Содержание к диссертации
Введение
1. Организация управления энергопотреблением на промышленном предприятии 13
1.1. Особенность промышленного предприятия как объекта управления энергопотреблением 13
1.2. Анализ организации и методов нормирования энергопотребления на промышленных предприятиях 19
1.2.1 Анализ организации нормирования энергопотребления на промышленных предприятиях 21
1.2.2 Анализ методов нормирования энергопотребления на промышленных предприятиях. 24
1.3 Направления совершенствования управления энергопотреблением 33
1.4 Научно обоснованное энергопотребление как элемент системы энергоменеджмента 35
Выводы по 1 главе 40
2. Разработка комбинированного метода получения процессной энергетической характеристики 43
2.1. Энергетическая характеристика объекта энергопотребления 43
2.2.Комбинированный метод получения ПЭХ 50
2.3. Алгоритм расчёта научно обоснованного энергопотребления с использованием комбинированного метода получения ПЭХ 55
2.4. Учёт модернизации и ремонта энергопотребляющего оборудования в комбинированном методе 57
2.5 Расчет величины НОЭ на производстве нефтехимического предприятия с использованием комбинированного метода получения ПЭХ. 60
Выводы по 2 главе 74
3. Разработка методов управления энергопотреблением на промышленных предприятиях с использованием процессных ПЭХ 77
3.1.Метод повышения эффективности работы промышленного предприятия на рынке энергетических ресурсов с использованием процессных энергетических характеристик. 83
3.2 Метод ранжирования инвестиционной привлекательности проектов модернизации энергопотребляющего оборудования с использованием ПЭХ .
3.3.Оценка экономической эффективности управления энергопотреблением с использованием ПЭХ. 90
3.3.1 Метод оценки эффективности управления энергопотреблением промышленного предприятия, использующий расширенный перечень эффектов от применения ПЭХ 91
3.3.2 Оценка экономического эффекта управления энергопотреблением на промышленном предприятии с использование процессных ПЭХ 94
Выводы по 3 главе 98
4. Разработка информационно-аналитической системы «Управление энергопотреблением предприятия» 101
4.1. Назначение и цели создания ИАС 101
4.2 Обоснование экономической эффективности создания ИАС «Управление энергопотреблением предприятия» 110
4.3 Пример расчёта научно обоснованного электропотребления Цеха «ЦГФУ» ООО «Тобольск-нефтехим» с использованием ИАС «Управление энергопотреблением предприятия» 116
Выводы по 4 главе 122
Заключение 124
Список литературы 133
- Анализ организации и методов нормирования энергопотребления на промышленных предприятиях
- Алгоритм расчёта научно обоснованного энергопотребления с использованием комбинированного метода получения ПЭХ
- Метод ранжирования инвестиционной привлекательности проектов модернизации энергопотребляющего оборудования с использованием ПЭХ
- Обоснование экономической эффективности создания ИАС «Управление энергопотреблением предприятия»
Анализ организации и методов нормирования энергопотребления на промышленных предприятиях
Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП) - комплекс программных и технических средств, предназначенный для автоматизации управления технологическим оборудованием на предприятиях. Под АСУТП обычно понимается комплексное решение, обеспечивающее автоматизацию основных технологических операций на производстве в целом или каком-то его участке, выпускающем относительно завершенный продукт. Термин автоматизированный, в отличие от термина автоматический, подчеркивает возможность участия человека в отдельных операциях, как в целях сохранения человеческого контроля над процессом, так и в связи со сложностью или нецелесообразностью автоматизации отдельных операций. Составными частями АСУТП могут быть отдельные системы автоматического управления (САУ) и автоматизированные устройства связанные в единый комплекс. Как правило, АСУТП имеет единую систему операторского управления технологическим процессом в виде одного или нескольких пультов управления, средства обработки и архивирования информации о ходе процесса, типовые элементы автоматики: датчики, контроллеры, исполнительные устройства. Для информационной связи всех подсистем используются промышленные сети.
Автоматизированная система управления техническим обслуживанием и ремонтом (ТОиР)– комплекс программных и технических средств, предназначенный для управления техническим обслуживанием и ремонтом оборудованием на предприятиях.
LIMS (сокр. от англ. Laboratory Information Management System, система управления лабораторной информацией) - программное обеспечение, предназначенное для управления лабораторными потоками работ и документов. Оно оптимизирует сбор, анализ, возврат и отчетность лабораторных данных о качестве сырья, полуфабрикатов и готовой продукции.
Автоматизированная система технического учёта энергоресурсов (АСТУЭ) и автоматизированная система коммерческого учёта энергоресурсов (АСКУЭ) предназначены для сбора информации о потреблении энергоресурсов структурными подразделениями предприятия и всей компанией в целом. АСКУЭ собирает значения фактического энергопотребления предприятия, а АСТУЭ – значения фактического потребления технологического оборудования.
