Інтегрована система контролю ефективності використання електричної енергії у виробництві

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

УДК 621.311.003.13

Спеціальність 05.14.01 - енергетичні системи та комплекси

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ІНТЕГРОВАНА СИСТЕМА КОНТРОЛЮ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ У ВИРОБНИЦТВІ

Бориченко Олена Володимирівна

Київ - 2011

Дисертацією є рукопис

Роботу виконано на кафедрі електропостачання Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент Находов Володимир Федорович, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», м. Київ, доцент кафедри електропостачання

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Качан Юрій Григорович, Запорізька державна інженерна академія, м. Запоріжжя, завідувач кафедри електротехніки та енергетичного менеджменту

кандидат технічних наук, доцент Давиденко Людмила Валеріївна, Луцький національний технічний університет, м. Луцьк, доцент кафедри електропостачання

Захист відбудеться «10» жовтня 2011 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.002.20 у Національному технічному університеті України «Київський політехнічний інститут» за адресою: 03056, м. Київ-56, проспект Перемоги, 37, корп. 22, ауд. 316.

З дисертацією можна ознайомитись в бібліотеці Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут» за адресою: 03056, м. Київ-56, проспект Перемоги, 37.

Автореферат розіслано“03” вересня 2011 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, канд. техн. наук, доцент А. М. Ковальчук



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Проблеми раціонального використання енергетичних ресурсів, мінімізації втрат енергії у процесі її виробництва, перетворення, передавання та споживання натепер є актуальними для вітчизняної енергетичної системи, рівнями ієрархічної структури якої є держава, її регіони, великі промислові, транспортні або сільськогосподарські вузли, а також окремі підприємства. Вирішення цих завдань, як і подолання інших проблем, що стосуються функціонування паливно-енергетичного комплексу держави, потребують пошуку нових концепцій розвитку енергетики, одним із найсприятливіших стратегічних напрямів якого є енергозбереження, тобто підвищення ефективності використання паливно-енергетичних ресурсів (ПЕР), у тому числі й електричної енергії.

Досягнення значних результатів у сфері енергозбереження дозволило б зменшити зовнішню енергетичну залежність України, зберігати власні енергоресурси як національне багатство, зменшити шкідливий вплив енергетичних та виробничих об'єктів на навколишнє середовище, більш раціонально розподіляти кошти на розвиток паливно-енергетичного комплексу, а також підвищити конкурентоспроможність вітчизняного виробництва.

Однією з важливих підсистем енергетичної системи є електроенергетичні системи, що забезпечують споживачів електричною енергією, зокрема, на рівні виробничих вузлів та окремих підприємств. В свою чергу, складовою електроенергетичної системи будь-якого виробничого вузлу є численні системи електропостачання підприємств, які являють собою сукупність генераторів та перетворювачів енергії, а також енергоспоживаючих агрегатів та установок, пов'язаних між собою електричними мережами та розподільчими пристроями.

Системи електропостачання підприємств є невід'ємною складовою частиною електроенергетичних систем більш високого рівня і пов'язані з ними нерозривністю процесів виробництва, передавання, розподілення і споживання електричної енергії. Крім того, можна стверджувати, що значна частка потенціалу енергозбереження, що існує у вітчизняних електроенергетичних системах, припадає на системи електропостачання об'єктів промисловості, яка є найбільшим споживачем електричної енергії в Україні. Таким чином, вирішення задачі енергозбереження у виробництві має велике значення для підвищення ефективності енергетичної системи держави в цілому.

Безумовно, основною запорукою успішного вирішення проблеми підвищення енергетичної ефективності національної економіки має бути формування та практична реалізація стратегії енергозбереження на державному рівні. Для цього потрібно вирішити чимало проблем технічного, економічного, організаційного, законодавчого характеру. Однак для досягнення бажаних результатів у сфері енергозбереження не менш важливим є здійснення систематичного управління (в тому числі й оперативного) цією діяльністю як на рівні держави та її регіонів, так і на рівні виробничо-господарських об'єктів, їх підрозділів і навіть окремих технологічних процесів, агрегатів чи установок.

Однією з першочергових функцій такого управління на будь-якому технологічному чи виробничо-господарському об'єкті є систематичний контроль та аналіз ефективності використання електричної енергії у виробництві. Проте досвід минулих років, а також результати виконання цієї функції дозволяють стверджувати, що об'єктивна кількісна оцінка, контроль та аналіз ефективності використання електроенергії на виробничих об'єктах являють собою проблему, яка до цього часу не вирішена на задовільному рівні.

Без вирішення цієї проблеми не можуть успішно виконуватись і практично не виконуються в Україні, зокрема, такі функції управління енергозбереженням, як створення та обґрунтоване застосування системи економічного стимулювання ефективного використання електроенергії, впровадження енергозберігаючого обладнання, технологій і заходів; створення й функціонування дієвого механізму залучення інвестицій у сферу енергозбереження; визначення потенціалу енергозбереження, економічної доцільності й пріоритетності здійснення енергозберігаючих проектів на конкретних підприємствах, у галузях суспільного виробництва, у регіонах держави; здійснення моніторингу реально досягнутого енергозбереження й забезпечення повернення інвестованих вкладень.

Таким чином, об'єктивна оцінка, контроль та аналіз ефективності використання електричної енергії є необхідним підґрунтям для вирішення тих питань, що виникають у сфері енергозбереження, і тому являє собою актуальний та надзвичайно важливий для України напрям наукових досліджень та розробок.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Виконані в роботі дослідження відповідають напряму «Енергетика та енергоефективність» Закону України № 2519-VІ від 09.09.2010 р. «Про пріоритетні напрямки розвитку науки і техніки», стратегічним пріоритетним напрямам інноваційної діяльності в Україні на 2003-2013 роки «Новітні ресурсозберігаючі технології» Закону України № 433-IV від 16.01.2003 р. «Про пріоритетні напрями інноваційної діяльності в Україні», Комплексній програмі НТУУ «КПІ» «Енергетика сталого розвитку» і направленості тематики НДР кафедри електропостачання НТУУ «КПІ».

