CC BY
96
УДК 658.26:621.311 ББК У305.142
Н.В. ГРУНТОВИЧ, Н.В. ГРУНТОВИЧ, Л.Г. ЕФРЕМОВ, О.В. ФЕДОРОВ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ И ЭКОНОМИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
Ключевые слова: управление энергоэффективностью, техническая диагностика, структура потребления топливно-энергетических ресурсов, условно-постоянная составляющая расхода энергоресурса в общем его расходе, интеллектуальные системы технического учета энергетических ресурсов.
Определены ключевые задачи управления экономикой современных производств. Произведена оценка доли условно-постоянной составляющей расхода энергоресурса в общем его потреблении для 144 производств различных отраслей промышленности. Определены факторы влияния условно-постоянной составляющей расхода энергоресурса. Представлена структура интеллектуальной системы технического учета энергоресурсов для решения задач управления экономикой промышленных предприятий.
N. GRUNTOVICH, N. GRUNTOVICH, L. EFREMOV, O. FEDOROV UPGRADING THE SYSTEM OF MANAGEMENT OF ENERGY EFFICIENCY AND ECONOMIC SECURITY OF INDUSTRIAL ENTERPRISES Key words: energy management, technical diagnostics, consumption structure of power resources, conditionally-constant component of energy consumption in total energy consumption, intellectual systems of technical metering of energy resources. In this paper, we pointed out the main tasks of economic management of modern enterprises and estimated the share of a conditionally-constant component of energy consumption in the total energy consumption for the 144 industrial enterprises specializing in various industries. We also identified the influence of conditionally-constant component of energy consumption and presented the structure of intellectual system of technical metering of energy resources for solving problems in economic management of industrial enterprises.
Важнейшими задачами управления экономикой современных предприятий являются следующие:
1. Управление энергоэффективностью (ЭЭФ) технологического оборудования предприятия.
2. Совершенствование системы технического обслуживания и ремонта (СТОиР) на основе современных методов технического диагностирования.
3. Обеспечение экономической устойчивости работы предприятия в условиях постоянного роста стоимости топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и неустойчивости рынков сбыта.
О необходимости применения на предприятиях современных компьютерных интеллектуальных систем технического учета говорилось и писалось. Активная работа с предприятиями в области повышения ЭЭФ и технической диагностики подтвердила остроту этой проблемы.
Применение интеллектуальных компьютерных систем позволяет:
- обеспечить экономию ТЭР от 3 до 15%;
- ранжировать технологическое оборудование по его энергоэффективности для планирования модернизации предприятия;
- осуществлять диагностику существующего уровня ЭЭФ и прогнозировать ее динамику при учете различных факторов (изменения объемов выпуска продукции, внедрения мероприятий по энергосбережению, старения оборудования, модернизации или реконструкции технологических процессов и др.);
- выявлять причины нерационального использования всех потребляемых энергоресурсов.
Следует отметить, что стоимость компьютерных программ значительно дешевле самих систем учета ТЭР в силу их универсальности.
Значительный экономический ущерб наносят остановы технологических линий из-за несовершенства СТОиР. Слабыми элементами в электроснабжении предприятий являются трансформаторы и кабельные линии. Из-за выхода их из строя возможен значительный экономический ущерб для предприятия. Например, для больших предприятий (химическое, калийное производство) затраты на повторный пуск достигают десятки миллионов долларов. Потери первого рода обусловлены недовыпуском продукции. Потери второго рода вызываются затратами ТЭР на разогрев технологических линий, который может длиться несколько суток. Как показывает статистика, потери могут составлять 1-2 долл. США на 1 кВт заявленной мощности.
Причины отключения кабелей распределительной сети представлены на рис. 1.
Рис. 1. Причины выхода из строя кабелей
Выход из строя кабельных линий и трансформаторов - это результат игнорирования современных методов технического диагностирования из-за несовершенства нормативных документов и низкого качества ремонта.
В разработке математических моделей экономической устойчивости в условиях плановой экономики не было необходимости. Тогда и сейчас решается задача устойчивости технических систем, систем автоматического регулирования. Математиками А. Ляпуновым, И. Вышнеградским, А. Гурвицем, инженером А. Михайловым разработаны основы теории устойчивости технических систем.
