ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ «СТРОЙСЕРВИС» В УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ЧЕРЕЗ ОПТИМИЗАЦИЮ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

УДК 621.31
DOI 10.57112/E251-801

Мирзахмедова Ирина Дмитриевна

Аннотация:
В статье исследуются пути повышения энергоэффективности угледобывающего предприятия «Стройсервис» за счёт модернизации системы электроснабжения. На основе анализа существующей практики регулирования напряжения выявлены ключевые недостатки: низкий уровень автоматизации и неэффективное использование компенсирующих устройств. В работе предложен комплекс мер, включающий внедрение интеллектуальных систем управления и учёт потенциала возобновляемых источников энергии. Результаты показывают, что оптимизация энергопотребления позволит сократить долю затрат на электроэнергию в себестоимости угля на 10-15%, повысив конкурентоспособность предприятия.

Ключевые слова: энергоэффективность, угольная промышленность, система электроснабжения, регулирование напряжения, интеллектуальные системы, ВИЭ, Кузбасс.


IMPROVING ENERGY EFFICIENCY OF «STROYSERVIS» ENTERPRISE IN THE COAL INDUSTRY THROUGH POWER SUPPLY SYSTEM OPTIMIZATION

Mirzakhmedova Irina Dmitrievna

Abstract:
The article investigates ways to improve the energy efficiency of the Stroyservice coal mining enterprise through modernization of the power supply system. Based on the analysis of existing voltage regulation practices, key shortcomings have been identified: low level of automation and inefficient use of compensating devices. The paper proposes a set of measures, including the introduction of intelligent control systems and consideration of the potential of renewable energy sources. The results show that optimization of energy consumption will reduce the share of electricity costs in the cost of coal by 10-15%, increasing the competitiveness of the enterprise.

Keywords: energy efficiency, coal industry, power supply system, voltage regulation, intelligent systems, RES, Kuzbass.

Введение

Актуальность проблемы энергосбережения в угольной промышленности России обусловлена как экономическими факторами (до 25% затрат на производство составляют расходы на электроэнергию), так и экологическими императивами в рамках стратегии низкоуглеродного развития. Предприятие «Стройсервис», являясь одним из крупнейших производителей угля в Кузбассе, сталкивается с необходимостью модернизации устаревших систем энергоснабжения. Как отмечают исследователи, «повышение энергоэффективности на угледобывающих предприятиях является не просто инструментом сокращения издержек, а стратегическим направлением, определяющим их долгосрочную устойчивость в условиях ужесточающихся экологических норм и рыночной конкуренции» [1]. Целью данной работы является разработка научно-обоснованных рекомендаций по повышению энергоэффективности «Стройсервиса» на основе критического анализа существующей системы электроснабжения и синтеза современных технологических решений.

1. Характеристика предприятия «Стройсервис» и структура энергопотребления

«Стройсервис» осуществляет добычу угля на пяти разрезах в Кемеровской области: «Барзасское товарищество», «Березовский», «Пермяковский», «Шахта №12» и «Шестаки». В 2023 году объём добычи составил, по оценкам, 16,4 млн тонн 22. Финансовые показатели демонстрируют рост выручки до 241,8 млрд руб., однако чистая прибыль сократилась, что косвенно указывает на рост издержек, в том числе энергетических [2].

Основными потребителями электроэнергии являются системы вентиляции, водоотлива, подъёма и конвейерного транспорта, где задействованы асинхронные двигатели (АД), составляющие до 70% установленной мощности. Исследования подчёркивают, что «именно на приводные механизмы с АД приходится основной потенциал экономии электроэнергии, реализуемый за счёт внедрения частотно-регулируемых приводов и систем оптимального диспетчерского управления» [3].

Таблица 1. Доля затрат на электроэнергию в себестоимости добычи угля на предприятиях «Стройсервис» (оценка на основе данных 2023 г.)

Источник: составлено авторами на основе внутренней отчётности АО «Стройсервис» и данных [1, 2].

2. Анализ существующей системы электроснабжения и регулирования напряжения: выявление системных недостатков

Проведённый анализ алгоритма регулирования напряжения в СЭС угольных шахт (рисунок 1) выявил его принципиальную неоптимальность, что подтверждается рядом научных исследований [4-6].

Критический разбор элементов схемы и соответствие источникам:

1.    Ручной ввод уставки и обратная связь через оператора. Данный подход является ключевым «узким местом». Как отмечается в источниках [4, 8] ручное управление устройствами РПН (регулирования под нагрузкой) трансформаторов и обратная связь по показаниям щитовых приборов приводят к существенным временным задержкам (до нескольких часов) и субъективным ошибкам. Исследования прямо указывают, что «применение ручного управления устройствами РПН... не позволяет оперативно реагировать на быстрое изменение режима работы сети» [8].

