автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Электропотребление при добыче угля открытым способом

ВВЕДЕНИЕ.стр.

1. ПЛАНИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ НА УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗАХ КУЗБАССА.стр.

1.1. Анализ существующего состояния исследований по планированию электропотребления на открытых горных работах.стр.

1.2. Режимы работы горных машин и формирование электропотребления .стр.

1.2.1. Классификация режимов работы.стр.

1.2.2. Формирование электропотребления экскаваторами.стр.

1.2.3. Формирование электропотребления буровыми станками .стр.

1.2.4. Формирование электропотребления электровозным транспортом .стр.

1.2.5. Формирование электропотребления водоотливными установками .стр.

1.2.6. Формирование электропотребления вспомогательными машинами и установками.стр.

1.2.7. Нагрузки карьерных подстанций.стр.

1.3. Горно-геологические условия угольных разрезов ОАО ХК «Кузбассразрезуголь».стр.

1.4. Методики расчета расхода электроэнергии на горных предприятиях.стр.

1.5. Выводы.стр.

2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ УГОЛЬНЫХ РАЗРЕЗОВ.стр.

2.1. Выбор факторов для статистических моделей электропотребления на угольных разрезах методами экспертных оценок и априорного статистического анализа.стр.

2.2. Применение линейного множественного корреляционно-регрессионного анализа, основанного на стандартизации переменных, и дисперсионного анализа к электропотреблению угольных разрезов .стр.

2.3. Выводы.стр.

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ НА РАЗРЕЗАХ ОАО ХК «КУЗБАССРАЗРЕЗУГОЛЬ».стр.

3.1. Математические модели общего и удельного электропотребления на разрезах ОАО ХК «Кузбассразрезуголь» в зависимости от технологических факторов.стр.

3.2. Математические модели общего и удельного электропотребления на разрезах ОАО ХК «Кузбассразрезуголь» в зависимости от среднемесячной производительности экскаваторов различных типов .стр.

3.3. Математические модели общего и удельного электропотребления на разрезах ОАО ХК «Кузбассразрезуголь» в зависимости от среднемесячной производительности экскаваторов на различных видах работ .стр.

3.4. Исследование регрессионных остатков.стр.

3.5. Выводы.стр.

Актуальность работы. В Российской Федерации определён уровень добычи угля на периоды: 2000 г.- 180 млн т, 2005 г.- 200 млн т, 2010 г.- 220 млн т. Этот уровень должен реализоваться за счёт наиболее эффективного открытого способа добычи, посредством которого в 1995 г. было добыто 58 % от всего добытого угля, в 2000 г. - 68 %, а в 2005 г. планируется добыть более 70%. В России в настоящее время 65 действующих разрезов, 25 из которых находятся в Кузнецком бассейне, где сосредоточено 11% всех запасов угля страны (117,2 млрд т), пригодных для разработки открытым способом.

Крупнейшей компанией, объединяющей 13 разрезов Кузнецкого бассейна, является ОАО ХК «Кузбассразрезуголь», добыча которой в 2000 г. составила 34,3 млн т, в 2001 г. - 36,2 млн т, а в 2002 г. планируется добыть 37,5 млн т. За период с 1993 г. по 2001 г. электропотребление ОАО ХК «Кузбассразрезуголь» выросло с 775,1 до 1008 тыс. МВт-ч. Несмотря на реформы, проводимые в электроэнергетике России и направленные на вовлечение рыночных механизмов в вопросы ценообразования, на сегодняшний день сохраняется устойчивая тенденция роста цен на электрическую энергию. В ОАО ХК «Кузбассразрезуголь», безусловно, имеются резервы снижения потребления электроэнергии. Но использование резервов экономии электроэнергии в значительной мере тормозится применением формально-статистических методов планирования потребления электроэнергии. Потребление электроэнергии планируется, как правило, по фактическому расходу за предыдущий период с некоторыми коррективами.

Адекватная оценка объёмов электропотребления и добычи угля требует соответствующей теоретической базы. Разработать пути повышения эффективности использования электроэнергии возможно только на основе изучения закономерностей формирования электропотребления. Необходимой основой для этого является математическая модель объекта, связывающая энергетические и производственные факторы и отражающая внутреннюю структуру и основные причинно-следственные связи процесса.

Эффективное использование электроэнергии на угольных разрезах Кузбасса является актуальной проблемой, требующей проведения всесторонних исследований и установления закономерностей электропотребления с учетом многообразия факторов, оказывающих влияние на электропотребление при добыче угля открытым способом.

Целью работы является создание математических моделей для анализа и планирования электропотребления при добыче угля открытым способом.

