 |
Технические аспекты
энерготехнологического анализа
Определение норм электропотребления
предприятий средней и малой мощности
Не первый раз журнал «Новости электротехники» обращается к комплексу проблем, связанных с энергоаудитом, энергетическим обследованием и энергосбережением. Напомним, что ранее были опубликованы материалы: Г. Рывкин «Энергосбережение. Время действовать» (№6(12)2001), В. Бабич «Энергосбережение для повышения экономической эффективности предприятия» (№6(12)2001, 1(13)2002), К. Черновец «Энерготехнологический аудит повысит эффективность предприятия» (№6(18)2002 – 1(19)2003), К. Черновец «Энергосберегающие технологии: методика расчета затрат и результатов внедрения» (№2(20)2003). Представленный материал раскрывает тему в новой плоскости.
Общие принципы и основы энерготехнологического аудита уже рассмотрены на страницах журнала. Методика расчета затрат и результатов внедрения энергосберегающих технологий позволяет оценить экономическую сторону проблемы, что очень важно для анализа эффективности будущих инвестиций еще на предпроектной стадии. В настоящей статье проблема рассматривается с сугубо технической точки зрения, что будет особенно интересно энергетикам и энергоменеджерам.
Стоимость электроэнергии изменяется в зависимости от условий рынка, соответственно меняются и затраты на производство продукции, в которых доля расходов на электроэнергию составляет до 60%.
Энергосбережение сегодня — одна из важнейших проблем для компаний, стремящихся к прибыльной и эффективной работе. Электропотребление на промышленных предприятиях требуется планировать, в связи с чем остро необходимы обоснованные прогнозы норм потребления энергии.
Важно правильно определить объемы электроэнергии и значение потребляемой мощности для заданных объемов производства при существующей технологии, перестраивающейся под требования рынка. Становятся актуальными прогнозирование и определение параметров электропотребления в различные интервалы времени для эффективного управления расходом электроэнергии по энергоемким агрегатам на предприятиях средней и малой мощности.
Существующие методики
игнорируют экономические реалии
Существующие методики практически не учитывают изменения экономических условий, поскольку в них рассматривается длительный период времени при устойчивом тренде. Для многономенклатурного производства проблема усугубляется.
Систематизация и анализ существующих методик применительно к условиям рыночных отношений и создание обоснованных приемов расчета, обеспечивающих текущее нормирование и прогнозирование электропотребления, позволят предприятиям делать заключение о таких важных показателях, как расход электроэнергии, стоимость продукции и прибыль [1]. Обоснованные нормы потребления электроэнергии могут обеспечить предприятиям снижение штрафных санкций благодаря уточнению заявленного максимума нагрузки, а также помогут определить необходимые организационные мероприятия для снижения затрат. (Заметим, что в соответствии с Федеральной целевой программой «Энергосбережение России на 1998–2005 гг.» юридические лица, использующие энергию в объемах меньших, чем предусмотрено энергоснабжающей организацией, освобождаются от возмещения ей расходов, если недоиспользование вызвано применением энергосберегающих технологий.)
Для обеспечения этих исследований осуществлено математическое моделирование нестационарных временных рядов с динамическими и статическими временными трендами. При этом используются элементы теории вероятности с применением регрессивного анализа, методы краткосрочного прогнозирования, теорий нейронных неопределенностей, основанных на искусственных нейронных сетях [2].
Но эти подходы недостаточны, поскольку существующие значительные отклонения от среднего нельзя объяснить только случайными причинами. На всё множество электроприемников, производств и цехов, на их удельные расходы и нормы накладывается некоторое дополнительное условие, учет которого повышает точность определения параметров электропотребления и объемов энергосбережения.
Отход от конкретных технологических условий и от учета особенностей схемы электроснабжения правомочен только в случаях устойчивых, мало изменяющихся графиков электрических нагрузок, образуемых практически несчётным числом электроприемников. Для средних и особенно малых производств этот подход чреват большими погрешностями (до 100% и более), особенно для многономенклатурных производств.
Предлагаемая методика
учтет все нюансы
Новая методика строится на использовании Гауссова (нормального) распределения параметров электропотребления. Эта гипотеза подтверждается статистически для большой группы предприятий, имеющих электропотребление в пределах 0,5–5000 МВА.ч/год с устойчивым технологическим процессом. Проведенные исследования показали, что для указанных малых и средних предприятий можно говорить о наличии средних величин (пример такого исследования представлен ниже).
В этом случае электропотребление отличается на величину получаемой погрешности (по нормальному закону). Отклонения от нормального закона распределения, выход за пределы рассчитанных норм могут наблюдаться на уникальных, единичных предприятиях слишком большой или слишком маленькой мощности.
На предприятиях применяют понятия суточного, квартального и годового электропотребления, а также получасового максимума в часы максимума энергосистемы. Получасовой максимум нагрузки, заявленный в договоре с энергосистемой, называют заявленным, а разрешенный энергосистемой при ограничениях по мощности – разрешенным суточным максимумом нагрузки.
За норму расхода электроэнергии здесь и далее принимаем удельный расход энергии, необходимый для выпуска единицы продукции установленного качества при нормальной организации производства и оптимальной эксплуатации оборудования [2]. Так как удельный расход электроэнергии зависит от технического состояния оборудования, режима его работы, сезонных факторов, то необходимо установить статистические зависимости между нормами расхода электроэнергии и производственными показателями.