Матеріали дисертаційної роботи використано під час виконання держбюджетних НДР: №7-1106 «Науково-методичне обґрунтування впровадження Єдиної державної системи нормування питомих витрат ПЕР у суспільному виробництві та розроблення рекомендацій щодо її впровадження» (номер держреєстрації 0106U010690), №2437-п «Розробка моделей та методів управління інтегрованими системами енергозабезпечення та контроль ефективності енерговикорис-тання» (номер держреєстації 0111U002484), №14/05 «Проведення енергетичного обстеження та збір вихідних даних, необхідних для розробки методики нормування питомих витрат ПЕР на підприємстві «Запорізький завод кольорових сплавів».

Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційного дослідження є створення методичних основ побудови інтегрованих систем контролю ефективності використання електричної енергії в суспільному виробництві, які ґрунтуються на поєднанні удосконалених методик нормування питомих витрат електроенергії та удосконалених систем оперативного контролю ефективності енерговикористання.

Для досягнення зазначеної мети дослідження були вирішені такі завдання: інтегрований електричний питомий енергія

проаналізовано існуючу систему контролю енергоефективності на основі питомих витрат електричної енергії та визначено основні напрями та методи її удосконалення;

розроблено методику побудови балансів споживання електричної енергії для виробничо-господарських об'єктів в умовах невизначеності вихідної інформації;

проаналізовано традиційну методику побудови систем контролю і планування (КіП) електроспоживання як альтернативний підхід до контролю енергоефективності та визначено основні напрями та методи її удосконалення;

розроблено методику встановлення обґрунтованих «стандартів» споживання електроенергії технологічними об'єктами;

запропоновано об'єктивний процес контролю виконання встановлених «стандартів» електроспоживання на основі використання чітких математичних методів;

запропоновано концепцію побудови інтегрованих систем контролю ефективності використання електричної енергії у виробництві.

Об'єктом дослідження є процес контролю ефективності використання електричної енергії на виробничих об'єктах.

Предметом дослідження є методи контролю і аналізу ефективності використання електричної енергії на виробничих об'єктах у сучасних умовах господарювання.

Методи дослідження. Методичною основою дисертаційного дослідження є комплекс загальнонаукових і спеціальних методів, використовуваних для:

створення методики побудови балансів споживання електричної енергії для виробничо-господарських об'єктів в умовах невизначеності вихідної інформації - методи теорії ймовірності та математичної статистики, методи експертного опитування, методи економіко-математичного моделювання, апарат нечіткої математики, методи оптимального програмування;

встановлення обґрунтованих «стандартів» споживання електроенергії - методи математичної статистики, економіко-математичного моделювання та встановлення довірчих інтервалів до відповідних моделей;

здійснення об'єктивного процесу контролю виконання встановлених «стандартів» електроспоживання - один з методів статистичного контролю якості продукції, а саме метод послідовного аналізу А. Вальда;

визначення концепції побудови інтегрованих систем контролю ефективності використання електроенергії - методи узагальнення та логічного підходу.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в такому:

уперше запропоновано концепцію побудови інтегрованих систем контролю ефективності використання електричної енергії в суспільному виробництві, які ґрунтуються на поєднанні удосконалених методик нормування питомих витрат електроенергії та удосконалених систем оперативного контролю ефективності енерговикористання;

розроблено методику побудови оптимальних розрахункових моделей електробалансів виробничих об'єктів, яка на відміну від розрахунково-аналітичного методу ґрунтується на застосуванні експертних методів визначення суб'єктивної ймовірності появи нечітких величин вихідних даних та достовірних інтервалів їх числових значень, на математичному моделюванні та прогнозуванні обсягів споживання електричної енергії, а також на використанні методів оптимального програмування для складання найбільш достовірних балансів електроспоживання;

удосконалено методику встановлення «стандартів» споживання електричної енергії в системах КіП, основною відмінністю якої є прийняття як «стандартів» електроспоживання меж довірчих інтервалів до відповідних рівнянь регресії, що дозволяє враховувати залишкову похибку моделювання фактичних обсягів витрат електроенергії на об'єкті;

удосконалено процес контролю та аналізу виконання встановлених «стандартів» електроспоживання, який на відміну від традиційного ґрунтується на використанні одного з методів статистичного контролю якості продукції, що дає можливість оперативно визначати моменти невипадкового зниження або підвищення ефективності електровикористання, а також отримувати об'єктивну кількісну оцінку економії або перевитрати енергії;

розроблено методи реалізації ймовірнісно-статистичного підходу до складання балансів споживання електричної енергії для виробничо-господарських об'єктів, особливостями якого є те, що побудова балансів ґрунтується на використанні наявних статистичних даних про електроспоживання та обсяги виробництва продукції, на встановленні законів розподілу та статистичних характеристик відповідних випадкових величин, а також на визначенні найбільш імовірної структури витратної частини електробалансу.

Практичне значення отриманих результатів полягає у створенні нових методик та концепції, застосування яких дасть змогу встановлювати більш точні та науково обґрунтовані значення показників ефективності використання електричної енергії у виробництві, підвищити об'єктивність та оперативність контролю енергоефективності і здійснювати на цій основі коректне та дієве управління енергозбереженням на виробничо-господарських об'єктах.

Таким чином, отримані результати дозволять удосконалити діючу в Україні систему контролю ефективності використання електричної енергії в суспільному виробництві та забезпечити реалізацію одного з можливих напрямів її подальшого розвитку.