Идея работы заключается в оценке влияния различных производственных и технологических факторов на величину расхода электроэнергии при помощи корреляционно-регрессионного анализа, основанного на стандартизации переменных.

Основные научные положения.

1. Использование технологических параметров работы угольного разреза в качестве факторов для построения прогнозных многофакторных моделей позволяет прогнозировать электропотребление разреза в целом.

2. Определены зависимости электропотребления от технологических параметров работы угольных разрезов, которые являются основой для прогноза электропотребления разреза в целом.

Научная новизна.

1. Установлена возможность использования технологических параметров работы угольного разреза для построения прогнозных многофакторных моделей электропотребления разреза в целом. Сформированы три группы факторов для установления закономерностей формирования электропотребления и построения математических моделей.

В первую группу входят следующие технологические параметры: объём добычи угля, объём вскрышных работ, среднемесячная производительность труда рабочего по добыче угля, объемы пород на различные способы транспортировки.

Во вторую группу входят фактические среднемесячные производительности экскаваторов различных типов.

В третью группу входят фактические среднемесячные производительности экскаваторов на различных видах работ.

2. Разработаны три группы математических моделей электропотребления угольными разрезами ОАО ХК «Кузбассразрезуголь» в натуральном масштабе в зависимости от: технологических факторов; производительностей экскаваторов различных типов; производительностей экскаваторов на различных видах работ.

3. Разработанные математические модели электропотребления угольными разрезами ОАО ХК «Кузбассразрезуголь» представлены в стандартизованном масштабе.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные результаты позволяют: совершенствовать планирование общего и удельного электропотребления предприятием в целом на основе использования полученных математических моделей электропотребления в зависимости от технологических факторов на разрезах ОАО ХК "Кузбассразрезуголь"; корректировать математические модели электропотребления с использованием разработанной программы, которая способна обеспечивать постоянное совершенствование модели с накоплением ретроспективного материала.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается: значительным объемом представленного статистического материала, позволившим получить результаты исследований с доверительной вероятностью не ниже 0,95; адекватностью полученных математических моделей, которая подтверждается высокими значениями коэффициентов корреляции, превышающими критическое значение, и расчетными значениями критериев Фишера, значительно превышающими табличные значения; учетом взаимосвязи факторов, определяющих процесс электропотребления на разрезе; сопоставлением результатов расчетов с фактическими данными. Реализация результатов работы. Математические модели электропотребления разрезов предназначены для анализа и планирования расхода электроэнергии в ОАО ХК «Кузбассразрезуголь». Предложенные модели, программа для корректировки математических моделей электропотребления способствуют повышению эффективности планирования электропотребления ОАО ХК «Кузбассразрезуголь».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на международной научно-технической конференции «Вузовская наука в современном мире» (г. Рубцовск, 1999 г.), XXXXVII научной конференции студентов, аспирантов, сотрудников НИС и профессорско-преподавательского состава (г. Кемерово, 2002 г.), межвузовской электронной научно-технической конференции «Электроснабжение. Новые технологии» (г. Вологда, 2002 г.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав и заключения, изложенных на 173 страницах машинописного текста, содержит 22 таблицы, 33 рисунка, приложения список литературы из 69 наименований.

3.5. Выводы

1. Разработаны математические модели электропотребления угольными разрезами ОАО ХК «Кузбассразрезуголь» в натуральном и стандартизованном масштабах в зависимости от: технологических факторов; производительностей экскаваторов различных типов; производительностей экскаваторов на различных видах работ.

2. Установлено, что математические модели электропотребления в зависимости от технологических факторов в натуральном масштабе пригодны для оперативного планирования электропотребления. Для анализа формирования электропотребления рекомендуется использовать математические модели электропотребления в зависимости от технологических факторов в стандартизованном масштабе.

3. Определено, что математические модели электропотребления в зависимости от среднемесячной производительности экскаваторов различных типов по сравнению с математическими моделями первой группы имеют пониженную точность, и поэтому использовать их для прогноза электропотребления не рекомендуется. Однако, на основании анализа коэффициентов регрессии данных моделей можно установить, какие модели экскаваторов вносят наибольший вклад в электропотребление на каждом отдельно взятом разрезе.

4. Анализ математических моделей электропотребления в зависимости от среднемесячной производительности экскаваторов на различных видах работ показал, что по сравнению с математическими моделями первой группы имеют пониженную точность, и поэтому, как и модели второй группы, использовать их для прогноза электропотребления не рекомендуется. На основании анализа коэффициентов регрессии данных моделей можно определить, производительность экскаваторов на каких видах работ в наибольшей степени определяет электропотребление на каждом разрезе.

