Розробка багатокритерійних моделей та засобів управління енерговикористанням у навчальних закладах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет України

Київський політехнічний інститут

Спеціальність 05.14.01 - “Енергетичні системи та комплекси”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Тема:

Розробка багатокритерійних моделей та засобів управління енерговикористанням у навчальних закладах

Ячник Євген Анатолійович

Київ - 2011

Дисертацією є рукопис.

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

Науковий керівник:

кандидат технічних наук, доцент Розен Віктор Петрович, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», м. Київ, завідувач кафедри автоматизації управління електротехнічними комплексами

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, старший науковий співробітник Денисюк Сергій Петрович, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», м. Київ, професор кафедри електропостачання

кандидат технічних наук, доцент Плєшков Петро Григорович, Кіровоградський національний технічний університет, м. Кіровоград, завідувач кафедрою електротехнічних систем

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

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



Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Питання підвищення ефективності використання паливно-енергетичних ресурсів (ПЕР) та енергозбереження вже тривалий час є предметом досліджень науковців всього світу. Зросли масштаби і глибина досліджень у сфері енергоефективності та енергозбереження, управління процесами енергозбереження та підвищення рівня ефективності енерговикористання.

До ряду найважливіших пріоритетів державної енергетичної політики України, як країни з несприятливими кліматичними умовами, належать питання енергозбереження у теплопостачанні. Теплопостачання є найбільш енергомістким та енерговитратним сегментом національної економіки. Завдання управління ефективністю використання теплової енергії у муніципальному господарстві - це найактуальніша проблема енерговитратної комунальної енергетики України. Так, у великих містах частка газоподібного палива, як основного виду палива у теплопостачанні, становить близько 80%, з яких більше 40% витрачаються на опалення будівель.

Ефективність використання енергоресурсів в Україні нижча за середні показники у країнах зі схожими кліматичними умовами, а також питоме теплоспоживання у 2-4 рази перевищує аналогічні показники у південній частині Канади і країнах Західної Європи.

На регіональному і муніципальному рівнях найбільшими бюджетними споживачами теплової енергії є навчальні заклади, а саме дошкільні навчальні заклади (дитячі садки), середні навчальні заклади (загальноосвітні школи), позашкільні навчальні заклади (музичні школи) тощо, де потенціал енергозбереження є чи не одним з найбільших. У системах опалення навчальних закладів, технічний потенціал енергозбереження становить 80%, якщо виходити з оцінок потенціалу, зроблених на основі показників енергоефективності нових будівель бюджетних фонду, які споруджуються з використанням нових норм щодо теплової ізоляції в Україні.

Питання пов'язані з детальним обґрунтуванням стратегії у сфері енергоефективності, розробка моделей та засобів з підвищення рівня ефективності енерговикористання у навчальних закладах за умов комплексного підходу потребують подальшого розвитку. Управління енерговикористанням у навчальних закладах вимагає не тільки технічних, а і організаційно-управлінських рішень.

Викладені обставини визначили напрямки наукових досліджень.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дану роботу виконано згідно з напрямком наукової роботи кафедри автоматизації управління електротехнічними комплексами Національного технічного університету України “КПІ” на 2009-2010 рр. Вибраний напрямок дослідження пов'язаний з держбюджетною науково-дослідною роботою №2257-п (№0106U002322 держ. реєстрації) на тему “Новітні технології та ресурсозберігаючі технології в енергетиці, промисловості та агропромисловому комплексі”.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження дисертаційної роботи є підвищення рівня ефективності енерговикористання у навчальних закладах шляхом розроблення нових та вдосконалення існуючих моделей та засобів комплексного оцінення енергоефективності.

Для досягнення поставленої мети у роботі розв'язуються такі основні завдання:

- проведення аналізу існуючих моделей та засобів управління енерговикористанням в організаціях бюджетної сфери, визначення їх особливостей та доцільності використання;

- формування та аналіз складу показників, що дозволяють здійснити оцінювання рівня енерговикористання у навчальних закладах, впливають на управління енерговикористанням; розроблення моделі визначення аномальних значень у вихідній енерго-економічній інформації, враховуючі часові інтервали дослідження, з метою запобігання прийняття невірних рішень та підвищення достовірності інформації під час розв'язання задачі управління енерговикористанням у навчальних закладах;

- розроблення моделей рейтингового оцінювання рівня енергоефективності у начальних закладах, використовуючи показники, що впливають на управління енерговикористанням, з метою визначення поточного рівня енергозбереження, підвищення адекватності оцінювання рівня їх енергоефективності, використовуючи експрес-діагностичні методи оцінювання, процедури встановлення відносної значущості досліджуваних об'єктів на основі їх впорядкування;

- розроблення моделі оптимального вибору проектів з енергозбереження для навчальних закладів як у детермінованій постановці, так і у випадку інформаційної невизначеності та неповноти, із врахуванням впливу на довкілля, що дозволяє провести адекватне їх планування та реалізацію;

- розроблення методики вибору проектів з енергозбереження, шляхом доповнення та вдосконалення системи енергетичного моніторингу, розширення її функціональних можливостей з метою вдосконалення завдання розподілу та перерозподілу енергетичних та економічних ресурсів у бюджетній сфері.

Об'єктом дослідження є процеси прийняття рішень з ефективного енергоспоживання у навчальних закладах.

Предметом дослідження є моделі та засоби багатокритерійної оптимізації вибору проектів з енергозбереження та управління енерговикористанням у навчальних закладах.