Результати, отримані в дисертаційній роботі, впроваджено у ТОВ НВП «ПРОМ-СІТАЛ», м. Київ та ТОВ «Енергобудтехсервіс», м. Київ, у навчальному процесі НТУУ «КПІ» при викладанні дисциплін «Контроль ефективності енерговикористання» та «Методи контролю ефективності енерговикористання», а також використані в науково-дослідній роботі кафедри електропостачання. Отримано акти впровадження результатів роботи та свідоцтва про реєстрацію авторського права на розроблені методики.

Особистий внесок здобувача. Основні результати та положення дисертаційної роботи автором отримано самостійно. У роботах, які були опубліковані у співавторстві, дисертанту належать такі результати: у [1; 3; 9; 12] - аналіз діючих в Україні методик нормування питомих витрат електричної енергії та виявлення основних їх недоліків; обґрунтування подальшого розвитку існуючої системи контролю ефективності енерговикористання на рівні підприємств та їх підрозділів і аналіз історичного досвіду нормування питомих витрат електричної енергії в суспільному виробництві; у [2; 5; 10] - аналіз традиційних методів побудови балансів споживання електричної енергії виробничих об'єктів, розроблення алгоритмів та визначення методів, що дозволяють реалізувати імовірносно-статистичний підхід до побудови електробалансів; у [11] - розроблення методики побудови балансів виробничо-господарських об'єктів на основі апарату нечіткої математики; у [5; 13] - розроблення методики побудови оптимальних розрахункових моделей балансів споживання електричної енергії виробничих об'єктів, яка ґрунтується на застосуванні методів оптимального програмування для визначення найбільш достовірної структури витратної частини балансу; у [14] - розроблення процедури експертного визначення достовірних інтервалів коефіцієнтів завантаження і тривалості роботи виробничого обладнання; у [4; 15] - визначення методів та способів реалізації можливого напряму подальшого розвитку існуючої методології контролю енергоефективності на основі застосування удосконалених систем КіП електроспоживання; у [8] - визначення основних недоліків традиційних систем КіП та розроблення об'єктивного процесу контролю виконання встановлених «стандартів» споживання електричної енергії, який ґрунтується на застосуванні методу послідовного аналізу А. Вальда.

Апробація результатів дисертаційної роботи. Основні положення, наукові й практичні результати дисертаційної роботи доповідалися і обговорювалися на міжнародній конференції «Енергозбереження, екологія, ефективність: шляхи зниження енергозалежності України» (м. Київ, 2008 р.), ІІІ міжнародній науково-практичній конференції «Енергоефективність великого промислового регіону» (м. Донецьк, 2008 р.), ХХІІІ міжнародній конференції UKR-POWER 2008 «Комплексне вирішення проблем енергозбереження в промисловій та комунальній енергетиці» (м. Ялта, 2008 р.), ІV міжнародній науково-практичній конференції «Енергетична безпека та енергозбереження на транспорті: технології та інвестиції» (м. Одеса, 2009 р.), науково-технічній конференції «Енергетика, гірництво: економіка, технології, екологія» присвяченій вшануванню 90 років від дня народження В.М. Винославського (м. Київ, 2010 р.), на науково-технічних конференціях Інституту енергозбереження та енергоменеджменту НТУУ «КПI» «Енергетика: економіка, технології, екологія» і наукових семінарах кафедри електропостачання (2006-2011 рр.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано 15 наукових праць, у тому числі 5 статей у наукових фахових виданнях за переліком ВАК України.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаної літератури та додатків. Загальний обсяг роботи складає 196 сторінок, у тому числі 140 сторінок основного тексту, 12 рисунків та 7 таблиць, списку використаних джерел зі 146 найменувань та 5 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність вибраної теми дисертації, вказано зв'язок роботи з науковими програмами, темами та планами, сформульовано мету, завдання, об'єкт та предмет досліджень, наведено методи виконання досліджень, показано наукову новизну та практичне значення отриманих в дисертації результатів, указано особистий внесок здобувача, наведено дані про впровадження результатів роботи, їх апробацію та публікації.

У першому розділі проаналізовано показники ефективності використання електроенергії, існуючі методи і підходи до ефективності електровикористання.

Методологічною основою оцінки та контролю ефективності використання електроенергії в Україні традиційно залишається система нормування її питомих витрат на виробництво продукції, виконання робіт чи надання послуг. Результати аналізу діючих методик нормування питомих витрат електроенергії свідчать, що переважна їх більшість мають суттєві недоліки. Попередній досвід нормування питомих витрат електроенергії, а також результати, отримані протягом останніх років дозволяють стверджувати, що існуюча в Україні система нормування питомих витрат електричної енергії є недосконалою, потребує якнайшвидшого удосконалення, зокрема, шляхом розвитку методів побудови балансів електроспоживання виробничих об'єктів.

У другому розділі розглянуто методи побудови балансів споживання електроенергії у виробництві. Розроблено методи реалізації ймовірнісно-статистичного підходу до складання балансів споживання електричної енергії для виробничо-господарських об'єктів, особливостями якого на відміну від традиційних підходів є те, що побудова балансів ґрунтується на використанні наявних статистичних даних про електроспоживання та обсяги виробництва продукції, на визначенні законів розподілу та статистичних характеристик відповідних випадкових величин, а також на встановленні найбільш імовірної структури витратної частини електробалансу. Визначено область можливого застосування зазначеного підходу, що обмежується простими виробництвами, що мають неширокий асортимент продукції та нескладну схему технологічного процесу.

Як більш універсальний та перспективний напрям удосконалення методології формування достатньо точних та обґрунтованих балансів споживання електроенергії на виробничих об'єктах запропоновано методику побудови оптимальних розрахункових моделей електробалансів. Розроблена методика на відміну від традиційних ґрунтується на застосуванні експертних методів визначення суб'єктивної ймовірності появи нечітких величин вихідних даних та достовірних інтервалів їх числових значень, на математичному моделюванні та прогнозуванні обсягів споживання електричної енергії, а також на використанні методів оптимального програмування для побудови найбільш достовірних балансів електроспоживання.

