// Журнал «Промышленная Энергетика», 2012 - № 03, стр. 19-22

Анализ существующих и перспективных методов нормирования потребления

топливно-энергетических ресурсов на промышленном предприятии.

Гринев А. В., инж.

ООО "Наука и техника", Санкт-Петербург

Установление научно-обоснованных норм расхода ТЭР позволяет оценивать эффективность потребления энергии производствами и предприятием в целом, стимулирует рост производительности труда, способствует улучшению организации и эксплуатации энергетического хозяйства, а также повышению технического уровня и экономии энергоресурсов. Методы нормирования ТЭР - совокупность способов, позволяющих получать их удельную норму расхода исходя из представленных данных. Сегодня основными методами расчета норм потребления ТЭР являются: опытный, отчетно-статистический и расчет-но-аналитический.

При опытном методе [1] используются данные, полученные в результате испытаний (экспериментов). Ограничение его применения - условия, при которых оно корректно, а именно: оборудование должно находиться в технически исправном состоянии, а технологический процесс - осуществляться в режиме, предусмотренном технологическими регламентами и инструкциями.

Этот метод, основанный на математическом аппарате планирования эксперимента [2], используется на стадии научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ при проектировании и разработке новых или модернизации уже существующих технологических установок и промышленных объектов. Его применение в условиях реального производства нецелесообразно, так как требует проведения большого числа натурных испытаний, в том числе и в экономически невыгодных режимах. Кроме того, для него характерны длительность исследовании и неустойчивость результатов при модернизации оборудования производств.

В настоящее время основной метод расчетов удельных норм потребления ТЭР на предприятиях - отчетно-статистический. Он базируется на анализе данных статистической (бухгалтерской, оперативной) отчетности о фактическом расходе ТЭР на единицу продукции (работ) за прошлый период и их интерполяции на расчетный период. Суть метода с использованием многофакторного корреляционного анализа изложена в [3, 4]. Он достаточно прост в использовании, однако имеет существенный недостаток - низкую точность результатов расчетов. Это обусловлено тем, что принятая в нем математическая модель не учитывает различные режимы работы производства при одинаковых значениях внешних факторов и высокочувствительна к качеству исходных данных.

При опытно-статистическом методе используются аналитическая модель и модель базового периода. Аналитическая модель представляет собой функцию, выражающую зависимость между удельной нормой энернергопотребления Е_энер и факторами Ф_энер, обусловливающими ее изменение:

Е_энер = f(Ф_энер1, Ф_энер2, …., Ф_{энер n}) (1)

На практике при расчетах учитывают один фактор (нагрузку), максимум два (нагрузку и температуру окружающего воздуха), остальные факторы (состав сырья, качество используемых энергоресурсов, состояние технологического оборудования и т. д.) во внимание не принимаются. Такой подход дает хорошие результаты только в том случае, когда неучтенные факторы не изменяются (предприятие работает на сырье с постоянным составом и получает энергоносители заявленного качества, техническое состояние и состав оборудования одинаковы в течение анализируемого и расчетного периодов и т. д.).

Аналитическая модель универсальна, поэтому может быть использована для любого предприятия. Вместе с тем она не реагирует на изменения в составе и режимах работы оборудования, а также не учитывает степень влияния энергопотребления не задействованного в технологическом процессе оборудования.

Модель базового периода - математическая модель, расчет энергопотребления в которой осуществляется путем уточнения значения энергопотребления за какой-либо предыдущий (базовый) период времени с использованием коэффициентов специального вида:

Е_энер=Е_баз + ∆₁(Ф^баз₂, …, Ф^баз_m) (Ф₁-Ф^баз₁) +…∆_m (Ф^баз₁, …., Ф^баз_m-1) ( Ф_m- Ф^баз_m) (2)

где Ф^баз₁, …., Ф^баз_m и Ф₁, …., Ф_m - факторы, учитываемые в базовом и расчетном периодах; Е_энер - энергопотребление за базовый период.

В данной модели устранена погрешность, связанная с трендом по времени (эта погрешность учитывается в базовом периоде). При известных факторах и небольшом периоде прогноза она обеспечивает достаточно высокую точность расчета. Однако с ростом времени между наблюдениями погрешность расчета увеличивается. Кроме того, в этой модели проблематичен выбор базового периода, а для определения энергопотребления требуется большое количество статистических данных о работе предприятия.

Расчетно-аналитический метод основан на выполнении поэлементных расчетов по данным проектно-конструкторской, технологической и другой технической документации с учетом экспериментально установленных нормативных характеристик энергопотребляющих агрегатов. Он позволяет определить научно-обоснованные нормы расходов, так как в нем сочетаются технико-экономические расчеты с анализом конкретных производственных условий.

Необходимость определения норм расхода ТЭР по энергетическим характеристикам энергопотребляющего оборудования сформулирована в [3, 5]. Математической моделью энергопотребления технологического процесса в этом случае является объектно-ориентированная модель. Она основана на разбиении моделируемого участка энергетической сети на отдельные агрегаты (потребители энергии) и расчете их взаимодействия между собой:

Е_энер = ∑^к _i=1 Е_энерi/R, (3)

где R - количество произведенной продукции; Е_энерi =f(N_энерi)Ti - энергопотребление i-го оборудования; Ti - наработка i-го оборудования; f_i(N_энерi) - зависимость энергопотребления i-го оборудования от его нагрузки (нагрузочная характеристика).

