Размещено на http://www.allbest.ru/

Львівський національний аграрний університет

УДК 658.5:621.311.245

05.13.22 - управління проектами та програмами

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Узгодження конфігурацій проектів сервісних

та обслуговуваних систем (стосовно електрозабезпечення сільськогосподарських підприємств за використання енергії вітру)

Татомир Андрій Володимирович

Львів - 2009

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі енергетики Львівського національного аграрного університету Міністерства аграрної політики України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Боярчук Віталій Мефодійович, Львівський національний аграрний університет, перший проректор.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Рибак Анатолій Іванович, Міжнародний гуманітарний університет, професор кафедри менеджменту;

кандидат технічних наук, доцент Ратушний Роман Тадейович, Львівський державний університет безпеки життєдіяльності, проректор із стратегічного планування та контролю.

Захист відбудеться "19" червня 2009 р. о 1200 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 36.814.03 у Львівському національному аграрному університеті за адресою: 80381, вул. Володимира Великого, 1, м. Дубляни Жовківського району Львівської області, корпус факультету механіки та енергетики, аудиторія 34М.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Львівського національного аграрного університету за адресою: 80381, вул. Володимира Великого, 1, м. Дубляни Жовківського району Львівської області, головний корпус.

Автореферат розісланий "15" травня 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради С.Й. Ковалишин

Анотації

Татомир А.В. Узгодження конфігурацій проектів сервісних та обслуговуваних систем (стосовно електрозабезпечення сільськогосподарських підприємств на основі використання енергії вітру). - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.22 - управління проектами та програмами. - Львівський національний аграрний університет, Львів, 2009.

У дисертаційній роботі розглядається науково-прикладна задача розроблення методів і моделей узгодження конфігурацій проектів сервісних та обслуговуваних систем.

Розкриті системно-технологічні засади узгодження конфігурацій проектів сервісних та обслуговуваних систем на прикладі інтегрованої системи електрозабезпечення сільськогосподарських підприємств із використанням енергії вітру. Обґрунтовано три головні задачі узгодження конфігурацій та пов'язані з ними чотири етапи дослідження проекту.

Обґрунтовані імітаційні моделі для дослідження функціонування відповідних систем. На підставі цих алгоритмів встановлено, що перші чотири елементи параметричного ряду площ обмаху роторів вітроустановок слід впроваджувати в такій послідовності: 35; 75; 20; 130 м 2. За умови впровадження такої конфігурації параметричного ряду середньозважена собівартість утилізованої енергії у сільськогосподарських підприємствах Львівської області становитиме 0,716 грн/кВт•год. Оптимальне значення ступеня використання енергії, отриманої від вітроелектростанції, у балансі сільськогосподарського підприємства коливається в межах 11-26%.

Ключові слова: проект, управління, конфігурація, узгодження, система, електрозабезпечення, вітрова електрична установка, сільськогосподарське підприємство. інтегрований електрозабезпечення сільськогосподарський

Татомир А.В. Согласование конфигураций проектов сервисных и обслуживаемых систем (относительно электрообеспечения сельскохозяйственных предприятий на основе использования энергии ветра). - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.22 - управление проектами и программами. - Львовский национальный аграрный университет, Львов, 2009.

В диссертационной работе рассматривается научно-прикладная задача разработки методов и моделей согласования конфигураций проектов сервисных и обслуживаемых систем.

Раскрыты системно-технологические принципы согласования конфигураций проектов сервисных и обслуживаемых систем на примере интегрированной системы электрообеспечения сельскохозяйственных предприятий с использованием энергии ветра.

Обоснованы три основных группы задач управления конфигурацией проектов, которые решаются с помощью трех главных методов согласования конфигураций и с использованием двух имитационных моделей соответствующих виртуальных систем.

Введены понятия сервисных и обслуживаемых систем в проектах, что дает возможность глубже осмыслить процессы управления и разработать специфические подходы к согласованию конфигураций таких проектов. Показано, что видение эффективности проектов обслуживаемых систем со стороны сервисных предприятий является основой обеспечения конкурентоспособности продукта проекта сервисной системы благодаря применению системного согласования их конфигураций.

Показано, что проект виртуальных систем электрообеспечения должен состоять из четырех основных этапов и совмещаться тремя задачами управления конфигурацией, направленными на последовательный переход от одного этапа проекта к другому. Установление интеграционных связей между задачами позволило обосновать методы и очередность их решения.

С целью идентификации оптимальных конфигурационных баз проектов сервисных и обслуживаемых систем на всех этапах их жизненного цикла установлены три критерия согласования конфигураций, предусматривающие минимизацию себестоимости утилизации энергии ветра.

Обоснована методика исследования физических и функциональных характеристик объектов конфигурации, а также разработаны алгоритмы и компьютерные программы имитационного моделирования виртуальных систем производства-потребления электрической энергии в сельскохозяйственных предприятиях и системы электрообеспечения заданного региона с использованием энергии ветра.

Установлены статистические зависимости характеристик проектной среды для статистической имитационной модели системы производства-потребления электрической энергии в сельскохозяйственных предприятиях.

Установлено, что первые четыре элемента параметрического ряда обметаемых площадей роторов ветроустановок следует внедрять в такой последовательности: 35; 75; 20; 130 м 2. При условии внедрения такой конфигурации параметрического ряда средневзвешенная себестоимость утилизируемой энергии в сельскохозяйственных предприятиях Львовской области составит 0,716 грн/кВт·ч. Оптимальное значение степени использования энергии, полученной от ветроэлектростанции, в балансе сельскохозяйственного предприятия колеблется в пределах 11-26%.

Ключевые слова: проект, управление, конфигурация, согласование, система, электрообеспечение, ветровая электрическая установка, сельскохозяйственное предприятие.

Tatomyr A.V. The Concordance of projects configurations of the service and served systems (in relation to energy supply of agricultural enterprises on the basis of the wind energy using). - Manuscript.

