автореферат диссертации по энергетике, 05.14.02, диссертация на тему:Оптимальное управление на системном уровне электропотреблением объектов вспомогательных систем и дополнительных производств предприятий разделительно-сублиматного комплекса атомной отрасли России

На правах рукописи

ЛУКЬЯНЕНКО СЕРГЕЙ ФЕДОРОВИЧ

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ НА СИСТЕМНОМ УРОВНЕ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕМ ОБЪЕКТОВ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ ПРЕДПРИЯТИЙ РАЗДЕЛИТЕЛЬНО-СУБЛИМАТНОГО КОМПЛЕКСА АТОМНОЙ ОТРАСЛИ РОССИИ

05.14.02 - Электрические станции и электроэнергетические системы

3 О МАЯ 2013

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005060481

Красноярск — 2013

005060481

Работа выполнена в Политехническом институте ФГАОУ ВПО "Сибирский федеральный университет", г. Красноярск

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент, Сизганова Евгения Юрьевна.

Официальные оппоненты: Христинич Роман Мирославович, доктор технических наук, профессор, ФГАОУ ВПО «Сибирский Федеральный университет», кафедра «Электротехнология и электротехника», профессор.

Бастрон Андрей Владимирович, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет», кафедра «Электроснабжение сельского хозяйства», доцент.

Ведущая организация: Красноярский филиал ОАО «Электропроект»,

г. Красноярск

Защита состоится "19" июня 2013 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.099.07 при ФГАОУ ВПО "Сибирский федеральный университет" по адресу: г. Красноярск, ул. Ленина, 70, ауд. А-204.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского федерального университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просьба направлять по адресу: 660074, г. Красноярск, ул. Киренского, 26, ПИ СФУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.099.07 Чупак Татьяне Михайловне.

Автореферат разослан "19" мая 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Чупак Татьяна Михайловна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Предприятия разделительно-сублиматного комплекса (РСК) атомной отрасли России применяют в технологическом процессе газоцентрифужную технологию, которая признана самым эффективным из промышленных методов обогащения урана. Однако на сегодняшний день, они столкнулись с тем, что зарубежные участники рынка урановой продукции внедряют в свои производства данную технологию, что, несомненно, приведет к появлению жесткой конкуренции. На передний план выходит эффективность производства, сокращение различных видов издержек, а значит уменьшение себестоимости готовой продукции. Одним из направлений повышения эффективности производств РСК является рациональное использование энергоресурсов.

Сегодня энергоэффективность и энергосбережение являются одним из стратегических направлений приоритетного технологического развития России, основные требования к которым определяет Федеральный закон № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" от 23 ноября 2009 года. Повышение энергоэффективности — это большая макроэкономическая задача, и ожидаемый эффект от её решения зависит не только от сокращения потребления энергоресурсов, но и от запуска новых инновационных процессов, от внедрения передовых технологических решений.

Электрическая нагрузка предприятий РСК делится на потребителей основной технологии (газовые центрифуги) и потребителей вспомогательных систем и дополнительных производств (ВСиДП). Значение электропотребления газовых центрифуг незначительно изменяется во времени и формирует постоянную составляющую общего графика нагрузки. Интерес представляют потребители ВСиДП, на долю которых приходится от 30 до 35% общего расхода электроэнергии, а режимы работы разнообразны и зависят от многих факторов. Именно эти потребители электроэнергии определяют переменную составляющую общего графика нагрузки, характеризующую его значительную неравномерность. Это ведет к перерасходу денежных средств из-за неэффективного потребления электроэнергии в условиях особенностей тарифной политики предприятий РСК.

Снижение электропотребления потребителей ВСиДП предприятий РСК в условиях постоянного роста цен за электроэнергию является актуальной задачей.

Объектом исследования является электропотребление ВСиДП предприятий РСК.

Предметом исследования является статическая и динамическая оптимизация электропотребления ВСиДП предприятий РСК.

Цель работы разработка методики статической и динамической оптимизации электропотребления ВСиДП предприятий РСК атомной отрасли России (на примере ОАО «ПО «Электрохимический завод» (ОАО «ПО «ЭХЗ»)), задействующей системный уровень оперативного и структурного управления.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ системы электроснабжения (СЭС) и современных методов управления электропотреблением предприятий РСК и сформировать базу данных по электропотреблению потребителей ВСиДП.

2. Построить статическую модель, электропотребления объектов ВСиДП, позволяющую определить объекты с нерациональным электропотреблением, получить научно обоснованные нормы расхода электроэнергии, осуществить прогнозирование электропотребления и норм на следующий временной интервал.

3. Реализовать динамическую модель электропотребления для определения потенциала энергосбережения объектов ВСиДП и индекса жизнеспособности объектов, требующих углубленного энергетического обследования.

4. Разработать технические мероприятия для снижения энергопотребления объектов ВСиДП с целью восстановления баланса между крупными и мелкими потребителями.

Методы исследований. Для решения поставленных задач в работе использовались методы теории вероятности и математической статистики, имитационные методы моделирования, градиентные методы многомерной оптимизации и выпуклого анализа.

Научная новизна и основные результаты, выносимые на защиту:

1. Впервые в рамках методики оптимального управления электропотреблением техноценоза на системном уровне рассматривается электропотребление только части нагрузки крупного промышленного предприятия РСК, а именно потребителей ВСиДП ОАО «ПО «ЭХЗ», при этом определено и доказано, что выделенная часть нагрузки по параметру «электропотребление» обладает тех-ноценологическими свойствами и к ней применима статическая и динамическая оптимизация электропотребления на системном уровне.

2. Предложен новый пространственно-технологический принцип формирования объектов ВСиДП, позволяющий корректировать исходную информацию и, тем самым, исключить процедуру верификации базы данных.

3. Разработана методика оптимального управления электропотреблением объектов ВСиДП, включающая статическую и динамическую модель, позволяющая снизить себестоимость готовой продукции, за счет уменьшения энергетической составляющей.

Значение для теории. Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, создают теоретическую основу для распространения методики оптимального по электропотреблению управления системой электроснабжения при решении задач энергосбережения и энергоэффективности на предприятиях РСК атомной отрасли России.

Значение для практики заключается в создании методики оптимального управления электропотреблением объектов ВСиДП на системном уровне предприятий РСК атомной отрасли России, что даёт возможность эффективно расходовать потребляемую электроэнергию, экономить финансовые средства и снижать себестоимость готовой продукции указанных предприятий.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается удовлетворительным совпадением результатов статического и динамического моделирования с фактическими данными электропотребления действующего оборудования ВСиДП ОАО «ПО «ЭХЗ», использованием известных научных положений теории ранговых параметрических распределений, обоснованностью принятых допущений и адекватностью используемой математической модели.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. В соответствии с паспортом специальности 05.14.02- «Электрические станции и

электроэнергетические системы» содержание представленной диссертации соответствует п. 8 «Разработка методов статической и динамической оптимизации для решения задач в электроэнергетике», п. 13 «Разработка методов использования ЭВМ для решения задач в электроэнергетике».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всероссийской молодежной научно-технической конференции "Электроэнергетика глазами молодежи", 2010 г. Екатеринбург; XII, ХИТ Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов, 2011, 2012 г. Нерюнгри; ХП Всероссийской научно-технической конференции «Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города», 2011 г. Красноярск, а также на постоянно действующем семинаре кафедры «Электротехнические комплексы и системы» Политехнического института СФУ.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 10 печатных работах, в том числе 3 статьи в изданиях по перечню ВАК.