Данная модель предполагает наличие данных о полном составе энергопотребляющего оборудования, его нагрузочных характеристиках и режимах использования при различных значениях влияющих на энергопотребление факторов. Однако сбор исходной информации в случае отсутствия автоматизированной системы технического учета технологических параметров очень трудоемок. Вместе с тем при наличии всех указанных данных об оборудовании результаты, полученные расчет-но-аналитическим методом, имеют высокую точность.

Современное развитие автоматизированных систем управления технологическими процессами и систем учета потребления энергоресурсов позволяет применять комбинированный метод, учитывающий связь энергопотребления со структурой и режимом работы производства. Этот метод состоит в разделении всего энергопотребляющего оборудования на группы - энергетические профили (ЭПр) и обработке статистических данных о потреблении ТЭР предприятием с учетом того или иного ЭПр.

Энергетический профиль - перечень энергопотребляющего оборудования, необходимого и достаточного для выполнения производственной задачи. Система управления технологическим процессом предприятия обеспечивает автоматическое определение состояния используемого оборудования (включено/отключено). В каждой технологической цепочке можно выделить "ключевую" единицу оборудования, состояние которой определяет состояние целой группы оборудования. Данная группа формирует энергетический профиль, время нахождения в работе которого будет определяться временем работы "ключе-вой" единицы оборудования, входящей в его состав.

Рис. 1.

Сбор данных по каждому ЭПр осуществляется автоматизированной системой учета потребления ТЭР. Для каждого ЭПр выделяются факторы Ф₁, Ф₂, …, Ф_n, влияющие на его потребление. Их численные значения и соответствующее им энергопотребление Е_ЭПрi создают статистический портрет:

Е_ЭПрi → f_i (Ф₁, Ф₂, …, Ф_n)       (4)

С его помощью вычисляются абсолютное и удельное потребление энергии.

Потребление ТЭР предприятием определяется как сумма энергопотребления всех ЭПр:

Е_энер = ∑ⁿ _i=1 Е_ЭПрi  (5)

При этом методе используется комбинированная математическая модель энергопотребления (рис. 1,а), состоящая из объект-но-ориентированной и аналитической частей, связанных между собой понятием энергетического профиля. На рис. 1, б показано ее табличное представление.

Объектно-ориентированная часть представляет собой полный перечень ЭПр, который включает   оборудование,   реализующее   все возможные режимы работы производства. Аналитическая часть представляет собой репрезентативную (относительно выбранного профиля и расчетных значений факторов, влияющих на потребление энергии) выборку исходных данных, объем которой обусловлен требуемой точностью расчета. Метод позволяет:

планировать потребление ТЭР по производствам (процессам) и предприятию в целом с периодом расчета 1 мес;

прогнозировать значения энергопотребления для заказа энергоресурсов с периодом расчета 1ч, 1 сут.;

проводить мониторинг эффективности потребления ТЭР (расчет энергоэффективности работы предприятия/подразделения, определение участков неэффективного использования энергоресурсов).

Данный метод расчета, точность которого выше, чем у существующих методов, реализован в информационно-аналитической системе "Управление энергопотреблением предприятия" (рис. 2). Комбинированный метод учитывает изменения в составе и режимах работы оборудования и позволяет выполнять расчет энергопотребления с детализацией, большей, чем в системе учета ТЭР. Однако для его применения необходимо иметь систему автоматизированного управления производством. Но поскольку стоимость разработки и внедрения систем автоматического управления технологическим процессом и учета потребления ТЭР крайне высока (достигает десятков миллионов рублей) экономически целесообразно применять комбинированный метод на предприятиях, где данные системы уже внедрены по производственным причинам.

Следует отметить, что получить численные оценки погрешности расчета при расчет-но-аналитическом и комбинированном методах до проведения детального анализа энергопотребления предприятий невозможно. Однако опыт применения этих методов для расчета часового энергопотребления производств ООО "Тобольск-нефтехим" и ОАО "Уралкалий" показал, что при достаточно полной автоматизации технологического процесса и наличии системы учета энергопотребления точность расчета комбинированным методом выше соответственно на 10-12% и 15- 17%.

Рис. 2.

Выводы

1. Выбор метода необходимо осуществлять исходя из задач нормирования и соответствия его требованиям системы учета энергопотребления и организации управления технологическим процессом производства.

2. Современное развитие автоматизированных систем управления технологическим процессом и систем учета потребления энергоресурсов позволяет применить перспективный комбинированный метод нормирования.

Список литературы

1. Константинов Б. А. О применении математических методов при нормировании потребления электроэнергии в промышленности. - Электричество, 1964, № 1.

2. Адлер Ю. П., Маркова Е. В., Грановский Ю. В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. - М.: Наука, 1976.

3. Тайц А. А. Методика нормирования удельных расходов электроэнергии. - М.: Госэнергоиздат, 1946.

4. Ястребов П. П. Использование и нормирование электрической энергии в процессах переработки и хранения. - М.: Колос, 1973.

5. Гофман И. В. Нормирование потребления энергий и энергетические балансы промышленных предприятий. - М.: Энергия, 1966.

st-energy@mail.ru