Разработка инструментов и процедуры проведения энергоаудита и обеспечение электробезопасности организации в организациях нефтехимической отрасли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тема: Разработка инструментов и процедуры проведения энергоаудита и обеспечение электробезопасности организации на организациях нефтехимической отрасли

Оглавление

• Введение
• Глава 1. Современное состояние и анализ регулирования электропотребления и энергоэффективности в России
• 1.1 Современное состояние уровня электропотребления и энергоэффективности в России
• 1.2 Анализ правовых, экономических и организационных условий обеспечения энергосбережения в России
• 1.3 Энергоменджмент и целевой энергетический мониторинг электропотребления
• 1.4 Исследование особенностей функционирования электрического хозяйства и параметров нормирования электропотребления
• Глава 2. Анализ существующих показателей электропотребления и оценки объемов энергосбережения
• 2.1 Нормирование расходов электроэнергии и методы нормирования
• 2.2 Нормирование как временные ряды электрических показателей, ценологические и кластерные критерии нормирования параметров электропотребления
• 2.3 Структурно-топологическая динамика изменения удельных и общих расходов электроэнергии по производствам
• Глава 3. Разработка показателей электропотребления и оценка объемов энергосбережения
• 3.1 Электрический баланс предприятия и показатели энергоэффективности энергетического паспорта
• 3.2 Концепция учета, нормирования и анализа электрических параметров предприятий
• 3.3 Применение и анализ методов нормирования электрических параметров предприятий и их подразделений
• Глава 4. Разработка методики нормирования показателей электропотребления и оценки объемов энергосбережения ООО «НПП Нефтехимия»
• 4.1 Особенности функционирования и энергоаудит ООО «НПП Нефтехимия»
• 4.2 Разработка системы нормативов параметров электропотребления в ООО «НПП Нефтехимия»
• 4.3 Разработка алгоритма и программная реализация нормирования и оценки объемов энергосбережения в ООО «НПП Нефтехимия»
• Заключение
• Список использованной литературы

Введение

Энергосбережение относится к числу высших приоритетов государственной энергетической политики, составляя основу энергетической стратегии до 2035 г. и далее на обозримую перспективу. Повышение энергоэффективности увеличивает рентабельность, конкурентоспособность, количество рабочих мест, высвобождает средства для развития бизнеса. Именно поэтому за последнее время вышли законы и постановления, определяющие государственную важность энергосбережения (Федеральный закон РФ № 261-ФЗ от 23.11.2009 г., постановления Правительства РФ № 1221, № 1225 от 31.12.2009 г., № 340 от 15.05.2010 г., № 318 от 25.04.2011 г., Приказ Минэнерго РФ № 400 от 30.06.2014 г.).

Актуальность темы исследования определяется тем, что низкий по сравнению с зарубежными странами уровень энергоэффективности экономики Российской Федерации приводит к высоким издержкам общества на свое энергообеспечение, способствует нарушению устойчивого энергоснабжения населения и экономики страны, затрудняет сохранение энергетической безопасности. Это и определяет не снижающееся внимание науки, экономики, энергоменеджмента к проблеме энергосбережения. По оценкам в России нерационально используется от 40 до 50 % потребляемых топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), что составляет 400 - 500 миллионов тонн условного топлива (т у.т.) в год. Энергоемкость экономики в 2-4 раза выше, чем в странах Евросоюза, США и Японии.

Это связано с тем, что десятилетия неэффективного использования энергоресурсов создали в стране огромный неиспользуемый потенциал энергосбережения, обусловленный как технологическим несовершенством основных производственных фондов, так и традиционным расточительством энергоресурсов, плохо налаженными и не обеспеченными современными техническими средствами учетом и контролем использования топлива и 5 энергии. На высокий уровень энергоемкости национальной экономики оказывают влияние и такие объективные факторы, как структура экономики с большим удельным весом энергоемкой промышленности (черная и цветная металлургия, предприятия топливно-энергетического комплекса), низкая загрузка оборудования и суровые климатические условия на основной части территории России.

Особенно большое значение имеет рациональное использование энергии у потребителей энергоресурсов, поскольку потери энергии при ее использовании, как правило, превышают ее потери при производстве и распределении. Потребителями энергоресурсов являются промышленные предприятия, объекты жилищно-коммунального хозяйства, предприятия агропромышленного комплекса, транспортные предприятия. Крупные предприятия часто имеют собственные источники энергии - котельные или ТЭЦ. В этих случаях на промышленных предприятиях встает задача экономии энергии не только у потребителей, но и в источниках энергии. Энергосбережение несет и эффект, выражающийся в снижении отрицательного воздействия человеческой деятельности на окружающую среду.

Надежным инструментарием, обеспечивающим цели и задачи энергосбережения, является энергетическое обследование (энергоаудит) промышленных предприятий и организаций, являющееся составной частью процесса энергосбережения. Проводимые на предприятиях энергоаудиты позволяют давать независимую оценку параметрам электропотребления и анализировать эффективность расходования электроэнергии и других видов топливно-энергетических ресурсов. Возможность таких оценок обеспечивается нормированием параметров электропотребления, решаемого различными методами.

Для реализации комплексного решения задач нормирования и достижения эффекта от внедрения на предприятиях норм, выраженного в рационализации энергоиспользования и энергосбережении, актуальна разработка методики нормирования, охватывающей все этапы электропотребления внутри предприятия. Предполагается разработка методики на основе системного подхода к установлению норм, используя не только математический аппарат классических и вероятностно-статистических методов расчета, но и анализ динамики структуры электропотребления исследуемого предприятия как объекта, проявляющего ценологические свойства устойчивости распределения объемов ограниченного ресурса - потребляемой электроэнергии между отдельными объектами.

