Качество сельского электроснабжения: комплексный подход (стр. 1 )

КАЧЕСТВО СЕЛЬСКОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ:

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД

КАЧЕСТВО СЕЛЬСКОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ:

КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД

Вологда

УДК 631.371.004.12:33

ББК 31.279.135

П26

Рецензенты: кандидат экономических наук

кандидат технических наук

	Перова М. Б.
П26	Качество сельского электроснабжения: комплексный подход. - Вологда: Вологодский государственный технический университет, 1999.- 72с.

ISBN -2

Работа посвящена вопросам качества электроснабжения сельскохозяйственных потребителей. В ней рассматриваются особенности и динамика сельского электропотребления, требования, предъявляемые современным сельским хозяйством к надежности электроснабжения и качеству электроэнергии. На материалах Вологодской области выделены факторы, влияющие на экономичность передачи электроэнергии, выполнен анализ показателей качества электроснабжения на селе, показаны направления повышения качества электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.

Работа может быть полезна специалистам, работающим в области электроснабжения сельскохозяйственных потребителей, научным работникам, студентам и всем, интересующимся проблемами сельского электропотребления.

ISBN -2	Ó , 1999
	ÓВологодский технический университет, 1999

Предисловие

Электромеханизация производственных процессов в сельском хозяйстве сделала электроэнергию основной энергетической базой в стационарных процессах сельскохозяйственного производства. Это обстоятельство, в свою очередь, повышает требования к качеству сельского электроснабжения: его надежности, качеству электроэнергии и экономичности передачи электроэнергии в сельскохозяйственных сетях.

К сетям сельскохозяйственного назначения принято относить те линии электропередач и подстанции, в которых более 50% общей нагрузки приходится на долю сельских потребителей. Ввиду значительной протяженности и преимущественно радиального построения сельских сетей, а также, как правило, малых нагрузок аграрных потребителей возникают значительные трудности в поддержании качества их электроснабжения на должном уровне. В сельских сетях гораздо хуже показатели надежности электроснабжения и качества электроэнергии, чем в городских сетях, велик технологический расход электроэнергии на ее передачу и распределение. Однако методика оценки качества электроснабжения сельскохозяйственных потребителей пока разработана недостаточно. В литературе по этим вопросам затрагиваются отдельные стороны проблем. Причем чаще всего они касаются лишь непосредственных сельских потребителей. Между тем внедрение мероприятий, скажем, повышающих надежность электроснабжения, в то же время влияет на качество электроэнергии и экономичность передачи электроэнергии, в целом же интересы потребителей и производителей электроэнергии в вопросах повышения качества электроснабжения тесно переплетены. Взаимное сотрудничество может дать гораздо лучший результат и способствовать повышению экономических показателей как потребителей, так и производителей электроэнергии. Именно поэтому в данной работе предпринята попытка подойти к проблеме качества сельского электроснабжения комплексно.

Считаю своим долгом выразить признательность доктору технических наук , кандидату технических наук и кандидату экономических наук , во многом содействовавших выполнению данной работы.

1. ОСОБЕННОСТИ И ДИНАМИКА СЕЛЬСКОГО ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ

1.1 Система электроснабжения как инфраструктурное подразделение сельскохозяйственного производства

Развитие сельского хозяйства неразрывно связано с повышением эффективности обслуживающих его отраслей, представляющих инфраструктуру агропромышленного комплекса. Подразделения инфраструктуры участвуют в совокупном процессе производства, выступают одним из условий повышения эффективности агропромышленного комплекса. Они создают материально-технические условия для эффективного использования производственного потенциала АПК, снижения потерь общественного продукта. Производственная инфраструктура охватывает как сферу, обслуживающую собственно процесс производства сельскохозяйственной продукции, так и сферу, обеспечивающую эффективное продвижение произведенной продукции до потребителя. При интенсификации сельскохозяйственного производства все более значимым становится вклад обслуживающих отраслей в формирование конечного сельскохозяйственного продукта, повышаются требования к качеству обслуживания подразделениями инфраструктуры.

Электроэнергетика является одним из важнейших факторов повышения эффективности сельскохозяйственного производства. Электрификация этой отрасли повышает электровооруженность труда, изменяет структуру основных производственных фондов, углубляет специализацию производства, снижает затраты ручного труда, изменяет его содержание, является, в конечном итоге, не только производственным, но социальным фактором.

Рост производственного энергетического потенциала села и электроемкости сельскохозяйственной продукции увеличивает зависимость объемов производства продукции от количества потребляемой электроэнергии и от качества электроснабжения.