Thesis for candidate degree in the field of engineering sciences. Speciality 05.13.22 - projects and programs management. - Lviv National Agrarian University, Lviv, 2009.

The scientifically applied task of methods and models development of concordance of projects configurations of the service and served systems is considered in dissertation work.

The system and technological principles of concordance of the projects configurations of the service and served systems are worked out on the example of the computer-integrated system of agricultural enterprises energy supply with using of wind energy. Three main tasks of concordance of the project configuration and four related stages of research are grounded.

The simulation models are grounded for research of the proper systems functioning. On the basis of developed algorithms the first four elements of parameters series of rotors fan areas of Wind Energy Plant are determined. The next order of parameters series: 35; 75; 20; 130 м 2 rotors fan areas is proposed. Under the condition of introduction of the developed parameters series configuration will be 0,716 UA HRN/kWh of weighted average prime cost of utilized energy in agrarian enterprises at Lviv region. The optimum value of degree of the energy use of Wind Energy Plant is within the limits of 11-26 % of energy balance of agricultural enterprise.

Key words: project, management, configuration, concordance, system, energy supply, wind energy plant, agricultural enterprise.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. У кожному проекті, де йдеться про виробництво техніки чи будь-якої іншої продукції для певного споживача, постає питання - якими параметрами вона повинна володіти, щоби бути максимально затребуваною на ринку. Чинні методики оптимізації параметричних рядів зводять роль споживачів до джерела попиту, оминаючи питання ефективності використання продукції сервісних систем безпосередньо в обслуговуваних системах, для яких, власне, ця продукція й призначається. Такий підхід є достатньо вузьким і не дозволяє повною мірою задовольнити інтереси зацікавлених сторін цих проектів.

Схожі задачі стоять і перед багатьма проектами енергетики та аграрної сфери. Теорія управління проектами є потужним інструментом для вирішення прикладних задач і її розвиток та застосування дали б змогу підвищити ефективність проектів, оскільки рівень проникнення управління в енергетичні проекти у сільському господарстві зараз є недостатнім.

Сучасний стан енергетичного ринку характеризується чіткою тенденцією до підвищення вартості традиційних енергоносіїв, що змушує проводити пошук і вдосконалення альтернативних способів перетворення енергії, зокрема й тих, що використовують енергію вітру. Водночас не менш гостро стоїть проблема електрозабезпечення сільськогосподарських споживачів, часто віддалених від енерготранспортуючих магістралей. Таким чином, цілком обґрунтованим може бути принаймні часткове покриття потреб сільськогосподарських підприємств (СГП) у енергії за рахунок спеціалізованих вітроелектричних установок (ВЕУ). З огляду на це, задачі управління конфігураціями проектів систем електрозабезпечення СГП за використання енергії вітру, зокрема їх узгодження, є актуальними.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась відповідно до комплексного плану наукових досліджень Львівського національного аграрного університету (ДР№0100U002333, зокрема складової цього плану "Розробка проектів головних виробничих та сервісних систем аграрного виробництва в умовах краю на підставі ефективного використання ресурсного потенціалу").

Мета і завдання дослідження. Мета дослідження - домогтися підвищення ефективності управління проектами електрозабезпечення СГП за використання енергії вітру завдяки розробленню та застосуванню нових методів і моделей узгодження конфігурацій сервісних та обслуговуваних систем.

Для досягнення поставленої мети необхідно виконати такі завдання:

1) проаналізувати стан питання у практиці і науці та обґрунтувати потребу розроблення нових і вдосконалення чинних методів і моделей узгодження конфігурацій проектів сервісних та обслуговуваних систем, зокрема, стосовно електрозабезпечення СГП за використання енергії вітру;

2) розкрити системні засади управління конфігурацією проектів інтегрованих систем в ринкових умовах та обґрунтувати множину головних задач управління конфігураціями проектів сервісних і обслуговуваних систем, зокрема, стосовно електрозабезпечення СГП за використання енергії вітру;

3) розробити науково-методичні підстави та обґрунтувати множину головних методів і моделей узгодження конфігурацій проектів сервісних та обслуговуваних систем;

4) дослідити характеристики проектного середовища та фізичні показники об'єктів конфігурації, розробити модель функціонування віртуальної системи виробництва-споживання електричної енергії у СГП та перевірити модель на адекватність;

5) розробити метод прогнозування ефективності функціонування віртуальної системи електрозабезпечення для заданої конфігурації проекту сервісної системи;

6) розробити метод узгодження конфігурації проекту параметричного ряду ВЕУ для сільського господарства та управління її змінами;

7) оцінити ефективність від узгодження конфігурацій проектів та впровадити результати досліджень у практику.

Об'єктом дослідження є процеси узгодження конфігурацій проектів сервісних та обслуговуваних систем.

Предметом дослідження є методи і моделі управління конфігураціями проектів сервісних та обслуговуваних систем, залежність системних функціональних показників проектів від характеристик їх конфігурації.

Методи дослідження. Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі використано аналітичні та експериментальні методи дослідження, методи теорії управління конфігурацією проектів, системного підходу, статистичного оцінення, кореляційно-регресійного аналізу, статистичного та детермінованого імітаційного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше розроблено науково-методичні засади узгодження конфігурацій проектів сервісних та обслуговуваних систем, якими розкривається вплив їх конфігурацій на ефективність.

Вперше на основі системотехнічних постулатів цілісності та автономності обґрунтовано множину головних задач управління конфігураціями проектів сервісних та обслуговуваних систем і розкрито взаємозв'язки між ними.

Вперше розроблено множину методів і моделей для узгодження конфігурацій проекту інтегрованої системи електрозабезпечення СГП за використання енергії вітру, які дають змогу поетапно встановити вплив конфігураційних баз на системні функціональні показники проекту та оцінити його ефективність.

Удосконалено методи ідентифікації конфігурацій проектів завдяки сумісному розгляду сервісних та обслуговуваних систем і узгодженню їх конфігурацій на різних етапах життєвих циклів проектів.

