Цели: сокращение электропотребления предприятия и экономия средств, направляемых на оплату за потребленную электроэнергию; разработка инструментария для эффективного управления корпоративным электротехническим комплексом.

Общая методологическая проблема: объективно существующая совокупность противоречий м. техноценологическими (негауссовыми) св современных электротехнических комплексов, с одной стороны, и гауссовыми по своей методологической сути методами их исследования, которые сложились так же в начале XX века в цикле индустриализации и до сих пор практически не меняются, с другой стороны.

Частная научная задача: развитие методов оптимального управления электропотреблением электротехнических комплексов предприятий.

Объект внедрения методики: производственный электротехнический комплекс предприятия (корпоративный электротехнический комплекс организации; региональный электротехнический комплекс района, города, области; электротехнический комплекс группировки войск и др.).

Предмет настоящего исследования: теория оптимального управления электропотреблением электротехнического комплекса современного предприятия.

Ожидаемый экономический эффект: первый (организационный) этап реализации методики позволит регулярно экономить до 10 – 15% от объемов ежегодных выплат за потребляемую электроэнергию практически без капитальных вложений; последующее (на втором этапе) оптимальное и планомерное внедрение энергосберегающих технологий и технических решений так же больше увеличит экономию.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор В.И. Гнатюк.

Основные источники информации:

Гнатюк В.И. Закон оптимального построения техноценозов. – Выпуск 2 Ценологические исследования. – М.: Изд-во ТГУ – Центр системных исследований, 200 – 384 с.

Гнатюк В.И. Закон оптимального построения техноценозов. – Компьютерная версия, перераб. и доп. – М.: Изд-во ТГУ – Центр системных исследований, 2005 – 200 – Адрес в сети Интернет: http://gnatukvi.narod.ru/ind.html.

Краткая презентация: см. здесь.

Программный комплекс: см. здесь.

Краткая аннотация

Методика является результатом исследований, проводимых научной школой профессора В.И. Гнатюка, отражает передовые рубежи мировой науки в данной области и представляет собой «ноу-хау». Она позволяет в цикле энергосбережения задействовать системный уровень оперативного и структурного управления, который ранее никем не использовался. При этом в реальном масштабе времени осуществляются процедуры формирования базы данных по электропотреблению, выявления аномальных объектов, прогнозирования, нормирования и динамического моделирования. Это дает принцип. возможность организациям и предприятиям извлекать из цикла энергосбережения дополнительные конкурентные преимущества и новые ресурсы бюджетной экономии, создает научные предпосылки оптимального расходования средств на проведение энергоаудита и последующее внедрение энергосберегающих технологий. Уже первый (организационный) этап реализации методики позволит экономить до 10 – 15% от объемов ежегодных выплат за потребляемую электроэнергию без капитальных вложений. Последующее (на втором этапе) оптимальное внедрение энергосберегающих технологий и технических решений так же больше увеличит экономию средств. В свою очередь, менеджмент предприятия получит уникальный инструментарий, позволяющий эффективно управлять электротехническим комплексом в условиях динамично развивающейся промышленности и вероятных инфраструктурных изменений.

Внедрение методики позволит руководству предприятия получить:

- научно-обоснованные объективные предпосылки для формирования и сопровождения корпоративной нормативной базы в области энергосбережения;

- эффективные программы развития электротехнического комплекса предприятия, основанные на рациональном использовании ТЭР;

- принцип. возможность полностью задействовать все три системных уровня энергосбережения: отдельное изделие – инфраструктурный объект – энергосистема;

- современные научно обоснованные методы оптимального управления электропотреблением электротехнического комплекса предприятия;

- автоматизированные, простые, инструментально и программно поддерживаемые в реальном масштабе времени базы данных по электропотреблению;

- методологию выявления и мониторинга объектов, «аномально» потребляющих электроэнергию и обладающих наивысшим потенциалом энергосбережения;

- объективные структурированные прогнозы электропотребления в условиях динамично изменяющейся инфраструктуры;

- научно обоснованные нормы электропотребления для предъявления подразделениям и объектам предприятия с целью энергосбережения;

- систему постоянного мониторинга электропотребления объектов, минимизирующую затраты на энергоменеджмент и энергоаудит;

- модели функционирования электротехнического комплекса, позволяющие делать долгосрочные стратегические прогнозы;

- системные методы оценки потенциалов энергосбережения крупных инфраструктурных объектов уровня город, район, крупное предприятие;

- методы оценки жизнеспособности крупных инфраструктурных объектов по статистической динамике их электропотребления;

- современную гибкую, структурированную и визуализированную систему свертывания и представления информации по вопросам электропотребления.

