автореферат диссертации по энергетике, 05.14.04, диссертация на тему:Разработка методологии анализа топливосбережения в производственно-отопительных котельных на основе системы многофакторных показателей

На правах рукописи

БАРДЫКИН ЮРИЙ НИКОЛАЕВИЧ

□034Э1В23

РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ АНАЛИЗА ТОПЛИВОСБЕРЕЖЕНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕННО-ОТОПИТЕЛЬНЫХ КОТЕЛЬНЫХ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ МНОГОФАКТОРНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

Специальность 05.14.04 - Промышленная теплоэнергетика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 1 ФЕ9 2010

Москва-2010

003491623

Работа выполнена в Проектно-конструкторско-технологическом бюро по нормированию материально-технических ресурсов - филиале ОАО «Российские железные дороги»

Научный руководитель:

кандидат технических наук Рожицкий Дмитрий Борисович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Котельников Александр Владимирович

кандидат технических наук, доиент Верес Александр Александрович

Ведущая организация - Открытое акционерное общество «Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте (ОАО «НИИАС»)

диссертационного совета Д 212.137.01 в Московском государственном открытом университете по адресу: 107996, Москва, ул. Павла Корчагина, д.22, МГОУ, ауд.ЗЧг.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного открытого университета.

Автореферат разослан 27 Ян4лрХ2010 г.

Защита состоится «2.» марта 2010 года в 15 ч 00 мин на заседании

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В 2003 г. распоряжением Правительства Российской Федерации была утверждена «Энергетическая стратегия России на период до 2020 г.», одной из приоритетных задач которой является переход экономики страны на энергосберегающий путь развития. Суровые климатические условия в России предопределяют теплоснабжение как наиболее социально значимый и в то же время наиболее топливоемкий сектор экономики: в нем потребляется примерно 40% топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), используемых в стране, а более половины этих ресурсов приходится на коммунально-бытовой сектор. В настоящее время в стране насчитывается 68 тысяч коммунальных котельных, которые производят около 600 млн. Гкал тепловой энергии в год. Значительные резервы экономии ТЭР имеются на энергообъектах малой энергетики (с установленной мощностью менее 20 Гкал/ч), обеспечивающих тепловой энергией производственных и коммунально-бытовых потребителей в различных отраслях экономики (транспорте, текстильной и легкой промышленности, сельском хозяйстве и др.). Около 28% всей генерации энергии производится децентрализованными источниками, в том числе 18% -автономными и индивидуальными источниками.

Среди особенностей современной политики государства, проводимой в области повышения энергетической эффективности производства, можно выделить два аспекта:

1) реализация потенциала технологического энергосбережения;

2) совершенствование нормативной базы энергосбережения.

Технические средства систем теплообеспечения отличаются

значительной степенью физического и морального износа: около 50% объектов коммунального теплоснабжения требуют замены, не менее 15% находятся в аварийном состоянии, 82% общей протяженности тепловых сетей требуют капитального ремонта. Общий потенциал экономии

энергоресурсов для котлоагрегатов малой производительности оценивается в 45-50 млн. т топлива в условном исчислении в год. Технически возможно увеличение эксплуатационных КПД котлов в сельской местности на 30-40%, в городах на 25% и для индивидуальных установок - на 20%.

В современных условиях возрастает потребность в комплексной оценке эффективности эксплуатирующихся источников генерации тепловой энергии, и прогнозировании ее изменения на верхних уровнях планирования (отраслевом или корпоративном) под влиянием структурных, эксплуатационных, временных и др. факторов. Значительный вклад в разработку указанной проблемы внесли Г.Л. Багиев, Г.Я. Вагин, Г.Л. Госпитальник, И.В. Гофман, Н.М. Завадский, А.Н. Златопольский, Л.К. Кистьянц, Б.Н. Минаев, А.Н. Поплавский, С.Л. Прузнер, Д.Б. Рожицкий, А.Х. Сальников, Л.Ф. Федоров, Л.А. Шевченко, Е.М. Юдаева и многие другие.

Цели и задачи исследования. Целями диссертационной работы являются:

формирование системы показателей, полученных на основе принятых форм отчетности и результатов проводимого на корпоративном (отраслевом) уровне мониторинга, позволяющих оценить состояние и особенности эксплуатации устройств теплообеспечения;

установление связи данных показателей с нормативным удельным расходом топлива при генерации тепловой энергии;

проведение факторного анализа процесса топливопотребления. Для достижения указанных целей необходимо решить следующие задачи:

сформировать систему показателей, наиболее полно отражающих текущее состояние объектов теплообеспечения;

разработать методику расчета нормативного удельного расхода топлива котельными установками, в которой сформированные показатели рассматриваются в качестве нормообразующих факторов;

построить математическую модель процесса топливопотребления при генерации тепловой энергии на основе разработанной системы показателей;

выбрать метод факторного анализа и провести оценку влияния каждого из показателей системы на норму удельного расхода топлива.

В качестве методов исследования используется математический аппарат теории аналитических функций, метод линеаризации при построении математической модели реальных процессов.

Объектом исследований является совокупность теплогенерируюших установок систем теплоснабжения отдельной отрасли (производственного объединения, корпорации).

Научная новизна результатов работы состоит в следующем: предложена и апробирована методика расчета нормативного расхода топлива котельными установками на основе укрупненных показателей, отражающих состояние и особенности эксплуатации большой совокупности агрегатов (на корпоративном и отраслевом уровне);

построена математическая модель процесса топливопотребления при генерации тепловой энергии, отвечающая принципу «открытой архитектуры», т.е. позволяющая изменять количество рассматриваемых нормообразующих факторов в зависимости от степени полноты модели;

показана возможность применения дифференциального метода для проведения факторного анализа процесса потребления топлива.

Практическая значимость •• работы. Предложенная система показателей используется при анализе эффективности эксплуатации объектов теплообеспечения в ОАО «Российские железные дороги». Получаемая при этом объективная информация необходима для контроля фактического состояния стационарного теплоэнергетического хозяйства железнодорожного транспорта, планирования его модернизации и перспектив развития, принятия управленческих решений, а также для разработки инвестиционных программ. Кроме того, установление связи

данных показателей с нормативным удельным расходом топлива при генерации тепловой энергии способствует поиску и обоснованию наиболее эффективных путей энергосбережения.

Внедрение результатов работы. Полученные в диссертации результаты исследований и научные выводы были использованы при разработке «Методики оценки технического состояния устройств тепло- и водоснабжения, эксплуатирующихся в подразделениях ОАО «РЖД» (утв. Управлением объектов технологического и коммунального назначения «РЖД» 13 декабря 2006 г.) и отраслевого стандарта СТО РЖД 1.12.002-2008 «Показатели технического состояния систем тепловодоснабжения ОАО «РЖД» (утв. 19 декабря 2008 г.).

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на отраслевых семинарах-совещаниях (Самара, 2005 г., Ярославль, 2006 г.), научной конференции молодых ученых и аспирантов ВНИИЖТ по развитию железнодорожного транспорта в условиях реформирования (Щербинка, апрель 2006 г.), научно-практической конференции (Омск, февраль 2008 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 работы в изданиях, рекомендованных экспертным советом ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 103 наименований и приложения. Общий объем диссертационной работы составляет 176 страниц машинописного текста, содержит 17 таблиц, 43 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана краткая характеристика объекта исследования, обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, определены научная новизна и практическая ценность работы, перечислены основные этапы решения поставленных задач.

В первой главе изложены методологические принципы построения системы показателей, указаны источники сбора исходных данных для их расчета, приведены расчетные зависимости по их определению.

Руководящие принципы формирования системы показателей: принцип допустимой мультиколлинеарности, который устанавливает, что показатели системы должны взаимно дополнять, а не дублировать друг друга, быть существенными и незначительно коррелирующими между собой;

принцип разумного сочетания абсолютных и относительных показателей. Применение относительных величин дает возможность сравнения несопоставимых по абсолютным значениям факторов;

принцип адекватности отображения. Система показателей должна обеспечивать соответствие аналитической информации существующему положению дел в структурных подразделениях, что достигается путем использования в анализе данных, полученных на основе принятых форм отчетности, а также по результатам проведения мониторинга установленного энергооборудования;

принцип иеформачьности означает, что система показателей должна обладать максимальной степенью аналитичности, обеспечивать возможность оценки эффективности эксплуатации энергоустановок в подразделениях и прогнозирования ее изменения, а также быть пригодной для принятия управленческих решений. Все показатели системы должны быть однозначно исчисляемы.

При разработке системы показателей все анализируемые параметры были отнесены к следующим группам: 1) структурные; 2) эксплуатационные; 3) технической оснащенности; 4) технического состояния; 5) надежности.

