автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Системный анализ и направления повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов на газоперерабатывающих предприятиях

Введение.

1 Аналитический обзор энергоэффективности технологий ТЭК и газовой промышленности РФ.

1.1 Актуальность проблемы повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов.

1.2 Потенциал газовой промышленности в топливно-энергетическом комплексе страны.

1.3 Системные модели в анализе комплексных проблем топливно-энергетического комплекса.

2 Системный анализ производственных структур предприятий по переработке природного газа.

2.1 Анализ базовой производственной структуры газоперерабатывающих предприятий.

2.2 Системный анализ технологической структуры производства сепарации и очистки газа. 2.3 Анализ структурной организации производства получения серы.

2.4 Системный анализ технологической структуры производства нефтепродуктов и сжиженного газа.

2.5 Анализ производственной структуры получения товарного газа.

3 Структурный анализ систем энергообеспечения газоперерабатывающего предприятия.

3.1 Анализ системы топливоснабжения.

3.2 Комплексный анализ системы теплоснабжения.

3.3 Анализ системы воздухоснабжения и водоснабжения.

3.4 Структурный анализ системы электроснабжения.

4 Комплексный анализ эффективности использования топливноэнергетических ресурсов на предприятии.

4.1 Системный анализ эффективности использования топливного газа на предприятии.

4.2 Математическое моделирование теплоснабжения предприятия.

4.3 Модельный анализ системы водоснабжения предприятия.

4.4 Расчетный анализ показателей электропотребления на предприятии.

5 Разработка основных направлений и мероприятий по повышению эффективности использования топливно-энергетических ресурсов.

5.1 Направления и мероприятия энергосбережения в системах теплоснабжения.

5.2 Основные направления и мероприятия энергосбережения в системе электроснабжения предприятия.

5.3 Разработка автоматизированных систем управления энергоснабжением предприятия.

5.4 Разработка прикладного программного обеспечения АСУЭ теплоснабжения.

Высокая энергоемкость российского промышленного производства является одной из важнейших проблем, влияющей на эффективность всех сфер промышленного производства. В период структурных перестроек за последние 10 лет она дополнительно возросла на 22% и в настоящее время превышает среднемировой показатель в 2,3 раза, а по странам ЕС в 3,1 раза.

В соответствии со «Стратегией развития топливно-энергетического комплекса России до 2020 года» энергоемкость ВВП должна снизиться к 2020 году примерно в 2 раза, в том числе за счет реализации политики энергосбережения - на 30-35%.

Важнейшим направлением является энергосбережение в топливно-энергетическом комплексе, на долю которого приходится 35-40% от общего потенциала энергосбережения. Основным в балансе первичных топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) России является газ, объем потребления кото-^ рого в 2005 году был 470 млн. т у.т., что составило 50,6% от всего потребления

ТЭР.

По энергоемкости газовая промышленность занимает второе место в хо4 зяйственном комплексе страны после электроэнергетики. Важной подотраслью газовой промышленности является сфера переработки газа и конденсата, производящая ценную народнохозяйственную продукцию - товарный и сжиженный газ, бензин, дизельное и котельное топливо, стабильный конденсат, серу, стоимость которой постоянно возрастает и является крупной доходной статьей бюджета страны. Поэтому уменьшение энергоемкости предприятий переработки газа, приводящее к снижению себестоимости и цены выпускаемой продук-(• ции, к повышению конкурентоспособности, является важным, актуальным направлением.

Целью настоящей диссертационной работы является системный анализ эффективности использования ТЭР региональных предприятий по переработке природного газа и разработка направлений и мероприятий по совершенствованию систем энергоснабжения технологических производственных процессов, обеспечивающих снижение энергоемкости производств и повышение их конкурентоспособности в условиях современных экономических отношений.

Основными методами исследования являются методы системного и структурного анализа, методы статистического анализа, системные методы энергетики, методы теории графов, методы энергетических балансов, методы теории тепловых систем, теплообмена, гидромеханики.

Научная новизна и значимость работы характеризуется следующими результатами:

1 Поставлена и решена задача системного анализа комплексной эффективности использования ТЭР отраслевого газоперерабатывающего предприятия.

2 Разработаны методология, подходы и критерии оценки энергетической эффективности технологических производств переработки газа, выявлены и исследованы показатели качества их функционирования.

3 Разработан комплекс системных математических моделей, описывающих энерготехнологические взаимосвязи и взаимодействие сырьевых, продуктовых и энергетических ресурсов газоперерабатывающего предприятия.