Экономический эффект на первом (организационном) этапе достигается за счет:

- выявления объектов, потребляющих электроэнергию нерационально;

- проведения энергоаудита в первую очередь на тех объектах, на которых имеется наибольший потенциал энергосбережения;

- предъявления объектам научно обоснованных норм электропотребления;

- более точного прогнозирования электропотребления предприятия;

- автоматизации учета, хранения, аналитической обработки и представления данных по электропотреблению.

Основные разделы научно-внедренческой работы:

- анализ электропотребления объектов предприятия, формирование базы данных;

- разработка информационно-аналитического комплекса;

- реализация расчетно-графических модулей применительно к базе данных;

- выработка предложений по реализации результатов работы.

Результаты работы (научно-техническая продукция), передаваемые заказчику:

- компьютерный CD-диск, содержащий: информационно-аналитический комплекс; базу данных по электропотреблению, расчетные программы, графические модули и тексты всех материалов работы;

- отчет о научной работе, содержащий: методику оптимального управления электропотреблением; рекомендации по проведению энергоаудита; прогнозные оценки электропотребления объектов предприятия; научно обоснованные нормы электропотребления объектов; рекомендации по внедрению результатов работы.

Методика реализована (реализуется на различных стадиях) в интересах:

- Министерств обороны и внутренних дел России;

- Пограничной службы ФСБ России;

- ОАО «Сургутнефтегаз»;

- ОАО «Янтарьэнерго»;

- ОАО ХК «Якутуголь»;

- ООО «Уренгойгазпром»;

- ОАО «ФСК – ЕЭС» (ПС «Красноярская-500»);

- ООО «Тобольск-Нефтехим»;

- Технопарка Тюменского государственного университета;

- ОАО «Ижмаш-Авто».

Комплект документов для заключения договора можно закачать здесь.

Расчетные программы, реализующие методику, можно закачать здесь.

ПРОГРАММА ВНЕДРЕНЧЕСКОЙ РАБОТЫ

Анализ электропотребления объектов предприятия, формирование базы данных

Разработка формы запроса (опросного листа). Сбор данных по потребителям энергии: установленная мощность, лимит потребления, реальное электропотребление за последние 6 – 8 лет, категорийность объектов и реальные схемы питания, наличие и состояние внутренней СЭС, электротехнический персонал, наличие субабонентов и их параметры, функциональное предназначение и основные технологические параметры. Первичный анализ соответствия режимов работы СЭС объектов существующим требованиям.

Разработка информационно-аналитического комплекса

Разработка основного банка данных по электропотреблению и СУБД. Создание расчетных аналитических и графических модулей. Разработка и программирование базы данных.

Реализация расчетно-графических модулей применительно к базе данных

Ранговый анализ данных. Построение и аппроксимация статистических распределений. Интервальное оценивание данных. Определение подразделений и объектов, аномально потребляющих электроэнергию, и очередности энергоаудита. Анализ динамики и прогнозирование электропотребления. Кластерный анализ данных. Определение групп объектов по сходному электропотреблению и нормирование электропотребления. Оценка эфф. внедрения методологии.

