах страны существенную роль может иметь энергетический фактор. Расположение электростанций, особенно крупных ГЭС, нередко оказывает большое влияние на формирование вокруг них промышленных комплексов. Характерной особенностью энергетического хозяйства являются наличие в нем разнообразных установок, использование не только первичных, но и вторичных энергоресурсов. К вторичным энергетическим ресурсам относится энергетический потенциал отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических агрегатах (установках), который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других агрегатов. Анализ обеспеченности энергоресурсами отдельных районов указывает на ее неравномерность. Большое количество районов страны не обеспечены в достаточном количестве собственными энергоресурсами с учетом спроса на энергетическую продукцию. Диспропорция в географическом размещении потребителей и производителей энергоресурсов вызывает огромные межрегиональные перетоки топлива.
В энергетике существуют связи и системы внутри энергетического хозяйства и внешние связи с другими хозяйственными и отраслевыми системами и структурами. Для обеспечения различными видами энергоресурсов потребителей используют различные виды транспорта, электрические и тепловые сети, склады топливных ресурсов, генерирующие, аккумулирующие, трансформирующие, передающие и распределительные устройства. Все эти системы взаимосвязаны и призваны обеспечивать предусмотренное энергоснабжение с достаточным уровнем надежности. Элементы или звенья снабжения каким-либо энергоресурсом (например, углем) от добычи ресурса до его потребления представляют собой единую цепь, в которой изменение в одном из звеньев приводит к изменению всех других звеньев. Таким образом, каждое из звеньев цепи электроснабжения должно надежно обеспечивать выполнение своих функций.
Внешние связи энергетики проявляются в двух направлениях: оперативном и обеспечивающем. Оперативные внешние связи осуществляются с технологическими процессами промышленности, транспорта, сельским хозяйством, коммунально-бытовым хозяйством. Обеспечивающие внешние связи необходимы для заблаговременного согласования развития топливной промышленности, металлургии, машиностроения, строительной индустрии, транспортных устройств.
На уровне страны экономические и социальные преимущества электроэнергии наглядно проявляются в тесной корреляционной связи между такими показателями, как производство валового внутреннего продукта в расчете на душу населения и электропотребление на одного жителя. Следует отметить влияние на электропотребление природно-климатического фактора: так, северные страны отличаются (при прочих равных условиях) более электроемкой экономикой. Статистические данные по разным странам мира показывают, что в общем случае там, где выше душевое потребление и выработка электроэнергии, наблюдается и более высокий уровень экономического развития.
1.2. Структура энергетического производства
Энергетическое производство включает три основные фазы: производство энергии, ее распределение и потребление. Производство энергии осуществляется электрическими станциями; распределение (транспорт) энергии осуществляют энергетические сети. Фаза энергопотребления осуществляется энергопотребляющими установками потребителей, включающими приемные установки (понизительные подстанции), местные распределительные сети и энергоприемники (токоприемники), преобразующие электрическую энергию в те виды энергии, которые необходимы для осуществления технологических процессов промышленного производства или других целей.
В целом процесс энергоснабжения осуществляется энергетическими системами, объединяющимися в единый производственно-транспортный комплекс электростанции и сети. Электроэнергия производится на электростанциях разных типов: тепловых (ТЭС), гидравлических (ГЭС), атомных (АЭС), а также на установках, использующих так называемые нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ). Основным типом электростанций являются тепловые, на которых используется органическое топливо: уголь, газ, мазут. В структуре генерирующих мощностей доля ТЭС составляет 65 %, АЭС — 15 %, ГЭС — 20 %. Среди НВИЭ наибольшее распространение в мире получили солнечные, ветровые, геотермальные электростанции, установки, работающие на биомассе и твердых бытовых отходах.
Тепловые электростанции оборудуются паротурбинными энергоблоками различных мощностей и параметров пара, а также газотурбинными (ГТУ) и парогазовыми (ПГУ) установками. Последние могут работать и на твердом топливе (например, с внутрицикловой газификацией).
Основу производственного потенциала электроэнергетики России составляют электростанции общего пользования; на них приходится более 90 % генерирующих мощностей. Остальная часть — ведомственные электростанции и децентрализованные энергоисточники. В структуре мощностей электростанций общего пользования лидируют паротурбинные ТЭС.
