автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Исследование и разработка системы оптимального управления энергопотреблением промышленного предприятия

Введение

ГЛАВА 1. Особенности функционирования электроэнергетических систем «поставщик - промышленный потребитель»

1.1. Анализ тарифных схем в электроэнергетике

1.2. Анализ функционирования ЭЭС «поставщик - промышленный потребитель» РСО-Алания

1.3. Классификация и особенности энергологистических потоков в ЭЭС

1.4. Особенности управления потреблением электроэнергии в производственных системах

1.5. Выводы

ГЛАВА 2. Разработка методов снижения затрат промышленных предприятий на электрическую энергию

2.1. Определение показателей эффективности функционирования внутрипроизводственной энергетической системы

2.2. Методы решения задач оптимального потребления электроэнергии ПП

2.3. Формализация задачи выбора оптимального тарифа для промышленных потребителей с учетом их технологических особенностей

2.4. Математическое описание ЭЭС «поставщик-промышленный потребитель»

2.5. Анализ и оценка путей и методов снижения энергозатрат промышленных предприятий

2.6. Выводы

ГЛАВА 3. Исследование и разработка системы управления энергопотреблением промышленного предприятия

3.1. Постановка и формализация задачи оптимального управления внутрипроизводственной энергетической системой

3.2. Требования к автоматизированной системе управления внутрипроизводственной энергетической системой промышленного предприятия

3.3. Алгоритм формирования оптимальной тарифной стратегии

3.4. Выводы

ГЛАВА 4. Внедрение разработанных методик и определение экономического эффекта

4.1. Результаты внедрения методики выбора оптимального тарифа из предлагаемого ЭЭС тарифного меню на электроэнергию

4.2. Результаты внедрения методики определения показателей эффективности функционирования ВЭС ПП

4.3. Выводы

Управление потоками энергоресурсов и, связанными с ними, финансовыми и информационными потоками, является одной из составляющих управления экономикой промышленного предприятия (ПП). В России накоплен ценный опыт разработки комплексных целевых программ постановки и моделирования локальных и глобальных задач оптимального управления промышленными предприятиями и ресурсами. В условиях переходной экономики необходимо переосмысление научно-теоретических и практических разработок отечественных ученых, а также использование зарубежного опыта формирования электроэнергетических (ЭЭС) и внутрипроизводственных энергетических систем (ВЭС). Новый современный логистический подход требует новой методологии, методов и моделей описания объектов и систем управления, принятия управленческих решений, учитывающих специфику рыночных преобразований.

В этих условиях функционирования для промышленных потребителей актуальной задачей становится снижение затрат на электроэнергию при поддержании необходимого уровня производства целевых продуктов в условиях действующих ограничений на энергопотребление.

В условиях дефицита и роста стоимости электрической энергии главным направлением деятельности ВЭС ПП становится эффективное управление ее потреблением с использованием современных автоматизированных систем коммерческого (АСКУЭ) и технического (АСТУЭ) учета, поскольку процесс принятия решения сопряжен с анализом и обработкой значительного объема информации.

Поэтому в настоящее время актуальными проблемами повышения эффективности энергопотребления и энергосбережения для ЭЭС и ВЭС и отрасли в целом являются:

• исследование и разработка новых концепций и подходов к управлению энергоемкими ПП с использованием возможностей современного рынка энергоресурсов;

• разработка машинно-ориентированных алгоритмов и специального математического обеспечения решения задач оперативного формирования и реализации тарифной стратегии при управлении ВЭС и ЭЭС;

• создание высокоэффективных информационно-управляюш;их систем оптимального управления энергопотреблением промышленных предприятий на базе современных программно-технических средств и информационных технологий.