На сегодняшний день в мире существует целый ряд разработчиков и производителей автоматизированных систем для промышленных предприятий. К лидерам можно отнести компании Siemens, GE, Yokogawa, Mitsubishi electric. В России можно отметить компании Индасофт, Прософт, ИТСК. Краткая характеристика автоматизированных систем наиболее распространенных на промышленных предприятиях, на примере компаний разработчиков Yokogawa, Прософт, Энергия+, представлена в приложении 1. Из краткой характеристики автоматизированных систем видно, что они способны измерять, хранить и передавать данные о состоянии технологического процесса с большой дискретностью и точностью измерений. В настоящий момент на промышленных предприятиях массив данных, предоставляемых автоматизированными системами, используется частично: данные АСУТП используются для контроля качества ведения технологического режима, данные АСКУЭ для расчета с поставщиками энергоресурсов, данные АСТУЭ для сведения энергетического баланса промышленного предприятия.
Кроме того особенностью промышленного предприятия как объекта управления энергопотреблением является наличие на предприятие тарифного расписания.
С учетом тарифов на энергоресурсы, определяющих их стоимость в зависимости от условий энергопотребления (времени суток, объема и т.д.), затраты на энергетические ресурсы для промышленных предприятий складываются из объёма потребляемых ТЭР и их стоимости. Поэтому промышленным предприятиям для снижения себестоимости выпускаемой продукции необходимо планировать и организовывать производственный процесс и с учетом минимально возможной стоимостью энергетических ресурсов, предоставляемых сбытовыми компаниями.
Бюджетирование позволяет определять наиболее эффективные условия (в т.ч. тарифы) потребления ТЭР. Под контролем подразумевается процесс наблюдения, выявления, анализа, оценки и информирования об отклонениях действительных значений энергопотребления от заданных или их совпадение. Контроль обеспечивает эффективность потребления ТЭР в т.ч. и за счет организации нормирования. Автоматизированные системы предоставляют необходимую информацию для анализа энергопотребления.
Повышение экономичности энергетических систем промышленных предприятий является актуальной производственной задачей и наряду с активной энергосберегательной политикой может достигаться за счет своевременного и качественного нормирования энергопотребления, а также совершенствования управления энергопотреблением на промышленных предприятиях.
Алгоритм расчёта научно обоснованного энергопотребления с использованием комбинированного метода получения ПЭХ
Существующие методы нормирования энергопотребления не в полном объёме позволяют использовать возможности систем коммерческого и технического учёта потребления ТЭР (АСУЭ) и управления технологическим процессом (АСУ ТП). Скорость изменения объективной нормы энергопотребления не соответствует скорости изменения объекта энергопотребления. Промышленные предприятия, как объект энергопотребления, обладают большим набором сложных технологических процессов, изменение состояния которых во времени происходит постоянно.
Это обусловлено как изменением технологических факторов (изменение технического состояния оборудования), так и социально-экономических и климатических факторов (изменение параметров окружающей среды, квалификации персонала и т.д.). Поэтому актуальным становиться вопрос повышения оперативности и точности определения величины энергопотребления промышленного предприятия для принятия управленческих решений.
Развитие систем учёта потребления ТЭР и управления ТП, позволяют получать, хранить и представлять в оперативном режиме большой объём информации об объекте энергопотребления: - параметры и режимы работы энергопотребляющего оборудования, - объём потребления ТЭР, - характеристики потребляемых ТЭР, - состав сырья и качество готовой продукции и т.д. Эту информацию можно использовать в режиме реального времени для повышения точности определения величины энергопотребления промышленного предприятия. Автором сформулированы направления совершенствования управления энергопотреблением промышленного предприятия: - повышение оперативности и точности получения энергетических характеристик технологических процессов; - автоматизация систем сбора данных учета энергопотребления; - внедрение автоматизированных систем управления технологическим процессом; - внедрение автоматизированных систем управления техническим обслуживанием и ремонтом оборудования; - внедрение автоматизированных систем контроля качества сырья и готовой продукции.
Направления совершенствования управления энергосбережением были рассмотрены в работах О.В. Новиковой и Э.М. Косматова [57, 62, 63]. Для повышения эффективности управления энергопотреблением промышленного предприятия современное развитие информационного и технологического оснащения предприятий позволяет совершенствовать методы получения энергетических характеристик технологических процессов, определять в оперативном режиме (режиме реального времени) технически и экономически обоснованная величина энергопотребления производства (цеха) и предприятия в целом.
Автором вводиться понятие «Научно обоснованное энергопотребление» - технически и экономически обоснованная величина энергопотребления, учитывающая в оперативном режиме изменение факторов, влияющих на потребление ТЭР (технологических, социально-экономических, климатических).