Методи дослідження. У дисертаційній роботі для вирішення і аналізу поставлених задач використано наступні методи дослідження:

- емпіричні методи аналізу, діаграма Ісікави та когнітивний аналіз - під час комплексного оцінювання і визначення показників, що впливають на рівень енергоефективності у навчальних закладах;

- критерій Смірнова-Граббса - у процесі виявлення недостовірних, аномальних даних у вихідній сукупності енерго-економічних даних;

- правила ранжування, Борда, Кондорсе, Копеланда - у процесі рейтингового оцінювання рівня ефективності енерговикористання та стану енергозбереження у навчальних закладах;

- метод випадкового пошуку - у процесі аналізу та моніторингу впровадження проектів з енергозбереження у навчальних закладах, розроблення моделі оптимального їх планування у детермінованій постановці та з врахуванням впливу на довкілля;

- теорії нечітких множин (з використанням методу повного перебирання) - у процесі аналізу та моніторингу впровадження проектів з енергозбереження за умов невизначеності та з врахуванням впливу на довкілля.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у наступному:

- дістали подальшого розвитку механізми формування, аналізу та оцінювання показників, що впливають на управління енерговикористанням у навчальних закладах. Визначено підхід щодо виявлення аномальних значень у вихідній енергоекономічній інформації, що дозволяє запобігти прийняттю невірних управлінських рішень у сфері енергозбереження та підвищити рівень її достовірності;

- запропоновано модель аналізу ранжування навчальних закладів за показниками різної фізичної природи впливу на управління енерговикористанням, що відрізняється можливістю їх узагальнення, та дозволяє проводити адекватне оцінювання та прийняття управлінських рішень у сфері енергозбереження;

- сформульовано механізм розроблення та вибору проектів з енергозбереження у випадку інформаційної невизначеності, враховуючи вплив на довкілля та використовуючи наявний потенціал як енергозбереження, так і забезпечуючи оптимальне управління розподілом та перерозподілом енергетичних та економічних ресурсів у бюджетній сфері;

- вдосконалено модель системи енергетичного моніторингу, яка полягає не лише у виконанні контрольно-наглядових функцій у сфері енергозбереження, але й дозволяє систематизувати та оцінити пріоритетні напрямки та проекти у сфері енергозбереження і спрямована на дотримання норм, правил та режимів енерговикористання, виконання запланованих заходів та дій, дотримання установлених значень енергетичних показників.

Практичне значення отриманих результатів полягає у:

- розробленні багатокритерійних моделей та засобів системи енерговикористання за умов комплексного підходу, що дозволяє підвищити управління енерговикористанням у навчальних закладах;

- розробленні та застосуванні правил ранжування, що дозволяють вдосконалити вирішення питань управління енерговикористанням у навчальних закладах, підвищити точність прийняття відповідних адекватних рішень у сфері енергозбереження на основі отриманих результатів аналізу енергоекономічної інформації;

- розробленні моделі вибору проектів з енергозбереження шляхом комплексного оцінювання енергоекономічної вихідної інформації та досягання максимальної енергетичної ефективності за умов недостатнього фінансування сфери енергозбереження навчальних закладів;

- розробленні та застосуванні математичного інструментарію у детермінованій та нечіткій постановках шляхом запровадження методики вибору проектів з енергозбереження за умов функціонування системи енергетичного моніторингу, що підвищує обґрунтованість прийняття управлінських завдань стосовно розподілу та перерозподілу енергетичних та економічних ресурсів для навчальних закладів;

Алгоритми математичних методів аналізу було реалізовано у пакетах прикладних програм у середовищах Delphi, Visual Fortran та С++ у процесі оцінювання, прийняття рішень щодо енергозбереження на муніципальному рівні, шляхом використання системи багатокритерійного аналізу ефективності енерговикористання у навчальних закладах;

Методичні засади аналізу та оцінення ефективності споживання енергетичних ресурсів доведено до стадії практичного використання і вони становлять основу для забезпечення управління енергоефективністю та енергозбереженням у навчальних закладах. Розроблені методичні підходи та інструменти застосовано:

- у процесі реалізації комплексного багатофакторного аналізу енерговикористання впроваджено моделі та засоби забезпечення підвищення рівня ефективності енерговикористання у навчальних закладах, використовуючи методику вибору проектів з енергозбереження для навчальних закладів в умовах функціонування системи енергетичного моніторингу. Застосовано в якості науково-теоретичного та практичного матеріалу для розв'язання питань енергоефективності у бюджетній сфері та структуризації і прогнозованості розвитку та вдосконалення енергозбереження загалом (місцевий орган управління освітою (м. Алчевськ) та вищій навчальний заклад (м. Луганськ);

- у якості складової до існуючої системи вибору та реалізації проектів у бюджетній сфері. Використано методику вибору проектів з енергозбереження для бюджетних установ в умовах функціонування системи енергетичного моніторингу (комунальне підприємство “Група впровадження проекту з енергозбереження в адміністративних і громадських будівлях м. Києва”).

Результати дисертаційної роботи було використано у навчальному процесі під час читання лекцій з курсу “Автоматизовані системи керування та переробки інформації” для студентів 7.092203 “Електромеханічні системи автоматизації та електропривод” НТУУ “КПІ”.

