автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Методики определения параметров электропотребления промышленных предприятий в условиях постоянно меняющейся конъюнктуры рынка

од

' и ш

На правах рукописи

ЗАЙЦЕВ ЕВГЕНИЙ ЗИНОВЬЕВИЧ

МЕТОДИКИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В УСЛОВИЯХ ПОСТОЯННО МЕНЯЮЩЕЙСЯ КОНЪЮНКТУРЫ РЫНКА (НА ПРИМЕРЕ ЧЕРНОЙ

МЕТАЛЛУРГИИ)

Специальность 05.09.03 - электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2000 г.

Работа выполнена на кафедре Электроснабжения промышленных предприятий Московского энергетического института (Технического университе-

Защита состоится 9 нюня 2000 г. в 12.00 час. в аудитории М-214 на заседании диссертационного Совета К 053.16.06 Московского энергетического института (Технического университета) по адресу: 111250, г.Москва, ул. Красноказарменная, д. 13.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью) просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, ул. Красноказарменная, д. 14, Ученый Совет МЭИ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ

Автореферат разослан "_" _2000 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета К 053.16.06

та).

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор КУДРИН Б.И.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор КУВАЛДИН А.Б.

- кандидат технических наук, доцент ВАСИЛЬЕВА Т.А.

Ведущее предприятие - ООО «Энизан-Р»

кандидат технических наук, доцент

Анчарова Т. В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Изменения, происходящие в настоящее время в области использования электроэнергии на промышленных предприятиях, связаны, главным образом, с ростом доли электроэнергии в себестоимости выпускаемой продукции. Следовательно, вопросы экономии электроэнергии и повышения эффективности ее использования становятся все более актуальными. Это диктует необходимость внедрения новых методов и технологий, позволяющих обеспечить экономию электроэнергии. В связи с этим остро встает вопрос о необходимости внесения кардинальных изменений в систему регулирования основных эксплуатационных параметров электрических хозяйств, т.е. параметров электропотребления (под параметрами электропотребления понимаются общие и удельные расходы электроэнергии за различные временные интервалы). На современном этапе развития экономики России требуется создание таких методик учета, нормирования и лимитирования параметров электропотребления, чтобы затраты их внедрение были сведены к минимуму. С внедрением новых технологий, увеличением разнообразия выпускаемой продукции в соответствии с требованиями рынка и вводом в эксплуатацию новой техники неизбежно растет потребление электроэнергии. В диссертационной работе рассмотрены принципиально новые подходы к энергосбережению и анализу структуры электропотребления.

Основные методы энергосбережения должны заключаться в прогнозировании и нормировании, а также лимитировании параметров электропотребления с учетом особенностей того сегмента рынка, на котором работает предприятие. При этом нормирование и лимитирование электропотребления призвано не ограничить подачу электроэнергии на производство, а принудить сотрудников предприятий, включая не только электриков, но и технологов и сотрудников вспомогательных служб, постоянно искать резервы экономии электроэнергии. Применение методов, используемых для определения целевых параметров электропотребления, должно привести к следующим результатам: а) показать наличие или отсутствие резервов энергосбережения, б) дать количественную оценку обьема энергосбережения и в) предоставить энергоменеджерам методы, позволяющие обеспечить адекватное определение нужных показателей.

Целью диссертационной работы является разработка новых методик, обеспечивающих улучшение системы прогнозирования и нормирования параметров электропотребления на предприятиях черной металлургии, которые могут быть полезны как для долгосрочного стратегического планирования энергосберегаю-

щих мероприятий, так и для оперативного контроля параметров электропотребления, направленного на снижение себестоимости продукции путем экономии электроэнергии, а также при проведении энергоаудита и других мероприятий, связанных с выявлением возможностей энергосбережения.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

- собран статистический материал, позволяющий провести подробный анализ структуры электропотребления объекта исследования - Западно-Сибирского металлургического комбината (ЗСМК);

- выдвинута и подтверждена гипотеза о существовании устойчивой тенденции к убыванию величины суточного элекгропотребления в 1989-1998 гг.;

- определена основная периодическая составляющая изменения величины суточного расхода электроэнергии, соответствующая годовому периоду;

- проанализированы особенности технологии прокатного производства на ЗСМК;

- выделена устойчивая группа основных цехов и подразделений, взаимосвязанных между собой и потребляющих около 90% всей электроэнергии, получаемой комбинатом;

- разработан метод нормирования удельных расходов электроэнергии прокатного цеха на основе исследования номенклатуры выпускаемой продукции.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач были проанализированы данные, описывающие электрическое хозяйство ЗападноСибирского металлургического комбината: суточные расходы электроэнергии за 10 лет (с 1989 по 1998 год) по всему комбинату, общие и удельные расходы электроэнергии по месяцам за 2 года по различным цехам и общие и удельные расходы по среднесортному прокатному цеху для различных видов продукции. Кроме того, были изучены основы технологии прокатного производства, а собранный статистический материал обрабатывался с использованием методов статистического моделирования временных рядов, статистических критериев, математических аппаратов спектрального анализа, корреляционного анализа и гиперболических Н-распределений. Теоретические исследования сопровождались разработкой математических моделей.

Обоснованность н достоверность научных положений и выводов. Теоретические положения обоснованы соответствующими расчетами, а пригодность разработанных методов проверена путем сравнения полученных прогнозных результа-

5. Значения, полученные с помощью первых двух методов, корректируются с помощью третьего и четвертого, а также с учетом известных на текущий момент производственных планов.