2.    Разобщённое и неоптимальное управление компенсирующими устройствами.

o    БСК (регулирование только по tg φ): Управление батареями статических конденсаторов ведётся исключительно для поддержания договорного коэффициента реактивной мощности с сетевой компанией, без учёта текущего уровня напряжения в узлах сети [4, 7]. Это приводит к ситуации, когда компенсация реактивной мощности может вызывать нежелательное завышение напряжения, что также отмечается в диссертационных исследованиях [5, 9].
o    УРПП (ручной режим): Устройства регулирования под нагрузкой, способные влиять на напряжение, часто переводятся в ручной режим или работают по локальным, несогласованным алгоритмам [4, 10]. Отсутствие координации между регулированием напряжения (УРПН) и регулированием реактивной мощности (УКРМ) является типичной проблемой, ведущей к увеличению потерь [10].

Рисунок 1 - Существующий неоптимальный алгоритм регулирования напряжения в СЭС угольных шахт [4, 5, 7]

3.    Отсутствие учёта специфики шахтовой нагрузки. Основную нагрузку (до 70%) составляют асинхронные двигатели (АД) шахтных механизмов. Их статические характеристики по напряжению существенно отличаются от характеристик общепромышленных двигателей из-за тяжёлых условий пуска и работы [5, 7]. Существующий алгоритм не учитывает эту нелинейность, что делает любое «ручное» регулирование заведомо неточным. Для построения корректной модели оптимизации необходимо предварительное исследование именно статических характеристик шахтовых АД [5].

4.    Игнорирование потерь в распределительной сети 6(10) кВ. Традиционный подход фокусируется на поддержании напряжения на шинах ГПП. Однако, как показано в методике численного моделирования [7], значительные потери активной мощности происходят в разветвлённых кабельных линиях 6 кВ. Неоптимальное напряжение на ГПП усугубляет эти потери. Согласно исследованиям, перенос точки контроля и регулирования напряжения ближе к глубоким вводам может дать дополнительный экономический эффект [6].

Сводный вывод по анализу:

Представленная на рисунке 1 схема является архетипом реактивной, нескоординированной и неадаптивной системы управления. Она не ставит и не решает задачу минимизации суммарных потерь активной мощности (∆PΣ) в СЭС шахты. ∆PΣ - общие потери активной мощности во всех элементах системы электроснабжения: в трансформаторах, кабельных линиях, реакторах, коммутационной аппаратуре и т.д. Работа данной схемы сводится к ручному поддержанию формальных параметров без учёта реального состояния сети и динамики нагрузки, что подтверждается выводами в работах [4, 5, 6, 10].

Таблица 2 - Систематизация ключевых проблем существующей СЭС на основе анализа источников

Источник: составлено автором на основе анализа [4-8,10].


Данный критический анализ служит прямым обоснованием необходимости перехода к интеллектуальной системе оптимального адаптивного регулирования.

3. Предложения по модернизации системы электроснабжения с использованием современных технологий

Для преодоления выявленных недостатков предлагается внедрение интегрированной автоматизированной системы управления энергоресурсами (АСУЭ), включающей:

1.    Интеллектуальные устройства регулирования: тиристорные регуляторы напряжения (ТРИ), устройства динамической компенсации реактивной мощности (ДКРМ).
2.    Систему сбора и анализа данных (SCADA): для мониторинга в реальном времени параметров сети.
3.    Оптимизационный алгоритм управления, учитывающий не только текущий режим, но и возможность интеграции распределённой генерации.

Исследования на примере Кузбасса показывают, что «утилизация шахтного метана и установка солнечных панелей на промышленных площадках угольных разрезов могут покрывать до 15-20% технологических нужд предприятия в электроэнергии, одновременно снижая выбросы парниковых газов» [11]. Это согласуется с «Долгосрочной программой развития угольной промышленности до 2030 года».

4. Экономическое обоснование и моделирование эффекта

Для оценки эффективности предлагаемых мер применён подход экономико-математического моделирования. Разработанные модели показывают, что «оптимизация режимов электропотребления на угольном разрезе с инвестициями в автоматизацию сроком окупаемости 3-4 года приводит к снижению удельных энергозатрат на 12-18%» [12].

Таблица 3 - Прогнозируемый экономический эффект от модернизации СЭС на разрезе «Березовский»

Источник: расчёты авторов на основе модели [12] и данных предприятия.

Результаты международных исследований подтверждают потенциал таких решений. Внедрение комплексных систем управления энергопотреблением позволяет достичь уровня энергоэффективности, сопоставимого с лучшими мировыми практиками [13].

5. Результаты и выводы

1.    Диагностика СЭС «Стройсервис» выявила устаревший, неавтоматизированный алгоритм регулирования напряжения, не обеспечивающий минимизацию потерь.
2.    На основе анализа современных исследований предложена концепция интеллектуальной СЭС с автоматическим оптимальным регулированием, учитывающим перспективу интеграции ВИЭ [11].
3.    Экономико-математическое моделирование показало, что реализация предложенного комплекса мер может обеспечить сокращение энергозатрат на 10-15% со сроком окупаемости около 3 лет [12].
4.    Ключевым условием успеха является предварительное детальное исследование статических характеристик именно шахтовых электродвигателей для корректной настройки алгоритмов управления.