Особистий внесок здобувача. Наукові розробки та положення, що було проведено у дисертаційній роботі, отримано автором самостійно. У роботах, які було опубліковано у співавторстві, здобувачеві належать наступні результати: у [1, 7, 8, 10, 12] - практична реалізація алгоритмів ранжування та розроблення програмного забезпечення цих правил; у [2] - практична реалізація алгоритму виявлення недостовірних, аномальних даних у вихідній сукупності енергоекономічної інформації; у [3, 5, 9, 11] - розроблення методики проведення енергетичного моніторингу, практична реалізація алгоритмів у детермінованій та нечіткій постановках вибору проектів з енергозбереження та оптимальним розподілом та перерозподілом енергетичних та економічних ресурсів; у [4] - аналіз системи енергетичного моніторингу та складових його функціонування; у [6] - практична реалізація алгоритму у детермінованій постановці вибору проектів з енергозбереження з врахуванням впливу на довкілля.

Апробація результатів дисертаційної роботи. Основні результати за тематикою роботи обговорювалися та доповідалися на VII Всеукраїнській науково-технічній конференції молодих учених і спеціалістів “Електромеханічні системи, методи моделювання та оптимізації” 13-15 травня 2009 р., м. Кременчук; VIII Всеукраїнському конкурсі “Молодь - енергетиці України - 2009: Відкритий конкурс молодих енергетиків”; науково-технічній конференції “Енергетика. Екологія. Людина”, конференція молодих дослідників, аспірантів та магістрантів, 28-29 квітня 2009 р., м. Київ; науково-технічній конференції “Енергетика: економіка, технології, екологія”, присвячена вшануванню 90 років від дня народження Винославського В.М., 14-15 січня 2009 р., м. Київ; міжнародному форум-конкурсі молодих вчених “Проблемы недропользования”, 21-23 апреля 2010 р., м. Санкт-Петербург; конференції молодих дослідників, аспірантів та магістрантів, 20-21 травня 2010 р., м. Київ; міжнародному інвестиційному бізнес-форумі з питань енергоефективності та альтернативної енергетики, 9-10 листопада 2010 р., м. Київ.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 12 наукових праць, з них: 6 статей у фахових виданнях ВАК України, депоновано 2 статті, 3 наукові публікації у збірнику матеріалів і тез конференцій, отримано свідоцтво про реєстрацію авторського права на твір.

Структура та обсяг дисертаційної роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаної літератури та додатків. Загальний обсяг роботи складає 237 сторінок, у тому числі 150 сторінок основного тексту, 21 рисунку та 26 таблиць, списку використаних джерел зі 192 найменувань та 12 додатків.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність вибраної теми дисертації, сформульовано мету, задачі, об'єкт та предмет досліджень, показано наукову новизну та практичне значення отриманих у дисертації результатів, вказано особистий внесок здобувача, наведено дані про впровадження результатів роботи, їх апробацію та висвітлення наукових досліджень у фахових друкованих виданнях.

У першому розділі проаналізовано поточний стан ефективності енерговикористання на об'єктах теплоенергетики та особливості функціонування системи управління енерговикористанням та енергозбереженням у навчальних закладах. Здійснено аналіз існуючих методів та засобів оцінювання стану енергоефективності навчальних закладів та управління енергоефективністю.

Проаналізовано особливості врахування комплексного підходу щодо організації та забезпечення управління енерговикористанням у навчальних закладах (рис. 1.). Цей підхід передбачає формування та аналіз показників, що дозволяють здійснити оцінювання ефективності енерговикористання з використанням емпіричних методів та методу виявлення недостовірних даних; оцінювання енергоефективності навчальних закладів з використанням правил ранжування за показниками впливу на управління енерговикористанням у навчальних закладах; математичну модель оптимального вибору та впровадження проектів з енергозбереження у навчальних закладах у детермінованій постановці та з врахуванням умов невизначеності.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Проаналізовано концептуальні механізми створення та функціонування системи енергетичного моніторингу ефективності енерговикористання у системі розподілу та перерозподілу енергетичних та економічних ресурсів у процесі вибору проектів з енергозбереження для навчальних закладів м. Києва.

У другому розділі розглянуто задачу комплексного аналізу вихідної енергоекономічної інформації з використанням показників, що впливають на управління енерговикористанням у навчальних закладах.

Було визначено сукупність показників, які відповідають поставленому завданню оцінювання рівня ефективності енерговикористання у навчальних закладах.

Аналіз показників за 12-ти бальною шкалою з метою визначення “ваги” кожного у вирішенні завдання оцінювання поточного стану ефективності енерговикористання у навчальних закладах проведено з використанням методу експертного оцінювання з перевіркою узгодженості за коефіцієнтом конкордації W. Критичне значення для одновідсоткового рівня значущості та ступеня свободи, що дорівнює 11, становить . Оскільки , тобто 177,7>24,7, то було прийнято гіпотезу щодо наявності узгодженості думок спеціалістів.

Графічне представлення “ваги” кожного показника щодо оцінювання поточного стану енергоефективності у навчальних закладах наведено на рис. 2.

Рис. 2. Гістограма показників впливу на управління енерговикористанням за результатами експертного оцінювання

Для аналізу показників визначення впливу на управління енерговикористанням у навчальних закладах та взаємовпливу між ними, застосовано причинно-наслідкову діаграму - діаграму Ісікави (рис. 3) та засоби когнітивного аналізу.