К факторам, влияющим на экономическую устойчивость предприятия, можно отнести: стоимость энергоресурсов, проценты на банковские кредиты, заработную плату, рынки сбыта, стоимость и качество сырья, состояние оборудования и т.д. [1].
К критериям, повышающим экономическую неустойчивость предприятий, в настоящее время можно отнести: достигнутые значения удельных расходов ТЭР (по отношению к конкурентам на рынках сбыта продукции), показатели фактического состояния оборудования (степень износа, показатели ЭЭФ). Когда пред-
приятие работает в условиях экономической неустойчивости, происходит большой перерасход потребляемых энергоресурсов, что обусловлено наличием условно-постоянной составляющей ТЭР в общем расходе ТЭР предприятия.
Именно наличие условно-постоянной составляющей расхода энергоресурсов в общем потреблении ТЭР определяет гиперболический характер зависимости удельных расходов ТЭР от объемов производства и имеет известный вид для потребителей с простой (или сводящейся к ней) взаимосвязью между энергетикой и технологией:
Ж
ттг усл.-пост.топл. / Жуд.топл = ^уд.техн.топл. +-^-, т у™. ^ОД^
Ж
ттг , усл.-пост.ЭЭ -т» /
Жуд.ЭЭ = ^уд.техн.ЭЭ +-^-, кВт'ч/ед. ПP0Д.,
где Жусл._пост.топл. и Жусл._постЭЭ - составляющая потребления энергоресурса (топлива или электроэнергии, соотвественно), не зависящая от объема выпускаемой продукции, т у.т. (кВт-ч); %д.техн.топл. и ^уд.технЭЭ - технологический удельный расход энергоресурса (топлива или электроэнергии, соотвественно) на выпуск единицы продукции; П - объем производства продукции.
Условно-постоянная составляющая расхода энергоресурса во многом зависит от вида энергоресурса. Для электрической энергии к условно-постоянной составляющей расхода относят затраты ЭЭ на освещение, вентиляцию, вспомогательные производственные нужды (вспомогательные цеха, связанные с ремонтом различного оборудования, складские помещения, административно-бытовые помещения). Однако для производств, имеющих в технологическом процессе, например, печное оборудование, в технологическом расходе ЭЭ также можно выделить условно-постоянную составляющую, которая связана с разогревом и поддержанием в работоспособном состоянии технологического оборудования. Для топлива, например, природного газа, который используется в технологии цементных производств, а также для производства стекла, условно-постоянная составляющая определяется затратами энергоресурса на поддержание печей в работоспособном состоянии. То есть в условно-постоянной составляющей расхода энергоресурса четко выделяется технологическая условно-постоянная составляющая. Условно-постоянная составляющая определяется, в первую очередь, сезонным фактором, количественными и качественными характеристиками оборудования, ее определяющими.
В Российской Федерации постоянную составляющую энергопотребления, не зависящую от объемов производства предприятия, относят к одному из индикаторов ЭЭФ.
Наличие условно-постоянной составляющей в расходе энергоресурса определяет:
- регулировочную способность по энергоэффективности за счет изменения объема выпуска продукции (горизонтальное регулирование);
- текущее состояние энергоэффективности;
- эффективность внедряемых мероприятий по энергосбережению.
Последнее особенно важно, так как неоспоримым является факт, что при
внедрении, казалось бы, эффективных технологий эффект от внедряемых мероприятий значительно ниже прогнозных значений либо не достигается вообще.
В качестве примера можно привести динамику удельного расхода топлива в зависимости от объема выпуска продукции завода по выпуску шин (рис. 2).
2 14500
s
| 12500
J *
& £ 10500
J 8500 6500 4500 2500
100 300 500 700 900 1100 1300 1500
Месячный объем выпуска продукции П, усл. шины
Рис. 2. Динамика удельного расхода тепловой энергии в зависимости от объема выпуска продукции для шинного производства и зоны ЭЭФ
Авторами проведены исследования выборки из 144 производств различных отраслей промышленности по оценке доли условно-постоянной составляющей расхода энергоресурса в общем его расходе при максимальном и минимальном объемах выпуска продукции. В таблице приведены некоторые из полученных результатов.