Отримали подальший розвиток методологічні засади управління змінами конфігурації у проектах з урахуванням динаміки їх ефективності.

Практичне значення одержаних результатів. Одержані результати дають змогу підвищити ефективність управління проектами систем електрозабезпечення СГП за використання енергії вітру завдяки узгодженню конфігурацій проектів вітрових електричних станцій (ВЕС) та конфігураційних баз проектів параметричних рядів ВЕУ із характеристиками проектного середовища, а також оптимальному управлінню змінами конфігурації в часі, що забезпечує досягнення найвищого значення їх глобальної ефективності на кожному з етапів життєвого циклу проекту.

Розроблені алгоритми та програмне забезпечення є основою автоматизованої системи інженерно-аналітичного супроводу управління проектом електрозабезпечення СГП на основі використання енергії вітру.

Запропоновані методики можна застосовувати для розв'язання інженерних задач щодо узгодження конфігурацій проектів сервісних та обслуговуваних систем в інших предметних галузях.

Результати досліджень впроваджені в ТзОВ "Аурора Еко-Енергія" та у навчальний процес Львівського національного аграрного університету.

Особистий внесок здобувача. Дисертація є самостійним науковим дослідженням. У працях, опублікованих у співавторстві, автором виконано аналіз стану питання [1;2]; обґрунтовано головні задачі управління проектом системи електрозабезпечення та виокремлено його етапи [4;5;12]; розкрито системні принципи узгодження конфігураційних баз проектів сервісних та обслуговуваних систем [2;11]; розкрито поняття ефективності у проектах систем електрозабезпечення [7;8;10]; розроблено методику та досліджено характеристики проектного середовища [6]; описано загальну методику та наведено результати узгодження конфігурації системи електрозабезпечення СГП із використанням енергії вітру для умов Львівщини [13;14].

Апробація результатів дисертації. Основні положення роботи доповідались та отримали позитивну оцінку на: ІІІ, IV і V Міжнародних конференціях "Управління проектами у розвитку суспільства" (Київ, КНУБА, 2006-2008 рр.); VI та VII Міжнародних конференціях "Відновлювана енергетика ХХІ століття" (смт. Миколаївка, АР Крим, 2005 та 2006 рр.); XV і XVI Міжнародних науково-практичних конференціях "Технічний прогрес у сільськогосподарському виробництві" (смт. Глеваха, ННЦ "ІМЕСГ", 2007 та 2008 рр.); Міжнародній науково-практичній конференції "Новітня енергетика та електротехнології" (Київ, НАУ, 2007 р.); Міжнародній науково-практичній конференції "Сучасні проблеми землеробської механіки" (Львів, 2008 р.); щорічних Міжнародних науково-практичних форумах Львівського НАУ (Львів, 2006-2008 рр.); щорічних звітних науково-практичних конференціях викладачів і аспірантів Львівського НАУ (Львів, 2005-2008 рр.).

Публікації. Основний зміст і результати дисертаційної роботи опубліковані у 14 друкованих працях, з них 6 у фахових збірниках наукових праць та 5 у матеріалах конференцій.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, п'яти розділів, списку використаних джерел із 174 найменувань та 9 додатків. Основна частина викладена на 126 сторінках тексту, містить 11 таблиць і 45 рисунків. Повний обсяг роботи становить 215 сторінок.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційного дослідження, сформульовано його мету і завдання, наукову новизну та практичну цінність роботи.

У першому розділі "Стан питання в теорії та практиці" проаналізовано стан і перспективи використання енергії вітру в Україні та світі, зокрема й щодо можливостей її застосування для потреб сільського господарства, а також проаналізовано чинні методи управління конфігурацією.

Загальні питання теорії управління проектами викладені у працях Р.Д. Арчибальда, В.М. Буркова, С.Д. Бушуєва, В.А. Рача, Ю.М. Теслі, К.В. Кошкіна, А.І. Рибака, Л.А. Пономаренка, П.Р. Левковця та інших. Однак управління конфігурацією розглядається або доволі узагальнено, або безпосередньо у специфічних проектах. В обох випадках чинні методики не можна повною мірою використати у розглядуваному проекті, що диктує потребу побудови нових методів і моделей, які були б у змозі врахувати особливості узгодження конфігурацій проектів сервісних та обслуговуваних систем, а також специфіку предметної галузі. Загальні положення щодо управління конфігурацією у проектах, викладені в міжнародних нормативних документах, можуть бути застосовані з низкою обмежень, зокрема у частині, що стосується поняття ефективності проектів.

Тривалі дослідження в галузі управління проектами складних виробничих систем проводились на кафедрі управління проектами та безпеки виробництва Львівського національного аграрного університету під керівництвом члена-кореспондента УААН О.В. Сидорчука. Представлена робота є складовою цих досліджень.

Питаннями застосування вітроенергетики в сільському господарстві займались такі вчені СНД, як Г.І. Денисенко, С.О. Кудря, В.М. Головко, В.М. Сиротюк та інші. Ними, на жаль, не розглядаються питання управління проектами; разом з тим, цінність їхніх досліджень полягає в тому, що вони становлять основу для розуміння особливостей предметної галузі

У другому розділі "Науково-методичні підстави узгодження конфігурацій проектів сервісних та обслуговуваних систем електрозабезпечення сільськогосподарських підприємств із використанням енергії вітру" розглянуто особливості системного підходу в узгодженні проектів сервісних та обслуговуваних систем, обґрунтовано множину головних задач управління конфігураціями проектів сервісних та обслуговуваних систем, розкрито поняття ефективності та її динаміки впродовж життєвого циклу проекту, обґрунтовано метод узгодження конфігурації проекту ВЕС для заданих умов проектного середовища, метод узгодження конфігурації проекту параметричного ряду ВЕУ для заданої множини споживачів, а також метод управління змінами конфігурації проекту параметричного ряду ВЕУ в часі.