Когнітивну карту структурованого зв'язку між усіма показниками наведено на рис. 4.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 3. Сукупність показників, що впливають на управління енерговикористанням у навчальних закладах

Рис. 4. Когнітивна карта взаємозв'язку показників впливу на управління енерговикористанням у навчальних закладах



Для перевірки на аномальність вихідної енергоекономічної інформації від навчальних закладів використано критерій Смірнова-Граббса згідно ДСТУ ГОСТ ISО 5725:2005, що дозволило оцінити достовірність інформації щодо поточної ефективності енерговикористання у навчальних закладах. Для перевірки мінімального значення на аномальність , застосовано вираз:

, (1)

де - мінімальне значення варіаційного ряду показників;

- середнє значення за вибіркою для кожного з показників;

- вибіркове середньо-квадратичне відхилення.

Аномальні дані у вихідній інформації від навчальних закладів визначено при та , на основі правила:

, (2)

де - табличне значення критерію Смірнова-Граббса.

Отримано значення аномальних даних у навчальному закладі ЗОШ № 2, ЗОШ № 7 та дошкільному навчальному закладі № 13 м. Києва за показниками Y₃, Y₄, Y₈ відповідно (табл. 1).

Таблиця 1

Виявлені аномальності серед вихідних даних навчальних закладів

Навчальний заклад

Y1

Y2

Y3

Y4

Y5

Y6

Y7

Y8

Y9

Y10

Y11

Y12

ЗОШ № 2

-3,393

ЗОШ № 7

3,316

Дошкільний навчальний заклад № 13

-3,491



Визначення аномальних даних у вихідній енергоекономічній інформації дозволило виявити причини їх появи, підвищити достовірність вихідної інформації. Її подальше використання для ранжування, впровадження проектів з енергозбереження та їх моніторингу, прийняття управлінських рішень сприяло підвищенню управління енерговикористанням у навчальних закладах.

У третьому розділі проведено оцінювання ефективності використання енергетичних ресурсів навчальними закладами шляхом ранжування їх за показниками. Математична постановка задачі ранжування має такий вигляд. Нехай досліджувана система складається зі скінченної множини навчальних закладів , . Кожний навчальний заклад характеризує скінчена множина показників . Зі сформованої групи показників використовують для ранжування найвпливовіші, на думку експертів показники , . Кожний показник проаналізовано щодо всіх навчальних закладів.

В якості математичного інструментарію ранжування навчальних закладів використано Правило Борда.

Для кожного критерію коефіцієнт Борда визначають за формулою:

(3)

тобто, для кожного j-го критерію домінант за кількістю П. За коефіцієнтами, які визначають за кожним критерієм, розраховують результуючий коефіцієнт для кожного П:

, (4)

де - ступінь важливості критеріїв, який визначають нормалізованими значеннями, тобто:

(5)

Значення коефіцієнта Борда дозволяють впорядкувати навчальні заклади за ступенем переважання.

З метою підвищення адекватності результатів ранжування, використано інші правила: Правила Кондорсе та Копеланда. Результати розрахунку за цими правилами наведено у табл. 2.

Таблиця 2

Порівняльна таблиця результатів ранжування навчальних закладів

№ п/п	Розподіл за рівнем ефективності енерговикористання у навчальних закладах
	Правило Борда	Правило Кондорсе	Правило Копеланда
1	ЗОШ №2	ЗОШ №5	ЗОШ №5
2	Дошкільний навчальний заклад №14	Дошкільний навчальний заклад №14	Дошкільний навчальний заклад №14
3	Дошкільний навчальний заклад №16	Дошкільний навчальний заклад №16	Дошкільний навчальний заклад №16
28	Дошкільний навчальний заклад №11	Дошкільний навчальний заклад №11	Дошкільний навчальний заклад №11
29	Дошкільний навчальний заклад №12	Дошкільний навчальний заклад №12	Дошкільний навчальний заклад №12
30	ЗОШ №7	ЗОШ №7	ЗОШ №7

Отримано ідентичні результати кращих навчальних закладів щодо поточного стану енергоефективності за всіма правилами за винятком ЗОШ №2 для правила Борда та ЗОШ №5 для правил Кондорсе та Копеланда, та ідентичні значення щодо гірших навчальних закладів щодо їх рівня ефективності енерговикористання. Цю інформацію ранжування використано у подальшому для врахування у якості функції цілі під час визначення сукупності проектів для кожного з навчальних закладів, виходячи з поточного стану їх енергоефективності та обмежень на економічні ресурси.

У четвертому розділі розв'язано задачу вибору проектів з енергозбереження для навчальних закладів у оптимізаційній постановці, та управління розподілом та перерозподілом енергетичних та економічних ресурсів.

Размещено на http://www.allbest.ru/

До функціональної моделі системи управління енергоефективністю у навчальному закладі (рис. 5) входить програма вибору енергозберігаючих проектів, яка є сукупністю науково-технічних та інноваційних проектів, що об'єднані загальною метою, термінами виконання та механізмами фінансування. Необхідною основою для обліку, контролю та ранжування енергоекономічної інформації, яка поступає щодо впровадження проектів з енергозбереження у навчальних закладах для подальшого планування витрат, є створення системи енергетичного моніторингу.

Системи енергетичного моніторингу повинна включати в себе методику вибору проектів з енергозбереження, яка є інструментарієм з оптимального вибору проектів за умов обмежених економічних, бюджетних ресурсів, враховуючи невизначеність різної фізичної природи у вихідній інформації.

Система моніторингу базується на відслідковуванні, аналізуванні та плануванні впровадження проектів з енергозбереження, сукупності пов'язаних між собою дій щодо підготовки енергоекономічної інформації для вибору проектів у кожному звітному періоді.

