Основы рационального потребления электроэнергии

 А. В. Клевцов 

Основы рационального  
потребления электроэнергии 

Учебное пособие 

2-е издание

Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2020 

УДК 621.3 
ББК 31 
  К 48 

Клевцов А. В.
К48      Основы рационального потребления электроэнергии : 
учебное пособие / А. В. Клевцов. 2-е изд., испр. и доп. – 
Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. – 232 с. : ил., 
табл. 
ISBN 978-5-9729-0406-8 

В книге рассмотрена общая проблематика организации рационального 
потребления электроэнергии в промышленной сфере и жилищно-коммунальном 
хозяйстве, изложены теоретические подходы к созданию специальных алгоритмов оптимизации потребления электроэнергии в промышленном оборудовании, 
дан краткий анализ возможности использования типовых моделей оптимизации 
в задачах реализации снижения потребления электроэнергии. Приведены существующие модели искусственного интеллекта, включая нечеткую логику, дана 
оценка возможности их применения при организации рационального потребления электроэнергии в технологическом оборудовании Рассмотрены возможности 
и принципы организации рационального потребления электроэнергии на основе 
технологий промышленного интернета вещей (IIoT), интеллектуализации зданий 
и сооружений. Приведены основные направления и варианты практической реализации встроенных систем оптимизации потребления электроэнергии в промышленном оборудовании, включающие использование специальных режимов 
работы силового электрооборудования промышленных установок, снижение 
потерь методом прогнозирующей диагностики технического состояния силовых 
агрегатов, оптимизацию установленной мощности электрооборудования, применение частотно-регулируемого электропривода. Приведена подробная методика 
выбора преобразователей частоты и асинхронных электродвигателей. Рассмотрены примеры реализации устройств и систем рационального потребления электроэнергии. 
Книга предназначена для инженерно-технических работников электроэнергетических служб предприятий, инженеров-проектировщиков, аспирантов, 
студентов технических университетов и колледжей, обучающихся электротехническим специальностям.   
УДК 621.3 
ББК 31 

ISBN 978-5-9729-0406-8  © А. В. Клевцов, 2020 
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 
© Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 

От автора 

Все упомянутые в настоящем пособии торговые марки являются собственностью их владельцев и использованы без цели причинения ущерба их интересам. Перепечатка, печатание, использование текста или иллюстраций данного издания без письменного разрешения автора и издательства запрещены.

Глава 1 
 
Общая проблематика организации 
рационального потребления  
электроэнергии в промышленном 
оборудовании 
 
 
Как известно, в условиях нынешнего роста цен на энергоносители, перед потребителями электроэнергии стоит задача 
снижения энергоёмкости выпускаемой продукции и услуг. К 
2017 году при ожидаемом увеличении объема валового продукта (ВВП) на 87%, планируется обеспечить рост внутреннего 
потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) всего на 
10%. Такой разрыв в темпах роста ВВП и потреблении ТЭР 
предлагается покрыть снижением энергоёмкости ВВП к 2017 
на 70%. Из-за роста издержек на энергоснабжение и активного 
давления государства на потребителей ТЭР предприятия вынуждены принимать срочные меры по повышению энергоэффективности производств. Изначальным и фундаментальным 
шагом в решении этой задачи следует считать Федеральный 
закон об энергосбережении от 10 апреля 1996 года, в котором 
обозначены основы государственного управления энергосбережением, включающие в себя: 
- основные принципы управления энергосберегающими мероприятиями; 
- осуществление государственного надзора за эффективным использованием энергетических ресурсов; 
- проведение энергетических обследований предприятий и организаций; 
- тщательный учет потребляемых энергетических ресурсов; 

- проведение статистических наблюдений за потреблением энергетических ресурсов и их эффективным 
использованием. 
Устоявшийся и широко применяемый в настоящее время 
термин «энергосбережение» трактуется ГОСТР 5138 7-99 как 
«реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических мер, направленных на эффективное использование топливно-энергетических ресурсов и вовлечение в 
хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии». В 
этой связи существуют и в определенной мере реализуются три 
основных направления работы в области энергосбережения: 
 