В четвертой главе разрабатываются методы, предназначенные для определения общих и удельных расходов электроэнергии на основе ценологического описания электрического хозяйства ЗСМК с применением математического аппарата гиперболических Н-распределений. Для этого построены ранговые распределения всех видов продукции комбината по общим расходам электроэнергии за 23 месяца, а также таблица структурно-топологической динамики, показывающая, какие ранги присваиваются тем или иным видам в различные опорные периоды н применяемая для описания структуры электропотребления комбината. По этой таблице определены 10 основных видов продукции, которые стабильно занимают первые 10 рангов и потребляют около 90% всей электроэнергии, получаемой комбинатом:

1. Кислород;

2. Прокат черных металлов;

3. Агломерат;

4. Паро- и водоснабжение;

5. Кокс 6% влажности;

6. Чугун;

7. Сталь кислородно-конвертерная;

8. Азот;

9. Гидроотвал;

10. Метизное производство.

По матрице коэффициентов корреляции выявлено наличие зависимости между общими расходами электроэнергии на основные виды продукции. Таким образом, прогноз электропотребления всего комбината на прогнозный период можно осуществлять, опираясь только на эти виды продукции, а остальные учитывать в сумме.

Метод прогноза с помощью рангового анализа основан на моделировании рангового распределения гиперболической функцией:

где - расход электроэнергии на вид продукции, кВгч; - максимальный расход электроэнергии (первая точка), тыс. кВтч; Xj - ранг ]-го вида продукции; р -ранговый коэффициент (определяется по методу наименьших квадратов). Для про-

м

гнозирования параметров рангового распределения 0У| и р) использовался метод экспоненциального сглаживания.

Расчетный ранг для выполнения прогноза общего расхода электроэнергии для каждого вида продукции может быть определен по следующей формуле:

-(И"'-

(8)

где ЧУщ.^ - фактическое значение первой точки на последний известный месяц предыстории, кВтч; Т/^,.]) - фактическое значение электропотребления данного производства на последний известный месяц предыстории, кВтч; Рм - ранговый коэффициент кривой распределения на последний известный месяц предыстории.

Результаты прогнозирования приведены в табл. 1. Суммарная ошибка составляет всего 0,3%. но прогнозы для отдельных производств и цехов, выполняемые на основе анализа структуры электропотребления всего комбината, нуждаются в корректировке. Поэтому прогнозирование и нормирование общих и удельных расходов электроэнергии необходимо выполнять на уровне отдельных цехов с учетом их специфики и номенклатуры выпускаемой продукции.

Таблица 1

Прогнозирование общих расходов электроэнергии по основным производствам

Наименование Wк...> ^¡щюп Ошибка,

тыс. кВтч тыс. кВтч тыс.кВтч %

КИСЛОРОД ВСЕГО 43184 1,0 41243 39340 +4,6

ПРОКАТ ЧЕРН.МЕТАЛ. 29202 1,5 26655 24462 +8,2

АГЛОМЕРАТ 26899 1,7 24553 23858 +2,8

ПВС ВСЕГО 14662 3,0 13383 14421 -и

КОКС 6% ВЛАЖНОСТИ 11881 3,7 10845 12460 -12,9

СТАЛЬ КИСЛОР.-КОНВ 8712 5,0 7952 9633 -17,4

ЧУГУН 7448 5,9 6798 6512 +4,2

АЗОТ 4296 10,0 3921 4391 -10,7

ГИДРООТВАЛ 4248 10,2 3877 4135 -6,2

МЕТИЗНОЕ ПР-ВО 3430 12,5 3131 3612 -13,3

ВСЕГО 155926 142358 142824 -0,3

Для улучшения системы нормирования удельных расходов электроэнергии на производство различных видов продукции наиболее энергоемкого из прокатных цехов, выпускающих конечную продукцию (среднесортного прокатного цеха) разработан метод трехуровневого рангового анализа. Специфика прокатного производства состоит в том, что для него можно четко выделить расход электроэнергии на каждый вид продукции, поскольку в любой момент времени каждый из прокатных цехов выпускает только один вид проката. Следовательно, выполнив условный прогноз общего расхода электроэнергии и объема производства (спроса) для каждого вида продукции, мы можем задать нормы удельного расхода электроэнергии для этих видов продукции.

Для анализируемого цеха построено ранговое распределение видов продукции по объемам электропотребления, представляя его в виде таблицы, имеющей N строк и Т-1 столбцов. В каждом столбце объемы электропотребления расположены в порядке убывания их значений для 1-ого периода времени. Если в течение N ого периода ¡-ый вид продукции не производился, то значение АУ,, для данного периода принимается равным нулю. Далее, в целях обеспечения большей достоверности прогнозирования в условиях неустойчивого спроса на продукцию, построено отдельное распределение для каждого из трех уровней значений ранжируемого параметра. Для этого на основании таблицы рангового распределения строится новая таблица, в которую для каждого ранга вносятся уровни распределения: а; -максимальный уровень ¡-го ранга), Ь| (средний уровень ¡-го ранга) и С] (минимальный уровень ¡-го ранга), которые вычисляются следующим образом:

а, = шах (И/.)

' /«(1.Г-1)

^ Еу

Щ1.Г-1) *)

с, = лип (И',) 1€(1.Г-1)

(9)

где к| - число ненулевых значений в ¡-ой строке исходной таблицы рангового распределения.

После этого строится таблица структурно-топологической динамики для данного цеха, в которой каждому виду продукции ставится в соответствие набор рангов, присваиваемых значениям расходов электроэнер1ии на этот вид продукции в ранговом распределении. Для каждого из видов продукции вычисляется три уровня значений, при этом используются ранги, присвоенные данному виду в каждом из периодов:

J-\ *

-vt j-i *

* с /-1 *

где к - Число месяцев, В которые данный вид выпускался; а;, Ьь Cj - Значения из таблицы уровней рангового распределения. Таким образом фиксируется диапазон возможных значений соответствующего параметра. После этого вычисляется минимальная разница между расходом электроэнергии на данный вид продукции ъ последний предпрогнозный период, и в соответствии с ней выбирается прогнозное значение из параметров А, В и С, определенных выше.