Размещено на http://www.allbest.ru/

рейтинговий енерговикористання навчальний заклад

Модель розподілу та перерозподілу енергетичних та економічних ресурсів на рівні місцевого органу управління освітою враховує ефективність використання ПЕР та економічних ресурсів, що виділені на реалізацію проектів з енергозбереження для навчальних закладів (рис. 6).

У випадку обмежених економічних ресурсів на виконання проектів з енергозбереження виникає необхідність вибору енергоефективних з них, для остаточного введення їх до плану впровадження з метою підвищення ефективності енерговикористання, та має наступну математичну постановку.

Нехай загальна кількість вибраних енергозберігаючих проектів - і . Кожний - проект дає ефект (прибуток) у розмірі . Витрати фінансових ресурсів на реалізацію кожного проекту позначають , а лімітований об'єм фінансових ресурсів - . За результатами ранжування визначено поточний стан енергоефективності навчальних закладів . Метою розв'язання задачі є вибір з сукупності проектів з енергозбереження найбільш енергоефективних, за умов виділених економічних ресурсів для досягнення максимальної енергоефективності.

Цільову функцію можна представити у вигляді:

. (6)

Обмеження на економічні ресурси:

(7)

Дискретні змінні приймають значення:



Задача параметричного програмування, у якій вихідні дані залежать від деякого параметру t та у якій коефіцієнти цільової функції лінійно залежать від цього параметру t, полягає у знаходженні для кожного значення параметру t з проміжку його змінення [б, в] максимального значення функції. Цільова функція має вигляд:

. (8)

Функція цілі для ефективного функціонування навчальних закладів має вигляд:

, (9)

де - функція, що відображає фактичні результати та потенціали енергоефективності навчальних закладів у показники ефективності їх роботи у сфері енергозбереження;

- деякий визначений рівень енергоефективності за результатами ранжування навчальних закладів (K - кількість навчальних закладів);

- функція, що відображає ресурси та умови у результати енергоефективного функціонування навчальних закладів;

- вектор показників, що характеризують енергетичні та економічні ресурси для досягнення можливої енергетичної ефективності, реалізовуючи проекти;

- вектор показників, що характеризують досягнутий стан з енергоефективності i-го навчального,закладу, реалізовуючи проекти.

Обмеження задачі має вигляд:

; (10)

, (11)

де - задані сталі значення.

За реальних умов, планування вибору проектів з енергозбереження об'єктів бюджетної сфери здійснюється, як правило, в умовах невизначеності вихідної енергоекономічної інформації, її неповноти, що породжує невизначеність умов їх планування.

Задачу оптимізації плану впровадження проектів з енергозбереження під час вибору їх для впровадження можна сформулювати двояко: максимізація функції цілі для заданих ресурсів чи мінімізація ресурсів та переведення функції цілі у обмеження.

Для розв'язання задачі оптимізації нечіткої цільової функції у разі нечітких обмежень використано метод, який засновано на заміні нечітких множин множинами -рівня. Нехай - нечітка ціль, а - нечітке обмеження. Тоді задачею оптимізації з нечіткою ціллю та нечіткими обмеженнями є умова

, (12)

де - нечітка цільова функція;

- нечіткі коефіцієнти.

Функцію цілі для ефективного функціонування навчальних закладів записують у чіткій постановці. Вона має вигляд:

. (13)

Обмеження задачі має вигляд:

. (14)

Система обмежень на допустимі поєднання проектів з енергозбереження доповнено умовою

(15)

де - множина індексів проектів з енергозбереження, які складають-е недопустиме поєднання;

- загальна кількість недопустимих поєднань проектів.

Скориставшись методом, який засновано на заміні нечітких множин множинами -рівня, отримано наступну модель

, (16)

, (17)

де

Результати моделювання вибору проектів з енерго-збереження за умов різних обмежень на економічні ресурси для 30-ох навчальних закладів по розглянутим 5-ти проектам наведено на рис. 7.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Однією з головних стратегіч-них задач розвитку та функці-онування енергетики України є забезпечення потреб країни у ПЕР за безумовного виконання вимог раціонального їх використання та мінімізації несприятливого впливу на довкілля.

У процесі планування та впровадження проектів з енергозбереження враховано вплив на довкілля шляхом введення додаткової функції цілі, яка представляє собою величину прибутку від не заподіяння шкоди довкіллю:

, (18)

де - величина впливу на довкілля від впровадження -го проекту;

Алгоритм розв'язання задачі, що враховує вплив на довкілля під час вибору проектів з енергозбереження, складається з наступних кроків:

Крок 1. Формування багатокритерійної моделі оптимізації з двома цільовими функціями, які враховують енергетичний та екологічний ефекти від впровадження та обмеження.

1) Задача в детермінованій постановці складається з:

- цільової функції, яка враховує енергетичний ефект від вибору проектів з енергозбереження аналогічно (8);

- функції цілі для ефективного функціонування навчальних закладів аналогічно (9);

- цільової функції (18), яка враховує екологічний ефект від вибору проектів з енергозбереження;

- аналогічно (10) та (11) обмеження на економічні ресурси для вибору проектів.

2) Задача у нечіткій постановці складається з:

- цільової функції, яка враховує енергетичний ефект від вибору проектів з енергозбереження у нечіткій постановці, аналогічно (12);

- цільової функції, яка враховує екологічний ефект від вибору проектів з енергозбереження у нечіткій постановці:

, (19)

де - нечіткі функції ;

- нечіткі коефіцієнти.

- функції цілі для ефективного функціонування навчальних закладів, яку записують у чіткій постановці аналогічно (13);

- обмеження задачі у нечіткій постановці записують аналогічно (14);

- система обмежень на допустимі поєднання проектів з енергозбереження аналогічно (15).