При разработке норм расхода следует также учитывать проведение в планируемом периоде организационно-технических мероприятий по экономии топливно-энергетических ресурсов, которые разрабатываются на всех уровнях управления. Мероприятия группируются по следующим основным направлениям: совершенствование технологии производства; оптимальное использование структуры производственного оборудования; применение менее энергоемкого сырья и повышение его качества.
Возможность нормирования. Объект исследования —
молокозавод
Для исследования возможности нормирования электропотребления на предприятиях средней и малой мощности был взят типичный потребитель электроэнергии – городской молокозавод. В «сертификате соответствия» от 14.02.2000, серийное производство этого молокозавода признано соответствующим требованиям нормативных документов МБТ и СН 5061-89 и НРБ-96. Объект исследования и его производственные характеристики (куда включаются и энергетические показатели) являются типичными. Поэтому результаты, выводы исследований могут быть рекомендованы к применению не только для данного объекта, а для всей отрасли в целом.
Данные по электропотреблению взяты за период 3,5 года.
Рассматривать более длинный период нецелесообразно, поскольку спрос на рынке молочной продукции, по мнению экспертов, значительно изменяется, вследствие чего изменяется общий объем выпускаемой продукции и объемы отдельных видов продукции. Необходимо также отметить, что за промежуток времени 3-4 года меняется и технология производства, что прямо влияет на уровень электропотребления.
Однолинейная схема электроснабжения городского молокозавода представлена на рис. 1. На заводе установлено 356 электродвигателей мощностью от 5 до 110 кВт.
Собранные исходные данные необходимо проверить в отношении погрешностей.
Рис.1. Однолинейная схема электроснабжения гормолзавода.
Рис.2. Кривые и тренды частотного распределения ЭП, построенные на основе эмпирических данных и значений нормального теоретического распределения ЭП.
В работе использован метод исключения грубых погрешностей при неизвестной среднеквадратичной ошибке (d). Первоначально генеральная совокупность данных была подвергнута доверительной оценке на истинность значения измеряемой величины при неизвестной среднеквадратичной погрешности. Данные оценивались в два этапа: сначала месячные, затем суточные значения. Доверительные оценки как средних значений, так и дисперсий основаны на гипотезе о нормальности распределения случайных ошибок.
К месячным и суточным данным были применены критерии согласия на нормальность распределения погрешности: критерий согласия Пирсона c2 и критерий А.Н. Колмогорова. Зная, что эмпирическое распределение является нормальным, можно определить размеры резервов производства, оптимальный выпуск продукции. Для наглядности построены графические тренды на основе теоретических и эмпирических данных плотности распределения электропотребления с помощью полиномиальных уравнений третьей степени.
Кривые и тренды представлены на
рис. 2. Из построенных графиков видно, что эмпирическое частотное распределение хорошо воспроизводится нормальным теоретическим распределением. Полученное значение вероятности Р(c2)=0,9954 показывает, что расхождение между теоретическим и случайным законом можно считать случайным. В результате проверок была принята гипотеза о нормальном распределении.
Для дальнейшего изучения зависимости между электропотреблением и объемом производства, каждый из которых подвергается случайному рассеиванию (неконтролируемому разбросу), были применены методы корреляционного анализа. Так как объемы выпуска отдельных видов продукции зависят один от другого, а отдельные ее виды не оказывают существенного влияния на электропотребление предприятия, при исследовании электропотребления необходимо изучить взаимовлияние всех выпускаемых предприятием видов продукции. Выделение значимых видов продукции возможно на основе корреляционно-регрессивного анализа [1]. Мерой зависимости между этими величинами может стать коэффициент корреляции или корреляционное отношение.
Установление статистических закономерностей электропотребления каким-либо цехом связано с расчетом парных коэффициентов корреляции для технологических и энергетических показателей.
Для выявления видов продукции, от которых электропотребление предприятия зависит наиболее значительно, необходимо оценить влияние объема каждого вида продукции (V) на электропотребление предприятия (W). Мерой этой взаимосвязи служит коэффициент корреляции:
Общий коэффициент корреляции равен 0,849, что говорит о сильной зависимости между значениями W и V.
Гипотеза о наличии средних величин и проявлении нормального закона распределения имеет право на жизнь в 90% случаев для многономенклатурных производств средней и малой мощности.
Электропотребление отличается на величину получаемой погрешности (по нормальному закону).
Отклонения от нормального закона распределения, выход за пределы рассчитанных норм могут наблюдаться на уникальных, единичных предприятиях слишком большой или слишком маленькой мощности. Правомочность применения нормального закона распределения позволяет осуществлять нормирование электропотребления не сверху вниз, а снизу вверх с большей достоверностью для группы указанных выше производств.
Литература
1. Кудрин Б.И. О теоретических основах и практике нормирования и энергосбережения // Промышленная энергетика. – 2000. – № 6. – C.11-12.
2. Ruey-Hsun Liang, Ching-Chi Cheng. Short-term load forecasting by a neuro-fuzzy based approach // Electrical Power and Energy System.– 2002. – № 24. – Р.17-18.
| 
|