М = min {|W-a,|, |W-bJ, |W-c,|}, (11)

где M - минимальная разница; W - расход электроэнергии на данный вид продукции за последний предпрогнозный период; Ь„ с, -значения максимального, среднего и минимального уровней рангового распределения для ранга, присвоенного данному виду продукции в последний предпрогнозный период.

Прогнозное (расчетное) значение определяется по следующему правилу:

A, если M=|W-ai|

B, если M=|W-bi| . (12)

C, если М=| W-cJ

Прогнозные значения объемов производства определяются аналогично. Тогда нормы удельных расходов для каждого Вида продукции можно будет вычислить путем деления обцщх расходов электроэнергии на объемы производства. Результаты применения этого метода для расчета корм удельных расходов электроэнергии на сентябрь 1998 года приведены в табл. 2.

Таблица 2

Сравнение расчетных норм удельных расходов с действующими в "цехе

W,

прог

Наименование WnponTCB™ Vnpon Т Ауд норы (•}» •кВт.ч/т AaiBcn (i)> кВт.ч/т

СВП 17 93539 1059 88 95

СВП 22-27 760714 9233 82 95

Угол 50-63 1961646 24725 79 98

Швеллер 12-16 736831 10282 72 75

Квадрат 60 1437564 24845 57 54

На основании полученных результатов делается вывод о наличии резерва энергосбережения, поскольку системный анализ структуры электропотребления прокатного цеха показывает завышение нормы для некоторых видов продукции.

Поиск путей снижения удельных расходов электроэнергии выполняется на основе анализа суточных данных по параметрам электропотребления и объемам производства. Предлагается выдать технологическим службам задание на разработку специальных программ, способствующих снижению удельного расхода электроэнергии в случае малых объемов производства и нестандартных производственных программ.

При исследовании суточных объемов производства и электропотребления по различным предприятиям черной металлургии обнаружено, что степень зависимости удельных расходов электроэнергии от объемов производства определяется величиной постоянной составляющей: чем больше постоянная составляющая, тем больше удельные расходы возрастают при уменьшении объемов производства; чем больше спад производства, тем больше удельные расходы возрастают при увеличении постоянной составляющей.

В заключении приведены выводы, сделанные на основе исследований, выполненных в настоящей работе:

1. В связи с неблагоприятным инвестиционным климатом по энергосберегающим проектам существует необходимость разработки и внедрения таких методик учета и нормирования параметров электропотребления, которые не требуют больших капиталовложений, обеспечивают проведение стратегической политики энергосбережения и являются пригодными для применения на производстве.

2. Для описания структуры электропотребления крупных промышленных предприятий и закономерностей их функционирования и развития применяется аппарат гиперболических Н-расдределений и система электрических показателей, причем каждое предприятие индивидуально, и поэтому методики определения параметров электропотребления, разработанные для одного завода, могут быть неприменимы для другого.

3. При анализе временного ряда величин суточного электропотребления с помощью соответствующих статистических критериев подтверждены следующие гипотезы: а) выборки из этого ряда подчиняются закону нормального распределения; б) существует тренд, характеризующий долговременную тенденцию суточного электропотребления к убыванию.

4. Спектральный анализ дисперсий временного ряда суточного электропотребления показал наличие основной периодической составляющей, соответст-

и

вующей годовому периоду, и нескольких дополнительных периодических составляющих, соответствующих месячному, десятидневному и недельному периодам. Это позволило предложить метод лимитирования суточного электропотребления, основанный на гармоническом тренде, который имеет линейную и периодическую составляющие.

5. Для оперативного контроля величины суточного электропотребления и определения краткосрочной тенденции применяются методы, основанные на вычислении скользящих средних по различным интервалам, которые позволяют определить только направление тенденции, но не ее количественные характеристики.

6. При прогнозировании величины суточного электропотребления необходимо использовать не один, а несколько методов прогнозирования, в том числе и методы, позволяющие определить направление тенденции. Прогнозные значения корректируются с учетом всех определенных тенденций и известных производственных планов.

7. Для прокатного производства ЗСМК разработан новый метод нормирования удельных расходов электроэнергии, основанный на трехуровневом ранговом анализе. Применение этого метода позволило установить нормы удельных расходов электроэнергии на основные виды продукции в условиях нестабильного производства и неустойчивой структуры электропотребления. При анализе структуры электропотребления среднесортного прокатного цеха выявлены резервы энергосбережения, возникшие в результате завышения норм удельных расходов электроэнергии на некоторые виды продукции.

8. Выявлена отраслевая тенденция к усилению зависимости удельных расходов электроэнергии от спада производства относительно номинальной загрузки при росте постоянной составляющей и от размера постоянной составляющей при углублении спада производства.

В приложении приведен документ, подтверждающий внедрение результатов диссертации (акт внедрения), а также статистические материалы, использованные в качестве исходных данных, н авторское программное обеспечение для выполнения необходимых расчетов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Зайцев Е.З. Комплексный статистический анализ структуры ценозов II Первая международная конференция «Математическое описание ценозов и закономерности технетики»: Сборник материалов - Абакан, 1996. - С. 300-305.

2. Зайцев Е.З., Кучина Т.В. Асимметрия кривой плотности распределения параметров электропотребления как проявление ценологических свойств системы

// Энергосбережение, электроснабжение, электрооборудование: Тез. докл. науч.-техн. конф. Новомосковск 21-22 ноября 1996 г. - М: Электрика, 1996. - Докл. 52.