Такая комплексная методика нормирования будет обеспечивать энергоаудитора тонкими процедурами анализа электропотребления при проведении энергообследований для выявления как объектов нерационального энергоиспользования, так и случаев несоблюдения технологических норм при производстве продукции. Для повышения эффективности использования электрической энергии необходимо постоянно контролировать соответствие показателей электропотребления предприятия некоторым целевым значениям, разрабатывать и принимать меры в случае их превышения, процедура чего рассмотрена в работе.

Цель исследования заключается в разработке комплексной методики нормирования параметров электропотребления и оценки объемов энергосбережения на основе результатов энергоаудита электрических хозяйств.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие основные задачи исследования:

1. Изучить состав параметров электропотребления организаций, различающихся технологически, сформировать базу исследуемых данных для статистической обработки и произвести анализ массива исследуемых данных и их верификацию на соответствие исследуемой выборке;

2. Определить структуру электропотребления организации как ценологического объекта, состоящего из отдельных элементов, формирующих электрический баланс, путем их ранжирования по параметру электропотребления и оценить показатели сформированной структуры на соответствие ценологическим критериям.

3. Выработать рекомендации по оптимизации исследуемой структуры путем сгруппировывания или разгруппировки отдельных объектов учета по административным и технологическим признакам.

4. Сформировать и оценить статистические модели общего и удельного электропотребления предприятия в целом и отдельных объектов учета как переменных временных рядов данных, так и как целевых переменных в функциональной зависимости от объемов производства и других факторов.

5. Разработать рекомендации по нормированию общего и удельного электропотребления организации в целом и отдельных объектов учета.

6. Сформулировать методику нормирования и оценки объемов энергосбережения при реализации мер по энергосбережению и рациональному энергоиспользованию.

В работе рассмотрены вопросы управления энергосбережением в различных отраслях экономики, в том числе инновациями в области техники и технологии энергосбережения. Стратегические проблемы развития электроэнергетики увязаны с условиями обеспечения энергосбережения и повышения энергетической эффективности потребителей на основе инструментов управления инновациями и воздействия на экономику в различных режимах электропотребления. Инновационно представлена ценологическая теория и практика экономико-математического моделирования видового разнообразия и параметрического соотношения для управления структурой иерархически выстраиваемых объектов, включая определение и прогноз общих и удельных расходов энергоресурсов согласно структурно-топологической динамике энергосбережения.

Объектом исследования приняты параметры электропотребления промышленных предприятий разных отраслей, полученные из результатов проведенных энергетических обследований, а также технико-экономические показатели, описывающие электрическое хозяйство этих предприятий.

При выполнении работы оценивался объем собранных исходных данных, их полнота и достоверность; вырабатывались подходы к их анализу и обработке с использованием вероятностно-статистических математических методов, ценологической теории, экспертных оценок.

Информационной базой исследования являются законодательные и нормативные акты Российской Федерации, связанные с тематикой диссертации, данные Росстата, результаты авторского энергоаудита предприятий разных отраслей экономики, статистика и бухгалтерская отчетность подразделений обследуемых организаций.

Практическая ценность работы заключается в разработке универсальной системы нормирования показателей электропотребления организации с возможностью ее применения в полном объеме для различных отраслей промышленности и в части отдельных объектов любой сложности и масштабности. Предложены инженерные методы математической оценки величин объемов потенциально возможного энергосбережения, исходя из сложившейся на момент анализа структуры электропотребления объекта и предложенных моделей, описывающих изменение показателей электропотребления.

Глава 1. Современное состояние и анализ регулирования электропотребления и энергоэффективности в России

1.1 Современное состояние уровня электропотребления и энергоэффективности в России

Россия располагает значительными запасами энергетических ресурсов и мощным топливно-энергетическим комплексом, который является базой развития экономики, инструментом проведения внутренней и внешней политики.

Роль топливно-энергетического комплекса в системе его взаимодействия с промышленностью определяется двумя видами экономических связей - топливно-энергетического комплекса как поставщика топлива, энергии, сырья и топливно-энергетического комплекса как потребителя конечной продукции смежных отраслей промышленности [65].

За прошедший период с начала реализации Энергетической стратегии России на период до 2020 года [101] в связи с более ускоренным развитием экономики страны спрос на электроэнергию рос более высокими темпами, чем прогнозировалось. Однако кризис 2008-2009 гг. привел к снижению электропотребления с 1022,7 млрд. кВт.ч в год до 977,1. Наступившая стабилизация и некоторое развитие экономики в 2010-2012 гг. привело к увеличению электропотребления до 1063,3 млрд. кВт.ч в год. Но начавшиеся с 2013 г. кризисные явления снизили величину электропотребления до 1054,8 млрд. кВт.ч. После снижения электропотребления оптимистический прогноз называет на 2015 г. электропотребление на уровне 1076 млрд. кВт.ч с ожидаемым эффектом развития на 2035 г. [37, 38]. На перспективу, в любом случае, электроснабжение промышленности будет обеспечиваться.

По отдельным регионам страны из-за разного влияния экономического кризиса и состояния региональной экономики наблюдалась неоднородная тенденция в динамике электропотребления. Годовой максимум потребления мощности в ЕЭС России в 2013 г. составил 150 012 МВт. По ряду энергообъединений и энергосистем уровень потребления мощности 2009 г. превысил исторический максимум (энергосистема Москвы и Московской области, энергосистема Санкт-Петербурга, Тюменская энергосистема, Кубанская энергосистема и др.), но в 2014 году произошло снижение [100].