Тепловые электростанции (ТЭС) используют в качестве электрических ресурсов различные виды ископаемых (органических) топлив (твердых, жидких и газообразных): угли, торф, сланцы, нефть (мазут), природный газ. Основным оборудованием ТЭС являются паровые котлы и паровые турбоагрегаты (паровые турбины, связанные общим валом с электрическими генераторами), работающие раздельно или соединенные в энергетические блоки (котел — турбоагрегат).
Тепловые электростанции включают конденсационные (КЭС), генерирующие только электроэнергию, и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), на которых осуществляется комбинированная выработка электроэнергии и тепла. Электрическая энергия вырабатывается на ТЭЦ турбоагрегатами при работе турбин по теплофикационному циклу. Тепловая энергия отпускается в отработавшем паре, поступающем из промежуточных отборов или конечного (противодавленческого) отбора турбин. Тепловые электростанции могут различаться в зависимости от начального давления пара (перед турбогенераторами). Кроме того, теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) делятся по типам установленных на них турбоагрегатов.
Атомные электростанции (АЭС) являются тепловыми, но в отличие от топливных ТЭС используют в качестве первичного ресурса не органическое топливо, а атомную энергию природного или обогащенного урана. Основным оборудованием АЭС являются атомные реакторы, котлы и паровые турбоагрегаты.
Гидроэлектростанции (ГЭС) используют для выработки электроэнергии гидроэнергетические ресурсы, которые в отличие от топливных являются возобновляемыми. Энергетической базой ГЭС является водохранилище, создаваемое сооружением подпорной плотины в заданном створе водотока (реки). Основным оборудованием ГЭС являются гидроагрегаты (гидравлические турбины, связанные с общим валом, обычно вертикальным) с электрическим генератором.
Гидроэлектростанции могут различаться: по напору — высоконапорные (горные) и низконапорные (равнинные); по зарегулированности водотока — с суточным, сезонным, годовым, многолетним регулированием; по мощности.
Электростанции объединены электрическими сетями разного уровня напряжения на параллельную работу в электроэнергетические системы. Электрические связи между энергетическими системами формируют единую энергосистему страны (ЕЭС).
Электрические и тепловые сети являются аппаратом распределения (транспорта) энергии в энергетической системе. Основными технологическими элементами электросетевого комплекса служат линии электропередачи (воздушные и кабельные) и трансформаторные подстанции с соответствующим вспомогательным оборудованием. Различают магистральные и распределительные электрические сети; последние доводят электрическую энергию от узлов нагрузки до абонентских установок потребителей. Линии электропередачи напряжением 0,4–1150 кВ имеют общую протяженность порядка 3 млн км, в том числе магистральные электросети напряжением 220–1 150 кВ — 157 тыс. км.
Обслуживанием ЛЭП и подстанций занимается предприятия электрических сетей (ПЭС). В ведении этих предприятий находятся также трансформаторные подстанции (ТП) и распределительные устройства (РП). Они трансформируют электроэнергию с высокого (110, 35, 6–10 кВ) на низкое, потребительское, напряжением 220–380 кВ и распределяют ее в районах и микрорайонах города для жилых и общественных зданий.
Для обеспечения надежного энергоснабжения и качества электроэнергии в соответствии с требованиями технических регламентов в масштабе всей ЕЭС создана система оперативно-диспетчерского управления (ОДУ). Она построена по иерархическому принципу; ее верхний уровень представлен организацией — системным оператором (СО) ЕЭС России, которому подчинены органы ОДУ объединенных и районных энергосистем. Свои функции органы ОДУ осуществляют через централизованное управление технологическими режимами работы объектов электроэнергетики и электропотребляющих установок потребителей.
К объектам теплоэнергетики относятся теплоисточники (паровые и водогрейные котельные), а также тепловые сети (магистральные и распределительные) с трубопроводами, насосными станциями и тепловыми пунктами. Тепловые сети осуществляют передачу и распределение тепловой энергии. Они делятся по виду теплоносителя на водяные и паровые. Задачей тепловых сетей является распределение тепловой энергии внутри отдельных районов теплоснабжения. Предприятия тепловых сетей (ПТС) эксплуатируют магистральные и распределительные паро — и теплопроводы в городах и населенных пунктах.