Электроснабжение практически всех сельских потребителей в настоящее время осуществляется централизованно от энергосистем. Сельские сети обладают рядом особенностей, отличающих их от городских сетей. Большое количество удаленных друг от друга потребителей сравнительно малой мощности и радиальное построение сетей создают трудности в обеспечении надежности электроснабжения. Чаще, чем в городских сетях, применяются провода малых сечений и трансформаторы малой мощности, что вызывает повышенный расход мощности и падение напряжения в сетях. Значительная доля общих затрат приходится на распределительные сети среднего и низкого напряжений.

В настоящее время трудно себе представить производство сельскохозяйственной продукции без использования электроэнергии. Она применяется во всех отраслях сельскохозяйственного производства. Основными производственными потребителями на селе являются животноводческие
фермы и комплексы, птицефабрики, зерноочистительные пункты, льно - и сеносушилки, мельницы, гаражи, котельные, предприятия по обслуживанию сельского хозяйства и переработке сельскохозяйственной продукции.

Большое значение имеет электроэнергия в животноводстве. Рост электровооруженности, повышая уровень механизации процессов, способствует росту производительности труда, повышению квалификации работников. В свою очередь, механизация и автоматизация процессов производства особенно значимы на крупных животноводческих и птицеводческих комплексах по производству молока, говядины, свинины, яиц, мяса птицы на промышленной основе. По уровню электропотребления и сложности электрооборудования такие потребители соответствуют промышленным предприятиям. Например, годовое электропотребление комплекса по откорму крупного рогатого скота составляет 6 млн. кВт×ч/год, а птицефабрики - 8 млн. кВт×ч/год.

Перевод животноводства и птицеводства на промышленную основу, когда животные содержатся безвыгульно, вызывает необходимость создания микроклимата в животноводческих помещениях. Важнейшими составляющими микроклимата являются искусственное освещение и облучение животных и птицы для снижения солнечного сезонного голодания, поддержание необходимого газо-температурного режима в помещениях. На эти цели расходуется значительное количество электроэнергии электрокотельными, электрокалориферами, вентиляторами, увлажнителями, кондиционерами и пр. Расход электроэнергии вентиляционными установками на птицефабриках, фермах крупного рогатого скота и свинофермах достигает 50...60%, а осветительными и облучательными установками - 35...38% от общего потребления электроэнергии [3]. Невозможно представить без автоматизированного поддержания микроклимата инкубатории в птицеводстве.

Рациональное формирование температурного режима особенно необходимо в первые дни жизни животных, когда механизмы терморегуляции находятся еще в процессе становления. Для обеспечения локального обогрева нашли применение электронагреваемые коврики, панели и инфракрасный обогрев молодняка животных. Применение автоматизированного электрообогрева, по сравнению с нерегулируемым обогревом от котельной, увеличивает продуктивность животных и птицы почти в два раза.

Электромеханизация подготовки кормов позволяет резко снизить затраты труда и средств на единицу животноводческой продукции. Применение электропривода на корнерезках, корнеклубнемойках, картофелемялках и других кормоприготовительных машинах позволяет снизить затраты труда на 75-90%, а на отдельных агрегатах - в 20-25 раз [22].

Электроустановки играют важную роль на молочных фермах при доении, охлаждении и обработке молока. Процессы уборки и транспортировки навоза, а также подачи воды механизированы практически на всех животноводческих фермах.

В растениеводстве
электрическая энергия применяется для послеуборочной обработки продукции, в мелиорации, и особенно эффективна при выращивании овощей в условиях защищенного грунта. В хозяйствах с помощью электрических вентиляционных установок производится сортировка, сушка и хранение зерна, сушка льна, приготовление сенной муки. Установки для первичной обработки зерна есть во всех хозяйствах зернового направления. Мощные очистительно-сушильные комплексы позволили повысить производительность труда в 8-10 раз. Значительно снизилась себестоимость обработки товарного зерна, механизированы его погрузка и выгрузка.

Выращивание овощей в условиях защищенного грунта является самым энергоемким производством в сельском хозяйстве. При современных технологиях, теплоэнергетическом оборудовании и конструкциях теплиц расход электрической энергии на обогрев почвы и воздуха, регулирование температуры и влажности в среднем по стране составляет примерно 80 кВт×ч на 1 м2 в год [2].

В мелиорации сельскохозяйственных угодий все большее распространение для орошения земель получают электроустановки, производится перевод существующих дизельных насосных станций орошения на электрический привод.

Электрификация технологических процессов в сельскохозяйственном производстве дает значительный экономический эффект, но делает процесс производства сельскохозяйственной продукции более чувствительным к качеству электроснабжения.