В процессе ожидаемого восстановления экономического роста в регионах России продолжится рост электрической нагрузки. Это ставит новые задачи перед электроэнергетикой страны, прежде всего, избежать сдерживания промышленного и гражданского строительства, развитие малого бизнеса [12, 65] из-за дефицита электроэнергии.

К числу основных проблем электроэнергетики относятся: дефицит генерирующих и сетевых мощностей в ряде регионов страны; неоптимальная структура генерирующих мощностей, обусловленная недостатком полупиковых и пиковых маневренных электростанций; снижение надежности электроснабжения, обусловленное высоким износом основных производственных фондов и отсутствием необходимых инвестиций для их масштабного и своевременного обновления.

Установленная мощность электростанций ЕЭС России на 01.01.2010 г. составила 211 845,7 МВт [100]. В то же время ввод новых мощностей в электроэнергетике существенно отставал от прогноза, предусмотренного стратегией [30, 101], и не в полной мере удовлетворял потребности растущей экономики.

Произведенная реформа потребовала разработки стратегии на длительную перспективу [76]. Были разработаны оптимистический вариант энергетической стратегии (2003 г.), базовая и максимальная генеральные схемы размещения объектов электроэнергетики до 2020 г. (2007 г.), Стратегия до 2030 г. (2009 г.), Схема и программа развития ЕЭС, Стратегия до 2035 г. (2014 г.).

В 2010 г. (через два года после утверждения Генсхемы) объем вводов до 2020 года был сокращен со 186,1 до 78 ГВт. Корректировка на 58% стала следствием ошибки прогноза электропотребления при старении и выбывании генерирующих мощностей. Предполагалось с 2010 г. ежегодно вводить около 13 ГВт мощностей, что на порядок больше показателей 2000-2008 гг. и в 1,5 раза больше объема, вводимого по всему СССР в последнее десятилетие его существования. Фактически в 2010 г. сдана генерация на электростанциях РФ 3,25 ГВт, в 2011 г. - 6,4 ГВт, 2012 г. - 7,8 ГВт. Всего на 2011-2015 гг. - 31,7 ГВт. Принимая за время использования генерирующей мощности 4900 час/год, получаем рост производства электроэнергии к 2030 г. максимум 1120 млрд. кВт.ч, что в общем (с учетом выработки 2010 г.) составит 2160 млрд. кВт.ч. Таким образом, принятые Генсхемой темпы роста до 2030 года завышены вдвое.

Стратегию развития России предлагается осуществить, опираясь на выполненный кафедрой ЭПП МЭИ в 2004 г. прогноз, согласно которому на 2020 г. объем производства электроэнергии составит 1300 млрд. кВт.ч; 2035 г. - 1500; 2050 г. - 2000 с максимумом потребления в 2060 г. - 2100 млрд. кВт.ч, что не будет превышено до конца века. Реализация прогноза предполагает осуществление ценологически распределенной генерации, ориентированной на глубинку и пригороды [30, 35, 38].

В период реструктуризации электроэнергетики был запущен процесс развития конкуренции на оптовом рынке электрической энергии (мощности), предусматривающий постепенный отказ от государственного регулирования цен на электроэнергию. В 2011 г. произошел переход к свободному ценообразованию для всех потребителей, за исключением населения [103].

Среднеотпускная цена на электроэнергию для конечных потребителей в 2014 г. составила 278,5 коп/кВтч, рост к среднеотпускной цене 2008 г. составил 205,5%.

Рост электропотребления на фоне одновременного повышения тарифов на электрическую энергию ставит перед потребителями задачи более экономного ее расходования и реализации мер по энергосбережению внедрению энергоэффективных технологий.

Современная экономика России энергорасточительна. Согласно данным из [68] энергоёмкость валового внутреннего продукта (при расчёте его по паритету покупательной способности валют) превышает среднемировой показатель. В последнее двадцатилетие в развитых странах наблюдался энергоэффективный экономический рост (на 1% прироста ВВП приходилось в среднем лишь 0,4% прироста потребления энергоносителей) [108]. Эту тенденцию следует учитывать для РФ при прогнозе электропотребления на 2020 (2035) г. В результате энергоёмкость ВВП в среднем по миру уменьшилась за этот период на 19%, а в развитых странах - на 21-27% [52, 106]. В России же из-за глубокого экономического кризиса энергоёмкость валового внутреннего продукта не снижалась, а увеличивалась. По мере восстановления экономики предполагается, что она начнет снижаться главным образом за счет оптимизации загрузки имеющихся свободных производственных мощностей при существенном росте спроса на энергоносители, а также активного развития малоэнергоемкой сферы услуг.

Энергоемкость ВВП России в 2000-2008 гг. снижалась почти на 5% в год, что значительно быстрее, чем во многих странах мира. Однако, несмотря на быстрое снижение энергоемкости ВВП России в последние годы, в 2006 г. она все еще была в 2,3 раза выше среднемирового уровня и в 2,5-3,5 раза выше, чем в развитых странах (рисунок 1.1). Причинами такого положения, кроме суровых климатических условий и территориального фактора, являются сформировавшаяся в течение длительного периода времени структура промышленного производства и нарастающая технологическая отсталость энергоёмких отраслей промышленности и жилищнокоммунального хозяйства.

Кстати, в царской России эффективность использования энергии была в 3,5 раза выше, чем в Германии, в 3 раза выше, чем во Франции и Японии, в 4,4 раза выше, чем в Великобритании и США, и в 3,5 раза выше среднемировой [68].