Котельные имеют разную ведомственную принадлежность (муниципальные, промышленные и др.). Среди них выделяются централизованные теплоисточники, обслуживающие целый район теплоснабжения или группу разных потребителей, и децентрализованные, прикрепленные к конкретным абонентам. В России централизованно вырабатывается около 70 % тепловой энергии. Но дальность передачи тепла, в отличие от электроэнергии, ограничена по технико-экономическим соображениям: для пара — до 1,5–2 км, а для горячей воды — до 20–30 км.
Главными функциями теплоэнергетики являются:
● надежное и бесперебойное обеспечение потребителей необходимыми им теплоносителями с требуемыми объемными и качественными параметрами;
● поддержание теплового комфорта в жилых и общественных зданиях (в строгом соответствии с температурами наружного воздуха).
Данные функции должны реализовываться на основе внедрения экономически и экологически оптимальных схем теплоснабжения городов и сельских районов страны.
Тепловая энергия в виде пара и горячей воды широко применяется в различных отраслях народного хозяйства для технологических нужд, отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Следует подчеркнуть, что электроэнергия и теплоэнергия — взаимозаменяемые и конкурирующие энергоносители. Особенно это касается силовых и среднетемпературных процессов, где в качестве энергоносителя может использоваться как пар различных параметров, так и электричество. При благоприятных экономических предпосылках электроэнергия может заменять горячую воду в низкотемпературных процессах, обеспечивая более качественное регулирование параметров и потребительский комфорт.
Рынок электротехники: проблемы, тренды и перспективы
Электротехника — это одна из наиболее наукоемких областей промышленности. Это десятки тысяч наименований продукции, которая используется фактически во всех отраслях экономики и социальной сферы. От уровня развития этой области во многом зависит и состояние экономики в целом.
Отечественная электротехническая промышленность входит в список тех немногих сфер машиностроения, которые меньше других прочувствовали на себе действие экономических санкций и нестабильность валютного курса. Отрасль чувствует себя достаточно стабильно благодаря высокому спросу на свою продукцию и сравнительно низким ценам.
По данным информационно-консалтингового агентства INFOLine, суммарный объем инвестиций в электроэнергетику России до 2035 может составить более 12 трлн руб. Из этой суммы около 1 трлн руб. планируется направить на модернизацию действующих и строительство новых энергообъектов и электросетевой инфраструктуры.
Основным драйвером спроса на электротехническую продукцию являются государственные программы, нацпроекты и инвестиционные программы сетевых компаний. Например, ПАО «ФСК ЕЭС» до 2024 года планирует выделить на реализацию своей инвестиционной программы 601 млрд руб., что непременно сформирует высокий спрос на электротехническую продукцию.
Актуальные технологии электротехнического рынка
Цифровая трансформация — это ключевое условие для повышения конкурентоспособности российской экономики на глобальном уровне. Сегодня объективно созрела необходимость масштабных трансформаций топливно-энергетического комплекса страны. Стратегическая задача по внедрению цифровых технологий энергетической сферы поставлена и Президентом РФ в рамках программы «Цифровая экономика».
По данным компании Accеnture, работающей в сфере управленческого консалтинга, аутсорсинга и IТ, в 2019 году только 9% российских энергокомпаний увеличили прибыль за счет внедрения инновационных цифровых решений. При этом 50% руководителей предприятий из числа тех, кто принял участие в опросе, признались, что пытаются эффективно сочетать быстроразвивающиеся технологии.
Отвечая на вопрос о причинах недостаточно высоких результатов, респонденты сказали следующее:
По оценкам аналитиков, предприятиям, задействованным в сфере электроэнергетики, не хватает комплексного подхода к внедрению инновационных технологий. Кроме того, они ощущают нехватку необходимых знаний и навыков, с помощью которых можно адаптировать цифровые решения к действующим бизнес-моделям. В итоге компании не могут получить 100%-ную отдачу от своих капиталовложений в «цифру».
Эксперты уверены в том, что энергетические предприятия слишком активно стремятся объединить в одну стратегию технологические и бизнес-цели. При этом многие упускают из вида необходимость развития экосистем. Только 5% респондентов подтвердили, что экосистема их предприятия способна повысить ценность от внедрения цифровых решений.