Будь-яке виробництво можна розглядати як послідовність пов'язаних між собою систем. З погляду ринкових відносин, будь-які дві системи, що є сусідніми в цьому ланцюгу, тобто безпосередньо взаємодіють між собою, можна розглядати як сервісну та обслуговувану. Разом вони утворюють інтегровану систему (рис. 1).

Структура систем і сутність зв'язків між ними визначаються особливостями проекту та функціями інтегрованої системи.

Використовуючи метод асоціацій та йдучи від задач, притаманних проектам електрозабезпечення СГП за використання енергії вітру, можна окреслити три головні задачі управління конфігураціями проектів сервісних і обслуговуваних систем: 1) ідентифікація конфігурації проекту обслуговуваної системи; 2) ідентифікація конфігурації проекту сервісної системи; 3) управління змінами конфігурації проекту в часі.

Задача оптимізації складних систем для множини заданих умов проектного середовища як правило не має аналітичного розв'язку, який дає змогу прямо визначити оптимальні параметри системи. Тому для узгодження конфігураційних баз обслуговуваної системи КБо із характеристиками проектного середовища ПСо використовується зворотна задача, яку розв'язують у два етапи. На першому етапі ставиться пряма задача визначення ефективності обслуговуваної системи ео від ряду варіантів конфігурації. На другому етапі на підставі аналізу результатів імітаційного моделювання розв'язується зворотна задача. Послідовно порівнюючи значення ефективності для різних варіантів конфігурації, знаходимо оптимальний:, (1)

де f(•) - модель функціонування обслуговуваної системи.

Ідентифікація конфігураційних баз сервісної системи КБс здійснюється на підставі узгодження її конфігурації з відповідним проектним середовищем ПСс, проте мірою ефективності є показники використання продукту її проекту в обслуговуваній системі, для якої, власне, він і призначається. Разом з тим, проектне середовище обслуговуваної системи також визначається поточною конфігураційною базою сервісної системи. Таким чином, ступінь узгодженості конфігураційної бази проекту сервісної системи з характеристиками зовнішнього середовища визначається відповідністю структури продукту проекту сервісної системи потребам споживачів, що є запорукою його конкурентоспроможності. Виходячи з цього, ефективність сервісної системи можна записати у вигляді суперпозиції множини ефективностей обслуговуваної системи та характеристик проектного середовища сервісної системи:

(2)

де , - відповідно ефективність та конфігураційна база обслуговуваної системи з урахуванням встановленої конфігураційної бази сервісної системи.

Графічна інтерпретація методики узгодження конфігурацій обслуговуваної та сервісної систем наведена на рис. 2. Штриховою лінією показано зворотний зв'язок.



Упродовж реалізації проекту стан системи змінюється і, як правило, потенційних шляхів розвитку є декілька. У кожен момент часу система характеризується миттєвим значенням ефективності е(t). Внаслідок цього статичний критерій узгодження змін конфігурації неадекватно відображатиме ефективність проекту в цілому.

Ефект від реалізації деякого варіанта проекту в загальному випадку можна представити у вигляді інтеграла ефективності за часом. Однак у складних проектах цей підхід не можна реалізувати в чистому вигляді, зважаючи на велику кількість та складність взаємозв'язків між об'єктами системи і, часто, непередбачуваність їх поведінки. Ця неможливість стохастичного, а тим більше аналітичного опису процесів є принциповою, і вона пов'язана з унікальністю самого проекту. З огляду на це, ми розглянули адаптивне управління, яке передбачає систему поетапних впливів на проект на підставі врахування досвіду, набутого в процесі реалізації попередніх етапів. Такий підхід дає змогу використовувати для дослідження системи квазістохастичну модель, статистична база якої розширюється впродовж реалізації проекту. Після проходження кожного етапу проекту потрібно щоразу заново розраховувати уточнені значення ефективності. Таким чином, оцінка сумарної ефективності проекту, розрахована в момент часу t', рівна:

, (3)

де t' - поточний момент реалізації проекту; - уточнене значення тривалості реалізації проекту; - уточнене значення миттєвої ефективності.

В інноваційних проектах, для яких можливо однозначно розмежувати етапи, ефективність зручно представити ступінчатою функцією часу. Для випадку однорідних етапів, коли зміна їх послідовності не порушує логічну послідовність реалізації проекту, слід обирати таку черговість їх впровадження, яка відповідала б максимальній середній ефективності проекту в цілому. Водночас, якщо кількість етапів наперед невідома, то у кожній контрольній точці слід вибирати таку конфігурацію, щоби системний ефект від найближчої зміни (враховуючи попередню конфігураційну базу) був якомога вищим.

Метою системи електрозабезпечення СГП на основі використання енергії вітру є досягнення максимально ефективного застосування вітрової енергії в сільському господарстві, що передбачає обґрунтування її частки в енергетичному балансі господарств, узгодження параметрів виготовлюваного обладнання з потребами кінцевих споживачів та розробку методики побудови графіка змін конфігурації проекту в часі. З огляду на це, можна виокремити основні складові інтегрованої системи: система виробництва ВЕУ (сервісна); система використання ВЕУ (обслуговувана).

Проект електрозабезпечення СГП є неоднорідним у часі, тобто складається з декількох етапів, що різняться за суттю виконуваних робіт. Шляхом декомпозиції виокремлено основні етапи життєвого циклу проекту. Вони безпосередньо пов'язані з окресленими у попередньому розділі задачами управління конфігурацією проекту використання малих ВЕС для електрозабезпечення СГП, кожна з яких використовується для переходу від відповідного попереднього етапу до наступного. Послідовність етапів життєвого циклу проекту та основних задач представлено програмою управління конфігурацією (рис. 3).