Рис. 1.1. Положение России в рейтинге стран по уровню энергоемкости ВВП России в 2000, 2006 и 2010 гг. (Источник: рассчитано по данным Международного энергетического агентства)

Согласно [24] существующий потенциал энергосбережения составляет 360-430 млн. т у.т. или 39-47% текущего потребления энергии. Почти третья часть его сосредоточена в топливно-энергетических отраслях (в том числе четверть - в электроэнергетике и теплоснабжении), ещё 35-37% в промышленности и 25-27% в жилищно-коммунальном хозяйстве. На рисунке 1.2 представлена оценка ЦЭНЭФ для Всемирного банка [104] ресурса повышения энергоэффективности в России.

Примерно 20% потенциала энергосбережения можно реализовать при затратах до 20 долларов США за т у.т., то есть уже при действующих в стране ценах на топливо. Наиболее дорогие мероприятия (стоимостью свыше 50 долларов США за т у.т.) составляют около 15% потенциала энергосбережения. Мероприятия стоимостью от 20 до 50 долларов США за т у.т., обеспечивающие оставшиеся две трети потенциала энергосбережения, требуют значительных суммарных инвестиций. Реализация всего потенциала энергосбережения займет до 15 лет.

Главной проблемой в указанной сфере является значительный нереализованный потенциал организационного и технологического энергосбережения.

Рис. 1.2. Ресурс повышения энергоэффективности в России

Оценка технического потенциала повышения энергоэффективности в России [55, 56] показала, что он составляет не менее 45% от общего объема внутреннего энергопотребления (рисунок 1.3). Более 50% потенциала энергоэффективности отечественной промышленности сосредоточено в ее наиболее энергоемких отраслях - черной и цветной металлургии, химической, производстве и промышленности стройматериалов [45].

Черная металлургия считается самой энергоемкой отраслью. На ее нужды расходуется около 25% суммарного энергопотребления промышленности. Наиболее энергоемким является производство стали и проката (около 20% суммарного энергопотребления отрасли), а топливоемким - производство чугуна (50% общего потребления топлива в отрасли). Энергоемкость продукции черной металлургии в России в среднем в 1,2-2 раза выше по сравнению с развитыми странами (таблица 1.1).

Рис. 1.3. Структура технического потенциала энергоэффективности (млн. т у.т.)

Это объясняется использованием устаревшей техники (на морально и физически устаревшем оборудовании в России производится почти 50% стали, чугуна и проката) и несовременной структурой технологий.

Таблица 1.1 Сравнение энергоемкости производства черных металлов, кг у.т./т

На долю цветной металлургии приходится около 30% электроэнергии и 14% энергоресурсов, потребляемых в промышленности. Основное количество электроэнергии расходуется на электролиз алюминия (более 70% отраслевого потребления электроэнергии), никеля, магния и на электротермические процессы. Сравнение российских показателей с зарубежными показывает [113], что в процессах производства алюминия имеется достаточный потенциал для повышения энергетической эффективности: средняя электроемкость производства первичного алюминия на российских предприятиях составляет примерно 16 тыс. кВт.ч/т, а в других странах она варьируется в интервале 14,3 - 15,6 тыс. кВт.ч/т [109, 100].

Снижение энергоемкости в отраслях промышленности в значительной степени обеспечивается внедрением новых технологий [93]. Перспективная динамика изменения энергоемкости российской промышленности будет зависеть от темпов модернизации производства и ввода новых производственных мощностей с передовыми технологиями.

Стратегической целью государственной энергетической политики в сфере повышения энергетической эффективности экономики является максимально рациональное использование энергетических ресурсов на основе обеспечения заинтересованности их потребителей в энергосбережении, повышении собственной энергетической эффективности и инвестировании в эту сферу. За период реализации Стратегии [102] должно произойти снижение зависимости российской экономики от энергетического сектора за счет опережающего развития инновационных малоэнергоемких секторов экономики и реализации технологического потенциала энергосбережения. Это выразится в сокращении к 2030 году (по сравнению с уровнем 2005 года): удельной энергоемкости валового внутреннего продукта - более чем в 2 раза; удельной электроемкости валового внутреннего продукта - не менее чем в 1,6 раза.

На рисунках 1.4 и 1.5 представлено сравнение фактических и прогнозных на 2030 г. значений структуры электропотребления США и России [112]. Доля промышленного сектора в России значительно выше, чем в США, а доля коммерческого сектора, формирующего малый и средний бизнес, составляет менее четверти структуры электропотребления.

Рис. 1.4. Прогноз структуры электропотребления США (ТВт.ч / %)

Рис. 1.5. Прогноз структуры электропотребления России (ТВт.ч / %)

Концепция стратегии [102] предусматривает масштабные структурные преобразования в экономике как в части производства валового внутреннего продукта в целом, так и в секторе промышленного производства. Предусматривается, что под влиянием рыночного спроса опережающими темпами будут развиваться малоэнергоемкие отрасли промышленного производства, специализирующиеся на выпуске высокотехнологичной и наукоемкой продукции. Ожидается, что к 2030 году доля таких отраслей (машиностроение, легкая, пищевая промышленность) в структуре промышленного производства вырастет в 1,5 - 1,6 раза и составит более половины общего объема промышленного производства в стране против 33 % в настоящее время.

Наряду с ожидаемыми структурными изменениями в экономике также предусматривается проведение целенаправленной энергосберегающей политики. Для достижения энергетической эффективности экономики будут использованы такие меры государственной энергетической политики:

- стимулирование создания специальных проектов, реализуемых в рамках программы поддержки развития малого бизнеса (бизнес-инкубаторы, программы обучения и др.), организация обязательного энергетического аудита организаций (предприятий) всех типов и классов с определенной периодичностью;

- ликвидация безучетного пользования энергоресурсами путем полного оснащения приборами учета расхода энергии потребителей розничного рынка, в первую очередь бытовых потребителей; развитие

- автоматизированных систем коммерческого учета электрической и тепловой энергии розничного рынка, создания системы метрологического контроля измерительных приборов учета топливно-энергетических ресурсов в реальных условиях эксплуатации.