Важнейшим принципом построения системы является установление формализованных взаимозависимостей между параметрами. Очевидно, что функциональное состояние и особенности эксплуатации влияют на энергетическую эффективность работы теплогенерирующего оборудования.

Для котельных установок наиболее объективно энергетическая эффективность выражается через удельный расход энергоресурсов на единицу отпущенной тепловой энергии, поскольку интегрально отражает все факторы, влияюшие на потребление ТЭР;

Во второй главе решается задача установления связи нормо-образующих факторов с удельным нормативным топливопотреблением. Изложена методика расчета нормативного удельного расхода условного топлива котельными установками предприятий на базе разработанной системы показателей. На основе данной методики построена математическая модель, отражающая процесс потребления топлива.

При разработке модели проведена аппроксимация исходных табличных данных, получены формализованные зависимости, необходимые для проведения анализа. Предложена обобщяющая зависимость между КПД (брутто) котлоагрегата и его номинальной теплопроизводительностью (установленной мощностью):

■((О

где г,"^ - расчетное значение КПД (брутто), %;

вт„ ~ номинальная теплопроизводительность котлоагрегата, Гкал/ч; е - основание экспоненциальной функции (е ~ 2,7); а,,а2 - коэффициенты, зависящие от типа котлоагрегата (паровой или водогрейный) и от вида потребляемого топлива.

При установлении зависимости (1) были использованы проектные данные по котлоагрегатам малой и средней мощности, эксплуатирующимся в промышленности и жилищно-коммунальном хозяйстве. Связь между т/^ и <2ти является корреляционной, проявляющейся лишь в массе наблюдений. В качестве примера на рис.1 приведены паспортные значения КПД (брутто) паровых котлоагрегатов при работе на природном газе и аппроксимирующая кривая, построенная по соотношению (1).

КПД (брутто),% 92 90 88 86 84 82

О 2 4 6 8 10 12 14 16

Номинальная теплопроизводительность 0„л,Гкал)ч

Рис.1 Зависимость КПД (брутто) паровых котлоагрегатов на природном газе от их номинальной теплопроизводительности Физический износ котлоагрегатов приводит к ухудшению экономичности их работы. При обобщении справочных данных предложены формулы по определению коэффициента кстрг, учитывающего увеличение удельного расхода топлива по сравнению с номинальным при длительной эксплуатации котлов вследствие процессов их старения: для паровых котлоагрегатов -

для водогрейных котлоагрегатов -

о)

где т", - средний срок эксплуатации паровых (водогрейных) котлоагрегатов, лет.

Третья глава посвящена выбору математического метода для проведения факторного анализа процесса топливопотреоления. Рассмотрены основные методы детерминированного анализа, их преимущества и недостатки. Учитывая специфику прикладной задачи, в качестве инструмента проведения факторного анализа выбран дифференциальный

V е ■ 0

/ и К

/

'Г

метод. Его математической основой является разложение исследуемой целевой функции Ь = /((») в ряд Тейлора в окрестности базисного значения анализируемого фактора

При достаточно малых Ар

Ь~/(<р0) + А'гЬ-А<р; (5)

или, после перехода к приращениям

= = (6) Постоянная ыгЬ носит название коэффициента влияния фактора <р на функцию Ь.

Дифференциальный метод служит для проведения анализа влияния факторов и количественной оценки роли каждого из них в изменении величины результативного показателя. При этом выбирается базисное значение факторов, от которого отсчитывается их приращение (или сокращение). Наиболее удобно в качестве базисных принимать среднеотраслевые значения анализируемых параметров. Коэффициенты влияния определяются как частные производные по соответствующим факторам. Рассмотрены два варианта применения дифференциального метода: проведение факторных разложений при абсолютном и относительном приращении параметров.

Изменение удельного расхода топлива как линеаризованная функция многих переменных в абсолютных отклонениях: ., ЪЬ ЭЬ . дь А

или Ab = Nf¡ь■^<p¡+Nьh^Щ + Nf!b■b<p1^■... (8)

Уравнение (7) в относительных отклонениях:

дь_ Щ + <Р2_ дЬ_ дь_ Дй +

Ь Ь Эр, ср1 Ъ Э<р2 <р2 Ь Ь<р, <рг "' '

Д Ь — А®, — Д р, — Д(Р, ИЛИ -= ЛГ„|,—+ ———+ ...

Ъ <р, ■ <рг ч>ъ

(Ю)

где у,, , <р3 - нормообразующие факторы;

Ъ - целевая функция - удельный расход условного топлива на отпуск тепловой энергии потребителям;

Д а А с, Д а. ,

——,——, —^ - относительные приращения факторов;

Р, <Рг Ч>1

И^ь.ы^ь, Ь'щь - коэффициенты относительного влияния факторов на

функцию Ь.

Дифференциальный метод имеет пределы применимости, вне которых его использование может привести к неоправданно большой погрешности. Если задаться величиной максимально допустимой относительной погрешности г^, %, то можно определить предельное значение относительного отклонения параметра 8<ргг, при котором возможно еше применение данного метода для вычисления приращения функции Ь с уверенностью, что погрешность в определении этого приращения не будет превосходить заданной величины г? :

(-1 и? А

100- [-]

(И)

где~ЛГо — коэффициент относительного влияния нормообразующего фактора при его базисном значении %.

При отклонении от базисного значения сразу нескольких факторов общая относительная погрешность расчета определяется по формуле: 1

ЗЛ'„/1 . , , , ^дN - 1 -(^Зо-^Г+Н-д<р.

1 ■+ (ЛГ „ 4)„ ■■ 5(р, + Чм л 4 • &р2 + (ы й,ЬI ■ 5<Рг + ■■ ■■■■

(12)

В четвертой главе проведен факторный анализ потребления топлива теплогенерируюшими установками систем теплоснабжения. С этой целью построена формализованная структурная схема взаимосвязей параметров (рис.2). Разработанная математическая модель топливопотребления содержит 25 нормообразующих показателей (факторов):

Структурные

<Р"><Рж<<Р1у<Р"оу'<Р"^(Р"х><Р1у,Р"оу - доли тепловой энергии, выработанной в подразделении (объединении, отрасли) паровыми (индекс «п») и водогрейными (индекс «в») котлоагрегатами соответственно на природном газе, жидком топливе, каменном и буром угле, %;

~ средние теплопроизводительности соответственно паровых и водогрейных котлоагрегатов, Гкал/ч;

Технической оснащенности

<р"т,<р',„ - доли тепловой энергии, выработанной соответственно паровыми и водогрейными котлоагрегатами, оснащенными системой химводоподготовки,%;

йТ'^ГГ" - доли тепловой энергии, выработанной котлоагрегатами с ручной топливоподачей соответственно на каменном и буром угле, %;

<р7(<Р*'<Р'1..) ~ Доля тепловой энергии, выработанной паровыми котлами, оборудованными экономайзерами, на газообразном (жидком, твердом) топливе, %.

Технического состояния

С-С ~ средний срок эксплуатации соответственно паровых и водогрейных котлоагрегатов, лет;

Эксплуатаиионные

К.?и) Кщ^у Ка^т.,,) - средние коэффициенты

загрузки паровых (индекс «п») и водогрейных (индекс «в») котлов на газообразном, жидком и твердом топливе, %;

Рис.2 Формализованная структурная схема взаимосвязей параметров и их влияние на удельный расход условного топлива при генерации тепловой энергии (в укрупненных расчетах)

Вышеперечисленные факторы оказывают влияние на зависимые параметры: т}7Жг - средние КПД (брутто) паровых и водогрейных котлоагрегатов, %; к„ - коэффициент, учитывающий увеличение удельного расхода топлива для котлоагрегатов, не оборудованных хвостовыми поверхностями нагрева;

к'* - средний коэффициент собственных нужд котлоагрегатов, %; Ккт' ~ коэффициенты, учитывающие увеличение удельного расхода топлива соответственно паровыми и водогрейными котлоагрегатами при длительной эксплуатации вследствие процессов старения;

/;„,„„ - средневзвешенный коэффициент, представляющий собой поправку к удельному расходу топлива, учитывающую долю выработки тепловой энергии агрегатами на твердом топливе в общем объеме производства теплоты;

кр - коэффициент, учитывающий увеличение топливопотребления для паровых и водогрейных котлов на твердом топливе с ручным способом топливоподачи;

Кш' Кыг ~ поправочный коэффициент к расходу топлива паровыми (водогрейными) котлами, работающими без системы водоподготовки;

К™<К™ - номинальные удельные расходы топлива для паровых и водогрейных агрегатов соответственно, кг у.т./Гкал;

~ средние удельные расходы условного топлива на выработку тепловой энергии паровыми и водогрейными котлами, и средневзвешенное значение расхода соответственно, кг у.т./Гкал;

/>„„,„ - удельный расход условного топлива на отпуск тепловой энергии, кг у.т./Гкал.