Выработка предложений по реализации результатов работы

Прогнозы электропотребления предприятия. Разработка рекомендаций по проведению обязательных энергоаудита. Обоснование норм электропотребления объектов предприятия. Предложения по приведению СЭС объектов в соответствие с существующими требованиями.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ МЕТОДОЛОГИИ

Энергоемкость российской продукции в 3 – 4 раза выше, чем в развитых европейских странах и США, и в 7 раз выше, чем в Японии. В последние 10 – 15 лет этот показатель у нас только продолжает из года в год ухудшаться. Примечательно, что здесь мы резко контрастируем с некоторыми бывшими республиками СССР, ныне независимыми государствами. Примером может служить Литва, где за последние несколько лет отмечается устойчивый рост промышленного производства при неизменном уровне потребления электроэнергии. Думается, ситуация и не изменится, если мы не пойдем по пути, пройденному США, Германией, Японией и другими странами с начала энергетического кризиса 70-х годов XX века, когда на практике стали использоваться методы исследования и оптимизации больших электротехнических и электроэнергетических комплексов и систем.

Основу энергосбережения в электроэнергетике составляет планомерная реализация комплекса технических и технологических мер, которым должна предшествовать оптимизация электропотребления техноценозов на системном уровне. Ее целью является упорядочение электропотребления объектами, экономия направленных на оплату за потребленную электроэнергию средств, полученная за счет организационных мероприятий, и создание научно обоснованных предпосылок для проведения целенаправленных энергетических обследований с последующей реализацией технических и технологических мер по энергосбережению. Под техноценозом (крупным инфраструктурным объектом) понимается промышленное предприятие, регион, город, сельский район, фирма, сеть магазинов или заправочных станций, группировка войск и т.п.

Оптимизация электропотребления на системном уровне осуществляется в рамках связанной методики в четыре этапа. На этапе анализа электропотребления техноценоза по специально разработанным формам запроса осуществляется сбор данных обо всех потребителях электроэнергии. Это позволяет получить развернутую картину электропотребления (с историей на глубину 5– 6 лет и более), выявить объекты, которые обеспечиваются электроэнергией с нарушением существующих организационно-технических требований, подготовить электронную базу данных для дальнейшего многофакторного анализа. Рекомендуется собранные данные представлять в виде компьютерного информационно-аналитического комплекса, который должен разрабатываться с использованием современного программного обеспечения.

Информационно-аналитический комплекс «Электропотребление объектов, входящих в инфраструктуру» представляет собой развитую базу данных по электропотреблению объектов техноценоза, включающую банк и систему управления данными, и расчетные и графические модули. Комплекс может успешно использоваться при планировании и прогнозировании, и позволяет оперативно отслеживать информацию о потребителях электроэнергии, обновлять исходные данные для анализа практически в реальном масштабе времени. По запросу из базы данных может быть получена с необходимой степенью детализации и обобщения информация о потребителях электроэнергии.

На этапе статистического анализа и построения эмпирической модели цикла электропотребления осуществляется полномасштабная статистическая обработка данных по электропотреблению, которая включает интервальное оценивание, и ранговый и кластерный анализ. Интервальное оценивание выявляет в динамике и наглядно представляет объекты с аномальным электропотреблением, ранговый анализ позволяет упорядочить информацию, осуществить прогнозирование электропотребления отдельными объектами и техноценозом в целом. Кластерный анализ позволяет разбить объекты по группам и осуществить нормирование электропотребления объектов в каждой группе с подробным статистическим описанием соответствующих норм.

Статическая модель электропотребления, базовой процедурой которой является глубокая детерминированная обработка данных посредством рангового, интервального и кластерного анализа, дополняется динамической адаптивной моделью, адекватно отражающей цикл электропотребления объектов техноценоза на глубину в будущем 5 – 7 лет и более. При этом ключевым является наличие обратной связи, корректирующей исходную базу данных по электропотреблению на основе результатов текущего моделирования. Динамический характер модели придает развитая система входных параметров, отражающих свойства и внешние условия функционирования объектов техноценоза, и стохастический аналитический аппарат, основанный на имитационных принципах моделирования и оптимизации.