Личный вклад. Основные научные результаты и положения, изложенные в диссертации, постановка задач и методология их решения разработаны и получены автором самостоятельно. Общая научная идея, направления исследований были разработаны и реализованы при участии научного руководителя.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит основной текст на 141 е., 29 иллюстраций, 7 таблиц, 6 приложений на 70 е., списка использованных источников из 106 наименований на 11 с.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, изложено краткое содержание работы, определены научная новизна и практическая ценность полученных результатов, а так же апробированность полученных результатов.

В первой главе выполнен анализ системы электроснабжения и управления электропотреблением предприятий РСК.

Отмечено, что электрическая нагрузка предприятий РСК делится на потребителей основной технологии (газовые центрифуги) и потребителей ВСиДП, на долю которых приходится 65% и 35% общего расхода электроэнергии соответственно. Для газовых центрифуг технологический процесс одинаков по интенсивности и режиму работы для каждой смены. Поэтому в работе принято допущение о незначительном изменении нагрузки газовых центрифуг, а значит, распределение параметра «электропотребление» будет подчиняться нормальному закону. Потребители ВС (системы обеспечения общезаводских нужд) и ДП формируют переменную составляющую общего графика нагрузки, поскольку режимы работы их разнообразны и зависят от многих факторов. Кроме этого, разнообразие потребителей ВСиДП, запитанных от электрооборудования 4 уровня СЭС (6,10 кВ) предприятий РСК характеризуется как слабо связанное и слабо взаимодействующее счетное множество, ограниченное в пространстве и времени, имеющее общую конечную цель функционирования, необратимо развивающееся.

В настоящее время управление электропотреблением на предприятиях РСК организуется в виде административных систем руководства. Принятие управленческих решений специалистами и руководителями осуществляется на основе личного опыта без применения современных научно-обоснованных методов управления. В этой ситуации актуально использование системы поддержки принятия решений, в основу которой, заложены научные принципы исследования больших технических систем.

Применение существующих методов управления электропотреблением для промышленных предприятий РСК ограничено жесткими технологическими требованиями. В то же время, энергосбережение, как частный случай управления электропотреблением, имеет возможность корректировать график нагрузки, не затрагивая в значительной степени особенности технологии производства.

Спектр методов нормирования и прогнозирования электропотребления, используемых и предлагаемых в настоящее время достаточно широк. Однако во многих из них потребление электрической энергии рассматривается как детерминированный процесс, анализ которого не учитывает системных свойств инфраструктуры в целом, снижая точность расчетных значений. В данной работе предлагаются методы нормирования и прогнозирования, основанные на кластерном анализе и ципфовой математической статистике.

Таким образом, проведенный анализ позволил сформулировать требования к управлению потреблением электроэнергии (научное определение норм, текущее и перспективное прогнозирование расхода электроэнергии с определением потенциала энергосбережения, выявлением объектов ВСиДП нерационально потребляющих электроэнергию, с целью последующего проведения углубленного энергоаудита) предприятий РСК, из которых вытекают цель и задачи исследований.

Во второй главе приведено обоснование применения техноценологиче-ской теории к оптимизации электропотребления объектов ВСиДП предприятий РСК, а также реализован первый этап методики оптимального управления электропотреблением (рис.1).

Моделирование на основе техноценологических свойств - направление в исследовании действующих предприятий, введенное профессором Б. И. Кудриным, которое положительно зарекомендовало себя как общий подход к анализу сложных технических систем и получило развитие в работах Фуфаева В.В., Прокопчика В .В., Гнатюка В.И., Исаева A.C., Кистенева В.К. и др.

Исследования в области энергосбережения условно разделяются на три уровня. Первый уровень соответствует исследованиям, нацеленным на конкретные технические и технологические разработки, способствующие снижению энергопотребления. На третьем уровне исследований осуществляется стратегическое планирование и прогнозирование в системах электроснабжения. Связующим звеном в представленной классификации является промежуточный (второй) уровень исследований, называемый системным по отношению к первому и третьему. В качестве методологической основы на этом уровне применяется методика оптимального управления электропотреблением техноценозов, основным инструментом которой является ранговый анализ //-распределений.

Задачей оптимизации в диссертационной работе является минимизация потребления электроэнергии объектами ВСиДП путем использования системы

6

процедур оптимального управления с учетом критерия оптимальности, который выражается через целевую функцию (1) и два ограничения (2), (3).

Базаданных по электропотреблению о&ъезсговВСнДЕ!

Первый этап — первична* обработка статистической информации по зл «строп стремлению объектов ВСиДП

Импорт, сортировкам визуализация данных

1

Проверка соответствия критериям //-распределения

*

Построение, аппроксимация ранговых распределений

1

Второй этап — построение статической модели электоопотсебяения

Интервальное оценивание объектовВСцДП

Нет

Прогнозирование алехтропотребпения

1

Нормирование электропотребления

Ж

Третий этап — реализация динамической модели электропотребяени*

Оценка потенциала энергосбережения объектов В СнДП 1

Определение первоочередных объектов ВСиДП дл» энергоаудита

4.

Четвертый этап — выполнение технических мероприятий по __энеогосбеоежению

Рис. 1. Методика оптимального управления электропотреблением объектов ВСиДП

Целевая функция задает максимизацию интегрального показателя эффективности функционирования инфраструктуры, который определяется как отношение интегральных показателей качества 1РК и затрат ¡Р7:

1Р (| ^ (г)с! г-} (г )с! г) -1 г, (г >а г

/р = 7¿Г = ~=------Щйг>отаж' (!)

(¡г1(г)<1г+$г2(г)с1г)-\}г1(г)<1г

0 0 о

где IV, (г) - ранговое распределение объектов ВСиДП по электропотреблению, построенное в результате имитационного моделирования, при условии отсутствия управляющего воздействия, направленного на энергосбережение; (г) -ранговое распределение объектов ВСиДП по электропотреблению, полученное

при наличии управляющего воздействия; Z2 (г) - ранговое распределение объектов ВСиДП по затратам на внедрение энергосберегающих технологий, построенное по результатам моделирования; Z, (г) - ранговое распределение объектов ВСиДП по затратам на оплату за потребленную электроэнергию применительно к варианту без управляющих воздействий.