При проведении факторного анализа рассчитываются коэффициенты влияния исследуемых показателей. В качестве примера определим коэффициент влияния среднего срока эксплуатации паровых котлоагрегатов

г" на удельный расход топлива Ъшт. Используя формализованную структурную схему, выделим цепочки связей, иллюстрирующие процесс влияния г", на Ьтт (рис.3).

Iг* - 10

,.» 12 . 13 . ■

.______ 7 д

' А"*

'та?

Рис.3 Схема влияния параметра т" на Ь,т На основе данного алгоритма и с учетом правил дифференцирования сложных функций нескольких переменных получим уравнение для расчета относительного коэффициента влияния т" на Ьт:

+ (13)

где Кт...Кч - коэффициенты непосредственного влияния для отдельных параметров.

Коэффициенты непосредственного влияния находятся дифференцированием соответствующих зависимостей, отражающих функциональные связи между параметрами (табл.1), например:

(14)

эс К^ с. эь.ы1> ьт„

Для упрощения анализа рассмотрим предельный случай, когда + Й +<Р"п + <Рб> =100% (в подразделении эксплуатируются только паровые котлоагрегаты). Тогда А'1з=1, и Ки-Кп-Кк=\, т.е. удельный расход топлива на отпуск тепловой энергии будет изменяться прямо пропорционально изменению эксплуатационного коэффициента . Поскольку величина к°кт однозначно определяется параметрами г", и , то относительный коэффициент влияния будет находиться в функциональной зависимости

только от этих параметров (рис.4) и рассчитываться по соотношению:

№1%ьтт=КтК'>+Кь-Кю (15)

Таблица 1

Расчетные формулы коэффициентов непосредственного влияния при анализе зависимости Ьотп от т"р

№ связи Функциональная зависимость Аргумент Коэффициент непосредственного влияния

7 = Г28 _ 0.0128-г;

8 /с» - 1 Т"т _ 0,0277 • т"г-(т"г +1)"0,972

2-(г,; +1)0-0377 "" 2-(г-;+1)0'0277

9 г С.г-й+С-п оо-ю К„„г - _ К,«?- VI

100 к:„Р-<р:,+к,■№-<,)

10 г С./й+С-поо-й) к. -р _ С-О00-Й)

100 ^■Л+сооо-Р:)

12 К.сп К ,2 =1

13 Ь" -Ф"'+Ь' -Ф"" ^ __ «"Г рчч """ 100 *..«. :. Ф' -Ь" 1+ , Ф" -Ь1„

15 ъ = ь~> 100 Кг, =1

* ^ и п п п п " . е в в « &

ф =<Рг + + <Рку + ф =?>г+<Рж+<Рку+%

Расчеты показывают, что коэффициент влияния ЛГг;,»_ возрастает с увеличением среднего «возраста» котлоагрегатов г"„, причем тем медленнее, чем больше средний срок эксплуатации котельных установок. Кроме того, из рис.4 следует, что наиболее чувствительны к фактору времени подразделения с низкой степенью оснащенности котельных установок системами водоподготовки. Для них влияние срока эксплуатации на удельный расход топлива оказывается наибольшим.

Рис.4 Значения относительных коэффициентов влияния т"р на Ьтт при

различных <р'т

Применение дифференциального метода позволяет не только провести факторный анализ, но и вывести универсальную линейную зависимость групповой нормы удельного расхода условного топлива котельными установками на отпуск тепловой энергии Ьапт в подразделении, объединении, отрасли как функцию отклонений нормообразующих факторов от их базисного значения:

в абсолютных отклонениях £>,„„, =Ь,.Ш, + , (16)

(=1

в относительных отклонениях Ъ^ = £>¿„•^+¿^,■■<5^^ (17)

где N.. (Л'/) - коэффициент абсолютного (относительного) влияния ¡-го фактора; Ар, (<5р() - абсолютное (относительное) приращение ¿-го фактора; п - количество нормообразующих факторов, принимаемых во внимание в конкретном практическом случае.

В пятой главе показано практическое применение много факторной модели для анализа и прогнозирования нормативного удельного топливопотребления котельных установок на примере стационарного теплоэнергетического хозяйства ОАО «Российские железные дороги». Первичная информация, отражающая состояние и условия эксплуатации устройств теплообеспечения, получена по данным мониторинга, проведенного в 2007 г. на сетевом уровне. Железнодорожные теплоэнергетические объекты характеризуются территориальной рассредоточенностью, широкой номенклатурой установленного оборудования и разнообразием условий эксплуатации, что требует специальных подходов к проведению анализа их текущего состояния. В целях обработки большого массива информации было создано программное обеспечение, реализация которого осуществлялась в системе разработки прикладных программ Borland Delphi 7.0, также использовались Wise for Windows Installer 4.0 и система управления базами данных Interbase. Для сбора первичной информации были разработаны опросные листы, согласно которым инженерно-технические работники структурных подразделений заносили в поля ввода программы сведения об основном и вспомогательном оборудовании котельных. Затем информация через сеть передачи данных поступала в электронный банк данных.

Программное обеспечение позволяет провести предварительный анализ собранной информации. В качестве примера на рис.5 показана экранная форма представления результатов обработки исходных данных при формировании запроса к банку данных о работе котельных установленной мощностью от 1,01 до 3,00 Гкал/ч на каменном угле в целом по сети. По результатам обработки выявлено, что котельных с указанными атрибутами на сети железных дорог насчитывается 199 (количество найденных строк в запросе), их общая установленная мощность - 316,17 Гкал/ч, а суммарная годовая выработка тепловой энергии - 344807,25 Гкал.

»гичгском ооор удотгаш

•'Х-';.... ". :;;

-I"- "'V

Анализ данных о технологическом оборудовании

ТЕКСТ ЗАПРОСА:

ГкахЛ:оя11.9! ¿о I;

Ъывнаяпчоютогстгеннойбазыст Игр» ¡К.огеяышч Котепъыиявошвпа та Котельная хсс/двора__

Перовых котоагрегатоь. т.

Всего, Гхяп/ч

- Фа*1*ч*скаяма1скмаяь*м1^0кп1»днт».т11юсть

ВодогрейныхЕстлоагрегатов, Г кап«; Элегтрокотаоагрегетов, МВт Всего. Гкая/ч

37,45 25230

31л52 25032

Котельная ьокзалб

Яо ТЧ-9 П7С.-' "..... '......

Шлаковая Котельная ГТТО ельная ст. Камбарка

Всего выработано тепловой энергии. Гкаг 3^4£07^5

- в том числе оглушено по договорем на сторону. Г.кал ¿3 173Д1

^'•■""■"там^ -....... ................

2-Сиб Кемеровская даотажрятраяцНОД-ЗГУчесток П

ПЧ-1;

еганал 3 ст ^еогач

«я ТЧ-3 гАшама ллатыр локоьт гепс

ясная ГТТО етНахоя^

отнм №6 ст Уссурийск

аяР"*5 ПЧ ст¿.татке*'консервация: Т5"етная МВРП ст Алтайская 1К ПМС-515 ст Топе;

¡5 Показатели Всею прок сплреге: 1»?

Рис.5 Экранная форма представления результатов обработки исходных

данных

Аналогичный запрос к электронному банку данных может быть сформирован также по отдельным железным дорогам и их отделениям.

В процессе проведения анализа были построены диаграммы, иллюстрирующие структуру топливопотребления при производстве тепловой энергии, распределение теплогенерирующих установок по установленной мощности, срокам эксплуатации, типам агрегатов, степени оснащенности вспомогательным оборудованием и др.

Мониторинг состояния объектов теплоснабжения ОАО «РЖД» показал значительный износ основного теплоэнергетического оборудования: немногим менее половины (48,7%) паровых и почти две трети водогрейных (61,3%) котлоагрегатов выработали свой амортизационный ресурс. Наряду с этим выявлены достаточно низкие показатели загрузки оборудования. Среди котлоагрегатов на твердом топливе более 90% - с ручным обслуживанием, что ухудшает условия труда персонала и является одной из причин

перерасхода топлива. Остается высокой децентрализация теплоснабжения: доля котельных малой производительности (до 1,0 Гкал/ч) составляет около 80%, а без учета электрокотельных - 72%. Приблизительно четверть тепловой энергии (23,3%) вырабатывается энергоустановками, не использующими водоподготовительное оборудование.