Научно обоснованное энергопотребление (НОЭ) определяется на основании актуальных данных систем учета, контроля и управления промышленного предприятия, получаемых в режиме реального времени. Таким образом, обеспечивается учёт фактического технического состояния объекта энергопотребления.
Система управления потреблением энергии (далее система энергоменеджмента), требования и руководство по использованию которой регламентированы международным стандартом ISO 50001 [1], в настоящий момент активно внедряется как за рубежом, так и на целом ряде отечественных промышленных предприятиях различных отраслей народного хозяйства. Примером являются предприятия ООО «СИБУР Холдинг» (ООО «Тобольск-нефтехим», ЗАО «Сибур-химпром», ООО «Томскнефтехим», ОАО «Воронежсинтезкаучук» и т.д.), ООО «Евраз-Холдинг» (ОАО «ЗСМК», ОАО «НКМК», ОАО «НТМК», ОАО «Евразруда», ОАО «Ванадий», ОАО «ВГОК»).
Ключевым элементом организационной структуры управления энергопотреблением на промышленных предприятиях является энергоменеджер. Высшее руководство предприятия делегирует ему широкий круг обязанностей в управлении энергопотреблением [74]: - формирование и организация выполнения энергетической политики; - введение и поддержание эффективных путей обеспечения управленческой информацией об энергопотреблении; - внедрение и поддержка эффективных административно-хозяйственых мероприятий и эффективной эксплуатационной практики (программа рационального использования и экономного расходования ТЭР); - выявление экономически обоснованных возможностей для повышения энергоэффективности в существующих производствах, цехах предприятия; - формулирование и формирование инвестиционной программы по рациональному энергопотреблению; - введение и поддержание процедур оценки экономической эффективности мероприятий энергетического менеджмента.
Численность энергоменеджеров на предприятии может быть определена исходя из правила один сотрудник на каждые от 1 до 3 млн. дол. США энергозатрат [67].
В соответствии с требованиями стандарта ISO 50001 «Организация должна определить показатели энергетической эффективности, которые будут использоваться для оценки энергетической эффективности. Методы, используемые для определения и обновления показателей энергетической, должны быть задокументированы. Показатели энергетической эффективности должны обновляться и регулярно сравниваться с базовым энергопотреблением» [1].
Метод ранжирования инвестиционной привлекательности проектов модернизации энергопотребляющего оборудования с использованием ПЭХ
Для предприятий нефтехимической, химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, горно-обогатительной отраслей промышленности, современных предприятий автомобильной, пищевой, фармацевтической и т.п. отраслей промышленности характерна высокая степень сложности бизнес-процессов, разветвлённая организационная структура – наличием большого числа производственно-технологических и организационно-управленческих подразделений, «жёсткие» требование к безопасной эксплуатации производства. Это обуславливает широкое применение в указанных отраслях промышленности информационных систем различного типа: автоматизированных систем управления технологическими процессами, ERP и MES-систем, систем учёта потребления ТЭР, контроля качества сырья и готовой продукции и т.п. Наличие большого количества производственного оборудование на предприятиях обусловлено внедрение автоматизированных систем технического обслуживания и ремонта оборудования (ТО и Р). Системы обрабатывают огромные массивы информации и позволяют использовать полученные результаты для поддержки принятия решений на различных уровнях управления, в том числе на уровне управления энергопотреблением предприятия. Обеспечивают выполнение функций расчёта и анализа энергопотребления [50].
Важной особенностью технологических процессов промышленных предприятий определенных выше отраслей народного хозяйства является их высокая энергоемкость. Как отмечалось в [41, 73], промышленное предприятие обладает всеми характеристиками «активного» потребителя1 ТЭР [73]: наличие технологических установок, осуществление деятельности по управлению спросом (маневрирование энергопотреблением путем снижения или перенесения нагрузки во времени с целью минимизации затрат на ТЭР; управление собственной генерацией – определение степени её загрузки, объёма собственного потребления и подаваемого на рынок) поэтому обосновано может быть отнесено к «активным» потребителям ТЭР. Однако в [73] промышленное предприятие рассматривается как «черный ящик». Автором не предлагаются механизмы управления энергопотреблением.
Так же в [41, 73] определены функции активного потребителя в электроэнергетической системе: - управление собственным энергопотреблением в соответствии с производственным планом; - предоставление управляемых активных и реактивных нагрузок (мощностей) для управления со стороны системного оператора; - определение условий загрузки собственной мощности, для формирования заявки на участие в покупке/продаже электроэнергии на оптовом и розничных рынках.