3. Зайцев Е.З., Авдеев М.С. Организация электроремонта на заводе "Электросталь" // Энергосбережение, электроснабжение, электрооборудование: Тез. докл. науч.-техн. конф. Новомосковск 18-20 ноября 1998 г. - Новомосковск: Изд-во НИ РХТУ им. Д.И. Менделеева, 1998. - С. 112-113.

4. Зайцев Е.З., Шилов C.B. Нормирование суточных расходов электроэнергии для многономенклатурного производства // Ежегодная научно-техническая конференция студентов н аспирантов вузов России «Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве»: Тез. докл. - М.: Изд-во МЭИ, 1998. - Т.2. - С. 7879.

5. Зайцев Е.З., Шилов C.B. Параметры суточного электропотребления ломо-перерабатывающего производства // Ежегодная научно-техническая конференция студентов и аспирантов вузов России «Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве»: Тез. докл. - М.: Изд-во МЭИ, 1999. -Т.2. - С. 125-126.

6. Кудрин Б.И., Зайцев Е.З. Английская версия программы дисциплины "Закономерности технетики" или "Закономерности построения, функционирования и развития систем типа технический ценоз" (на примере электрического хозяйства организации).// Электрификация металлургических предприятий Сибири, 8-й выпуск.* Томск : Изд-во Томского ун-та, 1999. - С. 260-269.

Пс''- jrl ,-Г___Тираж Заказ /Ç f

Типография МЭИ, Красноказарменная, ïi~

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. РАЦИОНАЛИЗАЦИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ.

1.1. Проведение стратегической политики энергосбережения и связанные с этим трудности.

1.2. Существующая система нормирования и лимитирования параметров электропотребления на промышленных предприятиях и применяемые энергосберегающие технологии.

1.3. Ценологическое описание электрического хозяйства промышленных предприятий.

1.4. Использование системы электрических показателей для разработки методов определения параметров электропотребления

Выводы из 1-ой главы.

ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ.

2.1. Статистический анализ исходных данных и подходы к вопросам определения параметров электропотребления.

2.2. Методы прогнозирования, основанные на сглаживании временных рядов.

2.2.1. Метод наименьших квадратов.

2.2.2. Метод скользящей средней.

2.2.3. Метод экспоненциального сглаживания.

2.3. Корреляционный анализ.

2.4. Проверка гипотезы о существовании тренда.

Выводы по 2-й главе.

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ СУТОЧНОГО ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ.

3.1. Определение периодической составляющей ряда суточного электропотребления с помощью спектрального анализа.

3.2. Моделирование суточного электропотребления гармоническим трендом.

3.3. Оперативный контроль суточного электропотребления с использованием метода скользящих средних.

3.4. Комплексный метод прогнозирования величины суточного электропотребления.

Выводы по 3-й главе.

ГЛАВА 4. НОРМИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ.

4.1. Прогнозирование общих расходов электроэнергии на уровне комбината.

4.2. Особенности производства сортового проката на ЗападноСибирском металлургическом комбинате.

4.3. Нормирование удельных расходов электроэнергии в прокатном производстве методом трехуровневого рангового анализа.

4.4. Определение удельных расходов электроэнергии на основе производственных данных по суткам и сменам.

Выводы по 4-й ГЛАВЕ.

В соответствии с тенденциями развития электрических хозяйств, наблюдаемых в последнее время, а также с учетом требований Федерального закона об энергосбережении [67] остро встает вопрос о необходимости внесения кардинальных изменений в систему регулирования основных эксплуатационных параметров электрических хозяйств, т.е. параметров электропотребления (под параметрами электропотребления будем понимать общие и удельные расходы электроэнергии за различные временные интервалы). На современном этапе развития экономики России требуется создание таких методик учета, нормирования и лимитирования параметров электропотребления, чтобы затраты на проведение реконструкционных мероприятий были сведены к минимуму. Следовательно, возникает необходимость осуществления значительных изменений в системе учета, нормирования и лимитирования параметров электропотребления без крупных капиталовложений, с применением только существующего комплекса учетно-контрольного оборудования.

В современных условиях работы производств, характеризующихся нестабильностью спроса на продукцию черной металлургии, вопросы экономии электроэнергии приобретают особую актуальность. С внедрением новых технологий, увеличением разнообразия выпускаемой продукции в соответствии с требованиями рынка и вводом в эксплуатацию новой техники неизбежно растет потребление электроэнергии. В данной работе рассмотрены принципиально новые методы улучшения энергосбережения и анализа структуры электропотребления, необходимые для увеличения экономии электроэнергии.

Рациональное и экономное расходование всех видов ресурсов, в том числе и электроэнергии, снижение их потерь должно обеспечиваться не только переходом к ресурсосберегающим и безотходным технологиям, но и повышением качества управления и организации электропотребления всех подразделений промышленных предприятий.

Потребление электроэнергии отдельным агрегатом, цехом, производством, предприятием должно рассматриваться как ресурс, обеспечиваемый в целом на верхних уровнях системы электроснабжения, на границе раздела "предприятие - энергосистема". Рост цен на электроэнергию, переход к системе прямых договоров на пользование электроэнергией, заключаемых между энергосистемой и промышленным предприятием, определяют актуальность задачи определения оптимальных договорных значений потребления электроэнергии. Это приводит к необходимости внедрения новых систем нормирования и лимитирования параметров электропотребления, опирающихся на комплексный анализ структуры электрического хозяйства.

Новые условия хозяйствования, внедрение достижений научно-технического прогресса, реконструкция предприятий, кризисные явления в экономике вызывают глубокие изменения производства, которые не могут не сказаться на характеристиках предприятия, в том числе на объеме потребления электроэнергии.