Представленные данные, исчисляемые на основе статистической информации, отражают различные стороны эксплуатации энергоустановок. Для оценки эффективности потребления топлива была сформирована система показателей, связывающая данные мониторинга с удельным расходом условного топлива на отпуск тепловой энергии, после чего выполнен факторный анализ.

В качестве иллюстрации (табл.2) приведен фрагмент таблицы коэффициентов абсолютного и относительного влияния факторов, используемых в принятой математической модели, при их средних значениях по сети ОАО «РЖД» (данные 2006 г.). Так как дифференциальный метод по своей сути является приближенным методом вычислений, коэффициенты влияния принимаются в качестве постоянных величин только в определенных диапазонах, пределы которых вычисляются с заранее принятой предельно допустимой погрешностью (в приводимом примере 0,5%).

Разработанная математическая модель позволяет оценить теоретический (предельный) потенциал топливосбережения при сложившейся структуре потребления котельно-печного топлива. Анализ показывает-,- что при существующем соотношении потребления природного газа, каменного и бурого угля, жидкого топлива и реализации энергосберегающих мероприятий (табл.3) фактический среднесетевой удельный расход Ьфакт может снизиться на 9,5 кг у.т./Гкал или 5,2% (со 183,8 до 174,3 кг у.т./Гкал)

Таблица 2

Коэффициенты влияния нормообразуюших факторов при их среднесетевых базисных значениях

Нормообра факто зующие эы Коэффициент влияния Пределы применимости

Обозначение, размерность Базисное значение абсолютный относительный

16,0 0,075 кгУ-т-1Гкт год 0,0065 ~"г «0 «36 лет

Гср.лет 19,0 0,066 « 0,0068 т"сг « 0 « 40 лет

<РГ>% 16,5 0 НО кулп.1Гкал ' " % 0,0127 Во всем диапазоне значений

ЧС'Л 18.3 0,167 « 0,0166 «

35.9 р .У.«!./ Гкач 9 -0.0063 «

Базисное значение нормы = 183,8 кг у.т./Гкап

Таблица 3

Оценка влияния нормообразующих факторов на удельный расход условного топлива при генерации тепловой энергии в целом по сети ОАО «РЖД»

Изменение нормообразующего фактора Потенциал топливосбережения АЬ,кг у.т.1 Гкал

Снижение среднего срока эксплуатации с 19 до 10-12 лет 1,0

Повышение коэффициента загрузки с 35-50% до 60-80% 2,8

Увеличение единичной установленной мощности с 1,1 до 4 Гкал/ч 0,5

Оснащение системами водоподготовки* с 75% до 90-95% 1,6

Сокращение ручной топливоподачи при сжигании твердого топлива* с 35% до 10-15% 3,2

Оснащение экономайзерами* с 80% до 90-95% 0,4

Итого 9,5

По выработке тепловой энергии.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Сформирована система показателей, отражающих функциональное состояние и особенности эксплуатации большой совокупности котельных установок (на уровне производственного объединения, отрасли).

2. Разработана методика определения групповой нормы удельного расхода условного топлива, учитывающая основные нормообразующие факторы. Рассчитанная норма представляет собой «право на расход», т.к. отражает реальное состояние и условия эксплуатации теплогенерирующих установок, учитывая негативные факторы, влияющие на экономичность работы: степень изношенности, неполную загруженность, недостаточную укомплектованность вспомогательным оборудованием, децентрализованность теплоснабжения.

3. Выполнен анализ современного состояния объектов теплоэнергетического хозяйства ОАО «Российские железные дорога» на основе результатов мониторинга, проведенного на сетевом уровне в 2007 г. Анализ показал высокую степень износа (50 - 70%) и низкие коэффициенты использования установленной мощности (не более 26% по отдельным дорогам) котельных агрегатов, которые являются основными потребителями топлива в стационарной энергетике железнодорожного транспорта.

4. Проведена оценка потенциала топливосбережения при сложившейся в ОАО «РЖД» структуре потребления котельно-печного топлива. Показано, что при реализации энергосберегающих мероприятий среднесетевой удельный расход условного топлива на отпуск тепловой энергии может снизиться на 5,2% (до 174,3 кг у.т./Гкал).

5. На основе результатов исследований, выполненных в диссертации, разработаны «Методика оценки технического состояния устройств тепло- и водоснабжения, эксплуатирующихся в подразделениях ОАО «РЖД» (утв. ЦУО «РЖД» 13 декабря 2006 г.) и отраслевой стандарт СТО РЖД 1.12.002-2008 «Показатели технического состояния систем тепло-водоснабжения ОАО «РЖД» (утв. 19 декабря 2008 г.).

6. Показана возможность применения дифференциального метода для решения задач факторного анализа: выявления роли каждого из нормообразующих факторов в изменении величины нормативного удельного расхода топлива, и определения количественной оценки этого влияния. Проведен факторный анализ процесса топливопотребления котельных установок.

7. Предложена зависимость Ьмт = f(tup¡) для анализа и прогнозирования нормативного расхода условного топлива в укрупненных расчетах. Это позволит отслеживать изменения факторов, влияющих на результативный показатель - удельный расход топлива на отпуск тепловой энергии, и по результатам анализа принимать соответствующие меры, направленные на снижение его величины, что в конечном итоге приведет к сокращению непроизводительных потерь и экономии топливно-энергетических ресурсов.

СПИСОК НАУЧНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

Статьи, опубликованные в изданиях, рекомендованных ВАК.

1. Рожицкий Д.Б., Бардыкин Ю.Н., Мандриков С.Н. Опыт оценки эффективности теплоиспользования на ремонтных заводах железнодорожного транспорта с применением современных информационных технологий. -Энергосбережение и водоподготовка, №6,2005. - с.53-55.

2. Рожицкий Д.Б., Бардыкин Ю.Н. Оценка потенциала топливосбережения на основе мониторинга фактического состояния котельных ОАО «РЖД». - Промышленная энергетика, №7,2009. - с.6-10.

Статьи, опубликованные в других изданиях.

3. Рожицкий Д.Б., Никулина Т.В., Бардыкин Ю.Н. Оценка потенциала энергосбережения при проведении экспресс-обследования на примере ряда предприятий железнодорожного транспорта //Вестник ВНИИЖТ. 2004, ЛЬ6. с.41-45.

4. Рожицкий Д.Б., Бардыкин Ю.Н. Опыт применения информационных технологий при прогнозировании энергопотребления в теплоэнергетическом хозяйстве локомотивного депо на основе плана ремонта подвижного состава //Ж.-д. транспорт. Сер. «Информационные технологии на железнодорожном транспорте». - ЭИ/ОИТЭИ. - 2006. - Вып. 1-2, с.37-46.

5. Бардыкин Ю.Н. Автоматизированный расчет энергопотребления в теплоэнергетическом хозяйстве депо. - В сб. научн. тр.: Развитие железнодорожного транспорта в условиях реформирования /Под ред. Ю.М. Черкашина, Г.В. Гогричиани. М.: Интекст, 2006. с.138-142.

6. Рожицкий Д.Б., Лохач A.B., Бардыкин Ю.Н. Разработка системы показателей для оценки технического состояния и эффективности использования устройств теплоснабжения, эксплуатирующихся в подразделениях ОАО «РЖД» //Труды ВНИИАС, вып.7, М.: Изд. ЗАО «Бизнес-Проект», 2007, с.325-331.

7. Бардыкин Ю.Н., Рожицкий Д.Б., Лохач A.B. Принципы построения математической модели процесса топливопотребления для целей факторного анализа на основе показателей технического состояния теплогенерирующего оборудования /Энерго- и ресурсосбережение в структурных подразделениях Западно-Сибирской железной дорога: Материалы научно-практической конференции /Омский гос. ун-т путей сообщения. Омск, 2008, с.152-155.

Личный вклад соискателя. В работах, опубликованных в соавторстве, соискателю принадлежит формализация постановки задач [6], разработка математических моделей и методов [2, 7], реализация алгоритмов, обобщение и анализ результатов [1,3, 4,5].

Усл.пл. -1.5 Заказ №00972 Тираж: ЮОэкз.

Копицентр «ЧЕРТЕЖ.ру» ИНН 7701723201 107023, Москва, ул.Б.Семеновская 11, стр.12 (495)542-7389 www.chertez.ru

ВВЕДЕНИЕ.

1. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО СОСТОЯНИЯ И УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ОБЪЕКТОВ ТЕПЛООБЕСПЕЧЕНИЯ НА РАЗЛИЧНЫХ УРОВНЯХ ПЛАНИРОВАНИЯ.

1Л. Методологические основы формирования системы показателей.

1.2. Система показателей для оценки функционального состояния и условий эксплуатации котельных установок.

2. ПОСТРОЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПОТРЕБЛЕНИЯ ТОПЛИВА КОТЕЛЬНЫМИ УСТАНОВКАМИ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТАННОЙ СИСТЕМЫ ПОКАЗАТЕЛЕЙ.

2.1. Цели моделирования.

2.2. Постановка задачи формализации.

2.3. Методика расчета нормативного удельного расхода условного топлива котлоагрегатами.

3. ВЫБОР МАТЕМАТИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ФАКТОРНОГО АНАЛИЗА И ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НОРМАТИВНОГО ТОПЛИВОПОТРЕБЛЕНИЯ.

3.1. Виды и задачи факторного анализа.

3.2. Обзор методов детерминированного факторного анализа.

3.3. Метод малых отклонений как инструмент проведения факторного анализа.

3.4. Основные положения метода малых отклонений.

3.5. Особенности применения метода малых отклонений при относительном приращении параметров.

3.6. Особенности применения метода малых отклонений при табличном способе задания функциональных зависимостей.

3.7. Анализ погрешности и определение диапазона применимости линейных соотношений метода малых отклонений.

4. МНОГОФАКТОРНЫЙ АНАЛИЗ НОРМАТИВНОГО ТОПЛИВО-ПОТРЕБЛЕНИЯ КОТЕЛЬНЫХ УСТАНОВОК.

4.1. Построение формализованной структурной схемы взаимосвязей параметров.

4.2. Анализ влияния нормообразующих факторов на удельный расход условного топлива котельными установками.

5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДИКИ МНОГОФАКТОРНОГО АНАЛИЗА ТОПЛИВОПОТРЕБЛЕНИЯ НА ПРИМЕРЕ СТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ХОЗЯЙСТВА ОАО «РОССИЙСКИЕ ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ».

5.1. Организация сбора и обработки первичной информации.

5.2. Анализ состояния котельного хозяйства.

5.3. Анализ состояния тепловых сетей.

5.4. Основные результаты анализа.

5.5. Применение факторной модели для оценки потенциала топливосбережения в теплоэнергетическом хозяйстве ОАО «РЖД».

В 2003 г. распоряжением Правительства Российской Федерации была утверждена «Энергетическая стратегия России на период до 2020 г.» [1], основные положения которой получили дальнейшее развитие и актуализацию в проекте «Энергетической стратегии России на период до 2030 г.» (2009 г.). В этих документах одной из приоритетных задач является переход экономики страны на энергосберегающий путь развития. В настоящее время имеющийся технологический и организационный потенциал энергосбережения по экспертным оценкам достигает 360-430 млн. т топлива в условном исчислении в год, или 39-47% современного внутреннего энергопотребления.

Суровые климатические условия в России предопределяют теплоснабжение как наиболее социально значимый и в то же время наиболее топливоемкий сектор экономики: в нем потребляется примерно 40% энергоресурсов, используемых в стране, а более половины этих ресурсов приходится на коммунально-бытовой сектор. Несмотря на это, теплоснабжение в отличие от основных отраслей топливно-энергетического комплекса (ТЭК) не имеет единой технической, структурно-инвестиционной, организационной и экономической политики. Относительно прозрачны лишь системы централизованного теплоснабжения и в их числе — теплофикационные системы в составе акционерных обществ энергетики и электрификации, ЕЭС России. В результате ряд направлений производства и использования тепловой энергии вообще не учитывается.

Значительные резервы экономии топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) имеются на энергообъектах малой энергетики (с установленной мощностью менее 20 Гкал/ч), обеспечивающих тепловой энергией коммунально-бытовых и производственных потребителей в различных отраслях экономики (транспорте, текстильной и легкой промышленности, сельском хозяйстве и др.). Это объясняется тем, что, в силу специфики характера энергопотребления, в данном секторе энергетики применяется теплогенерирующее оборудование малой и средней мощности, работающее на переменных режимах, зачастую с неполной загрузкой, и потребляющее топливо различного качества. Вместе с тем это важная составная часть энергосистемы страны. Около 28% всей тепловой энергии производится децентрализованными источниками, в том числе 18% — автономными и индивидуальными источниками. Лишь незначительная часть спроса на тепловую энергию (4,5%) удовлетворяется за счет утилизации сбросного тепла от технологических установок. В городах работает много котельных, которые входят в состав промышленных предприятий и снабжают их, а также прилегающие жилые районы тепловой энергией. Большое количество котельных находится в муниципальной собственности. Индивидуальные котельные, встроенные в отапливаемые здания или пристроенные к ним, обычно являются собственностью хозяйствующих субъектов, которым принадлежат указанные здания.

Системами централизованного теплоснабжения, являющимися локальными монополиями, вырабатывается около 1,4 млрд. Гкал теплоты в год. Около 600 млн. Гкал тепловой энергии ежегодно производят 68 тысяч коммунальных котельных. В большинстве крупных городов (с населением более 100 тыс. чел.) централизованным теплоснабжением обеспечено 70-95% жилого фонда.

Актуальность работы. Среди особенностей современной политики государства, проводимой в области повышения энергетической эффективности производства, можно выделить несколько аспектов:

1) реализация потенциала технологического энергосбережения -достижение максимально возможной эффективности использования ТЭР при существующем уровне развития техники и технологий, а также при условии соблюдения требований к охране окружающей природной среды;

2) совершенствование нормативной базы энергосбережения — это пересмотр существующих норм, правил и регламентов, определяющих расходование топлива и энергии; совершенствование методов статистического наблюдения за потреблением энергетических ресурсов и их эффективным использованием;

3) дополнительные хозяйственные стимулы энергосбережения — объективное (рыночное) ценообразование на ТЭР, обеспечивающее компенсацию издержек производства и воспроизводство основных фондов; налоговые санкции при не достижении нормативных показателей энергоэффективности и др.

На современном этапе экономика России, как и ранее СССР, остается энергозатратной. Удельная энергоемкость валового внутреннего продукта выше, чем в развитых странах Западной Европы, почти в 3 раза, а доля энергозатрат в себестоимости продукции и услуг составляет в среднем: в промышленности - 18%, на транспорте — 17%, в сельском хозяйстве — 11%. Из этого можно сделать вывод о том, что проблема энергосбережения в России имеет крайне важное значение не только для отдельного предприятия, но также для государства в целом.

Технические средства систем теплообеспечения отличаются значительной степенью физического и морального износа, малой энергоэффективностью и избыточной энергоемкостью технологических процессов. Так, около 50% объектов коммунального теплоснабжения и V инженерных сетей требуют замены, не менее 15% находятся в аварийном состоянии. На каждые 100 км тепловых сетей ежегодно регистрируется в среднем 70 повреждений. Потери в тепловых сетях достигают 30%, а с утечками теплоносителя ежегодно теряется более 0,25 куб. км воды, 82% общей протяженности тепловых сетей требуют капитального ремонта или полной замены [1].

Важным направлением на пути экономии энергии является повышение эффективности работы котлоагрегатов малой производительности (до 3 Гкап/ч). Общий потенциал экономии при этом оценивается в 45-50 млн. т условного топлива в год. Вполне реально увеличить эксплуатационные коэффициенты полезного действия (КПД) котлов в сельской местности на 30-40%, в городах на 25% и на индивидуальных установках — на 20%. [2].

Важная роль в политике энергосбережения отводится нормированию энергоресурсов. Прогрессивная норма потребления ТЭР включает в себя как полезные затраты энергии (топлива), так и технически неизбежные потери, обусловленные характерными особенностями технологии производства на современном этапе его развития. Эти потери определяют коэффициент полезного использования энергии. Научно обоснованное нормирование позволяет выявлять пути повышения этого коэффициента, т.е. пути снижения непроизводительных затрат энергии, тем самым являясь мощным рычагом совершенствования технологии. Групповая норма расхода топлива определяется как средневзвешенная величина по объемам производства энергии из соответствующих индивидуальных норм. При таком расчете групповая норма на каждом последующем уровне планирования формируется по групповым нормам предыдущего уровня по иерархии снизу вверх. Такой расчет не имеет необходимых обоснований, нормообразующие факторы не выявляются, контроль за качеством представляемого материала затруднен, а процесс формирования (агрегирования) норм является необратимым [3]. Все это заставляет искать новые подходы в разработке методов нормирования ТЭР для большой совокупности энергоагрегатов.