1.2 Динамика сельского электропотребления

Электрификация сельского хозяйства способствовала росту суммарных энергетических мощностей сельскохозяйственных предприятий, особенно в начальные годы электрификации. Наращивание энергетических мощностей продолжалось до 1992 г. Это вызвало рост потребления электроэнергии: с 1950 по 1975 г. г. - в 406 раз и составило в 1975 г. 200 млн. кВт×ч; с 1975 по 1991 г. г. потребление выросло в 4 раза. В Вологодской области, как и в целом по стране, сельское хозяйство и его энергетика развивались экстенсивно. Общее электропотребление увеличивалось до 1993 года. Показатели электрификации области за последние 16 лет показаны в табл.1.

Активному внедрению электротехнологий в сельскохозяйственное производство способствовало введение льготных тарифов на электроэнергию для сельскохозяйственных потребителей. По мере насыщения производства технологическим электрооборудованием темпы роста энергетических мощностей и электропотребления снижаются. Среднегодовой темп прироста суммарной энергетической мощности в  г. г. составляет 2,8%, а в г. г. - 1,9%, электропотребление соответственно выросло на 7,6% и 6,7% (для сравнения, в  г. г. среднегодовой темп прироста составил 32,6%,  г. г.-17,7%). При этом среднегодовой прирост валовой продукции составил:  г. г. - 1,7%,  г. г. - 0,2%. Следовательно, на 1% прироста валовой продукции приходится соответственно 1,64 и 9,5% прироста производственных мощностей по пятилетиям, а электропотребления - 4,47 и 33,5%. Последние четыре года наблюдается абсолютное уменьшение суммарных энергетических мощностей на 1261 тыс. л. с., т. е. на 26,2% от максимального уровня 1992 г. Абсолютное снижение электропотребления на 268,6 млн. кВт×ч, т. е. 33% от уровня 1993 г., произошло в последние три года. Это можно объяснить частично экономией электроэнергии, а главное, сложностями в экономике сельского хозяйства и народного хозяйства в целом, вызвавшими спад производства сельскохозяйственной продукции.

Таблица 1

Показатели электрификации сельского хозяйства Вологодской области

Показатели	Среднегодовые значения по годам
1. Потреблено электроэнергии, млн. кВт×ч	489,9	699,3	800,0	638,9
2. Абсолютный прирост, млн. кВт×ч	+35,0	+43,5	+9,4	-89,5
3. Темп прироста, %	+ 7,6	+ 6,7	+1,2	-12,5

Динамика электропотребления неодинакова по административным районам. В Верховажском, Вожегодском, Череповецком и Шекснинском районах потребление электроэнергии на производственные нужды увеличилось более чем на 50% (среднегодовой темп прироста составил 15% и более). В то же время в Бабаевском, Белозерском и Нюксенском районах происходило абсолютное снижение производственного потребления со среднегодовым темпом 6% и более.

В связи с различной продолжительностью холодного периода в отдельных климатических зонах области нормативная электроемкость продукции должна отличаться по зонам. Поэтому при рассмотрении вопросов электропотребления целесообразно выделение агроклиматических зон.

Вся область разделена на 4 агроклиматические зоны по теплообеспеченности вегетационного периода и по условиям зимовки культур. Каждая из агроклиматических зон объединяет хозяйства нескольких административных районов. С точки зрения агроклиматических условий наиболее благоприятна для сельскохозяйственного производства юго-западная зона, характеризующаяся менее продолжительной зимой с умеренными морозами и наибольшим количеством осадков (290 мм в год). В северо-западной зоне при зиме с умеренными морозами выпадает меньшее количество осадков (260 мм в год). Восточным районам свойственны более продолжительные и суровые зимы. При одинаковом среднегодовом количестве осадков (250 мм в год) юго-восточной зоне характерна большая годовая сумма температур [1].

Статистический анализ урожайности сельскохозяйственных культур за 6 лет показал, что в хозяйствах юго-западной агроклиматической зоны урожайность зерновых, овощей и картофеля самая высокая. Далее по мере снижения урожайности следуют северо-западная и северо-восточная зоны, и самая низкая урожайность в юго-восточной зоне. Таким образом, хозяйства юго-восточной зоны не реализуют в полной мере имеющиеся климатические преимущества.

Динамика электропотребления различается по агроклиматическим зонам. Наибольшее суммарное производственное потребление наблюдается хозяйствами юго-западной климатической зоны и наименьшее - северо-восточной. Электропотребление на производственные нужды в хозяйствах в целом по юго-западной зоне резко увеличилось в 1993 г. В хозяйствах юго-восточной зоны электропотребление изменялось незначительно, практически оставаясь на прежнем уровне. Во всех климатических зонах, как и по области в целом, произошло снижение потребления электроэнергии в 1995 г.: в большей степени объем электропотребления уменьшился в северо-восточной зоне и незначительно - в юго-восточной зоне. Потребление электроэнергии в целом за 5 лет увеличилось в южных климатических зонах и снизилось в северных зонах, особенно в северо-восточной.