Нечіткими вихідними даними для побудови балансів споживання електричної енергії виробничих об'єктів є, зокрема, коефіцієнти завантаження і тривалість роботи технологічного і допоміжного обладнання. Оскільки індивідуальні результати опитування експертів мають значною мірою суб'єктивний характер, найбільш достовірні інтервали значень нечітких показників визначаються на основі оцінки всіма експертами суб'єктивної ймовірності того, що відповідний показник набуває того чи іншого числового значення (тобто досягає відповідного рівня).



Размещено на http://www.allbest.ru/

Для кожної оцінки можливого значення коефіцієнта завантаження і тривалості роботи обладнання, зробленої окремим експертом, на підставі побудованих функцій належності визначаються п'ять значень суб'єктивної ймовірності збігу цієї оцінки з одним із можливих рівнів значень показників обладнання (де j - умовний номер відповідного рівня можливих значень показника (), k - умовний номер експерта, , де N - загальна кількість опитаних експертів). Для цього можна використовувати два способи - графічний (рис. 1) або аналітичний, поданий такими залежностями:



На підставі отриманих таким чином імовірностей , визначених для кожної оцінки можливого значення показників обладнання, зробленої окремим експертом, розраховуються інтегральні суб'єктивні ймовірності, які враховують оцінки реального значення цих показників всіма експертами:

(1)

На основі розрахованих інтегральних суб'єктивних імовірностей для кожної одиниці обладнання визначається найбільш достовірний інтервал, в якому знаходиться дійсне значення відповідних нечітких показників.

Таким чином, для будь-якого виробничого об'єкта (підприємства) є відомим склад статей витратної частини балансу споживання електричної енергії, тобто перелік основного та допоміжного обладнання за його видами, встановлена потужність цього обладнання, а також достовірні інтервали можливих значень коефіцієнтів його завантаження і тривалості роботи у відповідному плановому році.

З огляду на ці дані побудова досить точного й обґрунтованого електробалансу підприємства являє собою процес знаходження найбільш достовірних значень коефіцієнтів завантаження обладнання і тривалості його роботи у межах встановлених експертним шляхом можливих інтервалів їх значень. При цьому найбільш достовірними слід вважати такі числові значення коефіцієнтів завантаження і тривалості роботи кожного виду обладнання, за яких розрахунковий обсяг споживання електроенергії на виробничо-господарському об'єкті буде мінімально відрізнятися від прогнозованої величини його електроспоживання на відповідний період. Отже, процес визначення найбільш достовірної структури витратної частини електробалансу будь-якого підприємства можна сформулювати як оптимізаційну задачу, цільова функція якої має вигляд:

,(2)

де - прогнозований обсяг споживання електричної енергії на виробничому об'єкті на відповідний період; n - кількість видів обладнання, що споживає електричну енергію; - загальна встановлена потужність обладнання -го виду; і - середні значення коефіцієнтів завантаження і тривалості роботи -го виду обладнання, які у цій задачі є цільовими змінними; - втрати електричної енергії у загальнозаводських перетворювачах (трансформаторах); - втрати електроенергії у заводських мережах.

Обмеження числових значень змінних і , що входять до цільової функції, можна записати у вигляді:

, ;

, ,

де , , , - відповідні мінімальні та максимальні величини зазначених змінних, отримані в результаті експертного визначення достовірних інтервалів їх реальних числових значень.

Таким чином, визначення найбільш достовірної структури витратної частини балансу споживання електричної енергії на будь-якому виробничому об'єкті являє собою задачу квадратичного програмування з обмеженнями, для розв'язання якої може бути застосований, наприклад, метод Хука-Дживса. Розв'язання цієї задачі дозволяє побудувати оптимальну розрахункову модель електробалансу підприємства.

Результати проведених досліджень свідчать, що оптимальні розрахункові моделі балансів споживання електричної енергії, побудовані з використанням запропонованої методики, порівняно з електробалансами, складеними традиційним розрахунково-аналітичним методом, є більш обґрунтованими і точними, а отже дозволяють встановлювати на їх основі більш об'єктивні норми питомих витрат електроенергії для виробничо-господарських об'єктів.

У третьому розділі проаналізовано традиційну методику побудови систем контролю і планування електроспоживання (КіП), відомих під назвою Monitoring and Targeting Systems, які активно використовуються за кордоном; визначено основні недоліки методики створення та застосування традиційних систем КіП, які не дозволяють безпосередньо запроваджувати такі системи для оперативного контролю ефективності використання електричної енергії в умовах України.

З урахуванням основних недоліків традиційних систем КіП електроспоживання для їх удосконалення та подальшого розвитку, перш за все, було створено більш досконалу методику встановлення об'єктивних, обґрунтованих «стандартів» споживання електричної енергії технологічними об'єктами. Для досягнення цієї мети запропоновано застосування більш коректних та досконалих методів математичного моделювання процесів електроспоживання, зокрема, методів багатофакторного регресійного аналізу.

Удосконалена методика побудови обґрунтованих «стандартів» споживання електричної енергії, зокрема, передбачає:

1) попередній відбір факторів, що можуть суттєво впливати на обсяги споживання електричної енергії технологічними об'єктами, який здійснюється із застосуванням відомих експертних методів;

2) побудову багатофакторних математичних моделей споживання електроенергії на основі використання чітких, об'єктивних імовірнісно-статистичних процедур, які дозволяють визначати характер впливу факторних змінних на електроспоживання, здійснювати аналіз мультиколінеарності змінних, рівня значущості коефіцієнтів регресії і тим самим будувати достатньо складні математичні моделі, адекватні досліджуваним процесам.

Будь-яка математична модель завжди має певну залишкову похибку. Тому основна відмінність удосконаленої методики від традиційної полягає в тому, що «стандарти» споживання електроенергії в системах оперативного контролю ефективності її використання пропонується встановлювати у вигляді меж довірчих інтервалів, які мають бути побудовані для відповідних математичних моделей електроспоживання з метою вираховування їх залишкової похибки.