Специалисты Accеnture проанализировали результаты исследований и назвали ряд технологий, которые могут увеличить прибыль компаний энергетического сектора. Кроме того, была определена доля возможного роста:
По оценкам аналитиков, активному внедрению цифровых решений в электроэнергетический сектор препятствует отсутствие четкого понимания, каким образом и с помощью какой именно технологии можно решить ту или иную проблему. Кроме того, мешает нехватка практического опыта, которая порождает недоверие к инновационным технологиям.
Негативно на процессах цифровизации сказывается также нежелание руководства компаний брать на себя ответственность за результаты цифровых инноваций в долгосрочной перспективе. Помимо этого, мешает продолжительный процесс принятия решений и отсутствие IT-базы. Прежде всего, речь идет об оборудовании, IT-ландшафте и сетевых ресурсах.
Управляющий директор Accenture Technology в России и Казахстане Мария Григорьева утверждает, что из всех технологий, указанных в результатах исследования, отечественные энергетики чаще всего используют роботизированные решения.
Тренд № 1. Роботизация
Несмотря на то, что в последние годы со стороны отечественных энергокомпаний наблюдается устойчивый рост интереса к роботизированным решениям, по состоянию на 2019 год Россия занимала лишь 27-е место в мире по количеству роботов, используемых в разных отраслях экономики. Лидерами по внедрению таких инноваций традиционно остаются Китай, Япония, Соединённые Штаты, Южная Корея и Германия.
Сегодня российские энергетики чаще всего в своей работе используют мехатронные сервисные устройства, беспилотные летательные аппараты и подъемно-транспортных роботов. Также роботы используются для мониторинга состояния линий электропередачи и высоковольтных кабелей.
Кроме того, известны технологические решения, которые применяются для инспекции лопастей ветрогенераторов и очистки фотоэлектрических модулей от загрязнений в виде пыли, песка и снега. В РФ такие устройства пока не получили широкого распространения из-за низкого уровня проникновения ВИЭ-технологий в ЕЭС России.
Технологии в сфере робототехники постоянно совершенствуются. Это позволяет производителям снижать цену своей продукции и стоимость эксплуатации. Поэтому роботизированные решения всё чаще находят свое применение в России. При этом они используются даже в регионах с суровым климатом.
В ближайшее время эксперты рынка ожидают раскрытия потенциала дронов и мобильных платформ для диагностики и обследования энергогенерирующего оборудования и электросетевой инфраструктуры. По оценкам аналитиков международной консалтинговой компании BCG, робот способен наращивать свою производительность вдвое каждые четыре года, а человек – каждые 10 лет.
В отечественной энергетике уже используются роботизированные решения, помогающие контролировать состояние поверхности энергетических котлов. Роботы способны перемещаться по поверхности паровой установки, снимать видеоряд и передавать собранные данные в систему аналитики, которая на основе проведенного анализа выявляет дефекты энергооборудования.
Это позволяет не просто сократить сроки проведения диагностики, но и сделать это более качественно и оперативно, поскольку робот может работать в режиме 24/7.
В качестве еще одного примера использования роботов можно привести небольшое устройство с дистанционным управлением, которое может плавать в трансформаторном масле и инспектировать активную часть больших масляных трансформаторов изнутри в случае их выхода из строя и когда необходимо в сжатые сроки установить причину отказа оборудования.
В ходе исследования робот снимает видео, передает отснятые видеофайлы по беспроводным каналам связи на пульт управления, где дежурный оператор может обсудить возникшую проблему с узкопрофильными специалистами. Это позволяет экономить время и упростить процедуру осмотра трансформаторной установки.
Одним из наиболее перспективных направлений внедрения роботизированных технологий эксперты называют Latro. Это робот, «вооруженный» камерами, лазерными сканерами, режущим оборудованием и другими инструментами, который предназначен для использования на наиболее опасных объектах. Например, на атомных электростанциях.
Глава направления мониторинга и диагностики трансформаторов Группы «СВЭЛ» Олег Кузьмин считает, что в условиях России наиболее актуальными остаются автоматические устройства для мониторинга состояния линий электропередачи. Многие отечественные ЛЭП уже перешагнули 80-летний рубеж. Кроме того, тысячи километров электросетей проложены в труднодоступных районах и их осмотр традиционными методами сопряжен с определенными рисками.