Результаты оценки доли условно-постоянной составляющей расхода ТЭР в их общем расходе для различных производств
Наименование продукции Вид энергоресурса Отношение ^.пост/^обш %
при минимальном объеме выпуска продукции при максимальном объеме выпуска продукции
Производство метанола ТЭ 55,78 18,57
Производство капролактама ЭЭ 66,67 15,19
Листовое стекло Газ 10,26 1,48
Сверхкрупногабаритные шины ТЭ 80,00 60,42
Сверхкрупногабаритные шины ЭЭ 80,00 64,90
Выпуск пресс-форм ЭЭ 38,46 35,96
Изделия из пластмассы ЭЭ 25,00 4,54
Обувь ЭЭ 32,00 29,89
Швейные изделия ЭЭ 83,33 24,12
Выдувная полимерная многослойная пленка ЭЭ 90,00 69,57
Производство водки ЭЭ 50,00 44,31
Производство водки ТЭ 50,00 39,50
Производство спирта ЭЭ 44,44 43,15
Производство спирта ТЭ 44,44 44,24
Продукция машиностроения ЭЭ 83,33 64,03
Продукция машиностроения ТЭ 83,33 25,76
Оксид цинка Газ 66,67 42,91
Мебель ЭЭ 75,00 72,31
Как видно из таблицы, доля условно-постоянной составляющей расхода ТЭР в общем их расходе не статична, а изменяется в зависимости от загрузки оборудования. При снижении объемов выпуска продукции доля условно-
Жуд=5214+2196933/П, Мкал/усл. шины
зона низкой ЭЭФ зона средней ЭЭФ зона высокой
постоянной составляющей возрастает, и наоборот: при наращивании объемов выпуска продукции эта доля уменьшается (увеличение загрузки оборудования).
Результаты исследований показали, что из сформированной выборки производств 54 имеют долю условно-постоянной составляющей расхода ТЭР свыше 40%. Для указанной группы эффективность внедренных мероприятий по энергосбережению будет очень сильно зависеть от загрузки производства.
Диагностирование ЭЭФ, выработка управляющих воздействий при ее управлении невозможны без достоверной статистической информации и соответствующего методического обеспечения, что требует дальнейшего развития системы управления ЭЭФ. Необходимой и назревшей проблемой является внедрение на предприятиях (с потреблением свыше 25000 т у.т.) современных компьютерных интеллектуальных систем технического учета и управления потреблением ТЭР. В первую очередь потребуется разработка пакета прикладных компьютерных программ интеллектуальной системы технического учета и управления для решения задач регламентного контроля энергоэффективности на предприятиях в реальном масштабе времени. В короткие сроки должны быть созданы на отдельных предприятиях демонстрационные зоны интеллектуальной системы технического учета и управления потреблением ТЭР.
Основными задачами интеллектуальной системы технического учета являются:
- представление информации диспетчерам и технологам для принятия оптимальных решений на основе интеллектуальной системы поддержки принятия решений;
- прогнозирование удельного расхода ТЭР в зависимости от планируемого выпуска продукции;
- оптимальное прогнозирование и планирование потребления ТЭР;
- регламентный контроль ЭЭФ ежеквартально или по усмотрению предприятия (автоматизированное энергетическое обследование специалистами предприятия вместо энергетического обследования один раз в пять лет);
- управление потреблением ТЭР на основе целевых функций;
- контроль энергоемкости продукции;
- определение потенциала энергосбережения на основе дифференциального показателя энергоэффективности;
- определение и корректировка прогрессивных удельных норм расхода ТЭР на основе статистических моделей;
- оперативное диагностирование энергопотоков;
- контроль и оптимизация режимов работы оборудования с помощью математических моделей;
- оптимизация технико-экономических показателей котельных и компрессорных станций.
Пакет компьютерных программ создается по модульному принципу.