Первое ограничение позволяет устранить аномальные отклонения эмпирических ранговых распределений по электропотреблению от гладких аппрок-симационных кривых соответствующих распределений. Данное ограничение реализуется процедурами интервального оценивания, прогнозирования и нормирования:

И- , щГк) + ЩЫ, (2)

2 ^ где {Ф(р5)}~'- обратная функция Лапласа, задающая нижнюю и верхнюю границы доверительного интервала; wk - эмпирическое значение электропотребления к-го объекта ВСиДП, получаемое по результатам имитационного моделирования; W(rk) - электропотребление, соответствующее рангу ¿-ого объекта на кривой W(r); ръ - 95%-ная доверительная вероятность; [о*] - эмпирический стандарт распределения Щг) в кластере к-ого объекта ВСиДП.

Второе ограничение заключается в том, что совокупное электропотребление объектов ВСиДП не может быть ниже уровня, достаточного для выполнения задач их основного предназначения:

]w(r)dr>fV'. (3)

О

В диссертационной работе в качестве инфраструктуры рассматривается совокупность вспомогательных систем и дополнительных производств (ВСиДП) ОАО «ПО «ЭХЗ». В структуре ВСиДП функционирует множество подсистем, которые состоят из отдельных элементов (потребителей электрической энергии). Между элементами подсистем имеются связи (механические, электрические, пневматические и т. д.), которые можно описать различными законами физики, электротехники. ВСиДП имеют единую систему управления в лице генерального директора, его аппарата, завязанных в структуру подчиненности; систему всестороннего обеспечения (техническое обслуживание, ремонт, снабжение, подготовка кадров и др.); общую территорию и, соответственно, сходные условия работы. И, наконец, главное - ВСиДП функционируют с общей целью, которую можно определить как всестороннее обеспечение основного технологического процесса и получение наибольшей прибыли от продажи продукции дополнительного производства при снижении затрат на обеспечение этого процесса. К потребителям ВСиДП относятся компрессоры различного технологического назначения, системы вентиляции и водоснабжения, подъемно-транспортное оборудование, системы освещения, производство изотопов различных химических элементов, фтористоводородной кислоты и безводного фтористого водорода, переработка обедненного гексафторида урана.

В настоящей работе впервые предложен новый принцип формирования объектов: 1. Объект - совокупность потребителей одной секции подстанции 10/0,4 или 6/0,4 кВ; 2. Объект - совокупность нескольких потребителей

В

(например, двигателей насосов системы водоохлаждения), объединенных одним технологическим процессом одного подразделения; 3. Объект -совокупность потребителей двух и более секций одной подстанции 10/0,4 или 6/0,4 кВ, имеющих электрические связи на стороне 0,4 кВ; 4. Объект -совокупность потребителей разных подстанций 10/0,4 или 6/0,4 кВ, имеющих электрические связи на стороне 0,4 кВ. Это позволяет группировать потребители ВСиДП в пространственно-технологические кластеры, корректируя исходную информацию по электропотреблению для дальнейшего ее анализа, тем самым повышая достоверность результатов моделирования.

В результате сформирована база данных по электропотреблению за период с 2007 по 2011 г.г., которая содержит информацию о 99 объектах (групп потребителей) ВСиДП, эксплуатируемых на ОАО «ПО «ЭХЗ».

Для применения положений техноценологической теории доказано совместное выполнение двух гипотез: 1) ранговое распределение электропотребления объектов ВСиДП не подчиняется нормальному закону распределения; 2) совокупность данных по электропотреблению объектов ВСиДП является значимо взаимосвязанной.

В ходе исследования построены ранговые параметрические распределение ВСиДП по электропотреблению за 2007-2011 годы, а также структурно-топологическая динамика рангового распределения электропотребления в целом за 60 месяцев (рис. 2).

Рис. 2. Структурно-топологическая динамика рангового распределения электропотребления ВСиДП

Аппроксимация эмпирических распределений по электропотреблению методом наименьших квадратов позволила получить коэффициенты для традиционно сложившейся аналитической зависимости (4), наилучшим образом описывающей совокупность точек, рангового параметрического распределения объектов ВСиДП по параметру электропотребление.

N - номер месяца

60

где IV,(1) - электропотребление объекта ВСиДП с первым рангом, г - ранг объекта; Р(Г) - характеристический ранговый показатель, определяющий степень крутизны кривой и отражающий устойчивость структуры в целом -своеобразную эффективность электропотребления каждого объекта ВСиДП согласно его месту в инфраструктуре.

Анализ полученных коэффициентов (параметров рангового распределения и Р) и характер их изменения во времени (рис. 3) показывают уменьшение обоих, что свидетельствует об уменьшении разницы между электропотреблением крупных и мелких объектов ВСиДП.

Рис. 3. Динамика первой точки 1¥1 и коэффициента Р

Это обусловлено снижением электропотребления крупных (энергоемких) объектов, в результате реализации мероприятий политики энергосбережения на ОАО «ПО «ЭХЗ», реконструкции основного производства в последние годы. Электропотребление мелких объектов ВСиДП изменяется незначительно, а значит, нарушается соотношение электропотребления между крупными и мелкими объектами рассматриваемой части СЭС, что указывает на ухудшение ее стабильности. В данном случае управленческие решения должны касаться в первую очередь мелких объектов, способствуя уменьшению их электропотребления.

В третьей главе реализован второй этап методики оптимального управления электропотреблением, где отражено построение и анализ статической модели электропотребления объектов ВСиДП, в процессе которых осуществляется полномасштабная обработка данных по электропотреблению. Она включает в себя интервальное оценивание, прогнозирование и нормирование электропотребления объектов ВСиДП.

Статическая модель электропотребления объектов ВСиДП описывается следующими уравнениями:

-совокупный параметрический ресурс инфраструктуры по электропотреблению:

Ц^=]щг)йг, (5)

о

- ширина доверительного интервала в одну сторону от аппроксимацион-ной кривой:

д = ф-(,)^[а(де)1 (6)

где а(Дб) - среднеквадратическое отклонение экспериментальных точек от теоретической кривой; <P(t) - функция Лапласа; pd - априорно принимаемая доверительная вероятность;

- прогнозируемое значение электропотребления п-го объекта ноевой касты ВСиДП

t+i / N ^C.+ ZMmaxW+l)'-'} (7)

/=2

где Сi, С, - коэффициенты регрессии /-го члена полинома; max(r) - оптимальная глубина предыстории;

к-го объекта пойнтер- и саранчовой касты ВСиДП

(8)

О ' О '

где W0 и W0k - значение электропотребления для первой точки распределения с учётом и без учёта к-го объекта ВСиДП; Р и pt - соответствующие ранговые коэффициенты с учётом и без учёта ¿-го объекта ВСиДП; суммарное

* = (9)

о "

где Won и рп - прогнозные параметры распределения, определяемые на основе анализа временных рядов;

- критерий формирования кластеров объектов ВСиДП по сходному электропотреблению:

->extr, (10)

где ^^(('',,'^.Ц'',.'^,)) - взвешенное евклидово расстояние между соседними точками рангового распределения по электропотреблению;

- среднее значение нормы для ¿-ой группы объектов:

¡К

— ' гр 1

—(11)

где г3.| и г5 - левая и правая ранговые границы нормируемой группы объектов ВСиДП на распределении; Щ и р - параметры рангового распределения; п3 -количество объектов ВСиДП в 5-ой группе; Щ - эмпирическое значение электропотребления г'-го объекта ВСиДП;

- эмпирический стандарт для .у-ой группы объектов:

(12)

Уравнение (5) определяет совокупный параметрический ресурс инфраструктуры по электропотреблению (рис.2).