Основними складовими проекту, стосовно яких розглядається процес управління, є об'єкти конфігурації. Їх вибір проводиться на етапі ідентифікації. Основним критерієм є вибір таких об'єктів, експлуатаційними параметрами і фізичними характеристиками яких можна управляти окремо, щоб досягти загальних кінцевих характеристик об'єкта. Для досягнення необхідного ступеня керованості системами проекту згідно з рекомендаціями міжнародного стандарту ISO 10007 було здійснено вибір об'єктів конфігурації для умов кожної із вказаних задач (табл. 1).

Таблиця 1

Вибір об'єктів конфігурації в різних складових проекту системи електрозабезпечення СГП на основі використання енергії вітру

Системи	Задачі управління конфігурацією	Об'єкти конфігурації (ОК)	Фізичні показники ОК	Проектне середовище
Обслуговувана - система використання ВЕУ	Ідентифікація конфігурації проекту ВЕС для СГП	Складові ВЕС	SУ, EАБ	Кліматичні умови, система виробництва ВЕУ
Сервісна - система виробництва ВЕУ	Ідентифікація конфігурації проекту параметричного ряду ВЕУ	Параметричний ряд ВЕУ	{Sr}	Система використання ВЕУ
	Управління змінами конфігурації проектту системи електрозабезпечення	Розширений параметричний ряд ВЕУ	SR+1	Система використання ВЕУ, наявний параметричний ряд ВЕУ, кон'юнктура ринку

Як бачимо (див. табл. 1), розв'язання перших двох задач вимагає рекурсії, оскільки проектне середовище системи нижчого рівня (обслуговуваної) визначається конфігураційною базою проекту системи вищого рівня (сервісної). Разом з тим сервісна система функціонує в умовах невизначеності, що змушує будувати розв'язок другої задачі за допомогою третьої.

Рекурентний характер зв'язків задач у проекті інтегрованої системи електрозабезпечення СГП за використання енергії вітру (рис. 4) значно ускладнює процес розв'язування кожної з поставлених задач, тому ми спростили модель, а саме запропонували використовувати часткові розв'язки задач у порядку зростання рівня їх ієрархії. Такий підхід дає змогу перейти від рекурентної моделі проекту до квазілінійної та значно спростити розрахунки.

Одним із основних аспектів управління конфігурацією є поняття ефективності проекту, яка визначається на підставі моделювання взаємодії об'єктів конфігурації та проектного середовища. Ефективність у проекті електрозабезпечення СГП на основі використання енергії вітру слід розуміти комплексно, оскільки основний вплив від таких проектів досягається поза економічною сферою. Аналізуючи основні підходи та причини впровадження відновлюваної енергетики, можна виокремити такі складові ефективності: екологічна, соціальна, політична, перспективна, надійнісна та економічна. В окремих випадках електроенергія, отримана із застосуванням відновлюваних джерел, буде дорожчою в порівнянні з традиційними способами її отримання. Це пов'язано з високою вартістю обладнання для вітроенергетики та відносно низькими чинними тарифами на електроенергію, структура яких не враховує всіх перелічених складових ефективності. Тому суть ефективного управління проектом електрозабезпечення полягає в максимальному зниженні собівартості електричної енергії, утилізованої в СГП.

Характер потенційних аспектів ефективності визначає ієрархію зацікавлених сторін проекту. Аналіз структури ефективності дає підстави стверджувати, що реалізація проекту електрозабезпечення СГП із використанням енергії вітру уможливлює досягнення результату на рівні держави в цілому, а відтак замовником повинні бути державні структури, відповідальні за реалізацію енергетичної політики України. Виконання частини проекту, пов'язаної з технічним забезпеченням, повинно лягти на заводи - виробники вітроенергетичного обладнання, які виступають у ролі підрядчика. Безпосереднє впровадження електрозабезпечення згідно з проектом покладається на споживачів (СГП). З огляду на те, що за чинної кон'юнктури енергетичного ринку споживачі не зацікавлені у використанні енергії вітру для отримання електроенергії, на державному рівні необхідно передбачити механізми стимулювання інших зацікавлених сторін проекту. Таким чином, глобальна ефективність проекту повинна визначатись на підставі узгодження інтересів зацікавлених сторін проекту. Основною умовою підвищення конкурентоспроможності продукції заводів - виробників ВЕУ є максимальна відповідність конфігурації системи електрозабезпечення потребам споживачів. Це означає, що під час визначання ефективності на будь-якому з етапів проекту потрібно відштовхуватись від того, наскільки конфігураційна база проекту параметричного ряду ВЕУ дає змогу задовольнити вимоги всієї множини споживачів. Своєю чергою на нижчому рівні ієрархії відбувається узгодження вимог споживача з характеристиками продукту проекту. Невідповідність між ними спричинює зниження ефективності, яке й слід мінімізувати, враховуючи структуру груп споживачів деякої розглядуваної території.

Обслуговувана система складається з двох взаємопов'язаних підсистем - виробництва електричної енергії ВЕС та її утилізації споживачем. На ефективність функціонування кожної з цих систем впливає значна кількість чинників стохастичного характеру. Найбільш загальним методом дослідження складних систем є статистичне імітаційне моделювання. Такий підхід уможливлює розв'язання всього комплексу задач управління конфігурацією проекту інтегрованої системи на єдиній методологічній базі. Тому для ідентифікації конфігурацій у проекті системи електрозабезпечення використано метод статистичного імітаційного моделювання з розбиттям періоду імітування на відносно невеликі інтервали Дt, у межах яких параметри віртуальної системи можна вважати сталими, а отже, для їх відображення можна використовувати аналітичні залежності. Метою імітаційного моделювання віртуальної системи виробництва-споживання електроенергії є знаходження показників ефективності її функціонування за різних варіантів конфігурації ВЕС у СГП. Після деякого періоду моделювання Тм за отриманими показниками маємо змогу обчислити значення головного системного функціонального показника - коефіцієнта заміщення, який характеризує ступінь використання електричної енергії, отриманої від ВЕС, у балансі СГП:

, (4)

де Еу - обсяг утилізованої енергії вітру за період моделювання, кВт•год; Pріч - математичне сподівання річного обсягу споживання електричної енергії у СГП, кВт•год/рік.