4 Предложены способы и методики снижения энергоемкости технологий базовых производств газоперерабатывающего предприятия.

5 Разработаны системно обоснованные энергосберегающие направления и реализующие их мероприятия по совершенствованию технологических процессов переработки газа.

Практическая значимость диссертации заключается в обосновании направлений и разработке системы конкретных мероприятий по снижению энергоемкости технологических процессов на предприятиях по переработке газа. Результаты работы использованы в реальном производстве, привели к существенному уменьшению затрат ТЭР и дали значительный экономический эффект. Материалы диссертации внедрены в учебный процесс в системе повышения квалификации ОАО «Газпром» и в Самарском государственном техническом университете на кафедре «Управление и системный анализ в теплоэнергетике».

Апробация работы. Диссертационное исследование выполнялось в рамках отраслевых программ ОАО «Газпром». Под руководством и при участии автора разработаны Программа работ по созданию и внедрению систем качественного водоснабжения и экологически чистого водоотведения на объектах ОАО «Газпром» - «Чистая вода Газпрома», 2002 г.; Программа работ по созданию эффективного и устойчивого теплоснабжения на объектах ОАО «Газпром» - «Эффективное теплоснабжение Газпрома на 2003 - 2007 г.г.», 2003 г; Программа реконструкции систем теплоснабжения предприятий ОАО «Газпром», 2004 г.; Программа реконструкции тепловых сетей предприятий ОАО «Газпром» на 2006 - 2008 г.г. с использованием передовых технологий и материалов, 2005 г.

Результаты докладывались на Международном обучающем семинаре работников газовой промышленности (Австрия, г. Вена, 1998 г.); на научно-Ф техническом совете ОАО «Газпром» (г. Санкт-Петербург, 1999 г.); на Второй

Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Мехатроника, автоматизация, управление» (г. Уфа, 2005 г.); на отраслевом совещании специалистов по вентиляции (г. Краснодар, 2005 г.); на Всероссийской конференции «Энергетика. Энергосбережение» (г. Саратов, 2003 г.); на Международной научно-технической конференции «Автоматизация и производственный контроль» (г. Тольятти, 2006 г.); на ежегодных совещаниях главных энергетиков и главных теплоэнергетиков ОАО «Газпром» (1985-2006 г.г.).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы представлены в 17 публикациях. Л На защиту выносятся следующие основные научные положения:

1 Методология системного анализа комплексной эффективности использования ТЭР отраслевого газоперерабатывающих предприятий.

2 Методики и критерии оценки энергетической эффективности производств переработки газа.

3 Результаты оценки энергоемкости производственных газоперерабатывающих технологий.

4 Системно-обоснованные направления энергосберегающей политики на предприятиях переработки газа.

Диссертационное исследование включает в себя введение, пять глав, заключение, список использованной литературы и приложения.

Заключение

Выполненная работа посвящена системному анализу комплексной эффективности использования топливно-энергетических ресурсов на предприятиях переработки газа, ф Основными результатами работы являются:

1 Поставлена и решена задача системного анализа комплексной эффективности использования ТЭР отраслевого газоперерабатывающего предприятия.

2 Разработаны методология, подходы и критерии оценки энергетической эффективности технологических производств переработки газа, выявлены и исследованы показатели качества их функционирования.

3 Разработан комплекс системных математических моделей, описывающих энерготехнологические взаимосвязи и взаимодействие сырьевых, продуктовых и энергетических ресурсов газоперерабатывающего предприятия.

4 Предложены способы и методики снижения энергоемкости технологий • базовых производств газоперерабатывающего предприятия.

5 Разработаны системно обоснованные энергосберегающие направления и реализующие их мероприятия по совершенствованию технологических процессов переработки газа.

1. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Громовский. М.: Наука, 1976. - 279 с.

2. Албул В.П. Методика определения возможного высвобождения при-ф родного газа/ В.П. Албул, А.П. Мельников, Н.В. Винниченко // Газовая промышленность. 2005. - № 4. - С. 65-67.

3. Батенин В.М. Стратегические направления развития топливно-энергетического комплекса России / В.М. Батенин // Энергосбережение. 2005. - № 2. - С. 10-14.

4. Винниченко Н.В. Некоторые аспекты повышения качества водоснабже-• ния и водоотведения на предприятиях ОАО «Газпром» в программе «Чистаявода Газпрома» / Н.В. Винниченко // Материалы науч.-техн. совета ОАО «Газпром». СПб, 1999.