В процессе моделирования определены точки эмпирического рангового распределения по электропотреблению объектов ВСиДП, выходящих за пределы гауссового переменного доверительного интервала, построенного относительно

аппромаксимационной кривой распределения, полученной по методу наименьших квадратов. Это достигнуто решением уравнения (6). Точки, выходящие за пределы доверительного интервала, фиксируют объекты рассматриваемой инфраструктуры, нерационально потребляющие электроэнергию.

В результате получен список очередности проведения энергоаудита для

объектов ВСиДП:

- потребляющих электроэнергию аномально мало - 18 объектов;

- потребляющих электроэнергию аномально много - 63 объекта.

Заниженное электропотребление наблюдается, с одной стороны, у энергоемких объектов ВСиДП, относящихся к системам водоснабжения, холодиль-но-компрессорному оборудованию. Это связано с регулированием режимов (снижением) потребления промышленной, деарированной воды, азота и сжатого воздуха в подразделениях в рамках проводимой политики энергосбережения, реструктуризации и реконструкции предприятия в последние годы. С другой стороны, многократное резервирование схем электроснабжения, ликвидация ряда дополнительных производств диктует появление малоиспользуемого и малоэлектронагруженного оборудования.

Завышенное электропотребление наблюдается у значительного количества объектов ВСиДП, относящихся к различным системам обеспечения работы основного оборудования. В данном случае процесс энергоаудита подразумевает экспертную оценку (совместно персоналом служб энергетика, КИПиА, механика, технолога) работы оборудования с целью снижения электропотребления.

Для прогнозирования электропотребления использовались ципфовая математическая статистика и структурно-топологическая динамика ранговых распределений, которые учитывают влияние системных свойств рассматриваемой инфраструктуры на процесс электропотребления отдельных объектов.

Условное деление происходит по значению электропотребления отдельного объекта: ноева каста, состоящая из объектов с наибольшим электропотреблением; пойнтер-касту образуют объекты со средним электропотреблением; саранчовая каста — объекты с малым электропотреблением.

Для прогнозирования временных рядов электропотребления объектами ноевой касты используется уравнение (7), объектами пойнтер- и саранчовой каст (8). Общий прогноз электропотребления рассматриваемого техноценоза в целом осуществляется решением уравнения (9).

Опытным путем определено, что глубина предыстории прогнозирования по статистическим данным электропотребления, позволяющая получить наиболее точные прогнозные значения, - шесть месяцев. Прогнозирование осуществлялось для двенадцати месяцев 2011 года по всем объектам ВСиДП (рис. 4). При сравнении прогнозных и фактических значений электропотребления объектов ВСиДП определена средняя относительная ошибка для каждого месяца 2011 года (табл. 1).

_

х х X X Фактическое значение эогнозное значение

О 20 40 60 80 100

к

Рис. 4. Прогноз электропотребления объектов рассматриваемого техноценоза на декабрь 2011 года

Таблица 1

Средняя относительная ошибка общего прогноза (2011 г.) __

Номер месяца 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

Е,% -5 -4,5 3,8 1,5 -3,5 3,5 2,2 -1,6 3,7 4 1,3 -0,44

В данном случае модель отражает значительное совпадение для большинства объектов рассматриваемой инфраструктуры. Наибольшую ошибку дает прогноз для первой точки и трех-четырех последних, что увеличивает значение средней ошибки. Стоит отметить, что объекты соответствующие 1, 96, 97, 98, 99 рангам всегда лежат ниже (выше) доверительного интервала. Поэтому следует предположить, что в случае проведения комплекса технических мероприятий по результатам целенаправленного энергоаудита, точки попадут в доверительный интервал, и это снизит ошибку прогнозирования.

В основе нормирования электропотребления рассматриваемой инфраструктуры лежит кластер-анализ, по результатам которого объекты ВСиДП разбиты на 20 кластеров по «сходному» электропотреблению, при этом использовался критерий, выраженный уравнением (10). В результате получены нормы электропотребления (среднее и стандарт) для каждого объекта ВСиДП (рис. 5), которые эффективны только для исследуемой инфраструктуры и не применимы для другой. При этом задействованы уравнения (11) и (12). Значения норм и стандартов за шесть последних месяцев в базе данных (с июля по декабрь 2011 года), позволили спрогнозировать их значения на следующий временной интервал, используя экстраполяцию аналогично методике прогнозирования, представленной выше уравнениями (7), (8), (9).

В любом случае нормы необходимо уточнять ежемесячно, одновременно с изменением базы данных по электропотреблению, что позволит устанавливать для объектов ВСиДП научно обоснованные ежемесячные нормы расходования электроэнергии и как следствие, стимулировать энергосбережение и снижать затраты на оплату электроэнергии.

0,2

0.1

о

Рис. 5. Статическое описание норм кластеров рассматриваемой инфраструктуры по электропотреблению за январь 2007 года (фрагмент)

В четвертой главе реализованы третий и четвертый этапы методики оптимального управления электропотреблением инфраструктуры. Создана динамическая модель процесса электропотребления объектов ВСиДП ОАО «ПО «ЭХЗ», с помощью, которой устранены недостатки статической модели, а именно, малый период прогнозирования и невозможность сравнения вариантов управления электропотреблением. Предложены технические мероприятия по энергосбережению для объектов ВСиДП с завышенным электропотреблением.

Динамический характер модели придает развитая система входных параметров, корректировка которых осуществляется дополнением исходной базы данных модели, реализованной на предыдущих временных шагах, данными по изменению условий функционирования объектов ВСиДП, а также данными по электропотреблению объектов на следующий временной шаг.

В ходе моделирования процесса электропотребления объектов ВСиДП преобразующие функции, выраженные уравнениями (13) и (14), используются следующим образом: если на объект ВСиДП оказывалось управляющее воздействие, направленное на внедрение энергосберегающих технологий, то использовался закон Вейбулла-Гнеденко

+а„,(фДт1, аД)-1), (13)

в противном случае использовался нормальный закон

+а„.ф„ (г|, /я,, сг,), (14)

где ч> — реализуемое в модели значение электропотребления объекта ВСиДП; т„, а„ - математическое ожидание (среднее) и среднее квадратичное отклонение (стандарт) электропотребления, получаемые для объектов ВСиДП в ходе процедур нормирования прогнозирования; <рДг|, аД) - преобразующая функция Вейбулла-Гнеденко с параметрами а и X; г| - случайное число от 0 до 1, генерируемое датчиком случайных чисел; ср„ (-л./я^сг,) - преобразующая функция нормального распределения с параметрами (т0 ст,).