5. Полученные модели по разрезам не позволяют выявить устойчивых различий в моделях для разных технологических групп (таблица 1.4), как по составу факторов, так и по степени влияния данных факторов на электропотребление. При исследовании разработанных моделей было установлено, что классификация моделей в соответствии с разделением на технологические группы по горно-геологическим условиям невозможна ввиду различного состава статистически значимых факторов в математических моделях одной технологической группы.

6. Анализ остатков показал, что практически все построенные модели в пределах интервалов, где они определены, имеют остатки, не обнаруживающие никакой явной тенденции, свидетельствующей об их неудовлетворительном поведении. На основании чего можно сделать вывод о том, что сделанные предположения о линейности моделей верны.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научно-технической задачи, заключающееся в установлении закономерностей формирования электропотребления, необходимых для повышения эффективности использования электроэнергии на разрезах ОАО ХК «Кузбассразрезуголь». Выполненные исследования привели к следующим результатам и выводам:

1. В результате исследований установлено, что отдельные технологические параметры, характеризующие процесс добычи угля открытым способом, можно использовать в качестве факторов регрессионных моделей электропотребления предприятия в целом. Сформированы три группы факторов для установления закономерностей формирования электропотребления и построения математических моделей.

В первую группу входят технологические параметры: объём добычи угля Д, объём вскрышных работ В, среднемесячная производительность труда рабочего по добыче угля 77, объемы пород на различные способы транспортировки (железнодорожным транспортом Вжд, автотранспортом Ва, гидроспособом Вг и бестранспортным способом выемки породы Вб).

Во вторую группу входят фактические среднемесячные производительности экскаваторов Q различных типов.

В третью группу входят фактические среднемесячные производительности экскаваторов на различных видах работ (по горной массе Пг, на добыче угля Пд, на вскрыше Пв, на переэкскавации Яэ, на отвале Па, на прочих работах П„).

2. Установлено количественное влияние факторов на электропотребление угольных разрезов.

3. Разработаны три группы математических моделей электропотребления угольными разрезами ОАО ХК «Кузбассразрезуголь» в натуральном масштабе в зависимости от: технологических факторов; производительностей экскаваторов различных типов; производительностей экскаваторов на различных видах работ.

4. Математические модели электропотребления угольными разрезами ОАО ХК «Кузбассразрезуголь» представлены в стандартизованном масштабе, что позволило на основании анализа коэффициентов регрессии данных моделей установить количественные оценки степени влияния рассмотренных факторов на величину расхода электроэнергии.

5. Разработана программа для формирования и корректировки математических моделей электропотребления, которая обеспечивает постоянное совершенствование модели с накоплением ретроспективного материала (приложение

4).

Математические модели электропотребления разрезов ОАО ХК «Кузбассразрезуголь» могут быть использованы для анализа и планирования расхода электроэнергии.

1. Колесников В. Ф. Вскрытие и порядок отработки полей разрезов Кузбасса. / Колесников В.Ф., Кузнецов В.И., Ташкинов А.С.- Кемерово: Кузбас-свузиздат, 1997.-128с.

2. Львовский Е. Н. Статистические методы построения эмпирических формул: Учеб.пособие для втузов .-2-е изд., перераб. и доп.- М.: Высш. шк., 1988.-238с.

3. Дрейпер Н. Прикладной регрессионный анализ: В 2 кн. Кн. 1 / Дрейпер Н., Смит Г.; Пер. с англ. Ю.П. Адлера, В.Г. Горского.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Финансы и статистика, 1986.-365с.-(Мат.-стат. методы за рубежом).

4. Дрейпер Н. Прикладной регрессионный анализ: В 2 кн. Кн. 2 / Дрейпер Н., Смит Г.; Пер. с англ. Ю.П. Адлера, В.Г. Горского.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Финансы и статистика, 1987.-349с.-(Мат.-стат. методы за рубежом).

5. Дрейпер Н. Прикладной регрессионный анализ: Пер. с англ. / Дрейпер Н., Смит Г. М.: Статистика, 1973.-392с.-(3аруб. стат. исследования. Теория и методы).

6. Кузин Ф. А. Кандидатская диссертация: Методика написания, правила оформления и порядок защиты: Практ. пособие для аспирантов и соискателей ученой степени.- М.: Ось-89, 1998.-208с.

7. Авилов-Карнаухов Б. Н. Электроэнергетические расчеты для угольных шахт,- М.: Недра, 1969.-103с.

8. Варнавский Б. П. Проблемы оценки эффективности использования электрической энергии / Варнавский Б.П., Кудрин Б. И.- Пром. энергетика.-1994,- №12.-С.2-7.