Крок 2. Аналіз проектів з енергозбереження, які відібрано для впровадження, враховуючи вплив на довкілля, а саме вплив кількості потенційно неспаленого природного газу, який було зекономлено у процесі впровадження проектів. Розрахунок валового викиду СО₂ має вигляд:

, (20)

де - витрата натурального газоподібного палива за звітній період, тис. м³; - густина двоокису вуглецю кг/м³; - об'єм трьохатомних газів у продуктах згоряння газоподібного палива, нм³/м³.

Результати розрахунків у детермінованій та нечіткій постановка, врахування впливу на довкілля відображають набір проектів з енергозбереження у м. Києві, які заплановано для вибору (табл. 3).

Таблиця 3

Фрагмент таблиці результатів розрахунків методом випадкового пошуку, використання теорії нечітких множин та врахування впливу на довкілля під час вибору проектів з енергозбереження

п/п	Місце впровад-ження	Проекти з енерго-збереження, які заплановано для вибору	Вартість розробки та впровадження проектів з енергозбереження, грн	Вартість зекономлених ПЕР, грн, при t = 0	Економія теплової енергії, f(xj)	Економія природного газу
					т у. п.	грн	Гкал	тис. м3	грн
1	ЗОШ № 1
1.2		Ущільнення стиків вікон та дверей	24040	1898	8,32	3173	6,33	0,80	834
1.4		Встановлення аераторів на водо-провідних кранах	3777	380			1,27	0,16	167
1.5		Встановлення лічильників тепла	21280	15183			50,61	6,37	6667
		Разом	49097	17461			58,21	7,32	7668
30	ДНЗ №19
30.2		Ущільнення стиків вікон та дверей	23640	2193	9,61	3666	7,31	0,92	963
30.4		Встановлення аераторів на водо-провідних кранах	3710	439			1,46	0,18	192
30.5		Встановлення лічильників тепла	20880	17544			58,48	7,36	7704
		Разом	48230	20176			67,25	8,46	8859
У	3049,74	383,62*	401760**

Примітки:

* - враховано, що 1 тис. м ³ природного газу = 7,95 Гкал;

** - вартість 1 тис. м ³ природного газу становить 1047,3 грн. (Постанова НКРЕ від 10.09.2009 р. №1026).

Результати відображають загальну величину економії теплової енергії у розмірі 3049,74 Гкал за результатами вибору проектів з енергозбереження у звітному періоді та потенційних валових викидів СО₂ у розмірі , яких вдасться запобігти шляхом впровадження проектів у навчальних закладах.

У висновках сформульовано основні теоретичні та практичні результати проведених досліджень.

У додатках наведено матеріали, що не увійшли до основного тексту. Зокрема, акти впровадження основних результатів дисертаційної роботи, аналіз математичного апарату, алгоритми використаних у роботі моделей для проведення комп'ютерного моделювання з використанням розробленого програмного забезпечення.



Висновки

Дисертаційну роботу присвячено подальшій розробці, вдосконаленню багатокритерійних моделей та засобів управління енерговикористанням у навчальних закладах за умов комплексного підходу на основі аналізу вихідної енергоекономічної інформації щодо енергоефективності, використання засобів управління розподілом та перерозподілом енергетичних та економічних ресурсів. Проведені наукові дослідження дозволили отримати наступні основні результати та висновки.

1. Вдосконалення та використання багатокритерійних моделей та засобів управління енерговикористанням у навчальних закладах за умов комплексного підходу дозволяє підвищити адекватність прийняття рішень щодо стану енергозбереження у навчальних закладах та у сфері енергоефективності в подальшому.

2. Показано, що важливим етапом проведення статистичного дослідження на інформаційній базі з управління енерговикористанням, є критичне оцінення початкових енергоекономічних даних показників впливу на енерговикористання у навчальних закладах з врахуванням їх достовірності. Виявлення аномальностей серед всієї сукупності вихідної інформації не є прямим наслідком неправильних, хибних даних, а є у значній мірі підставою для більш детального аналізу даних аномальних значень, за своєю достовірністю за подальшим обробленням.

3. Основне значення рейтингової оцінки рівня ефективності енерговикористання у навчальних закладах полягає в інформаційному забезпеченні, системній організації і координації дій у сфері енергоефективності та енергозбереження. Базу для рейтингового оцінення становлять показники впливу на управління енерговикористанням і управлінських дій, спрямованих на підвищення адекватності оцінювання рівня енергоефективності, використовуючи експрес-діагностичні методи оцінювання, процедури встановлення відносної значущості досліджуваних об'єктів на основі їх впорядкування. Рейтингове оцінювання дозволяє врахувати додаткову функцію цілі під час визначення сукупності проектів для кожного з навчальних закладів, виходячи з поточного стану їх енергоефективності та обмежень на економічні ресурси.

4. Застосування математичного інструментарію у детермінованій та нечіткій

постановках, дозволяє розв'язати задачу оптимального вибору проектів з енергозбереження та прийняття управлінських завдань щодо розподілу та перерозподілу енергетичних та економічних ресурсів у бюджетній сфері, враховуючи невизначеність різної фізичної природи у вихідній енергоекономічній інформації.