ГВтч

1 — Эмпирические тозд ■ИМ 1......................1..................................._1. ........................ _

Среднее кормы

1 |

11 з ! _.Стандарт нормы

1

II

20 40 60 —'80 100

Параметр распределения а зависит от амплитуды управляющего воздействия:

Л = у„(С/), _ (15)

где А - вектор параметров а объектов ВСиДП; U - вектор функций амплитуд управляющих воздействий, направленных на энергосбережение.

Параметр распределения А. определяет «ширину зоны принятия решений» на реализацию мероприятий по энергосбережению и зависит от степени свободы системы управления по реализации воздействий, направленных на энергосбережение:

Л = у,(Г), (16)

где Л - вектор параметров X; V - вектор функций, характеризующих степень свободы подсистем управления объектов ВСиДП по принятию решений на внедрение энергосберегающих технологий.

Зависимость векторов А и Л от векторов U и V осуществляется через ожидаемую полезность выполнения мероприятий по энергосбережению:

A,A=P(Ü,V,D,f), (17)

где Р — функционал ожидаемой полезности, определенный на гиперпространстве (U, V, D, Т); D — пространство состояний, определяющее финансовую политику объектов ВСиДП по стимулированию процесса энергосбережения; Т — пространство состояний, определяющее тарифную политику на рынке электроэнергии.

При фиксированных областях в пространствах D и Г применительно к объекту ВСиДП с рангом г для определенной транзакции квазипараллельного алгоритма модели определяется интегральная функция полезности:

д" (и, v) = J | р(ы, v) р(и, v)d и d v, (18)

о о

где р' (z/,v) - ожидаемая полезность управляющего воздействия для объекта

ВСиДП с рангом г в условиях заданного варианта финансовой и тарифной политики по стимулированию энергосбережения; p(u,v) - функция полезности, соответствующая значениям функций и и v; p{u,v) - функция вероятности, оценивающая реализацию значений unv.

Оптимизационные процедуры связаны с моделированием процесса электропотребления рассматриваемой инфраструктуры, которое осуществляется имитационными методами с использованием транзактного способа организации квазипараллелизма (рис. 6). Процесс функционирования объектов ВСиДП моделируется агрегатным методом. Оптимизационные процедуры в рамках модели реализуются с использованием градиентных методов многомерной оптимизации и выпуклого анализа. Многомерная оптимизация дополняется эффективными процедурами одномерного поиска.

ПП старта модели

ПН сдвига времени

ПП задания вариантов

ПП останова;

ПП шжска

ПП <Щ€НКЯ критерия

ПП сёстужнвання транзактсв

О&ласть деж твия ШЗсканжрсвааня кствч внков транзакг®Е

Область действия 1Ш*мкжжжвання транзакгш

и, V, д г

р1'(и,у% Р

тр

А, А,*

□г:

1Р*, щ

Область зежтеея 1Ж1 сканнр<жанжя шяпвш! трашакта®

Рис. 6. Схема модели процесса электропотребления объектов ВСиДП при транзактном способе имитации (ПП - подпрограммы)

По результатам модельной реализации преобразующих функций (13) и (14) определен потенциал энергосбережения объектов ВСиДП ОАО «ПО «ЭХЗ» (рис. 7):

(19)

ЭД1, ГВтч

Элекгропотребление объектов ВСиДП при отсутствии мероприятий по энергосбережению

Электропотребленне объектов ' ВСиДП при условиях проведеши мероприятий по энергосбережению

" 20 40 60 80 К

Рис. 7. Оценка потенциала энергосбережения объектов ВСиДП на 2012 год

Как показало моделирование (рис. 8), внедрение на объектах ВСиДП методологии оптимального управления электропотреблением позволит в ближайшие пять лет снизить электропотребление на 61086,197 МВт-ч и сэкономить значительные денежные средства (с учетом постоянного роста цен на электроэнергию) за счет организационных и технических мероприятий с быстрым сроком окупаемости. Данная величина составляет 28,8% от электропотребления ВСиДП и 6,2% от электропотребления всего предприятия.

По результа- \у, ГВтч

там моделирования /

определен показатель эффективности 200 -функционирования объектов ВСиДП в 150 условиях статической и динамической оптимизации зд электропотребления

при отсутствии за- ......2012 20В 2014 2015 2016

трат на внедрение Годы

данной методики:

IP = 0 29 Рис- Результаты реализации динамической модели

Процедура интервального оценивания выявила объекты ВСиДП, нерационально потребляющие электроэнергию. Таковых оказалось 81,8% от общего числа, поэтому проведено дополнительное исследование с целью определения объектов, энергоаудит которых является первоочередной задачей. Для этого проведена оценка жизнеспособности объектов ВСиДП.

Индекс жизнеспособности - угол £2, который отражает динамику изменения доли электропотребления каждого объекта ВСиДП в общем электропотреблении инфраструктуры (рис. 9) и определяется уравнением:

П = arctg (а), (20)

где а - коэффициент регрессии в уравнении тренда У= аХ + Ъ временного ряда относительного электропотребления объекта (полученный по МНК).

Электропотребление. %

ЭмПИр! • • / ™ Тренд #

у •* • • • • _ ..........•....................ч........... » . \ ' ' _ --1—

• * ,<,. .............•<

• • • Индекс ж объекта изнеспособности

15

10

20

40 60

Номер месяца

Рис. 9. Макроиндикатор, отражающий динамику электропотребления объекта №22

Объекты ВСиДП ОАО «ПО «ЭХЗ», требующие первоочередного углубленного энергетического обследования, имеющие наибольшее значение индекса жизнеспособности:

номер объекта 3 16 22 31 34 46 индекс жизнеспособности 1,78 4,48 1,72 2,5 1,72 1,77 В завершении работы реализован четвертый этап методики оптимального управления - предложены технические мероприятия по энергосбережению для объектов ВСиДП с завышенным электропотреблением. В частности, для объекта № 3, основная нагрузка которого состоит из сетей освещения необходимо заменить люминесцентные и дуговые ртутные лампы энергосберегающими и светодиодными соответственно. Электроэнергетическая эффективность ламп различна, что делает целесообразной замену одних типов ламп на другие. Применение энергоэффективных светильников новых конструкций снижает электропотребление, а энергоэффективность определяется по формуле:

дГ = (РС1-Р1Ю>)г. (21)

где Рст — мощность старых энергоемких ламп; Рнов — мощность новых энергосберегающих ламп; т—число часов использования осветительной нагрузки.

Результаты расчетов представлены в таблице 2.

