В статье рассматриваются особенности объектов автомобилестроения в Самарской и Нижегородской областях ПФО, цифровые силовые сети объектов автопрома Самары и Нижнего Новгорода, а также резервы энергосбережения в Приволжском федеральном округе в условиях цифровизации силовых сетей.
Первая половина текущего года для экономики страны стала тяжелой из-за COVID-2019, но некоторые субъекты федерации продемонстрировали стабильность и даже повышение индекса промышленного производства за первый квартал 2020 и среди них лидируют Нижегородская и Самарская области Приволжского федерального округа с показателем 104 и 100 % по отношению к аналогичному периоду 2019 года.
Безусловно, такой успех на фоне карантина в стране получен не за счет игнорирования правительством Самары или Нижнего Новгорода требований федеральных властей и Минздрава РФ, а благодаря специфике структуры промышленного производства, где большая часть ВВП формируется обрабатывающими производствами и в основном автомобильной промышленностью — предприятиями группы «ГАЗ» и индустриального парка Заволжского моторного завода в Нижегородской и резидентами Самарско-Тольяттинской агломерации в Самарской областях, доля которых в российском автопроме сегодня достигла отметки в 85 %.
Особенности объектов автомобилестроения в Самарской и Нижегородской областях ПФО
Почти все предприятия группы «ГАЗ», индустриального парка Заволжского моторного завода, Самарско-Тольяттинской агломерации по производству легковых, грузовых автомобилей, автобусов, спецтехники и автокомпонентов имеют современные производства с большой долей автоматизации производственно-технологических процессов, что в итоге определило стабильность работы автопрома в Самаре, Нижнем Новгороде и приволжском федеральном округе в целом даже в условиях жесткого карантина в стране, обусловленного пандемией COVID-2019.
Не последнее значение для стабилизации экономики ПФО имел факт переориентирования приоритетов правительствами Самары и Нижнего Новгорода во время карантина на интенсивное создание и развитие новых производств с современным оборудованием, технологиями и АСУ ТП.
В итоге области сохранили свой индекс промышленного производства и, что немаловажно, повысили свою готовность к грядущей цифровой трансформации силовых электрических сетей, которая была определена в качестве приоритетных целей новой «Энергетической стратегии России» на период до 2035 года.
Цифровые силовые сети 4.0 объектов автопрома Самары и Нижнего Новгорода
По факту большая доля предприятий автомобильной промышленности в Самарской и Нижегородской областях уже имеют практически цифровые силовые сети, современные типы АСУ ТП или их аналогов с развитым программно-аппаратным комплексом, высокотехнологичное оборудование с интеллектуальными контроллерами и прогрессивные роботизированные линии сборки.
Вместе с тем, цифровая трансформация требует не просто управление АСУ, но и очень быстрой реакции оборудования на управляющие сигналы с программно-аппаратных комплексов, т. е. любые локальные контроллеры должны быть построены на LTR, MOS-FET или IGBT транзисторах, или хотя бы тиристорах, причем для мощных нагрузок приоритетными остаются биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).
Тогда в сегменте технических средств компенсации реактивной мощности практически не пригодными для цифровых сетей нового поколения становятся релейные конденсаторные установки с электромеханической коммутацией ступеней-батарей, в которых контакторы для уменьшения частоты коммутаций превентивно настраиваются на задержку срабатывания при изменениях в сети, т. е. никак не отвечают требованиям по оперативности отклика на управляющие сигналы.
Справка
Исключением остаются неавтоматические установки, конденсаторные батареи, которые используются для срезания фоновой реактивной мощности — постоянно присутствующей в силовой сети. По сути, это необходимый «балласт» в управляемой АСУ силовой сети, который дает возможность значительно сэкономить при интеграции дорогих автоматических конденсаторных установок повышения коэффициента мощности и, тем более — УКРМТ с управлением тиристорными ключами;
Цифровая трансформация требует также и абсолютно «чистых» сетей для полной электромагнитной совместимости силовых и сигнальных линий, по которым в цифровой сети осуществляется коммутация датчиков и контроллеров с программно-аппаратным комплексом АСУ ТП.
Это требование априори и обязательно по IEEE 1459 в силовых сетях Industry 4.0, построенных или модернизированных в странах ЕС, где недопустимы любые искажения параметров токами гармоник и другими составляющими неактивной мощности выше норм стандартов качества электроэнергии (отечественный стандарт актуализируется под эти нормы). Т. е. теперь в силовой сети обязательными станут технические средства по локализации источников гармонических возмущений (АФГ — активные фильтры гармоник), хотя на текущий момент это наиболее дорогие устройства, цена которых обусловлена IGBT-транзисторами в управляющем и силовом блоках. Эта цена тем выше, чем больше мощность транзисторов и установки.
Резервы энергосбережения в Приволжском федеральном округе в условиях цифровизации силовых сетей
Усиление внимания к гармоническим искажениям в силовой сети на буме цифровой трансформации привело к активизации научно-исследовательских работ в этой области и сегодня уже является очевидным, что нивелирование гармоник создает существенный резерв энергосбережения на промышленном объекте. Потери активной энергии в основном происходят за счет преодоления скачкообразно повышенного сопротивления кабелей в сети, обусловленного спин-эффектом при протекании по ним токов высоких частот. То есть чем больше амплитуда и выше частота тока гармоник, тем больше потерь активной энергии.
Поэтому АФГ в силовых сетях являются самоокупаемыми, но из-за значительной цены сроки окупаемости пока остаются большими, а уменьшить их можно только за счет снижения мощности фильтров гармоник.
Пока лучшими «экономичными» вариантами остаются сборки АФГ+УКРМТ, АФГ+L-C-фильтр (пассивный), АФГ+УКРМТ+L-C-фильтр, где конденсаторная установка с тиристорными ключами работает на основной или фундаментальной частоте с реактивными токами, а L-C-фильтр «гасит» гармоники первых порядков, как правило, наиболее интенсивные в спектре гармонических искажений.
Это позволяет снизить мощность IGBT-транзисторов в управляющем и силовом блоках АФГ, мощность и цену активного фильтра гармоник и сборки в целом, а значит и уменьшить сроки окупаемости инвестиций в эффективное энергосбережение объекта.