Отражение цикла электропотребления осуществляется с помощью преобразующих функций, построенных на основе законов распределения Вейбулла – Гнеденко и нормального (Гаусса) в зависимости от того, имеются ли управляющие воздействия, направленные на энергосбережение, или нет, соответственно. Параметры законов распределения в ходе моделирования ставятся в соответствие финансовой политике по стимулированию цикла энергосбережения в системе управления техноценоза, и тарифной политике на рынке электроэнергии. В качестве критерия эфф. используется целевой функционал, основанный на соотношении относительных интегральных показателей качества и затрат, и системе ограничений, являющихся прямым следствием закона оптимального построения техноценозов. Интегральный показатель качества рассчитывается как относительный потенциал энергосбережения техноценоза, а оптимизационные процедуры в рамках транзактной имитационной модели реализуются с использованием градиентных методов многомерной оптимизации и априорного выпуклого анализа.

Результаты практической реализации и моделирования показывают, что даже в условиях средних (с позиции установленной мощности) техноценозов возможна экономия миллионов долларов в течение ближайших нескольких лет исключительно за счет внедрения методологии оптимального управления электропотреблением без существенных капитальных вложений. Параллельное внедрение технических решений и энергосберегающих технологий так же больше увеличивает экономию.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Гнатюк В.И. Моделирование и оптимизация в электроснабжении войск. – Выпуск Ценологические исследования. – М.: Центр системных исследований, 199 – 216 с.

Гнатюк В.И. Оптимальное построение техноценозов. Теория и практика. – Выпуск Ценологические исследования. – М.: Центр системных исследований, 199 – 272 с.

Гнатюк В.И. Лекции о технике, техноценозах и техноэволюции. – Калининград: КВИ ФПС РФ, 199 – 84 с.

Гнатюк В.И. Лекции о технике, техноценозах и техноэволюции. – Компьютерная версия, перераб. и доп. – Калининград: БНЦ РАЕН – КВИ ФПС РФ, 200 – Архив в сети Интернет: http://gnatukvi.narod.ru/zip_files/lexc.zip.

Гнатюк В.И., Лагуткин О.Е. Ранговый анализ техноценозов. – Калининград: БНЦ РАЕН – КВИ ФПС РФ, 200 – 86 с.

Гнатюк В.И. Техника, техносфера, энергосбережение. – М.: Сервер Narod, 200 – http://gnatukvi.narod.ru.

Гнатюк В.И., Северин А.Е. Ранговый анализ и энергосбережение. – Калининград: ЗНЦ НТ РАЕН – КВИ ФПС РФ, 200 – 120 с.

Гнатюк В.И. Закон оптимального построения техноценозов. – Выпуск 2 Ценологические исследования. – М.: Изд-во ТГУ – Центр системных исследований, 200 – 384 с.

Гнатюк В.И. Закон оптимального построения техноценозов. – Компьютерная версия, перераб. и доп. – М.: Изд-во ТГУ – Центр системных исследований, 2005 – 200 – Адрес в сети Интернет: http://gnatukvi.narod.ru.

1 Гнатюк В.И. и др. // – М.: Журнал «Электрика», 2003, №№ 2 – 6; 2004, № 7; 2005, № 2; 2006, №№ 1, 7, 12; 2007, №№ 2, 3, 7, 8, 11, 1 – Цикл статей, раскрывающих опыт применения пакета Mathcad для решения задач оптимального управления электропотреблением.

1 Гнатюк В.И., Примак Л.В., Луценко Д.В. Системные методы управления энергосбережением в жилищном фонде: Аналитический обзор. – Калининград: Правительство КО, BEEN, 200 – 58 с. – Препринт. – Архив в сети Интернет: http://gnatukvi.narod.ru/zip_files/analit_obzor.zip.

1 Журнал «Электрика». – М.: Издательство «Наука и технологии».

1 Кудрин Б.И. Введение в технетику. – Томск: Изд-во ТГУ, 199 – 552 с.

1 Кудрин Б.И., Жилин Б.В. и др. Ценологическое определение параметров электропотребления многономенклатурных производств. – Тула: Приокск. кн. изд-во, 199 – 122 с.

1 Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий.– М.: Издательство «Энергоатомиздат», 199 – 416 с.

1 Надтока И.И., Седов А.В. Системы контроля, распознавания и прогнозирования электропотребления: модели, методы, алгоритмы и средства. – Ростов-на-Дону: Ростовский университет, 200 – 320 с.