Повышение энергоемкости ВВП на 46% и колоссальный рост годовых потерь электроэнергии в 1998 году до 13,5% от общей выработки [40] обостряет проблему определения параметров электропотребления промышленных предприятий. Индивидуальное решение этой проблемы на каждом конкретном предприятии позволило бы выявить дополнительный ресурс энергосбережения и обеспечить выполнение мероприятий по экономии электроэнергии.

Объектом исследования в настоящей работе является ЗападноСибирский металлургический комбинат. Важно осознавать тот факт, что методы, разработанные для одного предприятия, например, Магнитогорского металлургического комбината [35, 49, 54], не могут быть применены для другого, даже выпускающего продукцию той же номенклатуры. Кроме того, тенденции и закономерности, определенные для определенного предприятия в настоящее время, могут не соответствовать действительности уже через 5-6 лет, а если они не учитывают особенности структуры электропотребления, - то и через 1-2 года.

Нормирование и лимитирование электропотребления призвано не ограничить подачу электроэнергии на производство, а принудить сотрудников предприятий, включая не только электриков, но и технологов и сотрудников вспомогательных служб, постоянно искать резервы экономии электроэнергии. Эти сотрудники должны быть материально заинтересованы в максимальной эффективности внедрения энергосберегающих мероприятий. Применение методов, используемых для определения целевых параметров электропотребления, должно привести к следующим результатам: а) показать наличие или отсутствие резервов энергосбережения и б) дать количественную оценку объема энергосбережения.

Математический аппарат, используемый для нормирования, должен обеспечивать адекватную оценку возможных значений параметров электропотребления. При этом он должен быть достаточно простым, чтобы расчеты выполнялись оперативно и безошибочно, и достаточно удобным, чтобы занимать минимум рабочего времени. Только при выполнении этих условий будет возможен постоянный контроль параметров электропотребления.

Рыночные условия хозяйствования диктуют особые требования к работе всех подразделений предприятия. Энергетики, электрики (на Западно-Сибирском металлургическом комбинате эти службы разделены), технологи и экономисты должны работать как единая команда, осознавая необходимость экономить электроэнергию. Только в этом случае они могут решить весь комплекс проблем, связанных с внедрением и осуществлением энергосберегающих мероприятий. Ведь основные причины неоправданного расхода электроэнергии лежат в области технологии (70% резервов энергосбережения - [42]), и при этом технологи, как правило, не озабочены вопросами энергосбережения, хотя с ростом доли расходов на электроэнергию в себестоимости продукции увеличивается и зависимость конкурентоспособности этой продукции от рациональности использования энергоресурсов. Кроме того, снижение затрат на электроэнергию достигается путем проведения тщательного маркетингового исследования, которое должно обеспечить достоверный прогноз спроса на продукцию, чтобы определить планируемую загрузку производственных мощностей, что позволит заранее ограничить работу энергоемкого оборудования, и это - задача экономистов. Задача же электриков состоит в том, чтобы, пользуясь статистической информацией о параметрах электропотребления, выявить наличие и объем резерва энергосбережения, искать который они должны совместно с другими службами предприятия.

Целью диссертационной работы является: разработка новых методик, обеспечивающих улучшение системы учета и нормирования параметров электропотребления на предприятиях черной металлургии, которые могут быть полезны как для долгосрочного стратегического планирования энергосберегающих мероприятий, так и для оперативного контроля параметров электропотребления, направленного на снижение себестоимости продукции путем экономии электроэнергии, а также при проведении энергоаудита и других мероприятий, связанных с выявлением возможностей энергосбережения.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

- собран статистический материал, позволяющий провести подробный анализ структуры электропотребления объекта исследования - Западно-Сибирского металлургического комбината (ЗСМК);

- выдвинута и подтверждена гипотеза о существовании устойчивой тенденции к убыванию величины суточного электропотребления в 19891996 гг.;

- определена основная сезонная периодическая составляющая изменения величины суточного расхода электроэнергии, соответствующая годовому периоду;

- проанализированы особенности технологии прокатного производства на ЗСМК;

- выделена устойчивая группа основных цехов и подразделений, взаимосвязанных между собой и потребляющих большую часть всей электроэнергии, получаемой комбинатом;

- произведен анализ структуры электропотребления среднесортного прокатного цеха на основе исследования номенклатуры выпускаемой продукции.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач был собран необходимый статистический материал, который обрабатывался с использованием методов статистического моделирования временных рядов, статистических критериев, математических аппаратов спектрального анализа, корреляционного анализа и гиперболических Н-распределений.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов. Теоретические положения обоснованы соответствующими расчетами, а пригодность разработанных методов проверена путем сравнения полученных прогнозных результатов с фактическими на прогнозируемый период. Выдвигаемые гипотезы подтверждены с использованием соответствующих статистических критериев.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Сформулирован комплексный метод краткосрочного прогнозирования величины суточного электропотребления с корректировкой, основанной на определении направления существующей тенденции.

2. Предложено использование гармонического или линейного трендов для лимитирования величины суточного электропотребления в зависимости от времени года.

3. На основании спектрального анализа временного ряда указана возможность использования недельных и 10-дневных периодов в качестве опорных при определении параметров электропотребления.

4. Выделена устойчивая группа из 10 основных взаимосвязанных производств металлургического комбината, потребляющих около 90% всей электроэнергии, получаемой комбинатом.

5. Разработан метод нормирования удельных расходов электроэнергии для прокатного производства, основанный на трехуровневом ранговом анализе номенклатуры выпускаемой продукции.

6. Выявлена зависимость удельных расходов от объемов производства и постоянной составляющей.

Практическая ценность

Методы, разработанные в данной работе, способствуют улучшению системы лимитирования и нормирования параметров электропотребления, а также позволяют учесть основные тенденции изменения электропотребления. Особое внимание уделено методикам, позволяющим обеспечить определение нужных параметров электропотребления в условиях постоянно меняющейся конъюнктуры рынка металлургической продукции. Эти методы используются на производстве в целях проведения политики энергосбережения, что подтверждено актом внедрения.