Довірчий інтервал для індивідуального значення обсягу споживання електричної енергії з координатами , , ...,, отриманого на основі рівняння багатофакторної математичної моделі, визначається за такою залежністю:

, (3)

де - розрахункове значення витрати електроенергії, отримане за допомогою багатофакторного рівняння регресії; - коефіцієнт розподілу Стьюдента при двосторонній імовірності б і кількості степені вільності ; - середньоквадратичне відхилення індивідуальних значень фактичних обсягів споживання електроенергії від результатів їх моделювання за допомогою рівняння регресії; - матриця значень незалежних змінних (факторів), які використовуються у математичній моделі; - транспонована матриця ; - коваріаційно-дисперсійна матриця вектора параметрів (констант) рівняння математичної моделі.

Оскільки графік зміни залежної величини у функції всіх факторних ознак, що входять до багатофакторної математичної моделі, неможливо побудувати на площині (якщо факторів більше одного), то «стандарти» споживання електричної енергії наочно можна зобразити виключно у вигляді графіків зміни відповідних величин у часі. При цьому довірчі інтервали, визначені для багатофакторних регресійних моделей за допомогою залежності (3), у такій системі координат будуть являти собою деяку область, обмежену ламаними лініями, всередині якої із заданою імовірністю знаходяться значення фактичних витрат електроенергії на об'єкті за існуючого рівня ефективності електроспоживання.

Отже, зниження рівня ефективності споживання електричної енергії на будь-якому технологічному об'єкті можна констатувати лише за умови знаходження фактичних значень електроспоживання вище верхньої межі довірчого інтервалу, а підвищення рівня енергоефективності - у випадку знаходження фактичних витрат електроенергії нижче нижньої межі довірчого інтервалу.

Ще одним істотним недоліком традиційних систем КіП є відсутність об'єктивного процесу контролю виконання встановлених «стандартів» електроспоживання. Оскільки обсяги споживання електричної енергії на будь-якому технологічному об'єкті являють собою випадкові величини, то процес контролю виконання «стандартів» електроспоживання, встановлених в системах оперативного контролю ефективності використання енергії, повинен ґрунтуватися на застосуванні ймовірнісно-статистичних методів. Для цього успішно можуть бути використані відомі методи статистичного контролю якості продукції.

Виходячи з удосконаленої методики встановлення «стандартів» споживання електричної енергії у системах оперативного контролю ефективності її використання, їх виконання найбільш доцільно контролювати, реєструючи кількість випадків виходу фактичних величин електроспоживання за межі відповідного довірчого інтервалу. Причому такий контроль має здійснюватись безперервно. Для цього пропонується застосовувати метод послідовного аналізу Вальда. Відповідно до цього методу у процесі контролю якості продукції досліджується деяка вибірка виробів, обсяг якої є змінним. У випадку контролю ефективності використання електричної енергії така вибірка містить дані про знаходження фактичних обсягів споживання електроенергії технологічним об'єктом у межах встановленого для нього «стандарту» електроспоживання.

Оперативний контроль виконання встановлених «стандартів» електроспоживання провадиться в умовах, коли загальний обсяг «партії виробів» , яка являє собою загальну кількість контролів, що мають бути виконані на деякому технологічному об'єкті протягом усього періоду його експлуатації, є досить великим. Водночас висновок про ефективність використання електричної енергії на цьому об'єкті має ґрунтуватися на результатах аналізу вибірки порівняно невеликого обсягу. У цих умовах, якщо , можна стверджувати, що контрольована випадкова величина відповідає біноміальному закону розподілу. Причому контроль виконання встановлених «стандартів» електроспоживання може здійснюватись безпосередньо за кількістю випадків виходу фактичних обсягів споживання електричної енергії на об'єкті за межі встановленого «стандарту».

Таким чином, у зазначених умовах процес оперативного контролю виконання встановлених «стандартів» споживання електричної енергії на будь-якому технологічному об'єкті пропонується здійснювати в такій послідовності:

1. Визначення плану контролю, тобто встановлення мінімально та максимально допустимої кількості випадків виходу фактичних обсягів споживання електричної енергії на об'єкті за межі встановленого «стандарту» електроспоживання (граничні значення і відповідно), а також встановлення ймовірностей помилки першого та другого роду (б і в відповідно).

2. Розрахунок максимального значення математичного сподівання обсягу вибірки, який необхідно мати для отримання найбільш достовірних результатів контролю. Якщо контрольована випадкова величина відповідає біноміальному закону розподілу, цей обсяг вибірки можна визначити залежністю

. (4)

3. Побудова карти контролю, тобто визначення границь довірчого інтервалу ( і на рис. 2) для кількості випадків виходу фактичних обсягів споживання електроенергії за межі встановленого «стандарту» електроспоживання, параметри яких , і розраховуються на підставі складеного плану контрою за виразами:

, , .

4.

Размещено на http://www.allbest.ru/



Здійснення на технологічному об'єкті послідовного контролю виконання встановлених «стандартів» електроспоживання, який полягає у реєстрації кількості випадків виходу фактичних обсягів споживання електроенергії за межі встановленого «стандарту» та порівнянні цієї величини з верхньою границею () відповідного довірчого інтер-валу.

Таким чином, якщо після проведення контролів для зафіксованої кількості випадків виходу фактичних величин електроспоживання за межі встановленого «стандар-ту» виконується нерівність

, (5)

то, можна стверджувати, що рівень ефективності використання електроенергії на об'єкті невипадково відрізняється від заданого. Якщо нерівність (5) не виконується, то приймається рішення, що ефективність електровикористання на об'єкті відповідає заданому рівню, а всі зафіксовані в процесі контролю відхилення фактичних обсягів споживання енергії від встановленого «стандарту» є випадковими.