Для исследования ЛЭП могут быть использованы несколько видов роботизированных решений:
В электроэнергетике для мониторинга спросом пользуются «подвесные» беспилотники, питающиеся энергией от ЛЭП. Однако говорить о повсеместном распространении этой технологии еще рано. Использование роботов для диагностики электросетей носит скорее точечный характер.
В атомной энергетике особое развитие получили дроны, замеряющие уровень радиации в зонах повышенной опасности. Один из таких аппаратов использовался после аварии на АЭС «Фукусима-1».
Низкий уровень роботизации отечественной энергетики аналитики объясняют недостатком государственной поддержки роботизированных технологий и небольшим количеством российских разработок в этой области. Кроме того, проникновению робототехники в ТЭК России препятствует отсутствие информированности об эффективности технологии и возможной экономической выгоде от ее применения.
На сегодняшний день сложно говорить о значительных экономических эффектах, поскольку роботизация российской энергетики находится в зачаточном состоянии и пока внедрение роботизированных технологий в производственные процессы сопряжено с колоссальными затратами.
Тренд № 2. Энергоэффективность
Для сохранения конкурентных преимуществ производители электротехнической продукции вынуждены поддерживать тенденции, складывающиеся на мировом рынке электротехники. И здесь одним из главных трендов остается разработка и производство продукции, основанной на принципах энергосбережения. Ведь растущая неэффективность энергетики становится сдерживающим фактором, препятствующим развитию экономики в целом.
Например, такое направление как энергосбережение предполагает поиск и использование новых материалов и технологических решений, позволяющих снизить потери электроэнергии. На поддержку проектов по производству энергоэффективного электрооборудования направлена утвержденная распоряжением Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2010 года № 1715-р «Энергетическая стратегия России на период до 2030 года».
Стратегия формирует новые ориентиры развития электроэнергетики в рамках перехода отечественной экономики на инновационный путь развития. Ее положения используются при разработке и корректировке программ социально-экономического развития, энергетических стратегий и программ субъектов Российской Федерации, комплексных программ по энергетическому освоению регионов Восточной Сибири и Дальнего Востока, Северо-Западного региона России и континентального шельфа РФ, при разработке и корректировке генеральных схем развития отдельных отраслей ТЭК, при подготовке параметров инвестиционных программ и крупных проектов компаний энергетического сектора.
Государство оказывает поддержку производителям, выпускающим энергоэффективную продукцию. Конечно же, о прямом финансировании отрасли речь не идет. Подразумевается подготовка соответствующей законодательной базы, принятие государственных программ и подпрограмм, а также административное воздействие в виде снижения налогов и предоставления госзаказов.
Тренд № 3. Цифровизация
Задача по цифровой трансформации электроэнергетики является неотъемлемой частью общей цели, изложенной в проекте Энергетической стратегии РФ до 2035 года, — развития ТЭК России как энергетического базиса экономики страны, обеспечения удержания и укрепления позиций РФ на мировом рынке.
Цифровизация электроэнергетики — это даже больше, чем тренд. Это естественное развитие энергосистем, вынуждающее их к переходу на «цифру», который подразумевает смену внутренней архитектуры и управления. Цифровые технологии призваны повысить эффективность работы ТЭК за счет возможности контролировать максимальное количество разнообразных факторов и использовать результаты мониторинга для повышения качества энергоснабжения.
Было бы неправильно говорить о цифровизации как о синониме такого понятия, как «автоматизация». Это нечто большее, чем способ избавить человека от участия в рабочих процессах благодаря использованию технических средств. Точно так же цифровизацию нельзя воспринимать как банальную возможность оперировать большим количеством данных. Даже более того. Для цифровизации недостаточно просто внедрить цифровые элементы в сеть. Энергетика не станет цифровой, даже если на «цифру» будет переведено 50% подстанций, а сеть станет «умной».
Цифровизация — это инновационные технологии экономического взаимодействия субъектов отрасли, совершенно новый формат управления работой электротехнических систем, который обеспечивает оптимизацию технологических процессов и управленческих функций.
Цифровая трансформация является одним из ключевых направлений, которое может обеспечить технологический рывок в энергетике, при этом существенно сократив издержки и оптимизировав бизнес-процессы. Компании, которые упускают это из вида и игнорируют «цифру», рискуют стать неэффективными и будут вынуждены уступить свои позиции на рынке более продвинутым конкурентам.