Выявленные зависимости, заключающиеся в увеличении удельных расходов электроэнергии при выполнении нестандартных производст

10 венных программ и работе с малыми объемами выпуска, позволяют сформулировать требования к технологическому персоналу по разработке специальных программ, направленных на снижение расхода электроэнергии.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались автором и обсуждались:

- на двух ежегодных научно-технических конференциях студентов и аспирантов вузов России "Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве" (Москва, 1998, 1999 гг);

-на двух научно-технических и методических конференциях "Энергосбережение, электроснабжение, электрооборудование" (Новомосковск Тульской обл., 1996 и 1998 гг);

- на научно-технических семинарах кафедры ЭПП МЭИ.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Общий объем 202 страницы, из них 98 страниц машинописного текста, 15 рисунков, 15 таблиц, 75 страниц приложения. Список литературы насчитывает 83 наименования.

Выводы по 4-й главе

1. Структура электропотребления ЗСМК описывается ранговым Н-распределением производств по общим расходам электроэнергии, позволяющим выделить устойчивую группу основных, наиболее энергоемких видов продукции, на выпуск которых расходуется около 90% всей электроэнергии, потребляемой комбинатом. Прогноз электропотребления всего комбината может быть выполнен с большой точностью за счет взаимной компенсации погрешностей прогноза, выполненного для каждого производства (цеха) методом рангового анализа. При этом прогноз электропотребления для каждого производства подлежит коррекции на уровне цеха с учетом технологических и экономических факторов.

2. Матрица коэффициентов корреляции производств ЗСМК по общим расходам электроэнергии позволяет установить, что расходы электроэнергии на основные виды продукции взаимозависимы, поэтому нормирование удельных расходов на одном из этих производств может способствовать сокращению энергозатрат на других производствах.

3. Применение для прокатного производства нового метода нормирования удельных расходов электроэнергии на основе трехуровневого рангового анализа позволило установить нормы удельных расходов электроэнергии на основные виды продукции в условиях нестабильного производства и неустойчивой структуры электропотребления. При анализе структуры электропотребления среднесортного прокатного цеха выявлены резервы энергосбережения, возникшие в результате завышения норм удельных расходов электроэнергии на некоторые виды продукции.

4. При исследовании суточных объемов производства и электропотребления обнаружена зависимость удельных расходов электроэнергии от объемов производства и постоянной составляющей: при уменьшении объема производства и увеличении постоянной составляющей удельные расходы возрастают. Предложены методы моделирования этих зависимостей, и указаны пути уменьшения постоянной составляющей.

Заключение

Проведенные исследования, выполненные в настоящей работе, позволили сделать следующие выводы:

1. В связи с неблагоприятным инвестиционным климатом по энергосберегающим проектам и увеличением доли электроэнергии в себестоимости продукции существует необходимость разработки и внедрения таких методик учета и нормирования параметров электропотребления, которые не требуют больших капиталовложений, обеспечивают проведение стратегической политики энергосбережения и являются пригодными для применения на производстве.

2. Для описания структуры электропотребления крупных промышленных предприятий и закономерностей их функционирования и развития применяется аппарат гиперболических Н-распределений и система электрических показателей, причем каждое предприятие индивидуально, и поэтому методики определения параметров электропотребления, разработанные для одного завода, могут быть неприменимы для другого.

3. При анализе временного ряда величин суточного электропотребления с помощью соответствующих статистических критериев подтверждены следующие гипотезы: а) выборки из этого ряда подчиняются закону нормального распределения; б) существует тренд, характеризующий долговременную тенденцию суточного электропотребления к убыванию.

4. Спектральный анализ дисперсий временного ряда суточного электропотребления показал наличие основной периодической составляющей, соответствующей годовому периоду, и нескольких дополнительных периодических составляющих, соответствующих месячному, десятидневному и недельному периодам. Это позволило предложить метод лимитирования суточного электропотребления, основанный на гармоническом тренде, который имеет линейную и периодическую составляющие.

5. Для оперативного контроля величины суточного электропотребления и определения краткосрочной тенденции применяются методы, основанные на вычислении скользящих средних по различным интервалам, которые позволяют определить только направление тенденции, но не ее количественные характеристики.

6. При прогнозировании величины суточного электропотребления необходимо использовать не один, а несколько методов прогнозирования, в том числе и методы, позволяющие определить направление тенденции. Прогнозные значения корректируются с учетом всех определенных тенденций и известных производственных планов.

7. Для прокатного производства ЗСМК разработан новый метод нормирования удельных расходов электроэнергии, основанный на трехуровневом ранговом анализе. Применение этого метода позволило установить нормы удельных расходов электроэнергии на основные виды продукции в условиях нестабильного производства и неустойчивой структуры электропотребления. При анализе структуры электропотребления среднесортного прокатного цеха выявлены резервы энергосбережения, возникшие в результате завышения норм удельных расходов электроэнергии на некоторые виды продукции.

8. Выявлена отраслевая тенденция к усилению зависимости удельных расходов электроэнергии от спада производства относительно номинальной загрузки при росте постоянной составляющей и от размера постоянной составляющей при углублении спада производства.

1. Авдеев В.А., Кудрин Б.И. Закономерности построения, функционирования и развития технических систем. Томск: ГТУ, 1996. - 100 С.

2. Айвазян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Основы моделирования и первичная обработка данных. М.: Финансы и статистика, 1983. -471 С.

3. Алешин Г.И., Фишман B.C. Комплекс работ по снижению энергозатрат на предприятиях // Промышленная энергетика.-1997. №9. - С. 4-6

4. Анчишкин А.И., Ершов Э.Б. Методологические вопросы народнохозяйственного прогнозирования // Вопросы экономики. 1967. - №5. -С. 52-64.