Таблица 2

Экономический эффект от замены ламп в сетях освещения объекта №3

-------Тип Характеристики " лдц Энергосберегающие ДРЛ Светодиодные

Номинальная мощность, Вт 40 15 700 86

Количество, шт. 55 55 250 250

Число часов использования осветительной нагрузки в месяц, час 168 168 403 403

Потребляемая электроэнергия, кВтч/мес. 369,6 138,6 70525 8664,5

Экономический эффект, руб/мес. 577,5 154651,3

Затраты, тыс.руб. 11 2000

Окупаемость, мес. 19 12,9

Таким образом, замена ламп позволит снизить электропотребление объекта №3 на 62,1 МВт-ч в месяц, тем самым корректируя форму рангового распределения, увеличивая устойчивость всей инфраструктуры.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Анализ СЭС предприятий РСК показал, что наибольший интерес с точки зрения энергосбережения представляют потребители ВСиДП, формирующие переменную составляющую графика нагрузки, на долю которых приходится от 30 до 35% общего расхода электроэнергии, а режимы их работы разнообразны и зависят от многих факторов.

2. В результате проведенного анализа современных методов управления электропотреблением установлено, что для промышленных предприятий РСК управление электропотреблением традиционными методами ограничено жесткими технологическими требованиями. Энергосбережение, как частный случай управления электропотреблением, имеет возможность выравнивать график нагрузки, с учетом технологических особенностей производства.

3. Предложенный принцип формирования объектов ВСиДП дает возможность объединить потребителей в пространственно-технологические кластеры,

корректируя этим исходную информацию по электропотреблению для дальнейшего анализа, что позволяет исключить процедуру верификации базы данных и повышает достоверность результатов моделирования.

4. Разработана методика оптимального управления электропотреблением объектов ВСиДП, включающая статическую и динамическую модель, позволяющая снизить себестоимость готовой продукции за счет снижения энергетической составляющей.

5. Получена статическая модель электропотребления ВСиДП, которая позволила определить 81 объект (81,8% от общего числа объектов), нерационально потребляющий электроэнергию и требующий проведения углубленного энергоаудита; научно обоснованные нормы расхода электроэнергии; прогнозные значения электропотребления и норм на следующий временной интервал отдельными объектами и всей инфраструктурой в целом. При этом средняя ошибка общего прогноза не превышает 5%.

6. Реализация динамической модели электропотребления ВСиДП дает возможность получить прогнозные значения электропотребления объектов на среднесрочную перспективу пять лет с учетом применения организационных и технических мероприятий по энергосбережению, на основании которых определен потенциал энергосбережения объектов в размере 61086,197 МВтч. Данная величина составляет 28,8% от электропотребления ВСиДП и 6,2% от электропотребления предприятия в целом.

7. На основе анализа динамики изменения доли электропотребления каждого объекта ВСиДП в общем электропотреблении инфраструктуры определены шесть объектов, энергоаудит которых является первоочередной задачей для выделенного сегмента нагрузки.

8. Выделены основные потребители ВСиДП, для которых обоснованы технические мероприятия по энергосбережению. Целенаправленное комплексное применение технических мероприятий по энергосбережению в сочетании с процедурами интервального оценивания, прогнозирования и нормирования позволяет снизить электропотребление множества мелких объектов ВСиДП. Это приближает форму ранговых распределений к идеальной, что приводит к равномерному распределению электроэнергии между совокупностью крупных и мелких потребителей, и, как следствие, увеличивает устойчивость всей инфраструктуры объектов ВСиДП, а также снижает ошибку прогнозирования.

РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, определенных ВАК:

1. Лукьяненко С. Ф. О возможности внедрения методики оптимального управления электропотреблением техноценоза в электрохозяйство предприятий разделительно-сублиматного комплекса атомной отрасли России / Е. Ю. Сизга-нова, С. Ф. Лукьяненко // «Энергосбережение и водоподготовка» №1, —2012 г. С. - 58-60.

2. Лукьяненко С. Ф. Системные исследования статической модели электропотребления объектов вспомогательных систем и дополнительных производств ОАО «ПО «ЭХЗ» / Е. Ю. Сизганова, С. Ф. Лукьяненко // «Энергосбережение и водоподготовка» №5, - 2012 г. С. - 66-68.

3. Лукьяненко С. Ф. Реализация динамической модели электропотребления

19

ОАО «ПО «ЭХЗ» / Е. Ю. Сизганова, С. Ф. Лукьяненко // «Энергосбережение и водоподготовка» №2, - 2013 г. С. - 72-74. В других изданиях:

4. Лукьяненко С. Ф. Техноценологический подход в вопросе оптимального управления электропотреблением / Е. Ю. Сизганова, С. Ф. Лукьяненко // Электроэнергетика глазами молодежи: Труды всероссийской науч. тех. конф. / Под общей редакцией П. И. Бартоломея. - Екатеринбург: Изд-во УрФУ, 2010 г. С.-295-299.

5. Лукьяненко С. Ф. Ранговый анализ как метод исследования больших технических систем особого ценологического типа / Е. Ю. Сизганова, С. Ф. Лукьяненко // Электроэнергетика глазами молодежи: Труды всероссийской науч. тех. конф. / Под общей редакцией П. И. Бартоломея. - Екатеринбург: Изд-во УрФУ, 2010 г. С. -278-281.

6. Лукьяненко С. Ф. Что препятствует энергосбережению на промышленных предприятиях разделительно-сублиматного комплекса атомной отрасли России / Е. Ю. Сизганова, С. Ф. Лукьяненко // Материалы 12 всероссийской науч. пр. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов. - Нерюнгри: Изд-во СВФУ, 2011 г. С.-149-151.

7. Лукьяненко С. Ф. Внедрение энергоменеджмента на промышленных предприятиях разделительно-сублиматного комплекса атомной отрасли России / Е. Ю. Сизганова, С. Ф. Лукьяненко // Материалы 12 всероссийской науч. пр. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов. - Нерюнгри: Изд-во СВФУ, 2011 г. С.- 152-153.

8. Лукьяненко С. Ф. Ценологический подход к нормированию электропотребления промышленных предприятий / Е. Ю. Сизганова, С. Ф. Лукьяненко // Материалы 13 всероссийской науч. пр. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов. - Нерюнгри: Изд-во СВФУ, 2012 г. С. - 279-281.

9. Лукьяненко С. Ф. Оптимальное управление электропотреблением / Е. Ю. Сизганова, С. Ф. Лукьяненко // Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города: материалы 12 всероссийской науч. пр. конф. / Под общей редакцией В. И. Пантелеева. - Красноярск: МВДЦ «Сибирь», 2011 г. С. - 131-132.

10. Лукьяненко С. Ф. Ценологический подход к прогнозированию электропотребления промышленных предприятий / Е. Ю. Сизганова, С. Ф. Лукьяненко // Энергоэффективность систем жизнеобеспечения города: материалы 12 всероссийской науч. пр. конф. / Под общей редакцией В. И. Пантелеева. - Красноярск: МВДЦ «Сибирь», 2011 г. С. - 142-145.