Узгодження конфігурації ВЕС для умов заданого СГП здійснюється за мінімумом собівартості утилізації одиниці енергії вітру, проте на етапах І-ІІ конфігурація параметричного ряду ВЕУ нам невідома, а отже, невідома й вартість самих ВЕУ. Тому, щоб уникнути рекурсії, прийнято припущення, що вартість комплексу ВЕУ наближено рівна вартості однієї ВЕУ з площею обмаху ротора, рівною сумарній площі обмаху роторів SУ. Частковий критерій узгодження з урахуванням вказаного припущення має вигляд:

, (5)

де - орієнтовне значення річної частки вартості ВЕС, грн/рік; ЕАБ - енергетична ємність акумуляторної батареї ВЕС, кВА·год.

Такий критерій дає змогу обґрунтувати раціональне значення коефіцієнта заміщення kз, а також значення енергетичної ємності акумуляторної батареї ВЕС залежно від заданих значень Pріч та сумарної площі обмаху роторів ВЕУ SУ. Проте для остаточної ідентифікації конфігурації ВЕС у СГП цього недостатньо. Тому для узгодження конфігурації проекту параметричного ряду ВЕУ застосовувався додатковий критерій, що дав змогу обґрунтувати раціональне значення сумарних площ обмаху роторів ВЕУ, а відтак ідентифікувати конфігурацію ВЕС - мінімум уточненої собівартості утилізації одиниці енергії вітру для всієї системи використання ВЕУ за обраного варіанта параметричного ряду zу. Враховуючи це, функція узгодження має такий вигляд:

(6)

де - середньозважене значення собівартості утилізації енергії вітру в СГП регіону, грн/кВт•год; {Sr} - конфігурація параметричного ряду ВЕУ; г(·) - функція щільності розподілу річних обсягів споживання електричної енергії в СГП регіону; - уточнена сумарна площа обмаху роторів ВЕУ в складі ВЕС, м 2,

;

mr - кількість ВЕУ у складі ВЕС із площами обмаху роторів Sr; R - розмір параметричного ряду; СВЕС - уточнене значення річної частки вартості ВЕС, грн/рік.

Критерієм узгодження під час управління змінами конфігурації проекту системи електрозабезпечення СГП регіону було обрано максимум декремента середньозваженої собівартості утилізованої енергії вітру на (R+1)-му кроці змін конфігурації параметричного ряду:

. (7)

Остаточне рішення про зміну конфігурації проекту параметричного ряду приймається радою з конфігурації на підставі критерію (7) та з урахуванням цілей проекту.

У третьому розділі "Методика дослідження характеристик проектного середовища та моделювання функціональних показників об'єктів конфігурації" описано програму й методику дослідження складових проекту, необхідних для узгодження його конфігурацій. Програмою досліджень передбачається аналіз характеристик проектного середовища; дослідження функціональних та вартісних параметрів об'єктів конфігурації; визначення системних функціональних показників об'єктів конфігурації; узгодження конфігурацій проекту системи електрозабезпечення СГП за використання енергії вітру.

Для кількісного та якісного оцінення характеристик проектного середовища та параметрів об'єктів конфігурації розроблено методики: статистичного дослідження потреби СГП у споживанні електричної енергії та вітрового потенціалу регіону; встановлення фізичних показників вітроенергетичного обладнання.

Для визначення системних функціональних показників об'єктів конфігурації обґрунтовано методики: статистичного імітаційного моделювання процесів виробництва-споживання електричної енергії у СГП; узгодження конфігурацій проектів ВЕС для заданих умов; узгодження конфігурацій проектів параметричних рядів площ обмаху роторів ВЕУ та контролю конфігурації. Дослідження потреби споживачів у електричній енергії ґрунтується на статистичному аналізі валового річного споживання електричної енергії у СГП та розподілі флуктуацій потужності, що встановлювались за річними звітами енергопостачальників, а також кореляційно-регресійному аналізі динаміки графіків навантаження СГП. Характеристики вітрового потенціалу регіону встановлювались за журналами ТСХ-1 для умов Яворівської метеорологічної станції та опрацьовувались за допомогою методів статистичного аналізу.

Фізичні показники об'єктів конфігурації встановлювались за протоколом державних приймальних випробувань прототипу ВЕУ з просторово орієнтованою віссю ротора В-4, а також з урахуванням чинних пропозицій на ринку обладнання для вітрової енергетики.

Обґрунтований та розроблений алгоритм статистичного імітаційного моделювання віртуальної системи виробництва-споживання електричної енергії у СГП складається з 20 кроків, якими враховано специфіку функціонування цієї системи та причинно-наслідкові зв'язки, що притаманні як проектному середовищу, так і об'єктам конфігурації.

Методика узгодження конфігурацій проектів ВЕС для заданих умов розроблена з урахуванням результатів імітаційного моделювання віртуальної системи виробництва-споживання енергії. Використовуючи цю методику, а також результати досліджень фізичних параметрів об'єктів конфігурації, розроблено алгоритм детермінованого імітаційного моделювання віртуальної системи електрозабезпечення СГП регіону, що уможливлює оцінку системних показників її ефективності за різних варіантів конфігураційних баз проекту. Цей алгоритм також лежить в основі розробленої методики управління змінами конфігурації проекту в часі.

Четвертий розділ "Обґрунтування моделей характеристик проектного середовища та фізичних показників об'єктів конфігурації" стосується формування бази даних для управління конфігурацією проекту електрозабезпечення СГП за використання енергії вітру.

Для вивчення потреб СГП у електричній енергії було обрано типові господарства із шести районів Львівської області, для яких проаналізовано записи щомісячного споживання електроенергії за період 2004-2006 років. Встановлено, що розподіл значень річного споживання електричної енергії у СГП описується експоненціальним законом розподілу:

. (8)

Емпірична частість і теоретична крива розподілу наведені на рис. 5.