5. Винниченко Н.В. Отраслевая программа «Эффективное и устойчивое теплоснабжение» / Н.В. Винниченко, A.M. Магдеев // Газовая промышленность. 1999. - № 6. - С. 63-65.

6. Головин А.П. Прогнозирование запасов и оптимизация региональных уровней добычи газа в рамках ТЭК / А.П. Головин, В.И. Китайгородский, И.Я. Файнштейн // Экономика и математические методы. 1979. - Т. 15, вып. 5. -С. 17-21.т

7. Де Гроот. Оптимальные статистические решения / Де Гроот, Моррис / пер. с англ. А.Л. Рухина; под ред. Ю.В. Линника. М.: Мир, 1974. - 491с.

8. Дилигенский Н.В. Анализ и структуризация фундаментальных свойств, характеристик и проблем управления сложными системами / Н.В. Дилигенский // Известия СНЦ РАН. 2000. - № 2. - С. 72-81.

9. Дилигенский H.B. Моделирование производственных функций и анализ эффективности используемых ресурсов в промышленных отраслях региона / Н.В. Дилигенский, Е.Ю. Орлова // Вестник Самар. техн. ун-та. 1998. - № 5. -С. 140-144.

10. Дилигенский Н.В. Проблемы и пути реализации региональной энергосберегающей политики / Н.В. Дилигенский, Л.П. Шелудько // Вестник Самар.техн. ун-та. 1998. - №5. - С. 144-151.

11. Евразийский рынок энергоресурсов: новые стимулы и приоритеты устойчивого развития. М.: Международная топливно-энергетическая ассоциация, 1995.-434 с.

12. Егоров Ю.В. Оптимальное управление системами с распределеннымипараметрами / Ю.В. Егоров // Математика на службе инженера. Основы теории оптимального управления. М.: Знание, 1973. - С. 187-199.

13. Киселев H.A. Котельные установки: учеб. пособие для техн. училищ / H.A. Киселев. М.: Высшая школа, 1975. - 277 с.

14. Криворуцкий Л.Д. Имитационная система для исследования развития Ф топливно-энергетического комплекса / Л.Д. Криворуцкий. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1983. - 127 с.

15. Критические технологии федерального уровня. М.: Госкомитет РФ по науке и технологиям, 1966. - 427 с.

16. Макаров A.A. Топливно-энергетический комплекс. Методы исследования оптимальных направлений развития / A.A. Макаров, А.Г. Вигдорчик. -М.: Наука, 1979.-362 с.

17. Макаров A.A. Энергетика как движущая сила экономики / A.A. Макаров, Д.В. Шапот // Энергетика. 1995. - № 6. - С. 24-31.

18. Мелентьев Л.А. Научные основы системных исследований в энергетике / Л.А. Мелентьев // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт. 1980. -№ 3.- С. 3-9.

19. Мелентьев Л.А. Некоторые проблемы оценки народнохозяйственной эффективности энергетики с использованием производственных функций / Л.А. Мелентьев, Л.С. Вартазарова, Ю.П. Иванилов // Электронное моделирование. 1986.-№ 4. - С. 81-85.

20. Мелентьев Л.А. Основные итоги и задачи системных исследований в энергетике / Л.А. Мелентьев // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт. -1985.-№5.-С. 3-9.

21. Мелентьев Л.А. Принципы развития и методы построения топливно-энергетических балансов / Л.А. Мелентьев // Известия АН СССР. Энергетика и транспорт. 1968. - № 6. - С. 19-32.

22. Мелентьев Л.А. Системные исследования в энергетике / Л.А. Мелентьев. М.: Наука, 1983.-362 с.

23. Мелентьев JI.А. Системные исследования в энергетике: элементы теории, направление развития / JI.A. Мелентьев. М.: Наука, 1979. - 288 с.

24. Мельников А.П. Оценка газосбережения в электроэнергетике / А.П. Мельников, В.П. Албул, Н.В. Винниченко // Газовая промышленность. -2005. -№3.- С. 73-75.

25. Методические положения оптимизации развития топливно-энергетического комплекса. М.: Наука, 1975. — 212 с.

26. Методические указания по составлению и содержанию энергетических характеристик оборудования тепловых электростанций: РД 34.09.155-1993: утв. М-вом топлива и энергетики Рос. Федерации. М.: Служба передового опыта ОРГРЭС, 1993. - 158 с.