При переходе к цифровым технологиям возникает ряд проблем, которые притормаживают процесс и не позволяют с легкостью внедрять «цифру» в отечественные компании. Эксперты провели ряд исследований и пришли к выводу, что проблем несколько:
В процессе исследования было выявлено, что только около 15% руководителей знают, что такое блокчейн, облачные вычисления или цифровая безопасность. А без понимания азов качественная цифровая трансформация невозможна. К тому же на рынке труда представлено слишком малое количество специализированных кадров, которые отлично ориентируются в вопросах цифровых технологий в сфере электроэнергетики. Как правило, IT-специалисты не обладают тем уровнем знаний, который необходим для проведения трансформации.
Эта проблема настолько серьезная и масштабная, что нуждается в поиске решений уже сегодня. Одним из вариантов выхода из сложившейся ситуации может стать сотрудничество сетевых и генерирующих компаний с профильными вузами. Это позволит более точно определить вызовы, которые формируют работодатели перед рынком труда в условиях цифровой трансформации.
Прямая коммуникация и открытый диалог с работодателями дают возможность системе профессионального образования оперативно реагировать на меняющиеся запросы к уровню квалификации молодых специалистов. В учебном заведении будет разработана программа, по которой смогут готовить персонал для работы в сфере энергетики. Еще во время учебы студенты смогут получить ценные знания, которые пригодятся им для работы с цифровыми инновациями.
Это подтверждается проектами, реализованными Национальным исследовательским университетом МЭИ в рамках партнерства с ПАО «Россети». Например, программа практикоориентированного бакалавриата по специальности «Электроэнергетические системы и сети» и программа подготовки магистров «Интеллектуальные системы защиты, автоматики и управления энергосистемами».
В начале декабря 2019 года в Москве проходил Международный форум «Электрические сети». МФЭС — это крупное отраслевое событие в электроэнергетике. В рамках этого мероприятия обсуждаются и предлагаются решения приоритетных задач цифровой трансформации электросетевого комплекса.
Во время форума глава департамента кадровой политики ПАО «Россети» Дмитрий Чевкин рассказал о возможности создания единого цифрового образовательного центра по подготовке и переподготовке персонала. На базе этого центра сотрудники оператора электрических сетей смогут в удаленном режиме с помощью интерактивных форм обучения освоить навыки, направленные на развитие цифровых soft skills.
Пока это единичные проекты. Более обширная интеграция энергетических компаний и образования потребует времени.
Чтобы справиться с этой проблемой, необходимо отталкиваться от плана трансформации, который учитывает планы всех сторон. Также следует реформировать организационную структуру внутри компании, создавать специальные отделы из IT-специалистов, которые будут заниматься цифровизацией. У всей компании должно быть стремление трансформироваться и развиваться, чтобы двигаться вперед. Проекты цифровизации должны быть внесены в общий план деятельности компании на всех уровнях, от оперативного до стратегического планирования, и состыкованы в доверенной цифровой среде.
Кроме того, опыт показывает, что на практике нередко внедряются инновационные, но не интегрируемые друг с другом технологии. Чаще всего это происходит из-за того, что компании боятся делиться технологическими данными. В то время как неотъемлемым условием дальнейшего развития является наличие единого информационного пространства, построенного на общих стандартах, определяющих целевое видение цифрового развития энергетики в краткосрочной и среднесрочной перспективе. При этом важно, чтобы интересы участников были защищены государством.
Российские компании также постоянно ищут ответ на вопрос: «Как обезопасить себя от утечки конфиденциальной информации и предотвратить потерю данных, которые могут стать причиной технических неполадок и сбоев в работе системы?».
К примеру, в мире уже зафиксировано немало случаев, когда современные электростанции, оборудованные сложнейшими электронными системами, становились объектами повышенного внимания киберпреступников. Последствия взлома компьютерных систем энергообъектов могут быть самыми разными — от прекращения подачи электроэнергии до банального энерговоровства.
Правда, добыча хакеров такого уровня редко бывает банальной, ведь речь идет о проникновении посторонних людей на режимную территорию. Поэтому проблему кибератак на энергообъекты следует воспринимать серьезно. Ведь никто не знает наверняка, всё ли уже удалось выяснить или это только вершина айсберга.