Основным сельским потребителем электроэнергии является отрасль животноводства, расходующая в среднем по годам 58% всего объема потребляемой на производственные нужды электроэнергии, и темпы роста электропотребления в животноводстве выше, чем в растениеводстве. Главной причиной значительного потребления электроэнергии в животноводстве является переход к индустриальным технологиям производства продукции. Уменьшение площади и объема на одну голову скота в 2-3 раза и увеличение размещения плотности птицы в 4 раза вызвали необходимость создания микроклимата на комплексах и птицефабриках. Усложнилась проблема удаления и утилизации отходов при увеличении размеров предприятий. Появились дополнительные энергетические затраты на котельные, насосные станции и другие вспомогательные службы. Электрификация тепловых процессов в значительной степени способствовала увеличению объемов электропотребления.

В растениеводстве автоматизация процессов регулирования загрузки комбайнов, управления зерноочистительными комплексами, поддержания температуры и влажности в складских помещениях требуют повышенных энергозатрат, расширяются возможности применения электроэнергии в орошаемом земледелии. В настоящее время в растениеводстве области расходуется в среднем по годам 21% электроэнергии.

С 1991 по 1995 годы в животноводстве области потребление электроэнергии выросло на 12,8%, а в растениеводстве - уменьшилось на 2,6%. Особенно велики темпы прироста потребления электроэнергии в животноводстве Верховажского, Вожегодского, Шекснинского, Тарногского и Устюженского районов, где его среднегодовое значение превышает 15%. С другой стороны, в Нюксенском, Белозерском и Бабаевском районах расход электроэнергии в животноводстве снизился, среднегодовое снижение составляет 7% и более.

В растениеводстве почти повсеместно расход электроэнергии остался на прежнем уровне или наблюдается снижение электропотребления. Исключение составляют Вожегодский, Верховажский, Кирилловский и Устюженский районы, где среднегодовой темп прироста имеет положительное значение.

Наиболее крупными потребителями в районном разрезе являются сельские производители Вологодского и Череповецкого районов, они в сумме потребляют 40% от всего областного сельского электропотребления; а в Грязовецком и Шекснинском районах - 15%. В этих районах расположены крупные животноводческие предприятия и птицефабрики. Например, годовое потребление электроэнергии на птицефабрике Шекснинская составляет 15 млн. кВт×ч (или 45% от электропотребления района); АОЗТ «Комплекс» и птицефабрика Череповецкая в сумме - 39 млн. кВт×ч (40% потребления района). Производственное потребление электроэнергии изменяется по структуре. Во многих районах в растениеводстве и животноводстве расход электроэнергии уменьшается, а общее потребление на производственные нужды растет: увеличивается расход электроэнергии на прочие производственные нужды.

Сельскохозяйственные предприятия существенно различаются по размерам и количеству потребляемой электроэнергии: от 8 тыс. кВт×ч (колхоз им. Пушкина) до 20800 тыс. кВт×ч (птицефабрика «Череповецкая»). В последние годы увеличилось расслоение хозяйств по электропотреблению, что объясняется начавшейся реорганизацией сельских хозяйств.

На основании данных областной статистики получено аналитическое выражение электропотребления от двух факторов. Количество потребляемой электроэнергии находится в прямой и тесной зависимости от объема производимой валовой продукции (Q, млн. руб.) и в обратной - от численности сельскохозяйственных работников (Т, тыс. чел.):

[1]

Несмотря на снижение темпов роста потребления электроэнергии, электровооруженность труда увеличивается со среднегодовым темпом прироста 7,6%, и за последние 15 лет она увеличилась в 2,7 раза (табл.2). В 1994 г. электровооруженность труда была максимальной и составила 11,5 тыс. кВт×ч на человека в год. Более высокие темпы роста электровооруженности труда по сравнению с электропотреблением объясняются снижением численности работников сельскохозяйственного производства почти в два раза: со 100,3 (1980 г.) до 55,0 тыс. человек (1996 г.).