9. Аввакумов В. Н. Анализ и нормирование электропотребления обогатительной фабрики / Аввакумов В.Н., Кузнецов Н. М. Пром. энергетика.-1988,-№12.-С. 4-5.

10. Олейников В. К. Анализ и планирование электропотребления на горных предприятиях.- М.: Недра, 1983.-193с.

11. Гофман И. В. Нормирование потребления электроэнергии и энергетические балансы промышленных предприятий,- М.; JI: Энергия, 1966.-319с.

12. Белых Б. П. Электрические нагрузки и электропотребление на горнорудных предприятиях / Белых Б. П., . Свердель И. С., Олейников В. К.- М.: Недра, 1971.-247с.

13. Основные положения по нормированию расхода топлива, тепловой и электрической энергии в народном хозяйстве.- М.: Недра, 1980.-104с.

14. Нормирование расходов электроэнергии: Материалы семинара / Моск. дом науч.-техн. пропаганды,- М., 1968.-123с.

15. Модели и методы планирования и управления в экономике / Моск. инт народного хоз-ва им. Г.В. Плеханова.- М., 1969.-112с.

16. Волотковский С. А. Удельный расход электроэнергии на экскаваторные работы / Волотковский С.А., Сыроватко А. А., Липин В. М. Горный журн.- 1964.- № 9.-С.43-44.

17. Бурдочкин Ю. С. Усовершенствование трансформаторной схемы пуска высоковольтного синхронного двигателя: Информ. листок №13-00

18. Бурдочкин Ю. С., Попов И. В., Попова О. В.; Кемер. ЦНТИ.-Кемерово, 2000,-4с.

19. Чайко А. Д. Методологические основы нормирования энергопотребления / Чайко А. Д. Пайкиев К. С.- Пром. энергетика.- 1988.- №12,- С. 2-4.

20. Головкин Б. Н. Прогноз энергопотребления промышленного предприятия в условиях нестабильной экономики / Головкин Б.Н., Пирогов В. Н., Старцев А. П.- Пром. энергетика.- 1996,- № 2.-С. 8-12.

21. Краткосрочное прогнозирование расхода электроэнергии и заявляемой мощности промышленных предприятий/ Г. С. Хронусов, Р. Б. Исрапилов, Н. В. Ручьев и др.; Ком. по пром. энергетике и топливоиспользованию Свердл. обл. совета НТО — Свердловск, 1984.-234с.

22. Праховник А. В. Энергосберегающие режимы электроснабжения горнодобывающих предприятий / Праховник А.В., Розен В. П., Дегтярев В. В. — М.: Недра, 1985.-232с.

23. Нормирование топливно-энергетических ресурсов и регулирование режимов электропотребления: Сб. инструкций / Под ред. В. В. Дегтярева. — М.: Недра, 1983.-224с.

24. Общая теория статистики / Под ред. А. А. Спирина, О. Э. Башиной. — М.: Финансы и статистика, 1994.-194с.

25. Авилов-Карнаухов Б. Н. Нормирование электроэнергии для угольных шахт.-М.: Углетехиздат, 1958.- 199с.

26. Усихин В. Н. О нормировании и планировании электропотребления на промышленных предприятиях. Пром. энергетика.- 1997.- № 4.- С. 30-37.

27. Дзевенский А. Я Метод нормирования электроэнергии на предприятиях с изменяющимися режимами потребления мощности / Дзевенский А.Я., Хашимов Ф. А., Шукуров А. 3. -Пром. энергетика.- 1996.- № 5.- С. 4-6.

28. Мостеллер Ф. Анализ данных и регрессия / Мостеллер Ф., Тьюки Дж.; Пер. с англ. Ю.Н. Благовещенского. —М.: Финансы и статистика, 1982.-319с.

29. Шторм Р. Теория вероятностей. Математическая статистика. Статистический контроль качества : Пер. с нем. — М.: Мир, 1970.-368с.

30. Кокс Д. Прикладная статистика: Принципы и примеры / Кокс Д., Снелл Э.; Пер. с англ. Е.В. Чепурина — М.: Мир, 1984.-200с.

31. Боровиков А. А. Математическая статистика. Новосибирск: Наука, 1997.-146с.

32. Вероятность и математическая статистика: Энциклопедия / Гл. ред. Ю.В. Прохоров — М.: Большая Рос. энцикл., 1999.-910с.

33. Белых Б. П. Электрические нагрузки и электропотребление на горнорудных предприятиях / Белых Б. П., Свердель И. С., Олейников В. К. — М.: Недра, 1987.-143с.