Подписано в печать 14.05.2013. Печать плоская Формат 60x84/16 Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,2 Тираж 120 экз. Заказ № 1916

Отпечатано полиграфическим центром Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 82а, тел.: +7(391) 206-26-49, 206-26-67 E-mail: print_sfu@mail.ru

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

п£?Гл "Я951 5

На правах рукописи

Лукьяненко Сергей Федорович

ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ НА СИСТЕМНОМ УРОВНЕ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕМ ОБЪЕКТОВ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ ПРЕДПРИЯТИЙ РАЗДЕЛИТЕЛЬНО-СУБЛИМАТНОГО КОМПЛЕКСА АТОМНОЙ

ОТРАСЛИ РОССИИ

Специальность 05.14.02 - Электрические станции и электроэнергетические

системы

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук

доцент Е.Ю. Сизганова

Красноярск 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................................5

1. АНАЛИЗ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЕМ ПРЕДПРИЯТИЙ РАЗДЕЛИТЕЛЬНО-СУБЛИМАТНОГО КОМПЛЕКСА.....................................................................14

1.1. Система электроснабжения потребителей разделительно-сублиматного комплекса...............................................................................................................14

1.2. Анализ системы управления электропотреблением потребителей ОАО «ПО «ЭХЗ».............................................................................................................17

1.3. Анализ современных методов управления электропотреблением.......24

1.3.1. Энергоменеджмент и энергоаудит промышленных предприятий.......27

1.3.2. Анализ методов нормирования и прогнозирования электропотребления промышленных предприятий............................................................36

1.4. Требования к управлению электропотреблением при работе на рынке электрической энергии и мощности и задачи исследования.....................46

Выводы по главе....................................................................................................49

2. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ ...........................................................................................................................51

2.1. Методология оптимального управления электропотреблением техноценозов..........................................................................................................51

2.2. Первичная обработка статистических данных по электропотреблению потребителей ВСиДП.....................................................................63

2.3. Проверка данных по электропотреблению на соответствие критериям Я-распределения....................................................................................................68

2.4. Аппроксимация гиперболических //-распределений..............................72

2.5. Анализ показателей ранговых параметрических распределений по электропотреблению объектов ВСиДП..............................................................78

Выводы по главе....................................................................................................83

3. СИСТЕМНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СТАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ ОАО «ПО «ЭХЗ»..................................84

3.1. Интервальное оценивание процесса электропотребления объектов ВСиДП ОАО «ПО «ЭХЗ»....................................................................................86

3.2. Прогнозирование электропотребления объектов ВСиДП ОАО «ПО «ЭХЗ» на следующий временной интервал........................................................92

3.2.1. Прогнозирование электропотребления объектами ноевой касты..........96

3.2.2. Прогнозирование электропотребления объектами пойнтер- и саранчовой каст............................................................................97

3.2.3. Прогноз электропотребления рассматриваемого техноценоза в целом ................................................................................................97

3.3. Нормирование электропотребления объектов ВСиДП ОАО «ПО «ЭХЗ» ...............................................................................................................................100

3.3.1. Нормирование электропотребления объектов ВСиДП в кластерах.... 103

3.3.2. Определение прогнозированных норм для объектов ВСиДП..............104

Выводы по главе..................................................................................................105

4. РЕАЛИЗАЦИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОПОТРЕБЛЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ ОАО «ПО «ЭХЗ».........................................................107

4.1 Динамическое моделирование процесса электропотребления объектов ВСиДП......................................................................................110

4.2. Оценка потенциала энергосбережения объектов ВСиДП.......................115

4.3. Определение первоочередных объектов ВСиДП для углубленного энергетического обследования..........................................................................125

4.4. Оценка адекватности работы динамической адаптивной модели электропотребления объектов ВСиДП..............................................................128

4.5. Внедрение технических мероприятий по энергосбережению в

электротехнический комплекс ВСиДП.............................................................129

Выводы по главе..................................................................................................139

Основные выводы по работе.............................................................................140

Список литературы.............................................................................................142

Приложения.........................................................................................................153

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день энергоемкость российской продукции в 3-И раза выше, чем в развитых европейских странах и США, и в 7 раз выше, чем в Японии (рисунок 1).

Рисунок 1 - Энергоемкость промышленного производства

Примечательно, что здесь мы контрастируем и с некоторыми бывшими республиками СССР, ныне независимыми государствами. Примером может служить Литва, где за последние десять лет отмечается рост промышленного производства при почти неизменном уровне потребления электроэнергии. Думается, ситуация не изменится, если мы не пойдем по пути, пройденному США, Германией, Японией и другими странами с начала энергетического кризиса 70-х годов XX века, когда на практике стали использоваться методы исследования и оптимизации больших электроэнергетических комплексов и систем [63].

Начало процессу формирования принципов и механизмов государственной политики в области энергосбережения РФ было положено выходом в свет постановления Правительства Российской Федерации «О неотложных мерах по энергосбережению в области добычи, производства, транспортировки и использования нефти, газа и нефтепродуктов» (№ 371 от 01.06.92 г.) [1] и одобрением в этом же году Правительством РФ Концепции энергетической политики России. В апреле 1996 г. был принят Федеральный закон № 28-ФЗ «Об энергосбережении» [2], в котором заложены принципы надзора за эффективным использованием энергетических ресурсов, организации контроля и учета расхода электроэнергии, проведение энергетических обследований. Документами определен ряд мер, направленных на заинтересованность потребителей в эффективном энергоиспользовании. Так, если уменьшение объема энергии, предусмотренного договором с энергоснабжающей организацией, достигнуто оптимизацией энергопотребления, то промышленным предприятиям предоставляются льготы на энергоиспользование.

Новый Федеральный закон № 261-ФЗ "Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации" от 23 ноября 2009 [3] года определяет основные требования к энергетической эффективности предприятий, организаций, в том числе бюджетных и осуществляющих регулируемые виды деятельности, требования в отношении отдельных видов товаров и оборудования, зданий, в том числе многоквартирных домов, определяет условия энергосервисных контрактов, правила создания и функционирования саморегулируемых организаций эпергоаудиторов, вводит штрафы за невыполнение отдельных требований и нормативов энергоэффективности.

Распоряжение Правительства РФ от 01.12.2009 N 1830-р "Об утверждении плана мероприятий по энергосбережению и повышению

энергетической эффективности в Российской Федерации" определяет перечень мероприятий, нормативных актов, принимаемых министерствами и ведомствами, а также сроки принятия данных актов во исполнение ФЗ-261 "Об энергосбережении..." [4].

Сегодня энергоэффективность и энергосбережение являются одним из официально декларируемых стратегических направлений приоритетного технологического развития России.

