Патраков А.И., Келушев А.И., Хамидуллин Р.Р.
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ *
Аннотация:
статья посвящена энергосбережению в системах электропривода промышленных предприятий. Рассмотрены современные технологии, такие как частотно-регулируемые приводы и интеллектуальные системы управления, обеспечивающие снижение энергопотребления на 20–30%. Приведены практические рекомендации по внедрению энергоэффективных решений.
Ключевые слова:
энергосбережение, электропривод, промышленные предприятия, частотно-регулируемые приводы, энергоэффективность, управление энергопотреблением, интеллектуальные системы, энергетический аудит, оптимизация, экоустойчивость
Энергосбережение в системах электропривода на промышленных предприятиях — актуальная задача из-за роста потребления электроэнергии и увеличения её стоимости. Предприятия стремятся минимизировать затраты, внедряя энергоэффективные технологии, что снижает эксплуатационные расходы и негативное воздействие на окружающую среду. Основная проблема — высокая энергоемкость производственных процессов и устаревшие системы электроприводов, что требует разработки новых технологий для оптимизации энергопотребления.Цель исследования — анализ технологий энергосбережения в системах электроприводов и разработка рекомендаций по их оптимизации. Для этого необходимо изучить современные подходы, оценить их эффективность и выявить ключевые факторы снижения энергопотребления. Используются методы сравнительного анализа и моделирования для оценки различных технологий. Результаты исследования применимы на предприятиях разных отраслей, где энергосбережение важно для конкурентоспособности и устойчивого развития.Обзор существующих решений и их применение. Современные технологии энергосбережения в системах электропривода на промышленных предприятиях охватывают широкий спектр решений, направленных на снижение энергопотребления и повышение эффективности работы оборудования. К числу таких решений относятся частотно-регулируемые приводы, адаптирующие скорость работы электродвигателей в зависимости от текущих потребностей, что минимизирует потери энергии. Также активно применяются энергоэффективные электродвигатели с улучшенными характеристиками и меньшими потерями на нагрев.Системы автоматизированного управления играют важную роль в оптимизации процессов энергопотребления, обеспечивая мониторинг и анализ данных в реальном времени. Эти технологии не только снижают затраты на электроэнергию, но и уменьшают воздействие на окружающую среду. Дресвянникова и Шуматова отмечают, что «энергосбережение в теплоэнергетическом хозяйстве города средствами регулируемого электропривода является эффективным энергосберегающим мероприятием при переменном расходе воды в гидросистеме» (2016, с. 174). Внедрение таких технологий становится ключевым шагом к достижению устойчивого развития промышленных предприятий.Применение технологий энергосбережения на промышленных предприятиях демонстрирует их эффективность на практике. Например, проект компании ABB на цементном заводе показал, что внедрение энергоэффективных электроприводов может сократить потребление энергии на 25%. Это достигается за счет использования частотно-регулируемых приводов и энергоэффективных двигателей, которые оптимизируют работу оборудования. Кроме того, на предприятиях различных отраслей внедряются системы автоматизированного управления энергопотреблением, что позволяет снизить энергозатраты на 20–30%, как отмечает Международное энергетическое агентство. Эти примеры подтверждают, что использование современных технологий энергосбережения является важным шагом на пути к устойчивому развитию промышленности.Преимущества и недостатки различных технологий. Современные технологии энергосбережения в системах электропривода обладают рядом значительных преимуществ, что делает их незаменимыми в промышленности. Одним из ключевых достоинств является способность частотно-регулируемых приводов снижать энергопотребление на 20-50%, что подтверждается данными Международного энергетического агентства (IEA). Эти приводы позволяют точно адаптировать мощность электродвигателей к текущим потребностям системы, минимизируя излишние затраты энергии. Кроме того, использование энергоэффективных электродвигателей способствует снижению выбросов углекислого газа на 15-20%, как показано в исследованиях компании ABB. Это делает данные технологии не только экономически выгодными, но и экологически безопасными, что особенно важно в условиях глобальной экологической повестки.