У процесі контролю виконання «стандартів» електроспоживання за наведеним вище алгоритмом пропонується одночасно вирішувати три задачі. Тобто необхідно контролювати як можливе зниження, так і можливе підвищення ефективності використання електричної енергії на об'єкті, а також знаходження фактичного електроспоживання у межах встановленого «стандарту».

Таким чином, у результаті здійснення контролів виконання «стандарту» споживання електричної енергії на деякому технологічному об'єкті можна спостерігати такі ситуації:

кількість випадків виходу фактичних значень витрат електроенергії за верхню границю відповідного довірчого інтервалу статистично є достатньою для того, щоб стверджувати, що на об'єкті відбулося зниження ефективності електровикористання відносно заданого її рівня, причому це зниження є невипадковим (виконується нерівність (5));

кількість випадків виходу фактичних значень витрат електроенергії за нижню границю відповідного довірчого інтервалу статистично є достатньою для того, щоб стверджувати, що на об'єкті відбулося підвищення ефективності використання електричної енергії відносно заданого її рівня, причому це підвищення є невипадковим (виконується нерівність (5));

кількість випадків виходу фактичних величин електроспоживання за межі встановленого «стандарту» (як , так і ) з точки зору статистики є незначною, що дозволяє стверджувати, що встановлений «стандарт» виконується, тобто ефективність використання електричної енергії на об'єкті відповідає заданому рівню (нерівність (5) не виконується).

Отже, за результатами здійснення на об'єкті порівняно невеликої кількості контролів виконання встановленого «стандарту» електроспоживання у випадку 1) вже можна робити попередні висновки про невипадкове зниження рівня ефективності використання електричної енергії, планувати та здійснювати заходи, спрямовані на його підвищення.

Однак найбільш достовірні результати контролю ефективності енерговикористання можна отримати тільки після виконання максимально необхідної кількості контролів , яка визначається на підставі залежності (4).

Зокрема, після проведення максимально необхідної кількості контролів можна не тільки з найбільшою ймовірністю констатувати невипадкове підвищення або зниження ефективності енерговикористання, але й отримати кількісну оцінку економії або перевитрати електроенергії, яка відбулася на об'єкті протягом відповідного періоду. З цією метою запропоновано використати підхід, подібний до того, що застосовується для аналізу ризиків прийняття управлінських рішень. Цей підхід ґрунтується на знанні фактичних результатів споживання електричної енергії на об'єкті отриманих під час кожного контролю енергоефективності (величина економії чи перевитрати енергії або їх відсутність у разі підтримання заданого рівня ефективності використання електроенергії), а також на визначенні частоти появи кожного з результатів ( або ).

Кількісна оцінка загальної величини () економії або перевитрати електроенергії, одержаної на об'єкті протягом відповідного періоду, може бути визначена як сума добутків усіх отриманих результатів електроспоживання на частоти їх виникнення:

. (6)

Таким чином, запропонований процес послідовного контролю є об'єктивним, дає можливість оперативно визначати моменти невипадкового зниження або підвищення ефективності електровикористання і своєчасно вживати необхідні заходи для підтримання заданого рівня енергоефективності, а також отримувати об'єктивну кількісну оцінку економії або перевитрати енергії протягом відповідного періоду на будь-якому технологічному об'єкті.

У четвертому розділі вперше запропоновано один з доцільних напрямів подальшого розвитку існуючої в Україні системи контролю ефективності використання електричної енергії в суспільному виробництві, в основу якого покладено поєднання удосконалених методик нормування питомих витрат електроенергії з побудовою та застосуванням удосконалених систем оперативного контролю ефективності електровикористання. Результатом об'єднання двох зазначених підходів до контролю енергоефективності є створення на виробничо-господарських об'єктах інтегрованих систем контролю ефективності використання електричної енергії. Процес побудови і функціонування таких систем показано у вигляді схеми (рис.3).

Рис. 3. Процес побудови і функціонування інтегрованої системи контролю ефективності використання електричної енергії

Концепція побудови на виробничо-господарському об'єкті інтегрованої системи контролю енергоефективності передбачає, що для окремих енергоємних установок, агрегатів чи технологічних процесів, а також для груп менш енергоємного обладнання поступово створюються і впроваджуються локальні (індивідуальні) системи оперативного контролю ефективності використання електричної енергії.

Основні вимоги, яким мають відповідати технологічні об'єкти та для яких є можливим і доцільним створення локальних систем оперативного контролю ефективності енерговикористання, такі:

технологічне обладнання, для якого планується побудувати окрему систему контролю енергоефективності, має бути розташоване в одному або у суміжних виробничих приміщеннях для забезпечення можливості організації єдиного обліку його спільного електроспоживання;

таке обладнання має бути пов'язане між собою єдиним технологічним процесом, тобто спільно використовуватись для виробництва одного і того ж виду продукції або кількох її видів;

керувати обладнанням, яке планується включити до однієї локальної системи оперативного контролю енергоефективності, повинна невелика кількість операторів, щоб вплив людського фактора на процес споживання електричної енергії був якнайменшим, і т. ін.

Проведенні дослідження свідчать, що спочатку на виробничо-господарському об'єкті необхідно створювати стільки локальних систем контролю ефективності використання електроенергії, скільки видів продукції виробляється на ньому. Відповідно оперативний контроль ефективності енерговикористання на початку створення інтегрованої системи буде здійснюватись окремо для процесів вироблення кожного виду продукції без їх поділу на окремі агрегати, установки чи технологічні операції.

Після визначення початкових об'єктів для створення локальних систем контролю енергоефективності на підприємстві складається баланс споживання електричної енергії з використанням розробленої у розділі 2 методики побудови оптимальних розрахункових моделей електробалансів. При цьому витратну час-тину електробалансу підприємства потрібно складати, групуючи основне обладнання за технологічними процесами виробництва кожного виду продукції, а допоміжне цехове та загальнозаводське обладнання (включно з втратами енергії у відповідних мережах та перетворювачах) - за підрозділами підприємства.