Реализация технологического и структурного потенциала энергосбережения [102] позволит обеспечить сбалансированность производства и спроса на энергоресурсы, а также существенно ограничить выбросы парниковых газов при поддержании высоких темпов экономического роста. Достижение этих целей актуализирует формирование адекватных механизмов заинтересованности потребителей в энергосбережении.

1.2 Анализ правовых, экономических и организационных условий обеспечения энергосбережения в России

Согласно закону от 23.11.2009 г. № 261-ФЗ [61] «энергосбережение - реализация организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема используемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования (в том числе объема произведенной продукции, выполненных работ, оказанных услуг)». Правовое регулирование в области энергосбережения основывается [53] на эффективном и рациональном использовании энергетических ресурсов; поддержке и стимулировании энергосбережения и повышении энергетической эффективности; системности и комплексности проведения мероприятий по энергосбережению; планировании энергосбережения; использовании энергетических ресурсов с учетом ресурсных, производственно-технологических, экологических и социальных условий.

В соответствии с Указом Президента Российской Федерации от 4 июня 2008 года № 889 «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики», решениями расширенного заседания президиума Государственного совета Российской Федерации 2 июля 2009 г. и поручениями Правительства Российской Федерации в стране активизировалась работа по реализации государственной политики энергосбережения и повышения энергетической эффективности.

Сегодня в России практически сформирована нормативная правовая база в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности, начался этап практической реализации намеченного курса [17, 43]. Разработан и принят Федеральный закон от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», целью которого является создание правовых, экономических и организационных основ стимулирования энергосбережения и повышения энергетической эффективности. В целях реализации ФЗ с участием Минэнерго и Минэкономразвития России разработаны и приняты постановления Правительства РФ об энергетической эффективности: № 1221 от 31.12.2009 г.; № 1225 от 31.12.2009 г.; № 340 от 15.05.2010 г.; № 391 от 01.06.2010 г.; № 19 от 25.01.2011 г. и др. В соответствии с поручением Президента Российской Федерации от 15 июля 2009 г. № Пр-1802ГС разработана и утверждена распоряжением Правительства РФ от 27.12.2010 г. № 2446-р Государственная программа РФ «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на период до 2020 года», ставящая целью рациональное использование топливно-энергетических ресурсов за счет реализации энергосберегающих мероприятий, повышения энергетической эффективности в секторах экономики и субъектах Российской Федерации и снижения энергоемкости ВВП по сравнению с 2007 г. на 40%. Основной задачей программы является обеспечение устойчивого процесса повышения эффективности энергопотребления в секторах российской экономики, в том числе за счет:

- запуска механизмов стимулирования энергосбережения и повышения энергетической эффективности, конкурентоспособности и финансовой устойчивости в различных сферах российской экономики;

- формирования целостной и эффективной системы управления энергосбережением и повышением энергетической эффективности, активизирующей деятельность хозяйствующих субъектов и населения по реализации потенциала энергосбережения;

- сокращения неэффективного потребления энергии на внутреннем рынке и за этот счет сохранения и расширения потенциала экспорта энергоресурсов, увеличения доходной части бюджета, а также снижения объемов выбросов парниковых газов [100].

Нарушение законодательства об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности влечет наложение административной ответственности на должностных и юридических лиц в виде штрафов. Особое внимание в принятом законе уделено вопросу учета энергетических ресурсов, который становится обязательным для производимых, передаваемых и потребляемых ТЭР и организация которого осуществляется посредством установки приборов учета. Требование распространяется на все системы централизованного снабжения энергетическими ресурсами. Законом вменено организациям, которые осуществляют снабжение водой, природным газом, тепловой энергией, электрической энергией или их передачу по инженерно-техническим сетям, обязанность по установке, замене, эксплуатации приборов учета используемых энергетических ресурсов, снабжение которыми или передачу которых они осуществляют, с 1 июля 2010 года.

Практика энергоэффективности и электрообеспечения предполагает инструментальный учет объема и мощности, связываемой сейчас с обращением к Smart Grid. Это технико-экономическая концепция полностью интегрированной саморегулирующей и самовосстанавливающейся энергосистемы, предполагающей пять направлений развития: умные измерительные приборы и устройства; управление режимами в реальном времени, модернизация передачи, малая генерация, интерфейсы и средства коммуникации. Объем инвестиций в Smart Grid в США - 19 млрд. долл. ежегодно [111]. Smart Grid подразумевает объединение энергосистем и участие пользователей сетей в их работе. Баланс между спросом и предложением требует двунаправленных информационных потоков, современных IT систем измерения, оценки технического состояния и диагностики. Однако Smart Grid порождает проблему для потребителей, которые по условиям технологии не допускают стороннее вмешательство в производство. Решить задачи оценки потенциала энергосбережения и выявления возможностей повышения энергетической эффективности, а также способствования реализации мер по внедрению энергосберегающих проектов призваны рассматриваемые в работе энергетические обследования производственно-хозяйственной деятельности предприятий и организаций.