Значення сезонних флуктуацій споживання електроенергії у СГП приводились до нормованого вигляду. Приймалось, що вони мають спільний для всієї проаналізованої множини споживачів характер. З отриманих даних сформовано 12 вибірок відповідно до місяця року m, кожна з яких описується логарифмічним нормальним законом розподілу зі щільністю

, (9)

де - нормоване значення миттєвої потужності електроспоживання у СГП; - параметр форми; - параметр мірила.

Емпірична частість та теоретична крива розподілу нормованого значення потужності наведені на рис. 6.

Характеристики вітрового потенціалу описуються розподілами швидкості та напряму вітрів. Дослідження проводились як пасивний експеримент на основі даних Яворівської метеорологічної станції за п'ятирічний період. Для кожного з місяців будувались залежності вказаних характеристик. Щільність розподілу динаміки швидкості вітру описується теоретичним законом Вейбула з параметром мірила am та параметром форми bm, кожен з яких приймає своє значення для відповідного місяця року m.

Під час дослідження фізичних параметрів ВЕУ як прототип розглядались характеристики установки з просторово орієнтованою віссю ротора В-4. Числові значення коефіцієнтів потужності, вмикальної, номінальної та вимикальної швидкостей вітрів та коефіцієнта корисної дії електромеханічної частини ВЕУ взято з протоколу державних приймальних випробувань, і вони приймались незмінними для всього проектованого параметричного ряду. Для побудови функції вартості проаналізовано ряд однотипних ВЕУ номінальною потужністю 0,3-20 кВт, представлених на вітчизняному ринку. Згідно з проведеними розрахунками, вартість ВЕУ малої потужності з просторово орієнтованою віссю ротора залежить від площі обмаху ротора та становить, грн:

. (10)

Вартісні характеристики інших складових ВЕС визначались, виходячи з аналізу чинних пропозицій на ринку. Зокрема встановлено, що річна частка вартості акумуляторної батареї становить, грн/рік:

, (11)

а аналогічний показник для інвертора, грн/рік -

. (12)

У п'ятому розділі "Результати узгодження конфігурацій проекту інтегрованої системи електрозабезпечення СГП за використання енергії вітру" наведено дані щодо узгодження конфігураційних баз проекту з характеристиками проектного середовища на підставі статистичного та детермінованого імітаційного моделювання. Зокрема кореляційно-регресійний аналіз результатів статистичного імітаційного моделювання процесів виробництва-споживання електричної енергії у СГП дав змогу встановити емпіричні залежності узгоджених за критерієм (5) значень питомої енергетичної ємності акумуляторних батарей ВЕС та коефіцієнта заміщення для заданих умов (рис. 7,а та 7,б відповідно). Зв'язок між оптимальною ємністю акумуляторної батареї, площею обмаху роторів ВЕУ та річним споживанням електричної енергії у СГП описується таким рівнянням:

, (13)

а залежність коефіцієнта заміщення -

. (14)

Використовуючи отримані залежності, проведено послідовне узгодження членів параметричного ряду площ обмаху роторів SУ просторово орієнтованих ВЕУ для СГП. Обґрунтування відбувалось на підставі критерію узгодження (7). Діаграма узгодження площ обмаху та черговості впровадження членів параметричного ряду наведена на рис. 8.

Як видно з рис. 8, перші чотири елементи параметричного ряду площ обмаху роторів ВЕУ слід впроваджувати в такій послідовності: 35; 75; 20; 130 м 2. Якщо параметричний ряд складатиметься лише з одного члена (R=1), то собівартість утилізованої енергії вітру в системі використання ВЕУ буде становити 0,731 грн/кВт•год. Впровадження додаткових трьох членів параметричного ряду (R=4) дає змогу знизити собівартість на 0,015 грн/кВт•год. При цьому оптимальне значення коефіцієнта заміщення коливається в межах 11-26%. Максимальна похибка розрахунків за наведеною методикою не перевищує 3,1%.

Отримана діаграма рис. 7,а дає змогу встановити орієнтовну структуру продукту системи використання ВЕУ, діаграма рис. 8 уможливлює ідентифікацію конфігурації проекту параметричного ряду площ обмаху роторів ВЕУ та порядок впровадження його елементів, після чого завдяки повторному використанню діаграми рис. 7,а здійснюється остаточна ідентифікація конфігурації проектів ВЕС для СГП.

Зі збільшенням кількості членів параметричного ряду знижується собівартість утилізованої енергії вітру, водночас зростають затрати на виробництво ВЕУ. Тому висновок про доцільність його розширення повинен проводитись на підставі рекомендацій ради з конфігурації проекту з урахуванням цілей проекту.

Синтез головних складових системи електрозабезпечення СГП із використанням енергії вітру на підставі системного підходу та розроблення відповідних моделей дає змогу дослідити основні функціональні характеристики системи. Отримані в результаті імітаційного моделювання залежності дозволили узгодити конфігураційні бази з характеристиками проектного середовища й оцінювати ступінь використання енергії вітру в окремих СГП та ефективність проекту інтегрованої системи електрозабезпечення СГП регіону в цілому.

Висновки

У роботі вирішується науково-прикладна задача розроблення методів і моделей узгодження конфігурацій проектів сервісних та обслуговуваних систем стосовно електрозабезпечення СГП за використання енергії вітру.

1. Аналіз чинних науково-методичних засад, методів і моделей управління конфігурацією у проектах систем електрозабезпечення СГП за використання енергії вітру свідчить про те, що вони мають окремі недоліки, зокрема не враховують системної єдності задач у проекті. Однак чинні науково-методичні засади узгодження конфігурацій у проектах можуть бути застосовані в дослідженні з низкою обмежень, зокрема у частині, що стосується поняття ефективності проектів.