Несмотря на многочисленные преимущества, технологии энергосбережения в системах электропривода имеют и свои ограничения. Например, применение частотно-регулируемых приводов, хотя и позволяет значительно снизить энергопотребление, требует существенных начальных инвестиций, что может быть недоступно для некоторых предприятий. Кроме того, для достижения максимальной эффективности необходимо точное проектирование и настройка систем, что требует привлечения квалифицированных специалистов. Также следует учитывать, что энергоэффективные электродвигатели, хотя и снижают углеродный след, могут иметь более высокую стоимость по сравнению с традиционными решениями. Эти факторы могут ограничивать широкое внедрение данных технологий, особенно в малых и средних предприятиях с ограниченными ресурсами.Тенденции развития энергосберегающих технологий. Современные тенденции в развитии энергосберегающих технологий показывают значительное увеличение интереса и инвестиций в эту область. Согласно отчету Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA), в 2020 году инвестиции в энергоэффективные технологии выросли на 12% по сравнению с предыдущим годом. Это подтверждает, что как промышленность, так и государственные структуры все больше осознают необходимость внедрения таких технологий для снижения энергопотребления и экологического воздействия. В частности, «энергосбережение в животноводстве является очень важным направлением, так как затраты на энергию составляют 62-64% от затрат на производстве в сельском хозяйстве в целом» (Гладков, 2021, с. 126). При этом особое внимание уделяется разработке и внедрению интеллектуальных систем управления энергией, которые не только оптимизируют потребление, но и обеспечивают мониторинг и анализ в реальном времени.Перспективы развития энергосберегающих технологий зависят от дальнейшего внедрения интеллектуальных решений и их интеграции в производственные процессы. Исследование, проведенное McKinsey & Company в 2021 году, показало, что использование интеллектуальных систем управления энергией может сократить энергопотребление на предприятиях на 15-25%. Это создает возможности для повышения энергоэффективности через автоматизацию и анализ данных. В частности, «в статье рассматривается разработка методов повышения энергетической эффективности электроприводов дожимных насосных станций» (Никулин, Мишуринских, Ромодин, 2016. 573 с.). Ожидается, что в ближайшие годы такие технологии станут важной частью стратегий устойчивого развития промышленных предприятий.Оценка эффективности внедрения технологий управления и мониторинга. Методы оценки энергоэффективности. Оценка энергоэффективности является важным этапом для анализа и оптимизации энергопотребления на промышленных предприятиях. Среди основных методов можно выделить анализ жизненного цикла (LCA), который охватывает полный цикл существования оборудования — от производства до утилизации. Этот подход позволяет учитывать не только энергопотребление, но и экологическое воздействие на окружающую среду. Ключевым методом также выступает энергетический аудит, включающий диагностику текущего состояния энергопотребления и выявление потенциальных зон для улучшения. В дополнение к этим методам применяется сравнительный анализ, при котором сопоставляются показатели энергоэффективности различных технологий или подходов. Все перечисленные методы обеспечивают всестороннюю картину текущей ситуации и помогают определить направления для улучшения.Современные подходы к энергоэффективности также акцентируют внимание на использовании альтернативных источников энергии. Как отмечается в материалах конференции, «энергия солнца уникальна. Ее можно использовать для разнообразных целей и перерабатывать как в механическую, так электрическую и тепловую энергию» (Материалы конференции, 2023. 47 с.). Это утверждение подчеркивает важность комплексного подхода в оценке и оптимизации энергопотребления на предприятиях.Каждый из методов оценки энергоэффективности имеет свои преимущества и ограничения. Например, метод анализа жизненного цикла позволяет учитывать все этапы существования оборудования, но требует значительных затрат времени и ресурсов для сбора данных. Энергетический аудит предоставляет точные данные о текущем состоянии энергопотребления, но его результаты могут быть ограничены рамками предприятия и не учитывать внешние факторы. Метод сравнительного анализа позволяет быстро оценить эффективность различных технологий, но может быть менее точным при анализе сложных систем. Таким образом, выбор метода зависит от конкретных целей и условий применения, что делает необходимым комплексный подход для достижения максимальной эффективности.