Цель работы. Исследование и разработка системы эффективного управления энергопотреблением промышленного предприятия с использованием методики выбора оптимального тарифа из предлагаемого ЭЭС тарифного меню на электроэнергию для снижения уровня энергозатрат. Поставленная цель потребовала решения следующих задач:

1. Анализ и исследование особенностей и взаимосвязи энергологистических потоков ЭЭС;

2. Анализ и выявление зависимости между технологическими параметрами ВЭС в процессе энергопотребления ПП;

3. Разработка и обоснование методики выбора оптимального тарифа на электроэнергию из тарифного меню ЭЭС с учетом технологических особенностей формирования графика нагрузки ПП;

4. Постановка и формализация задачи оптимального управления энергопотреблением ПП;

5. Разработка машинно-ориентированных алгоритмов и системы оптимального управления энергопотреблением ПП.

Методы исследований. Решение поставленных задач базируется на применении комплекса методов, включающего системный анализ, математическое моделирование с использованием принципов построения экономикоматематических моделей и основных положений концепции логистики, математический анализ и исследование операций, теорию оптимального управления, совершенствование управления и принятия решений, экономический анализ и обработку информации.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований, результатами внедрения разработанной системы управления на ряде промышленных предприятий.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. Методология расчета показателей и анализа эффективности функционирования системы энергопотребления промышленного предприятия.

2. Методика формирования оптимальной тарифной стратегии функционирования внутрипроизводственной энергетической системы.

3. Универсальная математическая модель ЭЭС «поставщик - промышленный потребитель».

4. Содержательная и формализованная постановка задачи оптимального управления внутрипроизводственной энергетической системой.

5. Машинно-ориентированные алгоритмы для систем оптимального управления энергопотреблением промышленных предприятий.

Научная новизна:

1. Разработана универсальная математическая модель функционирования ЭЭС, позволяющая оценить влияние изменения режимов энергопотребления промышленных предприятий на состояние энергосистемы в целом,

2. Разработан обобщенный показатель эффективности функционирования системы внутрипроизводственного энергопотребления, применение которого позволяет выявлять качественный уровень состояния системы энергетического менеджмента ПП и сформировать оптимальную стратегию его деятельности.

3. Предложена методика выбора оптимального тарифа на электроэнергию из предлагаемого поставщиком тарифного меню и оптимальной стратегии его использования в процессе управления производственной системой с целью минимизации энергозатрат

4. Разработаны машинно-ориентированные алгоритмы решения поставленных задач, структура и алгоритм функционирования автоматизированной системы оптимального управления энергопотреблением ПП.

Практическая значимость:

1, Исследованы свойства энерго логистических потоков, как во внутрипроизводственном взаимодействии, так и в их продвижении в системе «поставщик-потребитель», что сделало возможным моделирование управляющих воздействий с целью построения эффективной системы энергоменеджмента промышленного предприятия,

2, Разработан алгоритм управления внутрипроизводственной энергетической системой ПП, позволяющий обеспечить экономию материальных средств.

3, Основные результаты работы использованы при формировании рекомендаций по энергосбережению и практической реализации систем оптимального управления энергопотреблением на ряде промышленных предприятий PCO-Алания,

4, Выводы и рекомендации используются при разработке нормативно-правовой документации, методических указаний и программных продуктов по автоматизированному расчету и анализу потерь и потенциала экономии энергоресурсов ПП, в практической работе ООО ЭЦ «Энергосбережение», Региональной энергетической комиссии (РЭК) РСО-А, а также в учебном процессе.

Апробация и реализация работы. Основные положения исследования докладывались на ежегодных заседаниях Правления РЭК РСО-А, получили одобрение на межреспубликанской научной конференции «Управление в социальных, экономических и технических системах» (г. Кисловодск, 8

1998 г.), межвузовской научно-практической конференции «Новые информационные технологии и их применение» (г. Владикавказ, 2001г.), различных региональных совещаниях, научно-практических конференциях ассоциации «Энергоменеджмента» и вузов РСО-А, ежегодных НТК СКГТУ (1998 - 2001 г. г.).