5. Барыкин Е.Е., Витушко A.B., Косматов Э.М., Малькова Л.И. Исследование динамики удельных показателей электроэнергии промышленных предприятий // Промышленная энергетика. 1998. - №8. - С. 2-8

6. Библиотека энергоменеджера. Пособие по курсу "Методология проведения энергетического аудита". М.: Энизан-АСЭМ, 1997. - 72 С.

7. Богатенков С.А. Повышение эффективности мероприятий по энергосбережению с помощью автоматизированных средств учета электроэнергии // Промышленная энергетика. 1997. - №12. - С. 2-5

8. Борисова И.Н., Воронина С.А., Кретинина Ю.С., Ксенофонтов М.Ю., Некрасов A.C. Энергоемкость российской экономики // Проблемы прогнозирования. 1997. - №6. - С. 11-37

9. Венецкий И.Г., Кильдишев Г.С. Теория вероятностей и математическая статистика. М.: Статистика, 1975. - 264 С.

10. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. - 576 С.

11. Волкова C.B., Демкина В.Г., Рубцов Г.К. Возможности совершенствования топливно-энергетического баланса завода // Промышленная энергетика. 1995. - №8. - С. 6-8

12. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике для вузов и втузов. М.: "Джангар", ООО "Большая медведица", 1998. - 864 С.

13. Гамбаров Г.М., Журавель Н.М., Королев Ю.Г. и др. Статистическое моделирование и прогнозирование. / Под ред. Гранберга А.Г. М.: Финансы и статистика, 1990. - 383 С.

14. Головкин Б.Н., Пирогов В.Н., Старцев А.П. Прогноз электропотребления промышленных предприятий в условиях нестабильной экономики // Промышленная энергетика. 1996. - № 2. - С. 8-12

15. Горелова B.JL, Мельникова E.H. Основы прогнозирования систем. -М.: Высшая школа, 1986. 287 С.

16. Грачева Е.И., Саитбаталова P.C. Определение расхода электропэнер-гии на основе математической модели // Промышленная энергетика. -1999. -№4.-С. 24-26.

17. Гусейн-Заде С.М. О ранговых распределениях в географии городов // В кн.: Многомерный статистический анализ и вероятностное моделирование / Под ред. Айвазяна С.А. и Кузнецова С.Е. М.: Наука, 1990. - С. 202 - 205

18. Денисов А.И., Образцов B.C. Многофункциональный электронный счетчик фирмы ABB как элемент системы сбора и передачи информации // Промышленная энергетика. 1995. - №3. - С. 2-6

19. Дзевенецкий А.Я., Хашимов Ф.А., Шукуров А.З. Метод нормирования электроэнергии на предприятиях с изменяющимися режимами потребления мощности // Промышленная энергетика. 1996. - №5. -С. 4-6

20. Ершов М.С., Головатов С.А., Григорьев Г.Я. Моделирование электропотребления в системах промышленного электроснабжения // Промышленная энергетика. 1999. - №5. - С. 22-26.

21. Ершов М.С., Егоров A.B., Сорокотягин Д.П., Ивановский И.В. Вероятностные алгоритмы оценки электрических нагрузок // Промышленная энергетика. 1998. - №2. - С. 15-17

22. ЗО.Ильинский Н.Ф. Элементы теории эксперимента. М.: Изд-во МЭИ, 1988.- 100 С.31 .Информационный бюллетень "Энергосбережение" управления топливно-энергетического хозяйства Правительства Москвы. 1996. -№9

23. Квасенков О.И., Осипова Н.И. Пути снижения энергопотребления в производстве виноградных напитков, соков и вин // Промышленная энергетика. 1995. - №7. - С. 6-8

24. Клюев Ю.Б., Яковлев В.Н. Ранжирование переделов и агрегатов по энергозатратам при отсутствии приборов учета // Промышленная энергетика. 1997. - №4. - С. 16-19

25. Коган Ю.М., Гаврилов Е.И. Основные положения концепции энергосбережения в области электроэнергетики // Энергетик. 1998. - №9. -С. 5-9

26. Копцев JI.А. Нормирование и прогнозирование потребления электроэнергии в зависимости от объемов производства. Промышленная энергетика. -1996. - №3. - С. 5-8.

27. Кудрин Б.И. Введение в технетику. 2-е изд., переработ, и доп. -Томск: Изд-во Томского гос. ун-та, 1993. 552 с.

28. Кудрин Б.И., Глейзер И.З., Китайцева Е.С. Особенности установления норм электропотребления металлургических производств // Промышленная энергетика. 1999. - №11. - С. 19-22.

29. Кудрин Б.И., Жилин Б.В., Лагуткин O.E., Ошурков М.Г. Ценологиче-ское определение параметров электропотребления многономенклатурных производств. Тула: Приок. кн. изд-во, 1994. - 122 с.

30. Кудрин Б.И. Проблемы электроэнергетики и техноценологическое определение параметров электропотребления и норм как основа энергосбережения // Электрификация металлургических предприятий Сибири, 8-й выпуск. Изд-во Томского ун-та, 1999. - С. 7-32.

31. Кудрин Б.И. Электроснабжение промышленных предприятий: Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1995. - 416 с.

32. Кудрин Б.И., Якимов А.Е. Информационный банк Черметэлектро. -М.: Электрика, 1995. 300 с.

33. Кузнецов М.В., Овчинников A.C. Технический анализ рынка ценных бумаг. М.: Инфра-М, 1996. - 120 с.

34. Лагуткин O.E. Нормирование электропотребления в многономенклатурных производствах // Электрификация металлургических предприятий Сибири, 8-й выпуск. Изд-во Томского ун-та, 1999. - С. 9398.