Озабоченность кибератаками на энергообъекты возросла в последние несколько лет. Причиной этому послужило появление вредоносных программ. Разработчики «зашили» в них множество возможностей, которые могут быть использованы для воздействия на масштабные производственные процессы.
Например, в 2017 году по миру прокатились две волны так называемых вирусов-шифровальщиков — WannaCry и NotPetya. Они проникали в компьютеры на базе Windows, шифровали содержимое жестких дисков и требовали выкуп за расшифровку. Первая атака затронула сотни тысяч компьютеров более чем в 150 странах, вторая – свыше 10 тыс. компьютеров в 65 странах. От этих атак также пострадали отечественные «Мегафон» и «Роснефть».
Как этому противостоять? Прежде всего, сохранять бдительность и непрерывно работать над совершенствованием систем безопасности, чтобы защититься от возможного взлома.
Кроме того, следует проводить разъяснительную работу среди персонала: предупреждать сотрудников о том, чтобы они не открывали вложения, полученные от неизвестных отправителей, и не переходили по посторонним ссылкам в электронной почте. Это предупредительная мера. Однако, как показывает практика, некоторые громкие вирусные атаки были направлены на ПК административного персонала и достигли своей цели именно из-за низкой информированности работников.
При помощи собранной информации можно детально отслеживать технологические процессы и контролировать состояние оборудования, предотвращать возможные сбои и таким образом оптимизировать производство.
Имея достаточный объем информации, можно разрабатывать стратегии и вносить коррективы в уже принятые планы развития, реализация которых сделает компанию более конкурентоспособной и клиентоориентированной.
Все приведенные проблемы решаемы. Главное — понять, насколько важна цифровая трансформация и начать относиться к этому процессу как к самостоятельному фактору производства, позволяющему влиять на его эффективность, производительность труда, надежность и безопасность энергоснабжения.
Тренд № 4. Цифровые двойники
Если говорить о цифровых двойниках, то это направление пока не может продемонстрировать достаточное количество масштабированных решений. Внедрение технологии требует сбора аналитических данных. Однако некоторые российские энергокомпании уже создали первые прототипы и пробуют применять их на практике.
Цифровая модель имеет ряд весомых преимуществ. Применение специальной компьютерной программы, способной с высокой точностью рассчитывать варианты поведения реального объекта под действием различных внешних факторов (как наблюдаемых, так и теоретически возможных), позволяет проводить виртуальные эксперименты. Это приобретает особую важность в ситуациях, когда реальный эксперимент может привести к ощутимым финансовым затратам или сопряжен с определенными рисками.
Обилие разнообразных данных о поведении реального объекта или его цифрового двойника быстро и качественно не способен обработать даже самый высококвалифицированный узкопрофильный эксперт. Поэтому ему на помощь приходят различные инструменты искусственного интеллекта. Функционал этих устройств позволяет автоматизировать процесс интерпретации таких данных для определения значимых фактов, чтобы в дальнейшем на их основе дать объективную оценку ситуации и предложить несколько вариантов последующих действий.
Однако на сегодняшний день даже самые прогрессивные когнитивные технологии не могут заменить специалиста полностью. Они только помогают избежать ошибок, которые могут быть допущены в условиях цейтнота, когда время на принятие окончательного решения крайне ограничено. Кроме того, они освобождают человека от рутинных действий, позволяя ему сконцентрироваться на выполнении действительно нетривиальных задач.
Когнитивные технологии в их современном понимании — это сравнительно молодое направление. Оно неразрывно связано с возможностями сбора, хранения и обработки массивов информации. Поэтому наиболее активно они применяются в отраслях, где данные Big Data уже прижились и нашли свое применение. Например, в сфере ритейла, финансов и цифровых медиа.
Внедрять такие технологии в производственные процессы предприятий топливно-энергетического комплекса намного сложнее. Поэтому технологии Big Data пока не используются энергетиками в полной мере.
В энергетике исходные данные порождаются не «цифрой», а материальными объектами. Поэтому в качестве ключевого фактора роста выступает наличие собственной инфраструктуры сбора и хранения информации, а также создание коллекций профессиональных данных для обучения когнитивных моделей.