Сравнительный анализ результатов внедрения. Технологии управления и мониторинга энергопотребления на промышленных предприятиях являются ключевыми инструментами для достижения энергоэффективности. Среди наиболее распространённых решений выделяются системы управления энергопотреблением, частотно-регулируемые электроприводы и интеллектуальные системы мониторинга. Эти технологии способствуют оптимизации использования электроэнергии, снижению избыточных затрат и повышению производительности оборудования. Примером успешного внедрения служит компания Siemens, разработавшая систему управления электроприводами, которая обеспечивает значительное снижение энергопотребления. Замена двигателя мощностью 200 кВт на двигатель мощностью 132 кВт с установкой частотно-регулируемого электропривода позволяет достичь значительной экономии электроэнергии (Коровкина, Пустовалова, Кобринец, 2021. 2 с.).Сравнительный анализ показывает, что внедрение различных технологий управления и мониторинга оказывает разное влияние на энергопотребление. Частотно-регулируемые приводы, например, позволяют снизить энергозатраты на 15%, что подтверждено данными за 2020 год в России. Системы управления энергопотреблением, в свою очередь, демонстрируют снижение затрат в диапазоне 10–20%. Эти различия обусловлены спецификой работы оборудования и уровнем интеграции технологий в производственные процессы. Наиболее эффективными оказываются комплексные решения, сочетающие управление и мониторинг.Эффективность технологий управления и мониторинга определяется множеством факторов, включая масштаб предприятия, тип используемого оборудования и уровень подготовки персонала. Важную роль играют начальное состояние инфраструктуры и степень её модернизации. Например, предприятия, внедрившие частотно-регулируемые приводы, достигают наибольших результатов при наличии предварительного анализа энергопотребления и адаптации технологии к специфике производства. Как отмечают Губина и Горшков (2015, с. 209), «энергоэффективность систем вентиляции зависит от правильно подобранных составляющих ее частей, в частности, от каналов. От этого зависит срок службы системы, эффективность работы оборудования и энергоемкость системы». При этом успешное применение технологий требует регулярного обучения специалистов и мониторинга достигнутых результатов.Кейс-стадии успешных примеров. Одним из ярких примеров успешного внедрения технологий энергосбережения является предприятие "Северсталь", где использование систем управления электроприводами позволило значительно сократить энергопотребление. В течение первых двух лет эксплуатации энергозатраты снизились на 15%, что подтверждает высокую эффективность данных систем. Такой результат стал возможен благодаря оптимизации работы оборудования и внедрению современных технологий управления.В условиях, когда «Российская Федерация является одной из ведущих энергетических держав мира» и сталкивается с «резким ростом цен на энергоресурсы», предприятия, подобные "Северсталь", демонстрируют важность инноваций для эффективного управления энергетическими ресурсами. При этом энергетика и теплоэнергетические хозяйства городов и промышленных предприятий будут испытывать все возрастающие трудности в обеспечении топливом (Башмаков, 2013, с. 194).Результаты внедрения технологий энергосбережения демонстрируют значительный потенциал для снижения энергозатрат. На заводе компании "Норникель" использование мониторинга энергопотребления привело к экономии электроэнергии на 20%. Это стало возможным благодаря оптимизации работы оборудования и своевременной диагностике неэффективного использования энергии. Вместе с тем, снижение конкурентоспособности товаров и услуг, производимых на предприятиях, из-за удорожания энергоносителей требует принятия кардинальных мер, так как доля энергетических затрат в издержках постоянно растет (Барашко, Кобринец, Коровкина, [б. г.]. 2 с.). Такие примеры подтверждают, что внедрение современных технологий управления и мониторинга может существенно повысить энергоэффективность промышленных предприятий.Разработка методики оптимизации энергопотребления и практические рекомендации. Этапы разработки методики. Разработка методики оптимизации энергопотребления в системах электропривода включает несколько ключевых этапов, которые обеспечивают её эффективность и адаптацию к специфике конкретных промышленных предприятий. Первый этап — это анализ текущего состояния энергопотребления предприятия. Здесь проводится сбор данных о работе систем электропривода, их энергоэффективности и идентификация основных источников потерь энергии. Второй этап заключается в изучении и оценке существующих технологий энергосбережения, которые могут быть адаптированы к условиям предприятия. На третьем этапе разрабатываются конкретные рекомендации по внедрению наиболее подходящих технологий и методов оптимизации. Эти рекомендации основываются на результатах анализа и учитывают экономическую целесообразность и техническую реализуемость. Например, согласно данным Международного энергетического агентства, внедрение энергоэффективных технологий может снизить энергопотребление на 20–30%. Это показывает значимость правильного выбора технологий для достижения существенного энергосбережения. Завершающий этап — это внедрение разработанной методики и мониторинг её эффективности, что позволяет вносить корректировки и обеспечивать её долгосрочную результативность.