Публикаци и. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 7 печатных работах.

Настоящая работа является итогом исследований, выполненных на кафедре «Информационных системы в экономике» Северо-Кавказского государственного технологического университета (СЮГТУ).

Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю д. т. п., проф. Пагиеву К. X, а также д.т.н., проф. Хузмиеву И. К. и д.т.н., проф. Арунянц Г. Г. за оказанную помощь при проведении научных исследований.

4.3. Выводы

По результатам проведенных исследований были сделаны следующие основные выводы:

1. Энергосбережение является одним из направлений повышения экономической эффективности производства. Экономия энергоресурсов должна осуществляться на всех этапах выработки, транспортировки и потребления.

2. Для оценки эффективности работы любой системы, в том числе энергетической, обычно используется обобщенный физический показатель, - коэффициент полезного действия (КПД). Физический смысл КПД - отношение величины полученной полезной работы (энергии) к затраченной. Последняя, в свою очередь, представляет собой сумму полученной полезной работы (энергии) и потерь, возникающих в системных процессах. Таким образом, увеличения КПД системы (а значит и повышения ее экономичности) можно достигнуть только снижением величины непроизводительных потерь, возникающих в процессе работы. Это и является главной задачей энергосбережения.

3. Любую энергетическую систему с целью анализа можно условно разбить на три основных участка:

• участок производства (поступления) энергоресурса (котельная, трансформаторная подстанция и т. п.);

• участок транспортировки энергоресурса потребителю (трубопроводы тепловых сетей, фидера, газопроводы и т. д.);

• участок потребления энергоресурса (отапливаемый объект, трансформаторы, электродвигатели и т. д.).

Каждый из приведенных участков обладает характерными непроизводительными потерями, снижение которых и является основной функцией энергосбережения.

4. Производственные системы, на которых проводился энергоаудит, в основном функционируют без учета возможностей, появившихся на энергетическом рынке в течение последних 10 лет. Массовое развитие вычислительной техники обусловило появление в это время огромного количества технологических новшеств, которые коренным образом изменили ситуацию в энергосбережении. Например, возможность точного моделирования технологических процессов на ЭВМ привела к появлению новых эффективных энер-госберегаюп];их технологий, а достижения электронной индустрии обеспечили возможность широкого применения средств учета энергоресурсов и высокоэкономичных регулируюпцих устройств.

Основной же проблемой, возникаюп1;ей при решении задачи энергосбережения, является выявление наиболее крупных составляюпцих потерь и выбор оптимального технологического решения, позволяющего значительно снизить их влияние на величину КПД. Причем каждый конкретный объект, -цель энергосбережения, - имеет ряд характерных конструктивных особенностей и составляющие его энергопотерь различны по величине. И всякий раз, когда речь заходит о повышении экономичности работы энергетического оборудования, перед принятием решения в пользу использования какого-нибудь технологического новшества, необходимо обязательно провести детальное обследование самой системы и выявить наиболее существенные каналы потерь энергии. Разумным решением будет использование только таких технологий, которые существенно снизят наиболее крупные непроизводительные составляющие потерь энергии в системе и при минимальных затратах значительно повысят эффективность ее работы.

ИЗ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам проведенных в диссертационной работе исследований сделаны следующие выводы:

1. В результате исследования системных связей и закономерностей процесса управления энергопотреблением на промышленных предприятиях сформулированы принципы взаимодействия энергетических и генерируемых ими информационных и финансовых потоков.

2. Предложен обобщенный показатель оценки эффективности функционирования системы энергопотребления, учитывающий энергетические и экономические параметры внутрипроизводственной энергетической системы.

3. Поставлена и формализована задача оптимального управления внутрипроизводственной энергетической системой промышленного предприятия.

4. Разработана методика решения задачи выбора оптимального тарифа из предлагаемого ЭЭС тарифного меню на электроэнергию, позволяющая учитывать технологические особенности производственных процессов ПП в течение суток, с целью минимизации затрат на электроэнергию.