Энергетическое обследование - сбор и обработка информации об использовании энергетических ресурсов в целях получения достоверной информации об объеме используемых энергетических ресурсов, о показателях энергетической эффективности, выявления возможностей энергосбережения и повышения энергетической эффективности с отражением полученных результатов в энергетическом паспорте [46, 61]. Деятельность по проведению энергетического обследования вправе осуществлять только лица (юридические, физические и индивидуальные предприниматели), являющиеся членами саморегулируемых организаций в области энергетического обследования и отвечающие определенным квалификационным требованиям, предъявляемым к физическим лицам - субъектам профессиональной деятельности, о наличии знаний в области деятельности по проведению энергетических обследований в соответствии с образовательными программами высшего профессионального образования, дополнительного профессионального образования или программами профессиональной переподготовки специалистов в области деятельности по проведению энергетических обследований. Проведение энергетического обследования является обязательным и должно быть проведено до 31.12.2012 г. для следующих юридических лиц:

1. Органы государственной власти, органы местного самоуправления, наделенные правами юридических лиц, и организации с участием государства или муниципального образования;

2. Организации, осуществляющие регулируемые виды деятельности;

3. Организации, осуществляющие производство и (или) транспортировку воды, природного газа, тепловой энергии, электрической энергии, добычу природного газа, нефти, угля, производство нефтепродуктов, переработку природного газа, нефти, транспортировку нефти, нефтепродуктов, если совокупные затраты превышают десять миллионов рублей за календарный год;

4. Организации, проводящие мероприятия в области повышения энергетической эффективности, финансируемые полностью или частично за счет средств федерального бюджета, бюджетов субъектов РФ, местных бюджетов.

По результатам энергетического обследования должен быть составлен энергетический паспорт, который должен содержать информацию: об оснащенности приборами учета используемых энергетических ресурсов; об объеме используемых энергетических ресурсов и о его изменении; о показателях энергетической эффективности; о величине потерь переданных энергетических ресурсов; о потенциале энергосбережения; о перечне типовых мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности. Ранее типовая форма и содержание энергетического паспорта промышленного потребителя топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) устанавливались ГОСТ Р 51379-99 [10]. Этот документ составлялся с целью определения фактического баланса потребления ТЭР, оценки показателей энергетической эффективности использования ТЭР в процессе хозяйственной деятельности и формирования мероприятий по энергосбережению. Приказом Минэнерго России от 19.04.2010 г. № 182 были утверждены новые требования к энергетическому паспорту, составленному по результатам обязательного энергетического обследования, и энергетическому паспорту, составленному на основании проектной документации [60, 61], предложены формы таблиц, заполняемых при составлении энергетического паспорта [10]. Значительные изменения были внесены в форму «Баланс электрической энергии», принципиальные различия между которыми рассмотрены в § 3.1 главы 3. С июля 2014 г. вступили в действие обновленные требования к результатам энергетических обследований, утвержденные приказом Минэнерго России от 30.06.2014 г. № 400 [59], упраздняющие, но уточняющие требования приказа № 182. Новым требованием приказа № 182 явилось заполнение форм энергетического паспорта данными об энергопотреблении с величиной предыстории пять лет по сравнению с двумя годами предыстории по ГОСТ Р 51379-99. Это обеспечивает достаточность массива статистической информации для проведения научного анализа динамики изменения показателей энергопотребления исследуемого объекта (представительность выборки), а также дает возможность построения математических зависимостей (моделей).

До введения в действие Федерального закона № 261-ФЗ организации, проводившие энергетические обследования, в своей деятельности руководствовались Правилами проведения энергетических обследований организаций, утвержденными Минтопэнерго России от 25.03.98 г. и положениями приказа Минпромэнерго России от 04.07.2006 г. № 141 «Об утверждении рекомендаций по проведению энергетических обследований (энергоаудита)» [58]. Рекомендации определяли процедуру проведения энергетических обследований потребителей ТЭР во всех сферах экономики РФ, последовательность подготовки, осуществления и оформления результатов энергетических обследований [49, 54]. Рекомендации устанавливали требования к организациям, допущенным к проведению энергетических обследований. В частности, были установлены требования не только к квалификации персонала и наличию опыта выполнения работ в указанной области деятельности, но также и к необходимому инструментальному (приборному) и методологическому оснащению. В соответствии с требованиями, предъявлявшимися к организациям, проводившим энергоаудиты, каждая из таких организаций должна была разработать собственную методику проведения энергообследований и адаптировать ее применительно к специфике обследуемого объекта. Анализ имеющейся нормативной базы и литературных источников [2, 13, 20, 31, 49, 50, 54, 70, 78, 87, 98] показывает, что в настоящее время нет единой разработанной методики проведения энергетических обследований промышленных предприятий и организаций.

1.3 Энергоменеджмент и целевой энергетический мониторинг электропотребления

Реальное улучшение энергетической эффективности должно основываться не только на технических решениях, но и на более совершенном управлении. Исторически российские предприятия обращают большее внимание на удовлетворение потребностей производственного процесса в энергии и не придают особого значения эффективности ее передачи и использования. Признание важности энергии как одного из видов ресурсов, который требует такого же менеджмента как любой другой дорогостоящий ресурс, а не как накладных расходов предприятия, является главным первым шагом к улучшению энергоэффективности и снижению энергозатрат [2].

Реализовать цели оптимизации управления энергетической эффективностью призван принятый новый международный стандарт ISO 50001:2011 Energy management systems - Requirements with guidance for use (Системы энергоменеджмента - Требования с руководством по использованию), утвержденный и вступивший в действие с 15.06.2011 г.

Стандарт определяет требования для системы энергоменеджмента, позволяющей организации предпринять системный подход к непрерывному улучшению энергоэффективности (energy efficiency) и энергопараметров (energy performance). Стандарт применим ко всем типам организаций независимо от их размера и отраслевой принадлежности, поэтому он не содержит заранее установленных критериев энергоэффективности [79, 88].