35. Лагуткин O.E., Ошурков М.Г., Чиркова Т.Ю. Ранговый анализ электропотребления отраслей и подотраслей России // Промышленная энергетика. 1995. - №9. - С. 12-15

36. Левичев П.И., Царькова И.Д. О планировании мероприятий по энергосбережению // Промышленная энергетика. 1998. - №7. - С. 5-7

37. Масленников Г.К. Энергосбережение: проблемы и возможности. -Энергетик. 1996. - №4. - С. 27-29

38. Мудров А.Е. Численные методы для ПЭВМ. Томск: МП "Раско", 1991.-272 е.: ил.

39. Никифоров Г.В., Славогородский В.Б., Прудаев В.П., Коваленко Ю.П., Пригода В.П., Заславец Б.И. Применение КТС "Энергия" для управления энергохозяйством Магнитогорского металлургического комбината // Промышленная энергетика. 1997. - №11. - С. 22-25

40. Никифоров Г.В. Совершенствование нормирования и планирования электропотребления в промышленном производстве // Промышленная энергетика. 1999. - №3. - С. 27-29.

41. Никифоров Г.В. Энергосбережение: концепция производителя энергии и позиция энергоемкого партнера и потребителя // Энергетик, 1999. №8. -С. 7-9

42. Олейников В.К. Нормирование энергозатрат в многономенклатурном производстве // Электрификация металлургических предприятий Сибири, 8-й выпуск. Изд-во Томского ун-та, 1999. - С. 90-93.

43. Папков Б.В., Щеголькова Т.М. Повышение эффективности электропотребления на промышленных предприятиях // Промышленная энергетика. 1995. - №12. - С. 21-24

44. Поликарпов A.C. Реконструкция электрического хозяйства промышленного предприятия с минимальными затратами // Промышленная энергетика. 1995. - №6. - С. 2-5

45. Поликарпов Е.А. К оценке эффективности мероприятий по снижению электропотребления промышленных предприятий. Промышленная энергетика. - 1998. - №5. - С. 4-6

46. Половников В.А. Анализ и прогнозирование транспортной работы морского флота. М.: Транспорт, 1983. - 40 с.

47. Полухин П.И., Федосов Н.М., Королев A.A., Матвеев Ю.М. Прокатное производство. М.: Металлургия, 1982. - 696 с.

48. Розин Б.Б. Теория распознавания образов в экономических исследованиях. М.: Статистика, 1973, - 224 с.

49. Рубцов Т.К. Возможности энергосбережения в энергетике черной металлургии // Промышленная энергетика. 1992. - №12. - С. 5-8

50. Сибикин Ю. Важнейшие направления энергосберегающей политики Российской Федерации // Промышленная энергетика. 1998. - №6. -С. 2-3

51. Скворцов P.A. Определение недельного и посуточного электропотребления промышленных предприятий: дисс. канд. техн. наук. М.: 1998.- 114 с.

52. Степанов B.C., Степанова Т.Б. Потенциал и резервы энергосбережения в промышленности. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1990. -248 с.

53. Таряник H.A. Математические модели прогнозирования расхода электрической энергии с учетом сезонного фактора // Промышленная энергетика. 1992. - №12. - С. 12-15.

54. Федеральный закон "Об энергосбережении в РФ" // Энергетик, 1996. -№11.-С. 7-9

55. Френкель A.A. Прогнозирование производительности труда: методы и модели. М.: Экономика, 1989. - 214 с.

56. Фуфаев В.В., Лагуткин O.E., Матюнина Ю.В. Прогнозирование электропотребления и оценка энергосбережения по критериям Н-распределения // Промышленная энергетика. 1996. - №9. - С. 28-32

57. Хайд Д., Лоскутов A.B. Целевой энергетический мониторинг в системе энергетического менеджмента // Промышленная энергетика. -1998. №4.-С. 23-25

58. Чубайс А.Б. О техническом перевооружении производственных мощностей РАО ЕЭС // Энергетик, 1999. №11. - С. 2-373 .Шмелев П.А. Теория рядов в задачах и упражнениях. М.: Высшая школа, 1983. - 176 с.

59. Шмелев П.А. Теория рядов в элементарном изложении. Интеграл и преобразование Фурье. М.: Изд-во МЭИ, 1997. - 218 с.

60. Щуцкий В.И., Кузнецов Н.М., Токарева Е.А. Анализ и прогнозирование электропотребления в Мурманской области // Промышленная энергетика. 1998. - №10. - С. 21-23125

61. Crane D. Climate Change for Energy Efficiency // Safe Energy Journal, 1995.-N105.-p. 12-13.

62. Elsen P. Stromkosten: Kostenkung durch intelligentes Strommanagement // DE: Electromeister und Dtsch. Electrohandwerk, 1996. vol. 71, N8. -p. 638-640.

63. Kudrin B.I. Electrics as a Development of Electrical Engineering and Electric Power Engineering. Tomsk, 1997. - 40 p.

64. Latta B., Swindale R. Scandinavian Utilities are Still too Reliant on Large Customers // Energy Report, 1996. vol. 23, N10. - p. 6-8.

65. Le Beau Ch., Lucas D.W. Computer Analysis of the Futures Market. N.Y.: IRWIN Professional Publishing, 1996. - 276 p.

66. Rhys J.M.W. Methods for Forecasting Electricity Demand in the UK -Assessment of Past Forecast // 3rd International Conference on Reliability of Power Supply Systems, London, 1983, vol. 63, P. 541-546.

67. Tishler A. A Model of Industrial Demand for Electricity Under Time-of-use Pricing and Three Labour Shifts. Resources and Energy, 1984. - N6. -P. 107-127.