ПРЕДЛОЖЕНИЕ К ПРОВЕДЕНИЮ РАБОТЫ «ВНЕДРЕНИЕ НА ПРЕДПРИЯТИИ (В ОРГАНИЗАЦИИ) МЕТОДИКИ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕМ»

    Цели: 1) сокращение электропотребления предприятия и экономия средств, направляемых на оплату за потребленную электроэнергию; 2) разработка инструментария для эффективного управления корпоративным электротехническим комплексом.
     Общая методологическая проблема:
    объективно существующая совокупность противоречий между техноценологическими (негауссовыми) свойствами современных электротехнических комплексов, с одной стороны, и гауссовыми по своей методологической сути методами их исследования, которые сложились еще в начале XX века в процессе 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: корпоративный электротехнический комплекс предприятия.
    
     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 еще больше увеличит экономию.
    
     Научный руководитель: доктор технических наук, профессор В.И. Гнатюк.
    
     Основной источник: Гнатюк В.И. Закон оптимального построения техноценозов. – М.: Изд-во ТГУ – Центр системных исследований, 2005. – 384 с. – Сетевая версия монографии в Интернет:http://www.baltnet.ru/~gnatukvi/ind.html .

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 процессе 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 возможность организациям и предприятиям извлекать из процесса 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 еще 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;
     - 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.

ПРОГРАММА ВНЕДРЕНЧЕСКОЙ РАБОТЫ

1. 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.
    
     2. Разработка информационно-аналитического комплекса
     Разработка основного банка данных по электропотреблению и СУБД. Создание расчетных аналитических и графических модулей. Разработка и программирование базы данных.
    
     3. 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, а также очередности энергоаудита. Анализ динамики и прогнозирование электропотребления. Кластерный анализ данных. Определение групп объектов по сходному электропотреблению и нормирование электропотребления. Оценка эффективности внедрения методологии.
    
     4. 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, а также 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, а также расчетные и графические модули. Комплекс может успешно использоваться при планировании и прогнозировании, а также 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 процесса электропотребления осуществляется полномасштабная статистическая обработка данных по электропотреблению, которая включает интервальное оценивание, а также 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, основной процедурой которой является глубокая детерминированная обработка данных посредством рангового, интервального и кластерного анализа, дополняется динамической адаптивной моделью, адекватно отражающей процесс 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, а также стохастический аналитический аппарат, основанный на имитационных принципах моделирования и оптимизации.
     Отражение процесса 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 процесса энергосбережения в системе управления техноценоза, а также тарифной политике на рынке электроэнергии. В качестве критерия эффективности используется целевой функционал, основанный на соотношении относительных интегральных показателей качества и затрат, а также 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 точки зрения 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 еще больше увеличивает экономию.