Таким чином, на початку створення інтегрованої системи локальні системи оперативного контролю ефективності використання електроенергії створюються для всіх процесів вироблення продукції, а також окремо для всіх загально-заводських підрозділів. При цьому «стандарти» електроспоживання для кожного об'єкта будуються з використанням запропонованої у розділі 3 методики.

Після побудови локальних систем на виробничо-господарському об'єкті з'являється можливість оперативного контролю ефективності використання електроенергії на вироблення кожного виду продукції та у допоміжних підрозділах. Удосконалений процес здійснення такого контролю запропоновано у розділі 3.

Розглядаючи «стандарти» електроспоживання як індивідуальні енергетичні характеристики локальних технологічних об'єктів, на їх підставі можна будувати групові енергетичні характеристики для окремих підрозділів та підприємства в цілому. Для побудови групових енергетичних характеристик може бути застосований відомий поопераційний метод, який полягає у «складанні» індивідуальних енергетичних характеристик технологічних об'єктів або їх груп.

На підставі отриманих таким чином групових енергетичних характеристик виробничо-господарських об'єктів, а також встановлених для них планових значень обсягів виробництва продукції, параметрів технологічного процесу, зовнішніх умов для цих об'єктів можна визначити планові обсяги споживання електричної енергії на відповідний період. Тим самим створюється можливість встановлення на задану перспективу традиційних планових показників питомої витрати електричної енергії як окремо на вироблення кожного з видів продукції, так і для підприємства в цілому. Планові питомі витрати, визначені на основі індивідуальних енергетичних характеристик технологічних об'єктів, будуть більш об'єктивними та обґрунтованими порівняно з аналогічними показниками, отриманими з використанням розрахунково-аналітичного методу.

Таким чином, створення інтегрованої системи дозволяє оперативно контролювати ефективність використання електроенергії на рівні окремих процесів виробництва продукції та допоміжних підрозділів, а також на рівні підприємства та його підрозділів для більш тривалих періодів здійснювати контроль на основі традиційних показників питомих витрат електроенергії.

Згодом на підприємстві, на якому створюється інтегрована система контролю ефективності електроспоживання, необхідно «поглиблювати» оперативний контроль ефективності використання електроенергії шляхом поступового поділу технологічних процесів вироблення продукції як початкових об'єктів оперативного контролю на декілька більш дрібних об'єктів, якими будуть окремі технологічні установки або певні їх групи.

У висновках сформульовано основні теоретичні та практичні результати проведених досліджень.

У додатках наведено матеріали, що не ввійшли до основного тексту, зокрема, приклади застосування розроблених у дисертаційній роботі підходів та методик, акти впровадження основних результатів роботи.



ВИСНОВКИ

1. Найбільш перспективним напрямом подальшого розвитку методології контролю і аналізу ефективності електровикористання слід вважати створення інтегрованих систем контролю ефективності використання електричної енергії, які ґрунтуються на поєднанні удосконалених методів нормування питомих витрат електроенергії з побудовою та застосуванням удосконалених систем оперативного контролю ефективності енерговикористання.

2. Існуючі методики нормування питомих витрат електричної енергії необхідно удосконалювати у напрямі розроблення обґрунтованих методів побудови електробалансів виробничо-господарських об'єктів.

3. Використання розробленої в дисертаційній роботі методики побудови оптимальних розрахункових моделей електробалансів дозволяє складати більш обґрунтовані та точні баланси споживання електричної енергії виробничо-господарських об'єктів порівняно з електробалансами, побудованими традиційним розрахунково-аналітичним методом.

4. Для удосконалення традиційних систем оперативного контролю ефективності використання електричної енергії доцільно застосовувати розроблену в дисертаційній роботі методику встановлення «стандартів» електроспоживання, яка грунтується на використанні більш адекватних методів багатофакторного регресійного аналізу, а також на прийнятті як «стандартів» меж довірчих інтервалів, побудованих для математичних моделей процесів споживання електроенергії.

5. Об'єктивний контроль виконання встановлених «стандартів» електроспоживання в системах оперативного контролю ефективності електровикористання необхідно проводити із застосуванням методів статистичного контролю якості продукції, зокрема процедури послідовного аналізу Вальда.

6. Побудова на виробничих об'єктах інтегрованих систем контролю ефективності використання електроенергії дозволить оперативно контролювати ефективність використання електроенергії на рівні окремих процесів вироблення продукції і допоміжних підрозділів, а на рівні підприємства і його підрозділів для більш тривалих періодів - на основі традиційних показників питомих витрат електроенергії.

7. Концепція створення на виробничих об'єктах інтегрованих систем передбачає систематичний їх розвиток через «поглиблення» оперативного контролю енергоефективності, тобто поділу вибраних об'єктів оперативного контролю на більш дрібні аж до окремих технологічних об'єктів. Таким чином, існуюча система нормування питомих витрат електроенергії поступово удосконалюватиметься і згодом може бути повністю заміщена системами оперативного контролю ефективності використання електричної енергії у виробництві.

8. Таким чином, результати отримані в дисертаційній роботі створюють умови для дієвого управління енергозбереженням у суспільному виробництві, що, в свою чергу, сприятиме підвищенню ефективності функціонування енергетичної системи держави в цілому.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Находов В.Ф. Аналіз діючих в Україні методик нормування питомих витрат паливно-енергетичних ресурсів / В.Ф. Находов, О.В. Бориченко, К.К. Кочетова // «Промислова електроенергетика та електротехніка» Промелектро : інформ. зб. - 2007. - №2. - С. 42-48.