Каждый модуль системы представляет собой совокупность технических и программных средств в зависимости от решаемых задач:
- диагностирование энергопотоков и целевых функций управления;
- определение достоверности поступающей информации;
- оптимизация режимов работы электроустановок и теплового оборудования;
- определение технико-экономических показателей котельных и компрессорных станций;
- определение потерь и регистрация отказов, поломок и аварий;
- прогнозирование технического состояния энергетического оборудования;
- контроль вторичных энергоресурсов;
- расчет энергетических и эксергетических балансов;
- проведение регламентного контроля энергоэффективности;
- определение энергоэкономических показателей;
- выдача справочной документации (нормативные документы, схемы);
- формирование отчетной документации.
Предлагается следующий порядок введения в эксплуатацию интеллектуальных систем технического учета:
1. Составляется энергетический баланс всех видов ТЭР с глубокой декомпозицией по цехам для определения количества и мест установки счетчиков.
2. Проводится анализ факторов, влияющих на нерациональное потребление ТЭР.
3. Разрабатывается техническое задание на систему технического учета и управления потреблением ТЭР, где формируются требования к структуре и функциям системы, разрабатываются требования к различным видам обеспечения (математическому, информационному, программному, техническому и метрологическому).
4. Производятся монтаж и наладка счетчиков, линий связи, компьютерной программы первичной обработки информации.
5. Разрабатывается пакет интеллектуальных компьютерных программ для оперативного анализа текущей информации и выработки рекомендаций по оптимизации потребления ТЭР.
6. Проводятся опытная эксплуатация и оценка эффективности компьютерной интеллектуальной системы технического учета и управления потреблением ТЭР.
На рис. 3 представлена функциональная схема компьютерной интеллектуальной системы технического учета ТЭР. Она содержит банк данных, базу знаний, блок логического вывода, подсистему пояснений и стоится по модульному принципу.
В Республике Беларусь методологические принципы управления энергоэффективностью изложены в стандарте СТБ 1777: 2009 (ЕШ6001) - системное управление энергопотреблением. Документ разработан специалистами ОАО «БЕЛЛИС» на основе зарубежного опыта. Документ является уникальным как по содержанию, так и по значимости. Стандарт СТБ 1777: 2009 (БШ6001) излагает основные принципы формирования политики в области энергосбережения для предприятий1.
1 СТБ 1777-2009 (EN 16001) «Системы управления энергопотреблением. Требования и руководство по применению» [Электронный ресурс]. URL: http://neg.by/publication/2012_01_31_ 15654.html (дата доступа: 25.01.2015).
Рис. 3. Функциональная схема компьютерной интеллектуальной системы технического учета ТЭР
Авторами предлагается следующее видение стандарта предприятия «Политика в области энергосбережения»:
- Политика в области энергосбережения является неотъемлемой частью общей стратегии предприятия и согласуется с политикой в области качества.
- Энергосбережение - это процесс сокращения потребности в энергоресурсах в расчете на единицу конечного полезного эффекта их применения.
- Обеспечение конкурентоспособности продукции путем снижения ее энергоемкости, сокращение потерь энергетических ресурсов для получения максимальной прибыли являются основой политики в области энергосбережения.
- Современный уровень решения вопросов энергосбережения предполагает готовность к переменам и стремление делать новое и необходимое, а не останавливаться на отжившем и привычном.
- Каждый работник предприятия нацелен на непрерывное самообразование и рост профессионализма в области энергосбережения и повышения надежности оборудования.
- Предприятие руководствуется принципом, что в работе по энергосбережению нет мелочей: и основные, и вспомогательные подразделения вносят свой вклад в деятельность по энергосбережению.
Стратегические цели предприятия в области энергосбережения:
- внедрение энергосберегающих технологий и оборудования в технологических линиях;
- повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов;
- оптимизация технологических процессов, научно обоснованное снижение норм расхода энергоресурсов на единицу продукции на основе самоконтроля каждого руководителя с помощью систем технического учета;
- обеспечение 100% технического учета расхода тепловой и электрической энергии, воды (оборотная, водохранилища, хозяйственно-питьевая), газа, конденсата, стоков - по всем структурным подразделениям, цехам и участкам;
- воспитание психологии, культуры, навыков бережного энергопотребления по каждому структурному подразделению. Необходимо создать новый стереотип мышления в отношении к энергии и обращении с этим ценным природным ресурсом;
- исключение нерационального использования ТЭР.