27. Методика экспертной оценки теплоэнергетического оборудования / Н.В. Винниченко, В.М. Смирнов, Ю.А. Жебрак Ю.А. и др. // Газовая промышленность. 2005. - № 3. - С. 88-90.

28. Мониторинг и проектирование эффективных технологий топливно-# энергетического комплекса / В.В. Бушуев, A.A. Соловьянов, В.Г. Журавлеви др.. М.: ВНИИОЭНГ, 1995. - 61 с.

29. Налимов В.В. Теория эксперимента / В.В. Налимов. М.: Наука, 1971. -207 с.

30. Наука и высокие технологии России на рубеже третьего тысячелетия. -М.: Наука, 2001.-637 с.

31. Новая энергетическая политика России. М.: Энергоатомиздат, 1995.512 с.

32. Новые решения для объектов водоподготовки / Е.В. Дедиков, Н.В. Винниченко, И.А. Нечаев и др. // Газовая промышленность. 2001. - № 3.т С. - 65-67.

33. Новые решения для объектов водоподготовки, эксплуатируемых в условиях Тюменской области / М.А. Тайгунов, И.А. Нечаев, Н.В. Винниченко и др. // Перспективные отечественные технологии и разработки. 2000. -№37.-С. 11-13.

34. Общая теория статистики / A.A. Спирин; под ред. A.A. Спирина, О.Э. Башиной. М.: Финансы и статистика, 1994. - 296 с.

35. Одум Г. Энергетический базис человека и природы / Г. Одум, Э. Одум. М.: Прогресс, 1978. - 482 с.

36. Померанцев A.A. Курс лекций по теории тепло-массообмена / ф> A.A. Померанцев М.: Высшая школа, 1965. - 351 с.

37. Потенциал энергосбережения и пути его реализации в схемах энергоснабжения газоперерабатывающих предприятий / Е.А. Ларин, Н.В. Винничен-ко, Н.В. Долотовская и др. // Энергосбережение в Саратовской области. -2003.-№2(12).-С. 23-25.

38. Праведников Н.К. Российский газ и нефть на рынке СНГ и мировом рынке / Н.К. Праведников, Л.Г. Рафинов, Л.С. Хрилев // Экономика топливно-энергетического комплекса России. 1994. - № 2. - С. 13-22.

39. Программный комплекс для анализа систем теплоснабжения предприятий ОАО «Газпром» / А.Н. Горохов, A.A. Евстифеев, Н.В. Винниченко и др. // Газовая промышленность. 2004. - № 11. - С. 26-28.

40. Программа реконструкции систем теплоснабжения организаций ОАО «Газпром» / О.Г. Рогинский, Н.В. Винниченко, A.C. Лезнов и др. // Газовая промышленность. 2004. - № 8. - С. 45-48.

41. Равич М.Б. Эффективность использования топлива / М.Б. Равич. М.: Наука, 1977.-312 с.

42. Роль природного газа в развитии теплоэнергетики и реконструкции теплового хозяйства России и стран ближнего зарубежья / Л.С. Хрилев, Л.Г. Рафинов, Г.П. Кутовой Г.П. и др. // Известия РАН. Энергетика. 1994. -№ 2. - С. 33-47.

43. Саати Т. Аналитическое планирование. Организация систем / Т. Саати, К. Керне. М.: Радио и связь, 1991. - 224 с.

44. Старосельский В.И. Прогноз изменения сырьевой базы России / В.И. Старосельский // Газовая промышленность. 1988. - № 8. - С. 21-24.

45. Стратегия развития газовой промышленности. М.: Энергоатомиздат, 1997.-276 с.

46. Уемов А.И. Системный подход и общая теория систем / А.И. Уемов. -М.: Мысль, 1978. 262 с.

47. Фаворский О.Н. Энергетика России / О.Н. Фаворский // Вестник РАН. 1999.-Т. 69.-№4.-С. 17-21.

48. Фундаментальные проблемы газа. М. 1966. Т. 1, Т. 2, Т. 3.

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

50. Эффективность высоких технологий в производстве и потреблении топливно-энергетических ресурсов / Ф.М. Черномуров, В.А. Ждамиров, В.А. Джангиров В.А. и др.. М.: ВНИИОЭНГ, 1994. - 38 с.

51. Шорин С.Н. Теплопередача / С.Н. Шорин. М.: Высшая школа, 1964.491 с.