Энергетический менеджмент - часть общей системы управления предприятием (организацией), которая обладает четкой организационной структурой и направлена на извлечение прибыли методом эффективного управления энергосбережением. Энергетический менеджмент представляет собой менеджмент (управление) энергии как любого другого производственного ресурса с целью снижения затрат путем улучшения энергоэффективности.

Система энергетического менеджмента (СЭнМ) - совокупность взаимосвязанных или взаимодействующих элементов, используемая для: 1) установления энергетической политики и целей и 2) применения процессов и процедур для достижения этих целей.

Стандарт ISO 50001 разработан и построен на основе цикла непрерывного улучшения «Plan-Do-Check-Act» («Планировать - Выполнять - Проверять - Действовать») и включает энергоменеджмент в ежедневную практическую деятельность организаций (рисунок 1.6) [89].

Рис. 1.6. Модель системы энергетического менеджмента в стандарте ISO 50001

Энергетическая политика (energy policy) - всеобъемлющие намерения и направления деятельности организации, относящиеся к энергетической деятельности, официально заявленные высшим руководством.

Энергетическая базовая линия (energy baseline) - система количественных энергетических показателей, составляющих основу для сравнения с показателями энергетической эффективности. Создается на основе информации о фактическом использовании энергии (при первоначальном рассмотрении) на текущий момент времени.

Энергетическая результативность - измеримые результаты, относящиеся к энергоэффективности, типам энергопотребления и расходу энергии. Могут измеряться по отношению к энергетической политике, целям, задачам и другим требованиям к энергорезультативности (по отношению к базовой линии).

Организация должна определять энергетические показатели деятельности (EnPIs - energy performance indicator), которые будут использоваться для оценки энергетической эффективности и впоследствии для оценки прогресса в достижении целей и задач. Поэтому требуется как административная работа по внедрению и поддержанию системы учета и контроля, так и материальное и моральное стимулирование, а также обучение персонала экономичным методам работы [74], использование развитого в Европе Целевого энергетического мониторинга (ЦЭМ), который дает возможность предприятию осуществлять контроль над потреблением электроэнергии и любым другим производственным ресурсом.

Энергоаудиты показали, что существует серьезный барьер в осуществлении проектов и поддержании правильных административно-хозяйственных мероприятий по экономии энергии. Проблема состоит в том, что аудит представляет «фотографическую» картину того, что было неправильно и что может быть улучшено. Однако постоянная система мониторинга может быть реализована так, чтобы она представляла «активный аудит», посредством которого структуры управления предприятием постоянно получают информацию и напоминания, когда они действуют неэффективно [69].

Энергетический мониторинг можно применять на всех уровнях системы электроснабжения, начиная с отдельного электроприемника и заканчивая границей раздела предприятия и энергосистемы. Основное внимание должно быть сосредоточено на нескольких самых энергоемких объектах (цех, основные производственные участки, энергоемкие агрегаты), на чью долю приходится до 80% общего электропотребления предприятия при их количестве 10-20% общего числа подразделений предприятия. Организация учета электроэнергии на каждом выделенном объекте является обязательным условием внедрения мониторинга [70].

Для каждого выделенного объекта выбираются характерные показатели электропотребления (общие или удельные расходы электроэнергии) и рассчитываются их целевые значения по данным измерений, но не по паспортным данным электрооборудования, чтобы учесть проявление объектами техноценологических свойств.

На каждом выделенном объекте учета должны быть люди, несущие административную ответственность за режим электропотребления - технологи или мастера цеха, которые должны контролировать расход электроэнергии, сравнивать его с целевыми показателями, выявлять причины перерасхода и принимать меры к его устранению. Период измерений: производственный цикл, час, смена, сутки.

В ходе работы системы целевого энергетического мониторинга все вновь получаемые данные характерных показателей пополняют базу данных предварительного (базового) этапа анализа, и через 3-4 месяца целевые показатели пересчитываются. Постоянный контроль позволяет снизить количество брака и отступлений от технологии. Устранение случаев работы с завышенным электропотреблением приводит к экономии электроэнергии на каждом выделенном объекте учета и к постепенному снижению расчетных целевых показателей [66]. Различные отрасли промышленности можно дифференцировать по степени трудности в создании и внедрении системы ЦЭМ. В работе рассмотрены для обследуемых предприятий проблемы внедрения ЦЭМ, которое будет значительно эффективнее с использованием методики, разрабатываемой в настоящей работе.

1.4 Исследование особенностей функционирования электрического хозяйства и параметров нормирования электропотребления

В связи с развитием рыночных отношений и реформированием электроэнергетики у промышленных предприятий и организаций возникла необходимость организации менеджмента электрохозяйства [16]. Важно установить статус потребителя электроэнергии как объекта исследования и определить систему показателей электропотребления и электроэффективности. До XX века потребители электрической энергии не выделялись как объект научных исследований, во-первых, из-за скудости количества электрооборудования у отдельного потребителя (абонента); вовторых, установка и эксплуатация отдельной лампочки, нагревателя (плитки), электродвигателя не были сложными, порождая «класс умельцев» [31].

В промышленности понятие электрохозяйства возникло с началом индустриализации. В конце 30-х годов XX в. стали выявляться особенности электрического хозяйства и системы электроснабжения промышленных предприятий. В 1944 г. на предприятиях мощностью 1000 кВт введена должность главного энергетика [12]. В 50-60-е - оформились горьковская, ростово-новочеркасская, ленинградская школы ученых и школа проф. А.А. Федорова, которые формулировали задачи электроснабжения с позиции быстро развивающихся электрических хозяйств промышленных предприятий.

Сегодня потребитель - предприятие, организация, территориально обособленный цех, строительная площадка, у которых приемники электроэнергии присоединены к электрической сети и используют электрическую энергию [39].