- экономия и оптимизации расхода первичного топлива, 
используемого в отраслях топливно-энергетического 
комплекса, в том числе и для выработки электрической 
энергии; 
- совершенствование средств и методов учета потребления энергетических ресурсов, включая эффективный контроль потребления электрической энергии; 
- снижение потерь всех видов энергии на этапах выработки, передачи, преобразования и использования, как 
в производственной, так и в коммунально-бытовой 
сфере. 
 
Несмотря на масштабность и актуальность проблем в 
области энергосбережения в целом, необходимость проведения работы в таком конкретном и очевидном направлении, как 
оптимизация потребления электрической энергии (ОПЭ) в 
технологическом оборудовании, не вызывает сомнений. 
Определяющими предпосылками для скорейшего решения 
проблемы ОПЭ являются: 
- введение жестких правил во взаимоотношениях между 
энергоснабжающими структурами РАО ЕЭС России и 
непосредственными потребителями – промышленными предприятиями; 

- высокий процент износа технологического оборудования промышленных предприятий (до 80%) практически всех отраслей, за исключением  газовой и нефтяной, прямо влияющий на уровень электропотребления; 
- наличие развитой и апробированной теоретической базы как основы для создания моделей и алгоритмов 
управления уровнем электропотребления; 
- появление сравнительно недорогих интеллектуальных 
средств управления: программируемых реле и контроллеров, промышленных компьютерных систем, автономных программируемых приводных устройств и 
т.д.; 
- достигнутый высокий уровень в области приводной 
техники, особенно в секторе регулируемого электропривода; 
- отдаленные перспективы для большинства промышленных предприятий в плане коренной реконструкции 
собственного производства, в ходе которой можно было бы эффективно решать вопросы реального снижения электропотребления. 
 
Конечная цель и смысл ОПЭ в тезисном выражении: 
тратить электроэнергии нужно ровно столько, сколько 
необходимо для полноценного технологического процесса 
при достижении минимума потерь. Заметим, что оптимизация технологического процесса с целью достижения минимума 
потребления электрической энергии предмет другой обширной 
и не менее значимой темы. 
Общее содержание работ по оптимизации потребления 
электроэнергии представляется в следующем: 
- разработка теоретических основ для создания специальных режимов работы электрооборудования технологических установок; 

- создание моделей и алгоритмов оптимизации уровня 
потребления электроэнергии для определенных групп 
технологического оборудования; 
- разработка и апробирование инженерных решений и 
технических средств, позволяющих снизить реальное 
потребление электроэнергии в технологическом оборудовании; 
- модернизация технологического оборудования  в части 
электротехнических устройств и аппаратов с целью 
повышения полезного использования электроэнергии 
и сокращения потерь; 
- при согласовании с условиями технологического 
процесса, изменение установленной мощности силового электрооборудования с целью снижения уровня 
электропотребления, а, следовательно, и повышение 
технико-экономических показателей производства в 
целом. 
 
В настоящее время практически не существует системы 
общетеоретических методов, нашедших практическое выражение в создании и внедрении конкретных инженерных решений в области оптимизации потребления электрической 
энергии в промышленном технологическом оборудовании. 
Причинами этого являются: 
- пока сравнительно низкий экономически не обоснованный уровень тарифов на электроэнергию, действующий на территории России, а, следовательно, 
отсутствие остроты проблемы, связанной со стоимостью потребленной электроэнергии в себестоимости 
произведенной продукции; 
- отсутствие средств у значительной части предприятий, не относящихся к военно-промышленному и газонефтяному комплексам, необходимых для проведения даже частичной реконструкции и обновления 
оборудования; 

- практическое отсутствие системы апробированных
методов проведения обследования технологического
оборудования, результаты которого могли бы стать
основой для создания и внедрения конкретных инженерных решений, позволяющих снизить уровень
потребления электроэнергии;
- слабая заинтересованность соответствующих государственных и коммерческих структур в вопросах целевого финансирования научно-исследовательских и
проектно-конструкторских работ (НИОКР), направленных на решение данной проблемы;
- незавершенность процессов приватизации и структурной перестройки практически во всех сферах
промышленного производства.