В отличие от традиционных технологий искусственного интеллекта (чат-ботов, распознавания голоса, машинного обучения и др.), специфика профессиональных данных неразрывно связана с технологическими и бизнес-процессами конкретной компании. Поэтому тиражирование таких данных и решений, созданных на их основе, весьма ограниченно. Каждое предприятие вынуждено создавать собственные коллекции и ориентироваться на индивидуальные разработки.
Здесь, как и в случае с робототехникой, важным фактором, который оказывает влияние на уровень проникновения когнитивных технологий в практику, является сложность оценки экономического эффекта от таких инноваций в свете генеральной бизнес-политики энергокомпании.
Тренд № 5. Виртуальная и дополненная реальность
Одним из активно развивающихся направлений в энергетике России является внедрение технологий виртуальной (VR) и дополненной (АR) реальности. По оценкам аналитиков, на конец 2018 года емкость этого сектора составляла 1,6 млрд руб. Даже по самым пессимистичным прогнозам, к 2022 году инвестиции в проекты на основе промышленных VR/AR-решений могут увеличиться в пять раз.
Сегодня практически во всех крупных энергокомпаниях реализуются программы цифровой трансформации и внедряются инструменты четвертой промышленной революции – Индустрии 4.0. В свою очередь, использование киберфизических систем требует поиска решений, способных повысить уровень промышленной безопасности.
Для получения максимального бизнес-эффекта от использования VR/AR, энергетическим компаниям следует начинать внедрение таких технологий с аналитических исследований и оценки готовности инфраструктуры к инновациям на основе виртуальной и дополненной реальности. Только после этого можно приступать к созданию дорожных карт.
Уже сегодня ряд промышленных предприятий РФ тестируют платформы дополненной реальности и используют технологии VR/AR для обучения персонала с помощью виртуальных тренажеров. Именно это направление применения решений VR является наиболее востребованным.
Процесс обучения в виртуальной реальности представляет собой погружение человека в условия, максимально приближенные к реальным. Это позволяет:
У технологии виртуальной и дополненной реальности есть и другие преимущества. На первый взгляд они неочевидны, но тем не менее интересны и могут оказаться перспективными для применения. К примеру, в интеграции с 3D-моделью энергокомпании могут демонстрировать свои объекты студентам, практикантам и новым сотрудникам. Демонстрировать сложные технологические процессы, не опасаясь травмирования или нежелательных отступлений посетителей от предложенного маршрута.
Также с помощью виртуальной реальности можно оказывать удаленную техническую поддержку специалистам в «поле» при проведении ремонта и в процессе обслуживания сложного оборудования. Для этого внедряются приложения дистанционного присутствия (ассистинговая реальность – АR).
Для работы с АR в компаниях используют цифровые девайсы: смартфон, планшет или «умные» очки с видеокамерой и соответствующим программным обеспечением. Если объектив камеры направить на объект или часть энергогенерирующего оборудования, ПО идентифицирует его по предварительно определенному маркеру или в результате анализа формы.
На этапе распознавания программа подключается к трехмерному цифровому двойнику энергообъекта, который находится на сервере компании или в облачном хранилище данных. После этого устройство АR загружает нужную информацию и накладывает ее на изображение объекта.
В результате этих манипуляций сотрудник энергокомпании, работающий в «поле», может либо на экране мобильного устройства, либо в своих очках увидеть физическую реальность, дополненную цифровыми элементами. Возможности технологии позволяют оператору, который управляет электрооборудованием, и работнику из ремонтной бригады при взгляде на один и тот же объект видеть разную дополненную реальность. Изображение зависит от выполняемых функций.
Например, ремонтник электрооборудования увидит данные о температуре поверхности парового котла, а оператор АR-устройства может помочь управлять установкой с помощью сенсорного экрана, голосовой связи или жестов. При передвижении сотрудника размер и ориентация дисплея настраиваются автоматически. При этом ненужная информация исчезает, а актуальная появляется.
Направление «Цифровая энергетика» призвано задать вектор цифровизации традиционной электротехнической промышленности. Реализация ведомственного проекта предполагает создание единого информационного пространства для всех отраслей российского ТЭК.
В основу этого пространства будут заложены современные технологии сбора и обработки информации. С их помощью можно повысить эффективность операционной деятельности, снизить препятствия в разработке новых бизнес-моделей и создать новые сервисы для удовлетворения растущих запросов потребителей.