5. Разработаны машинно-ориентированный алгоритм оптимального управления энергопотреблением ПП, структура и алгоритм функционирования автоматизированной системы управления внутрипроизводственной энергетической системой АСУ ВЭС-ПП.

6. Эффективность применения разработанной системы управления энергопотреблением подтверждена результатами внедрения, что обеспечило снижение платежей промышленных предприятий за электроэнергию в среднем до 30%.

1. Арунянц Г. Г., Пагиев К. X., Текиев В. М,, Автоматизированный синтез и анализ многомерных систем управления технологическими объектами, Владикавказ: Иристон, 2000. - 268 с.

2. Арунянц Г. Г., Хузмиев И. К., Автоматизация и регулирование субъектов естественных монополий в сфере энергетики, М., Вестник ФЭК РФ, №1, 2001.

3. Арунянц Г. Г., Хузмиев И. К., Автоматизация процессов регулирования деятельности естественных монополий в топливно-энергетическом комплексе, М., Финансово-экономический вестник нефтяной и газовой промышленности, №11,2000.

4. Божич В. И., Скубилин М. Д., Спироидонов О. Б., Пути оптимизации потребления электроэнергии, М., Строительные материалы, оборудование, технологии 21 века, №10, 2000.

5. Бойко Н. Д., Кузовкин А. И., Кутовой Г. П. О тарифах на электрическую энергию для населения, М., Вестник ФЭК, №7-8, 1998.

6. Бойко Н. Д., Петров А. С, Баланс электрической энергии и мощности, как инструмент регулирования естественных монополий, М., Вестник ФЭК, №5,1998.

7. Вайцзеккер Э., Ловинс Э., Ловинс Л., Фактор четыре, ACADEMIA, М., 2000.

8. Варнавский Б. П., Колесников А. И., Федоров М. П., Энергоаудит промышленных и коммунальных предприятий. Ассоциация энергоменеджеров, М., 1999.

9. Гальперин Е. В., Кононов Ю.Д., Влияние на экономику регионов изменения тарифов на электроэнергию, М., Энергетик, №6, 2001,

10. Гамм Б. 3., Третьякова А. И., Шаталов В. И., Оценка влияния снижения тарифов и цен во взаиморасчетах энергосистемы и энергопотребителей, М., Вестник ФЭК России №1,1999.

11. П. Гительман Л. Д., Ратников Б. Е., Энергетические компании: Экономика. Менеджмент. Реформирование: В 2 т. Т. 1. Екатеринбург: Изд-во Урал, унта, 2001.-376 с.

12. Горчаков А. А., Орлова И. В., Половников В. А. Методы экономико-математического моделирования и прогнозирования в новых условиях хозяйствования. -М.: ВЗФЭИ, 1991.

13. Данилин A.B., Захаров В.А., Принципы построения и работы АСКУЭ, М., Мир измерений, Госстандарт РФ, №1,2001.

14. Дьяков А. Ф., Принципы формирования тарифов при комбинированной выработки электрической и тепловой энергии, М., Энергетик, №4, 2001.

15. Дьяков А. Ф., Роль тарифной политики в реализации программы энергосбережения России, М., Энергетик, №2, 2001.

16. Дьяков А. Ф., Энергетика России и мира в 21-ом веке, М., Энергетик, №11,2000.

17. Егоров В. А., АСКУЭ современного предприятия, М., Энергетик, №12, 2001.

18. Кипи Р. Л., Райфа X. Принятие решений при многих критериях: предпочтения и замеш;ения: Пер. с англ. /Под ред. И. Ф. Шахнова. М.: Радио и связь, 1981.-560 с.

19. Ковалев В. Г. Об оптимизации энергетических и финансовых потоков в регионе. Вопросы регулирования ТЭК, М., Регионы и Федерация, №3-4, 2000.