В современных условиях возрастает потребность в комплексной оценке эффективности эксплуатирующихся источников генерации тепловой энергии, и прогнозировании ее изменения на верхних уровнях планирования (отраслевом или корпоративном) под влиянием структурных, эксплуатационных, временных и др. факторов. Значительный вклад в разработку указанной проблемы внесли Г.Л. Багиев, Г.Я. Вагин, Г.Л. Госпитальник, И.В. Гофман, Н.М. Завадский, А.Н. Золотопольский, Л.К. Кистьянц, Б.Н. Минаев, А.Н. Поплавский, С.Л. Прузнер, Д.Б. Рожицкий, А.Х. Сальников, Л.Ф. Федоров, Л.А. Шевченко, Е.М. Юдаева и многие другие.

Цели и задачи исследования. Целями диссертационной работы являются: формирование системы показателей, полученных на основе принятых форм отчетности и результатов проводимого на корпоративном (отраслевом) уровне мониторинга, позволяющих оценить техническое состояние и особенности эксплуатации устройств теплоснабжения; установление связи данных показателей с нормативным удельным расходом топлива при генерации тепловой энергии; проведение факторного анализа процесса топливопотребления. Для достижения указанных целей необходимо решить следующие задачи: сформировать систему показателей, наиболее полно отражающих современное состояние объектов теплоснабжения; разработать методику расчета нормативного удельного расхода топлива котельными установками, в которой сформированные показатели рассматриваются в качестве нормообразующих факторов; построить математическую модель процесса топливопотребления при генерации тепловой энергии на основе разработанной системы показателей; выбрать метод факторного анализа, и провести анализ влияния каждого из показателей системы на норму расхода топлива.

В качестве методов исследования используется математический аппарат теории аналитических функций, метод линеаризации при создании математической модели реальных процессов.

Объектом исследований является совокупность теплогенерирующих установок систем теплоснабжения отдельной отрасли (корпорации). Научная новизна результатов работы состоит в следующем: предложена и апробирована методика расчета нормативного расхода топлива котельными установками на основе укрупненных показателей, отражающих функциональное состояние и особенности эксплуатации большой совокупности агрегатов (на корпоративном и отраслевом уровне); построена линейная математическая модель процесса топливопотребления при генерации тепловой энергии, отвечающая принципу «открытой архитектуры», т.е. позволяющая изменять количество рассматриваемых нормообразующих факторов в зависимости от степени полноты модели; показана возможность применения дифференциального метода (малых отклонений) для проведения факторного анализа процесса потребления топлива.

Практическая значимость работы. Предложенная система показателей используется при анализе результатов мониторинга объектов теплоснабжения в ОАО «Российские железные дороги». Получаемая при этом объективная информация необходима для контроля фактического состояния стационарного теплоэнергетического хозяйства железнодорожного транспорта, планирования его модернизации и перспектив развития, принятия управленческих решений, а также для разработки инвестиционных проектов. Кроме того, установление связи данных показателей с нормативным удельным расходом топлива при генерации тепловой энергии способствует поиску и обоснованию наиболее эффективных путей энергосбережения.

Внедрение результатов работы. Полученные в диссертации результаты исследований и научные выводы были использованы при разработке «Методики оценки технического состояния устройств тепло- и водоснабжения, эксплуатирующихся в подразделениях ОАО «РЖД» (утв. ЦУО «РЖД» 13 декабря 2006 г.) и отраслевого стандарта СТО РЖД

1.12.002-2008 «Показатели технического состояния систем тепло-водоснабжения ОАО «РЖД» (утв. 19 декабря 2008 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 103 наименований и приложения. Общий объем диссертационной работы составляет 176 страниц машинописного текста, содержит 17 таблиц, 43 рисунка.

5.4 Основные результаты анализа

Мониторинг технического состояния объектов теплоснабжения ОАО «РЖД» показал значительный износ основного теплоэнергетического оборудования: немногим менее половины (48,7%) паровых и почти две трети водогрейных (61,3%) котлоагрегатов выработали свой амортизационный ресурс. Наряду с этим выявлены достаточно низкие показатели загрузки оборудования.

Приблизительно четверть тепловой энергии (23,3%) вырабатывается энергоустановками, не использующими водоподготовительное оборудование.

Среди котлоагрегатов на твердом топливе более 90% - с ручным обслуживанием, что ухудшает условия труда персонала и является одной из причин перерасхода топлива.

Остается высокой децентрализация теплоснабжения: доля котельных малой производительности (до 1 Гкал/ч) составляет около 80%, а без учета электрокотельных — 72%.

Почти четверть (22,8%) общей протяженности тепловых сетей в структурных подразделениях ОАО «РЖД» эксплуатируется более 30 лет и нуждается в первоочередной замене. Протяженность сетей со сроком эксплуатации, превышающем нормативный срок службы (25 лет) — около 32%. Прямым следствием изношенности тепловых сетей являются сверхнормативные потери при передаче тепловой энергии потребителям.

Анализ показал недостаточную оснащенность объектов тепло-обеспечения системами сбора и возврата конденсата, который является одним из основных видов вторичных энергоресурсов.

В качестве положительного результата можно отметить снижение доли морально устаревших котлов паровозного типа (до 2% по установленной мощности) в стационарном теплоэнергетическом комплексе железных дорог.

5.5 Применение факторной модели для оценки потенциала топливосбережения в теплоэнергетическом хозяйстве ОАО «РЖД»

Как отмечалось в п.3.4, коэффициенты влияния используются для определения изменения величины показателей, поэтому практическое применение линеаризованных уравнений в малых отклонениях возможно только при наличии базисного значения удельного топливопотребления ЬСаз, определяемого аналитически или по отчетным данным.

Реализация данного подхода позволяет вывести универсальную линейную зависимость нормы удельного расхода условного топлива котельными установками на отпуск тепловой энергии Ъотп в данном структурном подразделении (отделении, дороге, сети ОАО «РЖД») как функцию отклонений нормообразующих факторов от их базисного значения [101,102,103]:

- в абсолютных отклонениях п

Ьо,пп (5.1)

- в относительных отклонениях г » у. и опт баз

1 + , (5.2)

V ;=1 / где Nt (N,) — коэффициент абсолютного (относительного) влияния i-ro нормообразующего фактора;

Д<р, (Sip,) - абсолютное (относительное) приращение i-ro нормообразующего фактора; п — количество нормообразующих факторов, принимаемых во внимание в конкретном практическом случае.

В качестве иллюстрации в табл.5.1 приводятся величины коэффициентов абсолютного и относительного влияния каждого из 25-ти нормообразующих факторов, используемых в принятой математической модели (при их среднесетевых значениях).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе работы над диссертацией, в рамках проведенных исследований и работ по созданию факторной модели нормативного топливопотребления при генерации тепловой энергии в системах теплоснабжения, получены следующие результаты:

1. Сформирована система показателей, отражающих функциональное состояние и особенности эксплуатации котельных установок в отдельной отрасли (производственном объединении).

2. Разработана методика определения групповой нормы удельного расхода топлива, учитывающая основные нормообразующие факторы:

- доли потребления различных видов топлива;

- соотношение паровых и водогрейных агрегатов;

- степень оснащенности хвостовыми поверхностями нагрева;

- степень оснащенности системами химводоподготовки;

- средний срок эксплуатации котлов;

- долю ручной топливоподачи при использовании твердого топлива;

- степень загрузки оборудования;

- среднюю установленную мощность агрегатов.

Рассчитанная норма представляет собой «право на расход», т.к. отражает реальное состояние и условия эксплуатации теплогенерирующих установок, учитывая негативные факторы, влияющие на экономичность работы: степень изношенности, неполную загруженность, недостаточную укомплектованность вспомогательным оборудованием, децентрализован-ность теплоснабжения.

3. Выполнен анализ современного состояния объектов теплоэнергетического хозяйства ОАО «Российские железные дороги» на основе результатов мониторинга, проведенного на сетевом уровне в 2007 г. Анализ показал высокую степень износа (50 - 70%) и низкие коэффициенты использования установленной мощности (не более 26% по отдельным дорогам) котельных агрегатов, которые являются основными потребителями топлива в стационарной энергетике железнодорожного транспорта.

4. Проведена оценка потенциала топливосбережения при сложившейся в ОАО «РЖД» структуре потребления котельно-печного топлива. Показано, что при реализации энергосберегающих мероприятий среднесетевой удельный расход топлива в условном исчислении на отпуск тепловой энергии может снизиться на 9,5 кг у.т./Гкал или 5,2% (со 183,8 до 174,3 кг у.т./Гкал).

5. На основе результатов исследований, выполненных в диссертации, разработаны «Методика оценки технического состояния устройств тепло- и водоснабжения, эксплуатирующихся в подразделениях ОАО «РЖД» (утв. ЦУО «РЖД» 13 декабря 2006 г.) и отраслевой стандарт СТО РЖД 1.12.002-2008 «Показатели технического состояния систем тепло-водоснабжения ОАО «РЖД» (утв. 19 декабря 2008 г.).