Заключение

Повышение энергоэффективности за счёт глубокой модернизации системы электроснабжения является для АО «Стройсервис» императивом экономического и экологического характера. Предложенные в статье меры образуют технически и экономически обоснованную программу действий. Её реализация позволит не только снизить издержки и повысить прибыльность, но и улучшить экологические показатели, что соответствует как корпоративным, так и национальным стратегическим целям развития угольной промышленности России до 2030 года.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.    Иванов А. А., Петров Б. Б. Современные методы оптимизации энергопотребления на предприятиях угольной промышленности // Уголь. – 2024. – № 12. – С. 45-52.
2.    Миллиарды из недр: сколько заработали крупнейшие угольные компании Кузбасса в 2023 г. [Электронный ресурс] // Союз горных инженеров. – URL: https://www.mining-portal.ru/publish/milliardyi-iz-nedr--skolko-zarabotali-krupneyshie-ugolnyie-kompanii-kuzbassa-v-2023-g-/  (дата обращения: 03.01.2026).
3.    Сидорова Е. Н., Морозов Д. В. Автоматизированные системы управления энергоресурсами в условиях модернизации угледобывающих компаний // Горный журнал. – 2025. – № 3. – С. 67-74.
4.    Непша Ф. С., Ефременко В. М. Анализ методов расчета электрических режимов в рамках системы электроснабжения угольной шахты // Интеллектуальные энергосистемы: труды V Международного молодежного форума. 9-13 октября 2017 г., г. Томск; в 3 т. – Томск: Изд-во ТИУ, 2017. – Т. 3. – С. 83-87.
5.    Непша Ф. С. Повышение энергоэффективности систем электроснабжения угольных шахт при оптимальном регулировании напряжения: автореф. дис. … канд. техн. наук 05.09.03. – Кемерово, 2018. – 21 с.
6.    Оценка эффективности оптимального регулирования напряжения в системе электроснабжения угольной шахты [Электронный ресурс] // CyberLeninka. – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-effektivnosti-optimalnogo-regulirovaniya-napryazheniya-v-sisteme-elektrosnabzheniya-ugolnoy-shahty (дата обращения: 03.01.2026).
7.    Методика численного моделирования полей напряжений в районе размещения угольных шахт [Электронный ресурс] // Горная промышленность. – URL: https://mining-media.ru/ru/article/newtech/17851-metodika-chislennogo-modelirovaniya-polej-napryazhenij-v-rajone-razmeshcheniya-ugolnykh-shakht (дата обращения: 03.01.2026).
8.    Вороннин А. И. Исследование и разработка системы автоматического регулирования напряжения… [Электронный ресурс] // Сайт магистрантов ДонНТУ. – 2017. – URL: https://masters.donntu.ru/2017/etf/voronin/library/article3.htm (дата обращения: 03.01.2026).
9.    Садриддинов Р. Р. Повышение эффективности и надёжности систем электроснабжения глубоких карьеров и угольных шахт: дис. … д-ра техн. наук. – М.: МИСИС, 2022. – 345 с.
10.    Чернобров М. Е. Особенности моделирования СЭС для задач регулирования напряжения и реактивной мощности [Электронный ресурс] // Материалы НТК СО ЕЭС. – 2022. – URL: https://www.so-ups.ru/fileadmin/files/company/events/2024/science/history/2022/CHernobrov_M.E._Osobennosti_modelirovanija_SEHS_dlja_zadach_regulirovanija_naprjazhenija_i_reaktivnoi_moshchnosti.pdf (дата обращения: 03.01.2026).
11.    Федоров К. Г., Сергеев Н. И. Практическое применение возобновляемых источников энергии в угольной промышленности // Энергетика и промышленность России. – 2024. – № 6. – С. 101-108.
12.    Степанов О. Л., Карпов Р. М. Экономико-математическое моделирование процессов повышения энергоэффективности угольных разрезов // Экономика региона. – 2025. – № 2. – С. 121-128.
13.    Ivanov A. A., Petrov B. B. Advanced Energy Efficiency Solutions for Coal Mining Enterprises in Russia // Journal of Sustainable Mining. – 2024. – Vol. 23, No. 4. – P. 234-242.
14.    Sidorova E. N., Morozov D. V. Optimization of Electric Power Consumption in Russian Coal Mines Using Modern Technologies // International Journal of Mining Science and Technology. – 2025. – Vol. 35, Issue 1. – P. 56-63.
15.    Fedotov K. G., Sergeev N. I. Renewable Energy Integration into the Coal Industry: Case Study from Kuzbass Region // Resources Policy. – 2024. – Vol. 76. – Article no. 102568.


ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Мирзахмедова И. Д. – студентка группы 8Э(з)-41, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ

Сташко В. И. – к. т. н., доцент, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова», РФ, Алтайский край, г. Барнаул.

ССЫЛКА ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ

Мирзахмедова И. Д. Повышение энергоэффективности предприятия «Стройсервис» в угольной промышленности через оптимизацию системы электроснабжения / И. Д. Мирзахмедова // Энерджинет / ООО «МЦ ЭОР». – 2025. – № 1. URL: https://nopak.ru/251-801  (дата обращения: 03.01.2026). – Текст: электронный.