2. Находов В.Ф. Ймовірносно-статистичний підхід до побудови енергобалансів виробничо-господарських об'єктів / В.Ф. Находов, О.В. Бориченко // «Промислова електроенергетика та електротехніка» Промелектро : інформ. зб. - 2007. - № 6. - С. 45-54.

3. Праховник А.В. Контроль ефективності енерговикористання - ключова проблема управління енергозбереженням / А.В. Праховник, В.Ф. Находов, О.В. Бориченко // Энергосбережение, энергетика, энергоаудит. - 2009. - №8(66). - С. 41-54.

4. Находов В.Ф. Удосконалення діючої системи нормалізації енергоспоживання на основі контролю і планування витрат електричної енергії/ В.Ф. Находов, О.В. Бориченко, О.В. Тишко // «Промислова електроенергетика та електротехніка» Промелектро : інформ. зб. - 2010. - № 3. - С. 51-58.

5. Находов В.Ф. Побудова оптимальних розрахункових моделей електробалансів виробничо-господарських об'єктів / В.Ф. Находов, О.В. Бориченко // «Промислова електроенергетика та електротехніка» Промелектро : інформ. зб. - 2010. - № 6. - С. 47-51.

6. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір «Методика побудови оптимальних розрахункових моделей балансів споживання електричної енергії виробничо-господарських об'єктів» / В.Ф. Находов, О.В. Бориченко. - № 38503 ; заявл. 14.04.2011 ; зареєстр. 26.05.2011, Бюл. № 25.

7. Свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір «Методика встановлення обґрунтованих «стандартів» споживання електроенергії та здійснення об'єктивного контролю їх виконання в системах статистичного контролю ефективності енерговикористання» / В.Ф. Находов, О.В. Бориченко. - № 38504 ; заявл. 13.05.2011 ; зареєстр. 26.05.2011, Бюл. № 25.

8. Находов В.Ф. Контроль та аналіз виконання встановлених «стандартів» в системах статистичного контролю ефективності використання електричної енергії / В.Ф. Находов, О.В. Бориченко // «Промислова електроенергетика та електротехніка» Промелектро : інформ. зб. - 2011. - № 2. - С. 16-23.

9. Находов В.Ф. Проблема контролю ефективності енерговикористання - основа практичного вирішення задач енергозбереження / В.Ф. Находов, О.В. Бориченко // Енергозбереження, екологія, ефективність: шляхи зниження енергозалежності України: міжнар. конф., 14 травня 2008 р. : тези доп. - К., 2008. - С. 55-57.

10. Находов В.Ф. Побудова енергобалансів виробничо-господарських об'єктів ймовірносно-статистичним методом / В.Ф. Находов, О.В. Бориченко // Енергоефективність великого промислового регіону : ІІІ міжнар. наук.-практ. конф., 3-5 червня 2008 р. : тези доп. - Донецьк, 2008. - С. 150-155.

11. Находов В.Ф. Побудова енергобалансів виробничо-господарських об'єктів на основі апарату нечіткої логіки та математики / В.Ф. Находов, О.В. Бориченко // UKR-POWER 2008 «Комплексне вирішення проблем енергозбереження в промисловій та комунальній енергетиці» : ХХІІІ міжнар. конф., 17-21 червня2008 р.: тези доп. - Ялта, 2008. - С. 43-47.

12. Праховник А.В. Контроль ефективності енерговикористання - ключова проблема управління енергозбереженням / А.В. Праховник, В.Ф. Находов, О.В. Бориченко // Енергетична безпека та енергозбереження на транспорті: технології та інвестиції : ІV міжнар. наук.-практ. конф., 10-12 червня 2009 р. : тези доп. - Одеса, 2009. - С. 86-103.

13. Находов В.Ф. Побудова оптимальних розрахункових моделей електробалансів виробничо-господарських об'єктів [Електронний ресурс] / В.Ф. Находов, О.В. Бориченко, О.О. Мусатова // «Енергетика, гірництво: економіка, технології, екологія» присвячена вшануванню 90 років від дня народженняВ.М. Винославського : наук.-техн. конф., 14-15 січня 2010 р. : тези доп. - К., 2010. - Режим доступу : auek.kpi.ua/BOOKS/conferece_energy.../Vinoslavskiy_conference. docx.

14. Находов В.Ф. Побудова балансів споживання електроенергії виробничих об'єктів з використанням імовірносно-статистичних методів [Електронний ресурс]/ В.Ф. Находов, О.В. Бориченко, О.О. Мусатова // Енергетика: економіка, технології, екологія : наук.-техн. конф. молодих дослідників, аспірантів та магістрантів, 20-21 травня 2010 р. : тези доп. - К., 2010.

15. Находов В.Ф. Удосконалення діючої системи нормалізації енергоспоживання на основі контролю і планування витрат електричної енергії [Електронний ресурс] / В.Ф. Находов, О.В. Бориченко, О.В. Тишко // Енергетика: економіка, технології, екологія : наук.-техн. конф. молодих дослідників, аспірантів та магістрантів, 20-21 травня 2010 р. : тези доп. - К., 2010.



АНОТАЦІЯ

БОРИЧЕНКО О.В. Інтегрована система контролю ефективності використання електричної енергії у виробництві. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.01 - енергетичні системи та комплекси. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2011.

Дисертаційна робота присвячена створенню методичних основ побудови інтегрованих систем контролю ефективності використання електроенергії на виробничо-господарських об'єктах, які ґрунтуються на поєднанні удосконалених методик нормування питомих витрат електричної енергії з побудовою та застосуванням удосконалених систем оперативного контролю ефективності енерговикористання.

Проаналізовано існуючі методи оцінювання та контролю ефективності використання електроенергії, зокрема діючу в Україні систему нормування її питомих витрат. Розроблено методику побудови оптимальних розрахункових моделей електробалансів. Удосконалено методику встановлення «стандартів» споживання електроенергії та процес контролю і аналізу їх виконання в системах оперативного контролю ефективності електровикористання.

...