6. Показана возможность применения дифференциального метода (малых отклонений) для решения задач факторного анализа: выявления роли каждого из нормообразующих факторов в изменении величины нормативного удельного расхода топлива, и определения количественной оценки этого влияния. Проведен факторный анализ процесса топливопотребления котельных установок.

7. Предложена зависимость для анализа и прогнозирования нормативного расхода топлива в условном исчислении для укрупненных расчетов. Это позволит отслеживать изменения факторов, влияющих на результативный показатель - удельный расход топлива на отпуск тепловой энергии, и по результатам анализа принимать соответствующие меры, направленные на снижение его величины, что в конечном итоге приведет к сокращению непроизводительных потерь и экономии топливно-энергетических ресурсов.

1. Энергетическая стратегия России на период до 2020 г. /Утв. распоряжением Правительства Российской Федерации от 28 августа 2003 г. №1234-р.

2. Клименко А.В., Зорин В.М. Промышленная теплоэнергетика и теплотехника: Справочник. -М.: Издательство МЭИ, 2004. 632 с.

3. Сальников А.Х., Шевченко Л.А. Нормирование потребления и экономия топливно-энергетических ресурсов. М.: Энергоатомиздат, 1986. — 240 с.

4. Адамов В.Е. Статистическое изучение экономической эффективности промышленного производства. М.: Наука, 1977. — 141 с.

5. Ковалев В.В., Волкова О.Н. Анализ хозяйственной деятельности предприятия. ТК Велби, 2006. 424 с.

6. Азгальдов Г.Г. Построение дерева показателей свойств объекта //Стандарты и качество. 1996. №11. с.97-104.

7. Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. Утверждены Приказом Министерства энергетики Российской Федерации от 24 марта 2003г. №115 (per. в Министерстве юстиции РФ 2 апреля 2003г. №4358).

8. Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды. Руководящий документ Госгортехнадзора России. РД-03-94. М.: НПО ОБТ, 1994.

9. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов. ПБ 10-574-03. Утверждены постановлением Госгортехнадзора России №88 от 11.06.2003 (per. в Министерстве юстиции РФ 18 июня 2003г. №4703).

10. Парогенераторы /А.П. Ковалев, Н.С. Лелеев, Т.В. Виленский; Под общ. ред. А.П. Ковалева. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 376 с.

11. Справочная книжка энергетика /Сост. А.Д. Смирнов. — М.: Энергия, 1978.-336 с.

12. Борщов Д.Я. Устройство и эксплуатация отопительных котельных малой мощности. М.: Стройиздат, 1989. — 198 с.

13. Громов Н.К. Об экономии тепловой энергии /Водоснабжение и санитарная техника, 1986, №8, с. 11-12.

14. Экономико-математические методы и модели принятия решений в энергетике /Лисочкина Т.В., Косматов Э.М., Ирешова А. и др.; Под ред. П.П.Долгова, И. Климы. Л.: Издательство Ленинградского университета, 1991.-224 с.

15. ГОСТ 27.002-89 Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. — М.: Издательство стандартов, 1990.

16. ГОСТ 18322-78* (СТ СЭВ 5151-85) Система технического обслуживания и ремонта техники. Термины и определения. М.: Издательство стандартов, 1986.

17. Белоконь Л.Н. Разработка методики расчета отклонений теплотехнических параметров котлоагрегата от номинальных значений /Дисс. на соискание уч. ст. к-та техн. наук.: 05.14.04 Краснодар, 2005. 225 с.

18. Авдуевский B.C. и др. Надежность и эффективность в технике. Справочник. Т.1. Методология. Организация. Терминология. — М.: Машиностроение, 1989. 224 с.

19. Китушин В.Г. Надежность энергетических систем. М., Высшая школа, 1984. - 256 с.

20. СНиП 41-02-2003 Тепловые сети

21. Организационно-методические рекомендации по подготовке кпроведению отопительного периода и повышению надежности системкоммунального теплоснабжения в городах и населенных пунктах Российской

22. Федерации. МДС 41-6.2000. Утв. Приказом Госстроя России от 6 сентября 2000г. №203.

23. Нормирование технологических потерь при передаче тепловой энергии /Российская ассоциация «Коммунальная энергетика». Информационный бюллетень №4, М., 2005. 40 с.

24. Попырин JI.C., Беляева Г.М., Дильман М.Д. Методы исследования надежности, живучести и безопасности источников энергии и систем энергетики. Изв. вузов. Проблемы энергетики. 2001. №2. - с.98-108.

25. Соколов Е.Я. Теплофикация и тепловые сети. — М.: Издательство МЭИ, 2001.-472 с.

26. Сидельников В.И. Методология построения и анализа математических моделей систем теплоснабжения /Дисс. на соискание уч. ст. д-ра техн. наук.: 05.13.18 Ростов-на-Дону, 2004, 286 с.

27. Иванилов Ю.П. Элементы системного анализа. — М.: Наука, 1980. —166 с.

28. Абрамов С.Ю. Системный анализ, комплексное оценивание, совершенствование учета и управления в системах централизованного теплоснабжения /Дисс. на соискание уч. ст. к-та техн. наук.: 05.13.01 Самара, 2007. 168 с.

29. Попырин JI.C. Математическое моделирование и оптимизация теплоэнергетических установок. -М.: Энергия, 1978.

30. Рожицкий Д.Б., Никулина Т.В., Бардыкин Ю.Н. Оценка потенциала энергосбережения при проведении экспресс-обследования на примере ряда предприятий железнодорожного транспорта //Вестник ВНИИЖТ. 2004, №6. с.41-45.

31. Рожицкий Д.Б., Бардыкин Ю.Н., Мандриков С.Н. Опыт оценки эффективности теплоиспользования на ремонтных заводах железнодорожного транспорта с применением современных информационных технологий. Энергосбережение и водоподготовка, №6, 2005. - с.53-55.

32. Бардыкин Ю.Н. Автоматизированный расчет энергопотребления в теплоэнергетическом хозяйстве депо. — В сб. научн. тр.: Развитие железнодорожного транспорта в условиях реформирования /Под ред. Ю.М. Черкашина, Г.В. Гогричиани. М.: Интекст, 2006. с. 138-142.

33. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. М., «Наука», 1978.-398 с.

34. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Курс статистического моделирования. М., Наука, 1976.-98 с.

35. Транспортная теплотехника: Учебник для вузов ж.-д. транспорта /A3. Симеон, И.Д.Михайлов, В.Д.Сахаревич, В.И. Перелет. М.: Транспорт, 1988.-319 с.

36. ГОСТ 24005—80. Котлы паровые стационарные с естественной циркуляцией.

37. ГОСТ 21563-93. Котлы водогрейные стационарные. Основные параметры и технические требования.

38. Роддатис К.Ф., Полтарецкий А.Н. Справочник по котельным установкам малой производительности /Под ред. К.Ф. Роддатиса. М.: Энергоатомиздат, 1989. — 488 с.

39. Котлы малой производительности. Каталог-справочник. К8-70 /НИИинформтяжмаш, М., 1975.

40. Котлы малой производительности. Отраслевой каталог /НИИЭинформэнергомаш, М., 1990.

41. Котельные агрегаты. Номенклатурный справочник /НИИинформтяжмаш, М., 1972.

42. Паровые и водогрейные котлы /Справочное пособие/ СПб.: Деан, 2000. 192 с.

43. Паровые и водогрейные котлы. Справочник. Зыков А.К. М.: Энергоатомиздат, 1987.

44. Котельные установки и их обслуживание. Деев JI.B., Балахничев Н.А. М.: Высшая школа, 1990.-239 с.

45. Баранов П.А. Эксплуатация и ремонт паровых и водогрейных котлов. М., Энергоатомиздат, 1986. — 246 с.

46. Каталог «Котлы малой производительности». 12-79 НИИинформэнергомаш, М., 1979.

47. Кистьянц Л.К., Юдаева Е.М. Нормирование расходов тепла и топлива для стационарных установок железнодорожного транспорта. М.: Транспорт, 1976.- 141 с.

48. Бузников Е.Ф., Верес А.А., Грибов В.Б. Пароводогрейные котлы для электростанций и котельных. М.: Энергоатомиздат, 1989. 208 с.

49. Гусев Ю.Л. Основы проектирования котельных установок. Изд. 2-е, перераб. и доп., М., Стройиздат, 1973.

50. Сидельковский Л.Н., Юренев В.Н. Котельные установки промышленных предприятий. — М.: Энергоатомиздат, 1988. 526 с.

51. Роддатис К.Ф. Котельные установки. М.: Энергия, 1989. - 430 с.