Вполне очевидно, что отправной точкой для проведения работ по ОПЭ является эффективный и достоверный 
энерготехнологический аудит, основными составляющими 
которого являются:  
- обследование и анализ состояния электротехнического оборудования технологических установок;
- определение режимов реального электропотребления
технологических установок;
- поиск и подготовка исходных данных для формирования технического задания на разработку мероприятий по оптимизации и снижению электропотребления по каждой технологической установке;
- оценка состояния технологического оборудования на
предмет необходимости, объема и способа реконструкции или ремонта;
- оформление отчета о проведении энерготехнологического аудита.

Независимо от условий проведения энерготехнологического аудита, для полноценного обследования состо

яния электротехнического оборудования, определения 
уровня электропотребления технологических установок 
необходима эксплуатационная документация заводаизготовителя, в частности, паспорт, техническое описание 
и инструкция по эксплуатации. В случае наличия неполного комплекта документации либо ее полного отсутствия, попутно производится уточнение и восстановление 
отсутствующей информации, необходимой не только 
специалистам по аудиту, но и техническому персоналу. 
Безусловно, при проведении обследования возникает масса проблем организационного и технического характера, 
связанных в конечном итоге с общим состоянием конкретного производства и отношением определенных 
должностных лиц или собственников к данной проблеме.  
Следует отметить проявление истинной заинтересованности и открытой лояльности к проведению обследования 
технологического оборудования на предприятиях, имеющих организационно-правовой статус в виде закрытого 
акционерного общества.  
К основным вопросам, затрудняющим в общем 
плане проведение энерготехнологического аудита, стоит 
отнести: 
- сложности с запуском технологической установки в 
штатном режиме с целью оценки уровня электропотребления; 
- отсутствие заводской эксплуатационно-техни-ческой 
документации; 
- очень часто, низкий уровень квалификации обслуживающего технического персонала; 
- значительный физический износ оборудования технологических установок; 
- отсутствие «истории» эксплуатационного ремонта, 
связанного с заменой элементов, узлов и агрегатов, 
отличающихся от комплектации завода-изготовителя; 

- не совсем четкое и полное представление руководителей технологических и эксплуатационных служб о 
целях и содержании работ по энерготехнологическому аудиту; 
- противоречивость в действиях большинства руководителей государственных предприятий и открытых 
акционерных обществ, в стремлении снизить энергоемкость своего производства с откровенным нежеланием допускать специалистов аудиторских фирм к 
обследованию, по сути состояния технологического 
оснащения производства, тем самым «не выносить 
сор из избы». 
 
Возможна другая организация работ по оптимизации и 
снижению уровня электропотребления, которая в принципе 
уже проводится на ряде предприятий с энергоемким производством как составляющая в деле модернизации конкретных технологических установок и, как бы естественным образом, вписывающаяся в рамки организационных и финансовых проблем. В этом случае, на волне масштабной либо частичной реконструкции, независимо от формы собственности предприятия, есть реальная возможность осуществить 
конкретные технические решения по снижению уровня электропотребления в технологическом оборудовании. 
Приведем примерный состав работ, ранее выполненных 
на ряде предприятий: 
1. При работе с энергоемкой технологической установкой, находящейся в эксплуатации: 
- тщательное обследование состояния силового электрооборудования и средств управления установкой; 
- в случае отсутствия эксплуатационной документации, восстановление ее, особенно в части электрического оборудования;