20. Константинов А. Ю. Правовой статус региональных энергетических комиссий, М., Вестник ФЭК, №4,1998.

21. Кремер Н. Ш. И др. Исследование операций в экономике, -М.: ЮНИТИ, 1997.

22. Кротов В. Ф., Лагоша Б. А, Лобанов С. М., Данилина Н. И., Сергеев С. И. Основы теории оптимального управления. Под ред. В. Ф. Кротова. М.: Высшая школа. 1990 - 430 с.

23. Кумаритов А. М. Организация энергетического менеджмента для учета потребления электроэнергии. //Межвузовская научно-практическая конференция «Новые информационные технологии и их применение» Владикавказ, 2001.

24. Кумаритов А. М., Моураов А. Г. Оптимизация информационного потока в многоуровневых системах с использованием методов логистики //Сб. трудов СКГТУ №5 Владикавказ: Терек, 1998.

25. Кутовой Г. П. Вопросы ценообразования и топливообеспечения электростанций. Ценообразование и формирование тарифов на энергетические ресурсы и проблемы топливообеспечения электростанций природным газом. Межрегиональная конференция. Москва, 2000.

26. Кутовой Г.П. Ценообразование в электроэнергетике и энергосбережение, М., Вестник ФЭК, №9-10, 1998.

27. Майкл Мескон, Майкл Альберт, Франклин Хедоури, Основы менеджмента, Дело, М., 1998.

28. Мастепанов А. М., Формирование долгосрочной энергетической политики Российской Федерации, М., Вестник ФЭК, №7-8, 1999.

29. Математика и кибернетика в экономике. Словарь справочник. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Экономика», 1975.-700 с.

30. Математическая теория оптимальных процессов//Понтрягин Л. С, Болтянский В. Г., Гамкрелидзе Р. Г. и др., М.: Наука, 1969., 382 с.

31. Материалы Всероссийского отраслевого совещания «Энергсбережение: проблемы, решения» Ворнеж, 1999.

32. Материалы назЛной конференции "Энергетика и общество", Москва, 1998.

33. Михайлов С. А., Вакулко А. Г., Бобряков А. В., Информационно-аналитические системы, как стратегический резерв повышения энергоэффективности России, М., Энергосбережение, №2, 2001.

34. Мохов В. Б. Опыт регулирования естественных монополий в США, М., Вестник ФЭК, №11, 1997.

35. Мохов В. Б., Пузырева Н. М. Функционирование Федерального оптового рынка электрической энергии (мощности) в 1998 году, М., Вестник ФЭК, №3, 1998.

36. Пагиев К. X., Кумаритов А. М. К вопросам об оптимальном управлении энергетическими потоками // Труды СКГТУ Владикавказ: Терек, 1999.

37. Парамонов Ф. И. Математические методы расчета многономенклатурных потоков. М.: Машиностроение, 1964., 264 с.

38. Перевозчиков А.О. Некоторые проблемы энергосбережения и позиции регулирующего органа, М., Вестник ФЭК, №7-8, 1998,

39. Повышение эффективности использования энергии в промышленности Дании /под редакцией А. М. Мастепанова и Ю. М. Когана, Минтопэнерго, М.,1999.- 242 с.

40. Процессы регулирования в моделях экономических систем: Сб. статей /Под ред. Я. 3. Цыпкина. М.: Изд-во иностр. лит., 1961. 292 с.

41. Рынок электрической энергии и мощности в России: каким ему быть /Под ред. В. И. Эдельмана. М.: Энергоиздат, 2000.

42. Савков Л. П. Совершенствование функционирования систем электроснабжения сельскохозяйственных потребителей.//Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. -М.: 2001.

43. Сейнароев Б. М., Правовые вопросы договора на снабжение электроэнергией предприятий и организаций. Алма Ата, 1975.

44. Смехов А. А. Введение в логистику. М.: Транспорт, 1993. - 112 с.