52. Водогрейные котлы теплопроизводительностью 10, 20 и 30 Гкал/ч для работы на жидком, газообразном и твердом топливах /Л.А.Лесниковский, JI.E. Старобин, В.П. Лазебный, А.А. Сухоносов, А.К. Крылов — М.: ЦКТИ, 1970.- 12 с.

53. Паровые котлы типа КЕ для сжигания твердого топлива /Г.Н.Гордеина, С.А.Маргулис, Н.С.Рассудов и др. Промышленная энергетика, 1977, №11, с.24-26.

54. Лунина Н.В. Котлы малой и средней мощности и топочные устройства (Каталог-справочник). М.: НИИинформтяжмаш, 1972. — 204 с.

55. Кузьмин А.В., Капчиц З.Ф. Котлы малой производительности. — М.: НИИинформтяжмаш, 1975. — 34 с.

56. Александров В.Г. Паровые котлы малой и средней мощности. Л.: Энергия, 1972.-244 с.

57. Котлы малой и средней мощности. Отраслевой каталог. — М.: НИИЭинформэнергомаш, 1985.

58. Котлы малой и средней мощности и топочные устройства. Отраслевой каталог. М.: НИИЭинформэнергомаш, 1983.

59. Энергетическое оборудование для тепловых электростанций и промышленной энергетики: Номенклатурный каталог в трех частях. М.: НИИЭинформэнергомаш, 1984.

60. Борщов Д.Я. Чугунные секционные котлы в коммунальном хозяйстве. М.: Стройиздат, 1977. - 248 с.

61. Теплотехнический справочник. Изд.2-е, перераб. /Под ред. В.Н.Юренева и П.Д.Лебедева. T.l.-М.: Энергия, 1975.-744 с.

62. Линник Ю.В. Метод наименьших квадратов и основы теории обработки наблюдений. М., Физматгиз, 1958. 116 с.

63. Экономико-математические методы и модели в планировании и управлении. Терехов Л.Л., Куценко В.А., Сиднев С.П. К.: «Вища школа», 1984.-231 с.

64. Б.П. Демидович, И.А. Марон, Э.З. Шувалова. Численные методы анализа. Приближение функций, дифференциальные и интегральные уравнения. М., «Наука», 1967. 368 с.

65. Банников В.В. Проблемы накипи и энергосбережение. /Энергосбережение, №2, 2005. — с.34-36.

66. Инструкция по нормированию расходов топливно-энергетических ресурсов для котельных номинальной производительностью 0,5 Гкал/ч и выше. Утв. Комитетом по энергоэффективности при Совете Министров Республики Беларусь 12 июня 2002 г. №34.

67. Лепилин Р.С. Водный режим и экономичность котельных с паровыми котлами /Промышленная энергетика, 1983, №8, с.41-44.

68. Гольстрем В. А., Кузнецов Ю.Л. Справочник по экономии топливно-энергетических ресурсов. — К.: Техшка, 1985. — 383 с.

69. Нормирование удельных расходов топлива и создания запасов топлива на тепловых электростанциях и котельных /Российская ассоциация «Коммунальная энергетика». Информационный бюллетень №5, М., 2005. — 40 с.

70. Методика планирования расхода топлива на нетяговые нужды и тепловой энергии в ОАО «РЖД». Утв. распоряжением ОАО «РЖД» от 03.08.2007г. № 1507р.

71. Аоки М. Оптимизация стохастических систем. — М.: Наука, 1971. —424 с.

72. Стохастические системы управления: Сб. статей. /АН СССР. Отв. ред. А.В. Медведев. Новосибирск: Наука, 1979. - 102 с.

73. Шеремет А.Д., Дэй Г.Г., Шаповалов В.Н. Метод цепных подстановок и совершенствование факторного анализа экономических показателей //Вестник МГУ. Сер. Экономика. 1971. №4, с.62-69.

74. Прокофьев В.А., Саломатина Т.В. Интегральные методы факторного анализа. Саратов, Изд. центр СГСЭУ, 2006. 279 с.

75. Ванинский А .Я., Рожнов В.В. Некоторые проблемы методологии анализа влияния факторов //Вестник статистики. 1987, №1, с. 18-25.

76. Новикова J1.B. О линеаризации нелинейных уравнений в частных производных. Труды института математики АН респ. Беларусь, Минск, 2000. Т.6, с.122-124.

77. Черкез А.Я. Инженерные расчеты газотурбинных двигателей методом малых отклонений. М., «Машиностроение», 1975. 380 с.

78. Погодин С.И. Применение метода малых отклонений для расчета и анализа рабочего процесса транспортных газотурбинных двигателей. М., ЦНИИинформации, 1977. 296 с.

79. Крылов А.Н. Лекции о приближенных вычислениях. М., Гостехиздат, 1954. 400 с.

80. Н.С. Пискунов. Дифференциальное и интегральное исчисления. T.I. М., «Наука», 1966. 552 с.

81. Шнейдер В.Е. и др. Краткий курс высшей математики (в двух томах). T.I. М., «Высшая школа», 1978. 384 с.

82. А.Ф. Бермант. Курс математического анализа. Часть 1. М.: Гостехиздат, 1954. — 468 с.

83. Элементы прикладной математики. Я.Б. Зельдович, А.Д. Мышкис. М., «Наука», 1972. 592 с.

84. М.Я.Выгодский. Справочник по высшей математике. М., «Физматгиз», 1962. 872 с.

85. Минаев Б.Н., Хрунова И.М. Структура потребления топливно-энергетических ресурсов на железнодорожном транспорте /МИИТ. Вып.978

86. Вопросы теплоэнергетики и экологии на железнодорожном транспорте. М.: 2001. с.9-16.

87. Минаев Б.Н., Мокриденко Г.П., Левенталь Л.Я. Теплоэнергетика железнодорожного транспорта: Справочно-методическое пособие /Под общей ред. Б.Н. Минаева. М.: МИИТ, 2006. - 345 с.

88. Энергосбережение и защита окружающей среды на теплоэнергетических объектах железнодорожного транспорта, промышленности и жилищно-коммунального хозяйства. -М.: МИИТ, 2008. 193 с.

89. Жила В.А., Маркевич Ю.Г., Клочко А.К. Анализ систем теплоснабжения с различной степенью централизации //Энергосбережение. — 2008. -№1. с.42-43.

90. Кистьянц Л.К., Юдаева Е.М. Экономия тепла и топлива в стационарном теплоэнергетическом хозяйстве железнодорожного транспорта. — М., «Транспорт», 1977. — 222 с.

91. Кистьянц Л.К. и др. Перевод производственных потребителей железнодорожного транспорта на новые теплоносители. — М., «Транспорт», 1970.-44 с.

92. Чистович С.А. Технологические схемы систем теплофикации, теплоснабжения и отопления //АВОК. — 2007. — №7. — с. 10-18.

93. Лебедев В.М., Овсянников В.В., Усманов Ю.А., Воронин В.Г., Рожкова Е.П. Определение технико-экономических показателей по затратным статьям тарифа на отпускаемую тепловую энергию промышленно-отопительными котельными. — ОмГУПС, Омск, 1999. — 94 с.

94. Программа реализации энергетической стратегии ОАО «РЖД» на период до 2010г. /Утверждена распоряжением ОАО «РЖД» 31.12.04 №4407р., Москва, 2004г.

95. Энергетическая стратегия железнодорожного транспорта на период до 2010г. и на перспективу до 2030г. /Утв. ОАО «РЖД» от 11.02.08 №269р.

96. Типовая инструкция по периодическому техническому освидетельствованию трубопроводов тепловых сетей в процессе эксплуатации. РД 153-34.0-20.522-99 /Утв. РАО «ЕЭС России» 09.12.99.

97. Щербаков С.Н. Обеспечение надежности трубопроводов в условиях крупных городов /Энергосбережение, 2004. №2, с.55-59.

98. Родичев J1.B. Методы и средства повышения эффективности транспорта тепловой энергии /Дисс. на соискание уч. ст. д-ра техн. наук.: 05.14.04 Санкт-Петербург, 2006. 339 с.

99. ГОСТ Р 51164-98. Трубопроводы стальные магистральные. Общие требования к защите от коррозии.

100. Бардыкин Ю.Н., Рожицкий Д.Б., Лохач А.В. Принципы построения математической модели процесса топливопотребления для целей факторного анализа на основе показателей технического состояния теплогенерирующего оборудования /Сб. трудов ОмГУПС, Омск, 2008.

101. Рожицкий Д.Б., Бардыкин Ю.Н. Оценка потенциала топливосбережения на основе мониторинга фактического состояния котельных ОАО «РЖД». Промышленная энергетика, №7, 2009. - с. 6-10.