1 Прокопчик В.В. Повышение качества электроснабжения и эфф. работы электрооборудования предприятий с непрерывными технологическими циклами. – Гомель: ГГТУ, 200 – 283 с.

1 Фуфаев В.В. Ценологическое определение параметров электропотребления, надежности, монтажа и ремонта электрооборудования предприятий региона. – М.: Центр системных исследований, 200 – 320 с.

THE OFFER

OF REALIZATION OF THE RESEARCH WORK DIRECTED
ON OPTIMIZATION OF A POWER CONSUMPTION

The conclusion of the contract with collective of the highly skilled scientific employees is offered to you under the direction of the professor V. Gnatyuk. The offer is connected with realization of research work «Research of electrosupply of objects included in a large infrastructure with development of a technique of the analysis of their power consumption». The work is aimed at ordering of a power consumption by objects and economy of the means directed on payment for the consumed electric power. Infrastructure is understood as region, city, area, large enterprise, firm, grouping of armies, network of shops or refueling stations etc.

Having power consumption of Russian production 3 – 7 times larger than in the advanced countries, we still can not achieve its reduction even on 10 – 20%. At appears that the result will not be successful if we don’t use the way the USA, Germany, Japan have taken since the beginning of the energy crisis of 70-s, when they began to use methods of research and optimization of power consumption by large systems. Nowadays a number of the research – industrial collectives of our country have brought the advanced techniques to software, that allows to save huge means and systematically carry out measures on the reduction of power consumption. The complex of important questions of the price formations and tariffing is still unsolved. There is no system of the mutual responsibility of producers and consumers of electric power for its economy. It results in unjustified high expenses on the power resources including the electric power.

For the last 30 – 40 years in our country and abroad methodology of the optimization of power consumption by large infrastructural objects has been actively developing. An active work in this field has been done in Moscow, Abacan, Kostroma and many other cities. We offer to realize the given methodology in your interests.

The research work is supposed to be carried out in four stages:

Analysis of electrosupply of objects

At the given stage it is supposed to carry out the data gathering about all electric power consumers by specially developed forms of inquiry. It will allow to get a wide picture of power consumption (with the history on the depth of 5 – 6 years), to reveal the objects which are provided with electric power with infringement of the existent technological requirements, to prepare an electronic database for further multifactor analysis.

Development of analytical complex «Electrosupply of objects which are included in infrastructure»

This complex will be represented as advanced including database including databank and control system of data and also calculated and graphic modules. As we see it you can use this complex to keep the information about the electric power consumers, to renew the initial data for analysis on real seals of time. The operator can get any information from the database, concerning the electric power consumers on any level of detailed elaboration and generalization.

Development of the technique of the analysis of power consumption of objects

At the given stage it is supposed to carry out the complete statistical date processing of electric power consumption including rank and cluster analysis. Rank analysis allows to order the information, to reveal the objects with above-normal power consumption. Cluster analysis allows to form the objects in groups and to define the average norms of power consumption in each group with their detailed statistical description.

Working-out of the offers of realization of results of researches

We consider the following as the basic results of researches:

- the analytical complex «Electrosupply of the objects included in infrastructure»;

- the method of analysis of electric power consumption of objects;

- the scientifically proved norms of a power consumption of objects of an infrastructure

(with their further possible updating);

- the recommendations for realization of obligatory power inspections of objects;

- the offers on bringing the objects to the existent requirements.

The Represented research work might serve as firm basis for further researches aimed at complex optimization of processes of electrosupply of objects of Kaliningrad region with development of scientifically power norms of power consumption, all-round substantiation of the tariffs of the electric power, scientific prognostication of the dynamics of consumption and the work-out of optimum variant of electrosupply of the region.

By our estimations and the experience of the realization of the represented methodology in other regions of the country the economy of means saved by the organizational measures can annually make 10 – 15% from volumes of payments for the consumed electric power. The further introduction of the progressive power-saving technologies, performed by the results of power inspections can undoubtedly increase economy of means.

Источник: http://gnatukvi.narod.ru