Задачами предприятия являются:
- обеспечение ритмичной работы цехов за счет номинальной загрузки оборудования, значительное сокращение простоев и внеплановых остановок оборудования на основе современной системы технического обслуживания и ремонта;
- разработка программ энергосбережения;
- создание и внедрение в действие фонда энергосбережения предприятия (материальное стимулирование работников за экономию ТЭР);
- комплексное диагностирование состояния оборудования, планирование и качественное проведение ремонтов оборудования, обеспечение входного контроля качества подшипников качения и других узлов энергетического и технологического оборудования;
- повышение эффективности использования, утилизации тепла и максимального использования вторичных ресурсов;
- мониторинг рационального использования энергетических ресурсов в цехах, отделениях и участках на основе современной системы технического учета и компьютерных интеллектуальных программ посуточно и посменно;
- привлечение всех работников предприятия к деятельности по экономии энергетических ресурсов, снижению расходных коэффициентов при неуклонном росте выпускаемой продукции (энергетики, механики, технологи, метрологи, служба снабжения);
- внедрение на предприятиях системы управления потерями электрической и тепловой энергии;
- только общие усилия всех - от руководителей предприятия, цеха до каждого отдельного человека, рабочего - позволит успешно решать задачи энергосбережения;
- руководство предприятия берет на себя обязательство следовать этим принципам. Этим заявлением руководство предприятия обязывает всех работников обеспечить выполнение задач по эффективному и рациональному использованию всех видов энергетических ресурсов.
Выводы. 1. Для управления ЭЭФ необходимо использовать на предприятиях компьютерные интеллектуальные системы технического учета.
2. Пакеты прикладных программ могут должны быть созданы по принципу экспертных систем, т.е. открытого типа.
3. Для вовлечения всех работников предприятия в повышение ЭЭФ целесообразно на предприятии принять стандарт «Политика в области энергосбережения».
Литература
1. Грунтович Н.В., Токочакова Н.В. Проблемные зоны системы управления энергоэффективностью промышленных потребителей республики // Энергоэффективность. 2008. № 3. С. 6-10.
References
1. Gruntovich N.V., Tokochakova N.V. Problemnye zony sistemy upravleniya energoeffektiv-nost'yu promyshlennykh potrebitelei respubliki [Problematic areas in system of management of Republic's industrial energy efficiency]. Energoeffektivnost' [Energy efficiency], 2008, no. 3, pp. 6-10.
ГРУНТОВИЧ НАДЕЖДА ВЛАДИМИРОВНА - доктор технических наук, профессор кафедры систем энергообеспечения, Брянский государственный аграрный университет, Россия, Брянск (kafseo@bgsha.com).
GRUNTOVICH NADEZHDA - Doctor of Technical Sciences, Professor, Energy Supply Systems Department, Bryansk State Agricultural University, Russia, Bryansk.
ГРУНТОВИЧ НИКОЛАЙ ВАСИЛЬЕВИЧ - доктор технических наук, профессор кафедры систем энергообеспечения, Брянский государственный аграрный университет, Россия, Брянск (kafseo@bgsha.com).
GRUNTOVICH NIKOLAI - Doctor of Technical Sciences, Professor, Energy Supply Systems Department, Bryansk State Agricultural University, Russia, Bryansk.
ЕФРЕМОВ ЛЕОНИД ГЕОРГИЕВИЧ - доктор экономических наук, профессор кафедры электроснабжения промышленных предприятий, Чувашский государственный университет, Россия, Чебоксары (efremov1@chuvsu.ru).
EFREMOV LEONID - Doctor of Economics, Professor, Industrial Enterprises Power Supply Department, Chuvash State University, Russia, Cheboksary.
ФЕДОРОВ ОЛЕГ ВАСИЛЬЕВИЧ - доктор технических наук, профессор кафедры управления инновационной деятельностью, Нижегородский государственный технический университет, Россия, Нижний Новгород (fov52@nm.ru).
FEDOROV OLEG - Doctor of Technical Sciences, Professor, Innovation Management Department, Nizhny Novgorod State Technical University, Russia, Nizhny Novgorod.