34. Кендал л М. Дж. Многомерный статистический анализ и временные ряды / Кендалл М. Дж., Стьюарт А. — М.: Недра, 1987.-215с.

35. Смирнов Н. В. Курс теории вероятностей и математической статистики для технических приложений: Учебник для втузов. / Смирнов Н.В., Дунин-Барковский И. В. -3-е изд., стер. — М.: Наука, 1969.-511с.

36. Захарова А. Г. Учет причинно-следственных связей при математическом описании процесса электропотребления / Захарова А.Г., Шаулева Н. М. -Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та.- 2000.-№ 6.-С.31-32.

37. Бусленко Н. П. Метод статистического моделирования. -— М.: Статистика, 1970.-112с.

38. Румшиский JI. 3. Математическая обработка результатов эксперимента: Справ, руководство М.: Наука, 1971.-192с.

39. Копцев JI. А. Нормирование и прогнозирование потребления электроэнергии в зависимости от объемов производства. Пром. энергетика.-1996.- № 3,- С. 5-7.

40. Фуфаев В. В. Прогнозирование электропотребления и оценка энергосбережения по критериям Н-распределения / Фуфаев В.В., Лагуткин О. Е., Матюнина Ю. В. Пром. энергетика.- 1996.- № 9.- с. 28-32.

41. Никифоров Г. В. Совершенствование нормирования и планирования электропотребления в промышленном производстве. Пром. Энергетика,1999.-№3.-С. 27-29.

42. Захарова А. Г. Характер нагрузок и потери в электрических сетях разрезов / Захарова А.Г., Разгильдеев Г. И. Изв. вузов. Горный журн .- 2000.- № 5.-С. 128-132.

43. Исследование динамики удельных показателей электропотребления промышленных предприятий / Барыкин Е. Е., Витушко А. В., Косматов Э. М., Малькова JI. И. Пром. Энергетика.- 1998,- № 8.- С. 2-7.

44. Открытые горные работы: Справочник /. Трубецкой К. Н., Потапов М. Г., Виницкий К. Е. и др.— М.: Горное бюро, 1994,- 590 с.

45. Разгильдеев Г. И. Основные направления программы энергосбережения Кемеровской области / Разгильдеев Г. И., Стерлигов В. В, Захарова А. Г. //

46. Ионеску А. А. Статистические методы исследования корреляций в экономике,-М., 1972.-227с.

47. Лихолетов И. И. Высшая математика, теория вероятностей и математическая статистика: Учебник для вузов. Минск: Вышэйш. шк., 1976.-719с.

48. Веников В. А. Теория подобия и моделирования: (Применит, к задачам электроэнергетики) : Учебник для вузов. / Веников В.А., Веников Г. В. -3-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 1984. -439с.

49. Фуфаев В. В. Прогнозирование электропотребления по цехам и основным производствам на основе семейств Н- распределения / Фуфаев В.В., Кучинская О. А. // Условия присоединения потребителей к сети энергосистем: Материалы конф.-М., 1993.-87с.

50. Железко Ю. С. Принципы и расчётные формулы нормативного планирования потерь электроэнергии в электрических сетях,- Электр.станции.-1990.- № 11.-С.73-79.

51. Варнавский Б. П. Проблемы оценки эффективности использованияэлектрической энергии / Варнавский Б.П., Кудрин Б. И. Пром. энергетика.-1994.-№ 12.-С.2-7.

52. Энергосбережение: Справ, пособие / Батищев В. Е., Мартыненко Б. Г., Сысков С. Л., Щелоков Я. М Екатеринбург, 1999.-243с.

53. Михайлов В. В. Тарифы и режимы электропотребления.-2-е изд., пе-рераб. и доп. М.: Энергоатомиздат, 1986.-214с.- (ЭТЭ: Экономия топлива и электроэнергии).

54. Справочник по электропотреблению в промышленности/ Под ред. Г. П. Минина, Ю. В. Копытова.-2-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергия, 1978.-495с.

55. Подэрни Р. Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ: В 2 т. Т.1: Учеб.пособие для вузов. .-4-е изд. М.: Изд-во Моск.гос.горного ун-та, 1999.-422с.-(Высш.горное образование).

56. Подэрни Р. Ю. Горные машины и комплексы для открытых работ: В 2 т. Т.2: Учеб. пособие для вузов. . 4-е изд. -М.: Изд-во Моск. гос. горного унта, 1999.-332с.-(Высш. горное образование).

57. Курехин В. В. Планирование электропотребления на разрезах ОАО ХК «Кузбассразрезуголь» / Курехин В. В., Попова О. В., Попов И. В. Вестн. Кузбас. гос. техн. ун-та,- 2002.-№ 3.-С.21-24.