2. Розкриття системних засад управління конфігураціями проектів сервісних та обслуговуваних систем дало змогу встановити, що множина головних задач управління конфігураціями проектів сервісних і обслуговуваних систем повинна містити їх ідентифікацію та управління змінами конфігурацій у часі. Обґрунтовано, що проект віртуальних систем електрозабезпечення повинен складатися з чотирьох основних етапів та поєднуватись трьома задачами управління конфігурацією, спрямованими на послідовний перехід від одного етапу проекту до іншого. Встановлення інтеграційних зв'язків між задачами дало змогу обґрунтувати методи та порядок їх розв'язування.

3. Запропонований розгляд інтегрованих систем як сервісних та обслуговуваних дав змогу глибше осмислити процеси управління та розробити специфічні підходи до узгодження конфігурацій проектів. На підставі системного підходу формалізовано загальні методики узгодження конфігурацій проектів сервісних та обслуговуваних систем, які слугують підставою для обґрунтування критеріїв ефективності проектів інтегрованих систем у предметних галузях. Показано, що бачення ефективності проектів обслуговуваних систем з боку сервісних підприємств є основою забезпечення конкурентоспроможності продукту проекту сервісної системи завдяки застосуванню системного узгодження їх конфігурацій.

4. Вибір об'єктів конфігурації проекту системи електрозабезпечення СГП за використання енергії вітру базується на рекомендаціях нормативних документів стосовно управління конфігурацією. Він враховує наявність інтеграційних зв'язків між системами проекту, специфіку предметної галузі, а також дає змогу управляти експлуатаційними та фізичними параметрами об'єктів конфігурації окремо, що уможливлює досягнення системного ефекту у проекті.

5. Аналіз структури ефективності проектів систем електрозабезпечення СГП із використанням енергії вітру дає підстави стверджувати, що їх реалізація уможливлює досягнення результату на рівні держави в цілому, а відтак замовником повинні виступати державні структури, відповідальні за реалізацію енергетичної політики України. Виконання частини проекту, пов'язаної з технічним забезпеченням, повинно лягти на заводи - виробники вітроенергетичного обладнання, які виступають у ролі підрядчика. Безпосереднє впровадження електрозабезпечення згідно з проектом покладається на споживачів. З огляду на те, що за існуючої кон'юнктури енергетичного ринку споживачі не зацікавлені у використанні енергії вітру для отримання електроенергії, на державному рівні необхідно передбачити механізми стимулювання зацікавлених сторін проекту.

6. Обґрунтовано критерії узгодження конфігурацій, які передбачають мінімізацію собівартості утилізації енергії вітру, що є передумовою ідентифікації оптимальних конфігураційних баз проектів сервісних та обслуговуваних систем на всіх етапах їх життєвого циклу.

7. Розроблена методика дослідження фізичних і функціональних характеристик об'єктів конфігурації базується на програмі управління конфігурацією. Проектне середовище досліджується на основі статистичного аналізу ретроспективних даних. Методика прогнозування системних функціональних показників об'єктів конфігурації ґрунтується на імітаційному моделюванні процесу функціонування віртуальних систем проекту, для цього розроблено алгоритми системи виробництва-споживання електричної енергії у СГП та системи забезпечення вітроустановками всієї множини споживачів регіону.

8. Встановлені статистичні залежності характеристик проектного середовища є базою для статистичної імітаційної моделі системи виробництва-споживання електричної енергії у СГП. Доведено, що тренди електроспоживання та середньої швидкості вітрів мають сезонний характер і в цілому збігаються за фазами, що дає підстави стверджувати про доцільність застосування енергії вітру для електрозабезпечення СГП. Кореляційно-регресійний аналіз дав змогу встановити, що залежність вартості ВЕУ з просторово орієнтованою віссю ротора від площі його обмаху в діапазоні 0,3-20 кВт описується лінійним рівнянням (10). Ця залежність становить базу для моделі ідентифікації конфігурації параметричного ряду ВЕУ для сільського господарства.

9. Імітаційне моделювання віртуальної системи виробництва-споживання електричної енергії у СГП уможливлює визначення системних функціональних показників об'єктів конфігурації для різних значень потреби споживачів у енергії та варіантів конфігураційних баз. Зокрема встановлено, що коефіцієнт заміщення енергії для умов визначеного проектного середовища залежить від заданих значень сумарної площі обмаху роторів ВЕУ, енергетичної ємності акумуляторів ВЕС, а також від обсягу річного споживання електроенергії у СГП. Застосування часткового критерію узгодження (5) дало змогу встановити параметри залежності оптимальної енергетичної ємності акумуляторів ВЕС при використанні ВЕУ з просторово орієнтованою віссю ротора для умов Львівської області.

10. На підставі розробленого методу, який базується на комп'ютерному експериментуванні з моделлю віртуальної системи використання ВЕУ, виконано розрахунки, що уможливили виявлення причинно-наслідкових зв'язків між фізичними, функціональними, системними функціональними та вартісними показниками об'єктів конфігурації проекту.

11. Отримані в результаті імітаційного моделювання залежності дали змогу узгодити конфігураційні бази з характеристиками проектного середовища та оцінювати ступінь використання енергії вітру в окремих СГП і ефективність проекту електрозабезпечення СГП регіону в цілому. Зокрема встановлено, що перші чотири елементи параметричного ряду площ обмаху роторів ВЕУ слід впроваджувати в такій послідовності: 35; 75; 20; 130 м 2. За умови впровадження такої конфігурації проекту параметричного ряду середньозважена собівартість утилізованої енергії у СГП Львівської області становитиме 0,716 грн/кВт•год. Оптимальне значення ступеня використання енергії, отриманої від вітроелектростанції, у балансі СГП коливається в межах 11-26%. Ці результати мають регіональний характер, проте розроблені методики дають змогу здійснювати узгодження конфігурацій проектів систем електрозабезпечення СГП за використання енергії вітру для будь-яких територій.

...