Практические рекомендации для внедрения решений. Внедрение энергосберегающих решений в промышленных системах электропривода требует комплексного подхода, который включает анализ текущего состояния оборудования, выявление неэффективных элементов и разработку стратегий их замены или модернизации. Данные Международного энергетического агентства (IEA) показывают, что применение энергоэффективных технологий может снизить энергопотребление на 20–30%, что подчеркивает значимость современных решений. Ключевые рекомендации охватывают оптимизацию параметров работы электроприводов, внедрение систем автоматического управления и контроля, а также регулярное техническое обслуживание оборудования для поддержания его эффективности. Обучение персонала играет важную роль в правильной эксплуатации и максимальной эффективности внедренных решений. Кроме того, необходимо применять методики выбора оптимального варианта включения группы электроприводов насосов в работу, учитывая их энергетическую эффективность и требования технологического задания по напору и производительности для насосов с нерегулируемыми и регулируемыми электроприводами (Мухортов, 2014, с. 5).Практические примеры подтверждают эффективность внедрения энергосберегающих технологий. На предприятии Тагмет была реализована система управления электроприводами, что позволило сократить энергозатраты на 15%, что соответствует экономии в 5 миллионов рублей в год. Этот случай подчеркивает важность модернизации систем управления и контроля для достижения значительной экономии. Подобные проекты служат вдохновляющим примером для других предприятий, стремящихся повысить свою энергоэффективность. Успешный опыт внедрения решений также демонстрирует, что инвестиции в энергосберегающие технологии окупаются за счет снижения эксплуатационных расходов. Кан отмечает, что «можно констатировать, что данная концепция полностью оправдала ожидания, получен значительный экономический эффект». В настоящее время внедрение принципов бережливого производства на предприятиях ЗАО «Трансмашхолдинг» продолжается, что подтверждает актуальность и эффективность таких инициатив.Перспективы и дальнейшие исследования в области энергосбережения. В последние годы наблюдается значительный рост интереса к технологиям энергосбережения, что обусловлено как экономическими, так и экологическими факторами. Согласно данным Международного энергетического агентства (IEA), внедрение энергоэффективных технологий может сократить глобальное энергопотребление на 20% к 2040 году. Это подчеркивает необходимость дальнейшего развития и адаптации энергосберегающих решений, особенно в промышленной сфере, где концентрация энергопотребления наиболее высока. Современные тенденции включают в себя развитие интеллектуальных систем управления, применение возобновляемых источников энергии и интеграцию технологий Интернета вещей (IoT) для мониторинга и оптимизации энергопотребления. Эти направления открывают новые возможности для повышения энергоэффективности и снижения воздействия на окружающую среду.Заключение. В ходе проведенного исследования была рассмотрена актуальная проблема энергосбережения в системах электропривода на промышленных предприятиях. Анализ современных технологий, включая частотно-регулируемые приводы и энергоэффективные электродвигатели, показал их значительный потенциал в снижении энергопотребления и уменьшении экологического воздействия. Оценка эффективности внедрения этих технологий на практике продемонстрировала их способность существенно повышать энергоэффективность промышленных процессов.Перспективы дальнейших исследований в области энергосбережения включают разработку новых методов и технологий, направленных на повышение энергоэффективности. Важным направлением является интеграция интеллектуальных систем управления и мониторинга, которые позволят оптимизировать энергопотребление в реальном времени. Практическое применение результатов исследования может способствовать снижению эксплуатационных затрат предприятий и уменьшению их углеродного следа, что особенно важно в условиях современных экологических вызовов.
Номер журнала Вестник науки №6 (87) том 1
Ссылка для цитирования:
Патраков А.И., Келушев А.И., Хамидуллин Р.Р. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОПРИВОДА НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ // Вестник науки №6 (87) том 1. С. 2161 - 2173. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23841 (дата обращения: 08.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+