5. Достовірність та практичну цінність результатів, отриманих у роботі, було підтверджено шляхом використання у процесі реалізації комплексного багатофакторного аналізу енергоефективності у бюджетній сфері. Впроваджено моделі та засоби забезпечення управління енерговикористанням у навчальних закладах, використовуючи методику вибору проектів з енергозбереження для навчальних закладів в умовах функціонування системи енергетичного моніторингу. Таку методику застосовано у місцевому органі управління освітою м. Алчевська та вищому навчальному закладі м. Луганська як науково-теоретичний та практичний матеріал, з метою використання для підвищення рівня ефективності енерговикористання та структуризації і прогнозованості розвитку та вдосконалення сфери енергозбереження та енергоефективності загалом. Як складову до існуючої системи вибору та реалізації проектів у бюджетній сфері комунальним підприємством “Група впровадження проекту з енергозбереження в адміністративних і громадських будівлях м. Києва” використано методику вибору проектів з енергозбереження для бюджетних установ в умовах функціонування системи енергетичного моніторингу.

Отримані результати становлять наукову та обґрунтовану, апробовану методичну базу для розв'язання завдань управління енерговикористанням у навчальних закладах та дозволяють підвищити прогнозованість отриманих результатів і відповідного прийняття управлінських рішень місцевими органами управління освітою, знизити використання теплової енергії у навчальних закладах на 8-10%.



СПИСОК опублікованих праць за темою дисертації

1. Розен В.П. Рейтингова оцінка рівня ефективності установ державного контролю з енергозбереження [Текст] / В.П. Розен, Є.А. Ячник, О.В. Лебедєва // Промелектро. - 2008. - №3. - С. 29-34.

2. Розен В.П. Забезпечення достовірності інформації в задачі рейтингового оцінювання рівня ефективності роботи установ державного контролю з енергозбереження України [Текст] / В.П. Розен, Є.А. Ячник // Промелектро. - 2009. - №2. - С. 29-35.

3. Розен В.П. Энергетический мониторинг программ энергосбережения учреждений бюджетной сферы [Текст] / В.П. Розен, А.В. Чернявский, Е.А. Ячник, В.И. Литвин // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету ім. Михайла Остроградського. - 2009. - Вип. 3, частина 2. - С. 190-194.

4. Розен В.П. Концепция разработки системы энергетического мониторинга в организациях бюджетной сферы [Текст] / В.П. Розен, Е.А. Ячник, В.И. Литвин // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. - 2009. - №10 (68). - С. 9-16.

5. Розен В.П. Энергетический мониторинг как механизм управления функционирования системы энергосбережения в бюджетной сфере [Текст] / В.П. Розен, А.В. Чернявский, Е.А. Ячник, А.А Войналович. // Промелектро. - 2010. - №1. - С. 54-60.

6. Розен В.П. Врахування екологічної складової під час планування впровадження проектів з енергозбереження в організаціях бюджетної сфери [Текст] / В.П. Розен, Є.А. Ячник // Енергетика та електрифікація. - 2010. - №9. - С. 53-57.

7. Авторське право та твір №34543 Україна, Типова методика ранжування підрозділів горизонтальних рівнів в ієрархічних структурах міністерств і відомств / В.П. Розен, Є.А. Ячник; заявник та отримувач Є.А. Ячник. Заявл. 15.06.2010, Бюл. №22.

8. Розен В.П. Рейтингова оцінка як функція управління та контролю рівня ефективності Державної інспекції з енергозбереження України / В.П. Розен, Є.А. Ячник, О.В. Лебедєва. - К., 2008. - 19 с. - Деп. у ДНТБ України ВИНИТИ РАН 24.06.08, № 61-Ук 2008.

9. Розен В.П. Система энергетического мониторинга объектов бюджетной сферы [Текст] / В.П. Розен, Е.А. Ячник, А.А. Войналович. К., 2009. - 17 с. - Деп. у ДНТБ України ВИНИТИ РАН 01.09.09, №73-Ук 2009.

10. Рейтингова оцінка як функція управління та контролю рівня ефективності установ державного контролю з енергозбереження [Текст] / В.П. Розен, Є.А. Ячник, О.В. Лебедєва // Енергетика: економіка, технології, екологія. - К., 2008. - №2. - С. 67-75.

11. Мониторинг как инструмент повышения эффективности функционирования системы внедрения и финансирования энергосберегающих мероприятий [Текст] / В.П. Розен, А.В. Чернявский, Е.А. Ячник, В.И. Литвин // Економічна безпека держави і науково-технологічні аспекти її забезпечення: Праці 1-ого науково-практичного семінару з міжнародною участю, 21-22 жовтня 2009 р. - К., 2009. - С. 392-405.

12. Рейтинговая оценка уровня эффективности работы учреждений государственного контроля с энергосбережения [Текст] / Е.А. Ячник, А.А. Войналович // Проблемы недроиспользования: сборник научных трудов. Международный форум-конкурс молодых ученых 21-23 апреля 2010 г. - СПб.:, 2010. - Часть II. - С. 222-224.



АНОТАЦІЯ

Ячник Є.А. Розробка багатокритерійних моделей та засобів управління енерговикористанням у навчальних закладах. - 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.

Дисертаційну роботу присвячено подальшій розробці, вдосконаленню багатокритерійних моделей та засобів управління енерговикористанням у навчальних закладах за умов комплексного підходу на основі аналізу вихідної енергоекономічної інформації щодо енергоефективності, використання засобів управління розподілом та перерозподілом енергетичних та економічних ресурсів.