Таблица 2

Оснащенность и производительность труда в сельском хозяйстве Вологодской области

Показатели	В среднем за год по пятилеткам
1. Электровооруженность труда - тыс. кВт×ч/чел. в год	5,12	8,43	10,49
- среднегодовые темпы прироста, %	9,5	8,9	2,2
2. Энерговооруженность труда - л. с./чел. в год	40,4	52,8	68,2
- среднегодовые темпы прироста, %	5,2	1,4	3,5
3. Производительность труда -тыс. руб./чел. в год (в сопоставимых ценах 1983 г.)	7, 3	9,6	8,8
- среднегодовые темпы прироста, %	5,1	5,7	- 6,1
4. Площадь пашни - га/чел.	8,5	9,8	9,3
- среднегодовые темпы прироста, %	2,2	1,9	-2,4

Динамика производительности труда (W, тыс. руб. на человека в год) до 1990 г. находилась в прямой линейной зависимости от электровооруженности труда (В, тыс. кВт×ч на человека в год):

Коэффициент регрессии показывает, что при увеличении электровооруженности на 1 тыс. кВт×ч на работника в год производительность труда возрастает на 784 руб. валовой продукции в сопоставимых ценах 1983 г. С 1991 г. при увеличении электровооруженности труда производительность труда падает, что в значительной степени связано с нестабильной экономической ситуацией по стране в целом и в сельском хозяйстве в частности. Кроме того, в этот период наблюдается увеличение электропотребления (особенно в районах без газификации) за счет перевода ряда котельных на электрокотлы в связи с отказом государственной закупки угля и его доставки по водному пути.

Зависимость производительности труда от энерговооруженности имеет такой же параболический вид. Максимальная отдача приходится на 1989 г. и дальнейшее увеличение энерговооруженности не дает прироста производительности труда.

Производительность труда (W, руб./чел.) находится в тесной связи с количеством потребленной электроэнергии (Э, млн. кВт×ч). До 1990 года при увеличении потребления электроэнергии сельскими производителями производительность труда росла линейно:

Это означает, что на 1 млн. кВт×ч электроэнергии сельское хозяйство имело отдачу в среднем 10,9 руб. валовой продукции на работника в сопоставимых ценах 1983 г. В годы перестройки производительность труда в целом падает и каждый 1 млн. кВт×ч дает отдачу в среднем 9,6 руб. на работника в год (в тех же сопоставимых ценах). Все это говорит о менее эффективном использовании электроэнергии в сельскохозяйственном производстве в последние 6 лет.

Сопоставление динамики электропотребления и валовой сельскохозяйственной продукции в сопоставимых ценах позволяет сделать вывод о росте электроемкости как животноводческой, так и растениеводческой продукции. С 1980 по 1995 г. г. в целом по области она выросла в 2,35 раза со среднегодовым темпом прироста 6,8% (табл.3). Увеличение электроемкости продукции наблюдалось до 1993 г., когда она имела наибольшее значение - 1,01 кВт×ч на один руб. валовой сельскохозяйственной продукции (в сопоставимых ценах 1983 г.), причем в  г. г. прирост электроемкости был максимальным (8,6% в год). Это объясняется снижением производства животноводческой продукции с существующих площадей.

В большинстве хозяйств и районов производство животноводческой продукции более электроемко, чем растениеводческой. Значительное количество электроэнергии расходуется на прочие производственные нужды, помимо растениеводства и животноводства, что увеличивает электроемкость валовой продукции. Например, электроемкость соответственно растениеводческой, животноводческой и валовой продукции района составляет: в Бабаевском - 0,6, 0,97 и 1,06; в Никольском - 0,68, 0,93 и 0,94; в Сокольском - 0,46, 0,70 и 0,74 кВт×ч/руб. продукции (в действующих ценах 1991 г.)

Таблица 3

Удельные показатели расхода электроэнергии в сельском хозяйстве

Вологодской области

Показатели	В среднем за год по пятилеткам
1. На 1 руб. валовой продукции (в сопоставимых ценах 1983 г.), кВт×ч	0,50	0,72	0,96
2. Среднегодовой темп прироста электроемкости продукции, %	6,0	6,4	5,0
3. На 1 работника, тыс. кВт ч	5,2	8,3	10,5
4. На 100 га пашни, тыс. кВт ×ч	59,8	85,4	112,9

В связи с большими различиями в климатических условиях и, как следствие, условиях произрастания сельскохозяйственных культур и содержания животных, различается и электроемкость сельскохозяйственной продукции. Вариация электроемкости различна по климатическим зонам и хозяйствам. Размах вариации электроемкости за 1991-95 годы по хозяйствам агроклиматических зон составлял: северо-восточная - 0,44...1,42; юго-западная - 0,45...1,73; северо-западная - 0,64...2,17 и юго-восточная - 0,70...1,91 кВт×ч/руб. валовой продукции в сопоставимых ценах. Ниже показана структура хозяйств по электроемкости продукции.