Среди основных проблем, обозначенных на расширенном заседании президиума Госсовета 2 июля 2009 года в Архангельске, — низкая энергоэффективность во всех сферах, особенно в бюджетном секторе, ЖКХ, влияние цен энергоносителей на себестоимость продукции и ее конкурентоспособность. Уместно процитировать высказывание президента РФ Дмитрия Медведева: «Энергоэффективиость - настолько злободневная и в то же время тяжёлая для нас тема, что практически все направления работы по этой теме следует признать весьма и весьма необходимыми. И что бы мы пи взяли, повсюду у нас очень серьёзное отставание. В какой-то степени, на мой взгляд, этому отставанию способствовали не только иаши трудности 90-х годов или даже более раннего периода, но и наше мышление, потому что мы никогда не экономили электроэнергию. Мы считали себя энергетически самодостаточными. Мы - действительно самая крупная энергетическая страна. Но это не значит, что мы должны жечь наши энергозапасы без всякого ума. Ещё много лет назад было сказано, что делать с отдельными энергетическими продуктами и почему нельзя топить нефтью. Но мы, к сожалению, продолжаем топить нефтыо, в прямом и в переносном смысле этого слова обогревая нашу планету. Мы смотрим на то, как развиваются другие страны. Уже, вы знаете отлично, проектируются специальные здания с нулевым энергопотреблением, где достигнут баланс между энергопотреблением и энергоотдачей. В интересах любого собственника переоборудовать объекты в соответствии с требованиями энергоснабжения и,

естественно, конструировать и строить новые объекты уже на принципиально иной технологической базе. Но пока наши собственники этим заниматься либо не могут, либо не хотят. Энергоэффективпостыо только-только начинали заниматься в предкризисный период. А сейчас из-за дефицита финансов, естественно, такая работа у многих остановилась. Но думаю, что вполне будет корректной такая постановка вопроса, когда антикризисная помощь нашему реальному сектору, нашим промышленным предприятиям будет оказываться только в случае, если у них есть свой план по снижению энергетических издержек. Иначе мы будем и дальше поощрять бесхозяйственность. Повышение энергоэффективности - это большая макроэкономическая задача, и ожидаемый эффект от её решения зависит не только от сокращения потребления энергоресурсов, но и от запуска новых инновационных процессов, от внедрения передовых технологических решений» [5].

Одна из важнейших стратегических задач страны, поставленной президентом (Указ № 889 от 4 июня 2008 года «О некоторых мерах по повышению энергетической и экологической эффективности российской экономики») — снижение энергоемкости отечественной экономики на 40% к 2020 году. Для ее реализации необходимо создание совершенной системы управления энергопотреблением.

На сегодняшний день, особенно в условиях экономического кризиса в России, оптимальное управление электропотреблением предприятий промышленного сектора имеет приоритетное значение. От количественных показателей производства, распределения и потребления электроэнергии, заложенных еще в шестидесятые годы двадцатого века, необходимо переходить к качественным показателям, внедряя в производственную сферу энергетики научные теории исследований сложных развивающихся технических систем.

Это даст возможность промышленным предприятиям и организациям

извлекать из процесса энергосбережения новые ресурсы экономии и дополнительные конкурентные преимущества, создаст предпосылки оптимального расходования средств за потребляемую электроэнергию.

В частности, предприятия разделительно-сублиматного комплекса (РСК) атомной отрасли России на сегодняшний день, столкнулись с тем, что зарубежные участники рынка урановой продукции (такие компании как игепсо и АКЕУА) внедряют и развивают у себя газоцентрифужную технологию, что, несомненно, приведет к появлению жесткой конкуренции. Согласно планам игепсо и АЯБУА, в ближайшие 10 лет ожидается прирост газоцентрифужных мощностей почти в три раза. Одновременно планируется закрыть менее эффективные газодиффузионные мощности. Поэтому для Российских предприятий РСК па передний план выходит эффективность производства, сокращение различных видов издержек, а значит уменьшение себестоимости готовой продукции.

Одним из направлений повышения эффективности производств РСК является рациональное использование эиергоресурсов.

Электрическая нагрузка предприятий РСК делится на потребителей основной технологии (газовые центрифуги) и потребителей вспомогательных систем и дополнительных производств (ВСиДП). Значение электропотребления газовых центрифуг незначительно изменяется во времени и формирует постоянную составляющую общего графика нагрузки. Интерес представляют потребители ВСиДП, режимы работы которых, разнообразны и зависят от многих факторов. Именно эти потребители электроэнергии определяют переменную составляющую общего графика нагрузки, которая характеризует его значительную неравномерность. Это ведет к перерасходу денежных средств за потребляемую электроэнергию в условиях современной тарифной политики предприятий РСК.

Снижение электропотребления потребителей ВСиДП предприятий РСК в условиях постоянного роста цен за электроэнергию является актуальной задачей.

Целью работы является разработка методики статической и динамической оптимизации электропотребления ВСиДП предприятий РСК атомной отрасли России (на примере ОАО «ПО «Электрохимический завод» (ОАО «ПО «ЭХЗ»)), задействующей системный уровень оперативного и структурного управления.

Для достижения поставленной цели в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

1. Анализ системы электроснабжения (СЭС) и современных методов управления электропотреблением предприятий РСК и формирование базы данных по электропотреблению потребителей ВСиДП.

2. Построение статической модели электропотребления объектов ВСиДП, позволяющей определить объекты с нерациональным электропотреблением, получить научно обоснованные нормы расхода электроэнергии, осуществить прогнозирование электропотребления и норм на следующий временной интервал.

3. Реализация динамической модели электропотребления для определения потенциала энергосбережения объектов ВСиДП и индекса жизнеспособности объектов, требующих углубленного энергетического обследования.

4. Разработка технических мероприятий для снижения энергопотребления объектов ВСиДП с целью восстановления баланса между крупными и мелкими потребителями.

Научная новизна и основные результаты, выносимые на защиту:

1. Впервые в рамках методики оптимального управления электропотреблением техноценоза на системном уровне рассматривается электропотребление только части нагрузки крупного промышленного

предприятия РСК, а именно потребителей ВСиДП ОАО «ПО «ЭХЗ», при этом определено и доказано, что выделенная часть нагрузки по параметру «электропотребление» обладает техноценологическими свойствами и к ней применима статическая и динамическая оптимизация электропотребления на системном уровне.

2. Предложен новый пространственно-технологический принцип формирования объектов ВСиДП, позволяющий корректировать исходную информацию и, тем самым, исключить процедуру верификации базы данных.

3. Разработана методика оптимального управления электропотреблением объектов ВСиДП, включающая статическую и динамическую модель, позволяющая снизить себестоимость готовой продукции, за счет уменьшения энергетической составляющей.

Результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, создают теоретическую основу для распространения методики оптимального по электропотреблению управления системой электроснабжения при решении задач энергосбережения и энергоэффективности на предприятиях РСК атомной отрасли России.

Значение для практики заключается в создании методики оптимального управления электропотреблением объектов ВСиДП на системном уровне предприятий РСК атомной отрасли России, что даёт возможность эффективно расходовать потребляемую электроэнергию, экономить финансовые средства и снижать себестоимость готовой продукции указанных предприятий.

Для решения поставленных задач в работе использовались методы теории вероятности и математической статистики, имитационные методы моделирования, градиентные методы многомерной оптимизации и выпуклого анализа.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждается удовлетворительным совпадением результатов статического и динамического

моделирования с фактическими данными электропотребления действующего оборудования ВСиДП ОАО «ПО «ЭХЗ», использованием известных научных положений теории ранговых параметрических распределений, обоснованностью принятых допущений и адекватностью используемой математической модели.

Основные научные результаты и