Аналіз ефективності енерговикористання у навчальних закладах залежить від якості статистичного аналізу вихідної інформації на аномальність, визначення поточного стану енергоефективності за показниками впливу на управління енерговикористанням у навчальних закладах, застосовуючи правила ранжування. Застосування системи енергетичного моніторингу дозволяє визначити оптимальну сукупність проектів з енергозбереження для вибору.

Ключові слова: комплексний підхід, аномальність, ранжування, проекти з енергозбереження, система енергетичного моніторингу, багатокритерійна модель.



АННОТАЦИЯ

Ячник Е.А. Разработка многокритериальных моделей и способов управления энергоиспользованием в учебных заведениях. - Рукопись

Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.14.01 - Энергетические системы и комплексы. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Киев, 2011.

Диссертационная работа посвящена последующей разработке, совершенствованию многокритериальных моделей и средств управления энергоиспользованием в учебных заведениях при условиях комплексного подхода, на основании анализа входной энергоэкономической информации относительно энергоэффективности, использования средств управления распределением и перераспределением энергетических и экономических ресурсов.

Обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна и практическая ценность работы; представлены сведения об апробации, публикациях и реализации достигнутых результатов в диссертационной работе.

Совершенствование и использование многокритериальных моделей и средств управления энергоиспользованием в учебных заведениях, в условиях комплексного подхода, позволяет повысить прогнозируемость полученных результатов относительно состояния энергосбережения в учебных заведениях и соответствующего оперативного принятия управленческих решений в сфере энергоэффективности в дальнейшем.

Показано, что важным этапом проведения статистического исследования на информационной базе, есть критическая оценка начальных энергоэкономических данных, показателей влияющих на управление энергоиспользованием в учебных заведениях с учетом их достоверности.

Выявление недостоверной информации среди всей совокупности исходной энергоэкономической информации, с целью недопущения ошибочного принятия решений в сфере энергоэффективности, не является прямым следствием ошибочных данных. Является основанием для более детального анализа исходных энергоэкономических данных, которые имеют сомнения в своей достоверности в ходе последующей их обработки.

Основное значение рейтинговой оценки оценивания эффективности энергоиспользования в учебных заведениях заключается в информационном обеспечении, системной организации и координации действий в сфере энергоэффективности и энергосбережения. Базу для рейтингового оценивания составляют показатели которые влияют на управление энергоиспользованием в учебных заведениях и управленческих действий, направленных на повышение адекватность оценивания энергоэффективности, используя экспресс-диагностические методы оценивания, процедуры установления относительной значимости исследуемых объектов на основе их упорядочения, разработка моделей и критериев для оценивания деятельности учебных заведений в целом с точки зрения энергосбережения.

Необходимой основой для учета, контроля и ранжирования энерго-экономической информации, поступающей относительно выбора проектов по энергосбережению в учебных заведениях для последующего планирования расходов энергетических и экономических ресурсов, является создание системы энергетического мониторинга.

Применение математического инструментария в детерминированной и нечеткой постановках позволяет реализовать задачу энергоэффективности учитывая неопределенность разной физической природы во входной энерго-экономической информации. Является инструментарием в механизме оптимизационных действий по выбору проектов по энергосбережению, принятии управленческих решений относительно распределения и перераспределения энергетических и экономических ресурсов в бюджетной сфере. Это создает информационную основу, которая позволяет не только систематизировать разнообразные знания о результатах функционирования учебных заведениях в сфере энергоэффективности, но и провести количественное и качественное их оценивание, проанализировать основные тенденции в сфере энергосбережения.

В диссертационной работе с целью решения и анализа поставленных задач использованы: эмпирические методы анализа, диаграмма Исикавы и когнитивный анализ - при комплексном оценивании и определении показателей которые влияют на управление энергоиспользованием в учебных заведениях; критерий Смирнова-Граббса - при выявлении недостоверных, аномальных данных в исходной совокупности энергоэкономических данных; правила ранжирования, Борда, Кондорсе, Копеланда - при рейтинговом оценивании уровня эффективности энергоиспользования и текущего состояния энергосбережения в учебных заведениях; метод случайного поиска - при анализе и мониторинге выбора проектов по энергосбережению для учебных заведений, разработки модели оптимального их планирования в детерминированной постановке и учитывая влияния на окружающую среду; теория нечетких множеств (с использованием метода полного перебора) - при анализе и мониторинге выбора проектов по энергосбережению в условиях неопределенности в исходной энергоэкономической информации и последующей полученной економии, также с учетом влияния на окружающую среду.

Ключевые слова: комплексный подход, аномальность, ранжирование, проекты по энергосбережению, система энергетического мониторинга, многокритериальная модель.



ABSTRACT

Iachnyк I.А. Development of multicriterion models and methods of management the power use is in educational establishments. - Manuscript

Dissertation for candidate degree of technical sciences on speciality 05.14.01 - Power systems and complexes. National Technical University of Ukraine «Kiev Polytechnic Institute», Kiev, 2011.

Dissertation work is devoted to subsequent development, perfection of multicriterion models and facilities of management the power use in educational establishments in the conditions of complex approach due to the analysis of entrance power and economic information on power efficiency, use of facilities of management distributing and redistribution of power and economic resources.

The analysis of efficiency of the power use in educational establishments depends on quality of statistical analysis of entrance information on anomalousness, determination of current status of power efficiency on the indexes of influence on a management the power use in educational establishments applying rules of ranking. Application of the system of the power monitoring, that allows to define the optimum aggregate of projects from an energy-savings for a choice.

Key words: complex approach, anomalousness, ranking, projects from an energy-savings, system of the power monitoring, multicriterion model.

Размещено на Allbest.ru

...