В соответствии с формулировкой Федерального закона от 26.03.2003 г. № 35-ФЗ «Об электроэнергетике» Потребители электрической энергии - не субъект электроэнергетики, а это лица, приобретающие электрическую энергию для собственных бытовых и (или) производственных нужд: потребитель - совокупность приемников электроэнергии, имеющих общие источники питания, питающую сеть, систему учета и отчетности [90]. Более общим является определение потребителя как юридического или физического лица, имеющего договор с энергоснабжающей организацией и выступающего как один абонент.

Электрическое хозяйство промышленных предприятий, организаций и учреждений как специальность преподается на январь 2015 г. в 53 ВУЗах России. Электрическое хозяйство современного промышленного предприятия представляет собой, с одной стороны, сложную систему с множеством взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов, организованных в подсистемы; с другой - сообщество (cenosis) слабосвязанных и слабовзаимодействующих изделий (техноценоз), свойства которого начинают проявляться с определенного количества элементов и степени сложности, точнее, с определённого уровня знания о нём.

Электрическое хозяйство как ценоз есть совокупность [31, 36, 39, 40]: установленных и резервных электротехнических установок, электрических и неэлектрических изделий, не являющихся частью электрической сети (цепи), но обеспечивающих её функционирование (эксплуатацию и ремонт); электротехнических и других помещений, зданий, сооружений, конструкций и сетей, которые эксплуатируются электротехническим или подчиненным ему персоналом; финансовых, людских, вещественных и энергетических ресурсов, организационного и информационного обеспечения, которые необходимы для жизнедеятельности электрического хозяйства с экологическими ограничениями как выделенной целостности [31]. Все многообразие объектов можно классифицировать, опираясь на уровни системы электроснабжения 2УР-6УР [41]. Тогда электроснабжение потребителей России (их как абонентов до 45 млн.) определится для общего случая уровнем, от которого они получают питание.

Выделяются следующие группы потребителей: 1) мини-потребитель, питающийся на низком напряжении 0,4 кВ со 2УР - 90 % всех предприятий страны; 2) мелкий потребитель, имеющий трансформаторные подстанции напряжением 10(6)/0,4 кВ 3УР - около 9 %; 3) средний потребитель 4УР, имеющий распределительные подстанции и развитое электрохозяйство со своей электрослужбой, питающихся на напряжении 35/10/6 кВ - 0,9 %; 4) крупный потребитель 5УР, имеющий ГПП напряжением 110(35) кВ и выше и специализированные цеха (подразделения) в составе электрослужб - 0,1 %. По величине потребляемой (расчетной) электрической мощности предприятия условно классифицировать на следующие: мини - от единиц до сотен киловатт; малые (мелкие) - до 3-5 МВт, средние - до 10-30 МВт, крупные - до 100-500 МВт, особо крупные - гиганты с нагрузкой близкой к 1000 МВт.

Описание (математическую модель) электрической части предприятия, производства, цеха, участка, отдельной единицы оборудовании как объекта исследования можно реализовать через систему показателей (образов: графических, цифровых, таблично-текстовых).

Система технико-экономических показателей определена основными электрическими показателями, которые описывают электрическое хозяйство по 6УР системы электроснабжения: максимум нагрузки P_max (МВт); коэффициент спроса К_с по объекту (отн. ед.); годовое число часов использования максимальной нагрузки T_max (ч); количество установленных электродвигателей Д (шт.); средняя мощность электродвигателя P_ср (условный электродвигатель, кВт). В отдельных случаях определяют электровооруженность труда и производительность труда электротехнического персонала.

Основные показатели функционально определяют: общее электропотребление А (МВтч); среднюю потребляемую предприятием мощность P_ср (МВт) и коэффициенты (отн. ед.) использования активной мощности предприятия К_и ; максимума активной мощности К_м ; заполнения графика нагрузки по активной мощности К_з ; технологической нагрузки К_т .

Соотношения между показателями:

А = P_max * T_max ; P_ср = А / 8760 ; К_с = P_max / P_у ; P = P_дв /Д;

К_и = P_с / P_у ; К_м = P_max / P_с ; К_з = T_max / 8760 = P_с / P_max ; К_т = P_у / P_дв .

На числовой оси каждый показатель изображается точкой, а все вместе основные показатели образуют многомерное пространство

{P_max x К_с x T x Д x P_ср x А_т x А_э}(1.1)

определяющее электрическое хозяйство как систему.

Представив (1.1) в виде матрицы {P}, можно сравнить различные предприятия между собой, применив теорию распознавания образов, кластер и технический анализ, профессионально-логические методы и экспертные системы. Электрические показатели при создании информационного банка

W_б = {A} x {P} x {B} x {C} x {П} x {М}(1.2)

перегруппировываются соответственно на матрицы удельных и общих расходов электроэнергии {A}; электрических данных, относящихся к системе электроснабжения {P}; количества электрооборудования {B}; стоимостей и штатов {C}; проектных данных {П}). В банк помещают и матрицу {М} технологических показателей.

С точки зрения соотношения «продукция - расход ресурса» предприятия (6УР), производства (5УР), цеха (4УР) можно разбить укрупнённо на ряд видов (типов, групп): 1) выпускается один легко идентифицируемый вид (алюминиевый завод, кислородная станция, комбайновый или тракторный завод из-за дискретности изделия не всегда могут быть отнесены к этому типу); 2) многономенклатурные производства; 3) организации, включая бюджетные, где физическая величина, характеризующая деятельность, настолько разнообразна или изменчива, что не может быть построена зависимость: электропотребление (норма) - продукция (услуга).