52. Шумилова Г.П. Модель суточного прогнозирования нагрузок ЭЭС с использованием нечётких нейронных сетей / Г.П. Шумилова, Н.Э. Готман, Т.Б. Старцева // Известия Академии наук. Энергетика. 2001. - № 4. - С. 52-59.

53. Энергетическая стратегия России (основные положения). Межведомственная комиссия при Правительстве РФ по разработке программы развития энергетики. М.: ИНЭИ РАН, 1994. - 76 с.

54. Эффективность использования электроэнергии. М.: Энергия, 1981.

55. Al-Faraj. Evaluation of Bank Branches by Means of Data Envelopment Analysis / Al-Faraj, N. Taqi, S. Abdulaziz, Alidi and Khalid A. Bu-Bshait // International Journal of Operations and Production Management 13(9). 1993. - P. 45-52.

56. Antreas D. Data Envelopment Scenario Analysis for Setting Targets to Electricity Generation Plants / D. Antreas, Athanassopoulos, Nikos Lambroukos, Lawrence Seiford // European Journal of Operational Research. 1999. - Vol. 115. - P. 413-428.

57. Arnold. J. Kumbhakar New Uses of DEA and Statistical Regression for Effi-Ш ciency Evaluation and Estimation with an Illustrative Application to Public Secondary

58. Schools in Texas / J. Arnold, L. Victor, Indranil R. Bardhan, William Wager Cooper // Annals of Operations Research 66. 1996. - P. 255-277.

59. Bafail A.O. A DEA Approach for Measuring Relative Performance of Saudi Banks / A.O. Bafail, R.A. Aal, S.A. Karuvat // International DEA Symposium. 2002 Efficiency and Productivity Analysis in the 21st Century. - Moscow, 2002. - P. 40-52.

60. Banker R.D. Some Models for Estimating Technical and Scale Efficiency in Data Envelopment Analysis / R.D Banker, A. Charnes, W.W. Cooper // Omega, The International Journal of Management Science. 1984. - Vol. 30, № 9. - P. 1078-1092.

61. Charnes A. Measuring the Efficiency of Decision Making Units / A. Charnes,1. Щ)

62. W. Cooper, E. Rhodes I I European Journal of Operational Research. 1978. - Vol. 2. -P. 429-444.

63. Charnes A. The DEA Process, Usages and Interpretations Data Envelopment Analysis: Theory, methodology and applications / A. Charnes, W. W. Cooper, A. Y Lewin, L. M. Seiford Boston: Kluwer Academic Publishers, 1994. - P. 425-435.

64. Dyson R.G., Thanassoulis Е. and Boussofiane A. Data envelopment analysis Warwick Business School. - 1996. - P. 37-41.

65. Magnus Tambour. Internal Markets and Performance in Swedish Health Care / Magnus Tambour, Clas Rehnberg // Stockholm School of Economics (The Economic Research Institute), Working Paper. 1997. - March (№ 161). - P. 37-41.

66. Mickael Lothgren. Alternative Approaches to Estimate Returns to Scale in DEA-models / Mickael Lothgren, Magnus Tambour // Stockholm School of Economics (The Economic Research Institute), Working Paper. 1996. - January (№ 90). -P. 74-77.

67. Mickael Lothgren. Productivity and Customer Satisfaction in Swedish Pharacies: a DE A Network Model / Mickael Lothgren, Magnus Tambour // European Journal of Operational Research. 1999. - Vol. 115. - P. 449-458.

68. Minwir Al-Shammari. Optimization Modeling for Estimating and Enhancing Relative Efficiency with Application to Industrial Companies / Minwir Al-Shammari // European Journal of Operational Research. 1999. - Vol. 115. - P. 488496.

69. Norio Hibiki. DEA Sensitive Analysis by Changing a Reference Set: Regional Contribution to Japanese Industrial Development / Norio Hibiki, Toshiyuki Sueyoshi // Omega, The International Journal of Management Science. 1999. - Vol. 27. - P. 139153.

70. Parrel M.J. The Measurement of Productive Efficiency / M.J. Parrel // Journal of the Royal Statistical Society, Series A (General). 1957. - Vol. 120. - Part III. -P. 253-281.

71. Thierry Post. Performance Benchmarking Using Interactive Data Envelopment Analysis / Thierry Post, Jaap Spronk // European Journal of Operational Research. 1999. - Vol. 115. - P. 472-487.