45. Ст. Бир, Кибернетика и управление производством. -М.: Фитматгиз, 1963. -276 с.

46. Терехов Л. Л. 1Сибернетика для экономистов. М.: Финансы и статистика, 1983.

47. Федеральная Программа «Топливо и энергия», принята Постановлением Правительства РФ №263, 06. 03.1996г.

48. Федеральный справочник «Топливно-энергетический комплекс России».-М.: «Родина Про». 2000.

49. Хилл П., Наука и искусство проектирования. Мир, М., 1973.

50. Хузмиев И. К., Арунянц Г. Г., Кумаритов А. М., Минимизация платежей за электроэнергию в производственных системах, М., Вестник ФЭК РФ, №7, 2001.

51. Хузмиев И. К., Бакшиев М. Ю., Концепция реформирования электроэнергетики РСО-А, М., Вестник ФЭК РФ, №4, 2001.

52. Хузмиев И. К., Валь М.В., Планирование развития энергетики, инвестиции и тарифы в регионах, М,, Вестник ФЭК РФ, №7-8, 1998.

53. Хузмиев И. К., К вопросу о регулировании естественных монополий, М., Вестник ФЭК РФ, №6, 2001.

54. Хузмиев И. К., К вопросу о регулировании рынка энергоносителей, М., Встник ФЭК РФ, №6, 1999.

55. Хузмиев И. К., К вопросу о реструктуризации РАО «ЕЭС России», Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Вопросы цено

56. ВОЙ политики в топливно-энергетическом комплексе» Суздаль 14-15 марта 2001.

57. Хузмиев И. К., К вопросу о реструктуризации РАО «ЕЭС России»; состояние проблемы, М., Вопросы регулирования ТЭК: регионы и федерация, №1,2001.

58. Хузмиев И. К., Каргинов К.Г., Сбережение ресурсов основа развития в 21 веке. Л., Экономика и управление, №2, 2000.

59. Хузмиев И. К., О функционировании субъектов естественных монополий России в энергетическом секторе экономики. Экономика и финансы электроэнергетики, М., №2, 2000.

60. Хузмиев И. К., Об основах ценообразования на электрическую и тепловую энергию, М., Вестник ФЭК РФ, №10,1999.

61. Хузмиев И. К., Об энергетической стратегии России до 2020г., М., Вестник ФЭК РФ, №1,2001.

62. Хузмиев И. К., Основы регулирования естественных монополий в сфере энергетики и энергоменеджмент, т. 1, М.: Энергетическая политика, МПА, 2000.

63. Хузмиев И. К., Основы регулирования естественных монополий в сфере энергетики и энергоменеджмент. Принципы тарифной политики, М., Вестник ФЭК РФ, №7-12, 2000.

64. Хузмиев И. К., Пагиев К. X., Кумаритов А. М. и др. Энергетические ресурсы, ред. Хузмиев И. К., Природные ресурсы Республики Северная Осетия-Алания, т. 8, Проект-пресс, 2001.120

65. Шеннон P., Имитационное моделирование систем: искусство и наука, Мир, М., 1978.

66. Энергетика за рубежом, приложение к журналу Энергетик, выпуск 1, 2001.

67. Энергетика за рубежом, приложение к журналу Энергетик, выпуск 2, 2001.

68. Энергетика за рубежом, приложение к журналу Энергетик, выпуск 3, 2001.

69. Энергопотребление и энергосбережение на предприятиях Западного Урала: Настольная книга энергетика/ Под ред. Д. Г. Закирова. Пермь, 1997. -447 с.

70. Энтони Джей, Эффективная презентация, Амалфея, Минск., 1997.

71. Global Energy Perspectives, Cambridge University Press, 1998.

72. Regional energy conservation. International seminar, Plata d'Aro (Catalonia), Книга докладов, 2-6 October, 1995.

73. Survey of Energy Resources, World Energy Council, 1998.121