Особенностью [73] является рассмотрение только вопросов электропотребления. С учётом необходимости управления на промышленных предприятиях не только потреблением электроэнергии, но и прочими видами энергетических ресурсов (тепловая энергия, топливо и т.д.) целесообразно
Определение понятия «активный» потребитель - участник электроэнергетического рынка, обладающий технологической возможностью по маневрированию своим энергопотреблением и готовностью к участию в программах по управлению спросом, который самостоятельно формирует требования к объёму получаемой электроэнергии, качеству и характеру её потребительских свойств и энергетических услуг введено в работе [34] и требует уточнения, т.к. целесообразно говорить не только о потреблении электроэнергии, но и прочих видов энергоресурсов (тепловой энергии, топлива и т.д.). Поэтому необходимо определить следующее понятие «активный» потребитель - участник энергетического рынка, обладающий технологической возможностью по маневрированию своим энергопотреблением и готовностью к участию в программах по управлению спросом, который самостоятельно формирует требования к объёму получаемой энергии, качеству и характеру её потребительских свойств и энергетических услуг. уточнить функции, предложенные в [41, 73], и сформулировать их для «активного» потребителя при потреблении ТЭР.
Функции «активного» потребителя при потреблении ТЭР: - управление собственным энергопотреблением в соответствии с производственным планом; - предоставление управляемых активных и реактивных нагрузок (мощностей) для управления со стороны системного оператора (электроэнергия); - определение условий загрузки собственной мощности, для формирования заявки на участие в покупке/продаже ТЭР. - определение условий строительства собственных источников энергоснабжения (электроэнергия, тепловая энергия); - изменение режимов энергопотребления технологического оборудования (изменение режимов использования оборудования в технологическом процессе); - модернизация технологического процесса (повышение эффективности энергопотребления, повышение процента использования вторичных ТЭР в технологических процессах). Реализация приведенных выше функций создает предпосылки для управления энергопотреблением на промышленных предприятиях рис. 3.1. Исходя из выше сказанного, промышленное предприятие является «активным» потребителем ТЭР и может управлять собственным энергопотреблением.
Обоснование экономической эффективности создания ИАС «Управление энергопотреблением предприятия»
Современные промышленные предприятия работают в условиях функционирования рынка энергоресурсов и ужесточения требований по энергосбережению. Это обуславливает необходимость повышения уровня оперативности и обоснованности принятия управленческих решений в сфере энергопотребления.
Наряду с модернизацией устаревшего энергетического оборудования, совершенствование управления энергопотреблением является одним из основных механизмов экономии энергоресурсов.
В условиях конкуренции на рынке промышленной продукции и функционирования рынка энергетических ресурсов становится актуальной задача управления энергопотреблением промышленного предприятия с учетом возможности изменения энергетических характеристик во времени для снижения затрат на покупку энергетических ресурсов.
Эффективное управление энергопотреблением промышленного предприятия может достигаться за счет своевременного и качественного нормирования энергопотребления.
Норма энергопотребления, как плановая мера, выполняет функции контроля расхода энергоресурсов и воздействует на персонал промышленного предприятия, который может влиять на её изменение, постоянно заставляя персонал прилагать дополнительные усилия и проводить мероприятия по её выполнению и снижению, тем самым повышая эффективность использования энергоресурсов [74].
Методы и организация нормирования не позволяют оперативно производить управление энергопотреблением промышленного предприятия, т.к. скорость изменения объективной нормы энергопотребления не соответствует скорости изменения объекта энергопотребления.
Существующие методы нормирования энергопотребления не в полном объёме позволяют использовать возможности АСУ ТП и АСУЭ промышленных предприятий. Организация нормирования не позволяет оперативно производить управление энергопотреблением промышленного предприятия.
Поэтому актуальным становиться вопрос повышения оперативности и точности определения величины энергопотребления промышленного предприятия для принятия управленческих решений.
Развитие систем учёта потребления ТЭР и управления ТП, позволяют получать, хранить и представлять в оперативном режиме большой объём информации об объекте энергопотребления: параметры и режимы работы энергопотребляющего оборудования, объём потребления ТЭР, характеристики потребляемых ТЭР, состав сырья и качество готовой продукции и т.д. Эту информацию можно использовать в режиме реального времени для повышения точности определения величины энергопотребления промышленного предприятия. Автором в диссертации сформулированы направления совершенствования управления энергопотреблением промышленного предприятия: - повышение оперативности и точности получения ПЭХ; - автоматизация систем сбора данных учета энергопотребления; - внедрение автоматизированных систем управления технологическим процессом; - внедрение автоматизированных систем управления техническим обслуживанием и ремонтом оборудования; - внедрение автоматизированных систем контроля качества сырья и готовой продукции. В основе методов нормирования лежит энергетическая характеристика объекта энергопотребления, необходимость использования которой сформулирована в работах ученых И.В. Гофмана и А.А. Тайца [45, 75].
Для повышения эффективности управления энергопотреблением промышленного предприятия современное развитие информационного и технологического оснащения предприятий позволяет совершенствовать методы получения ПЭХ, определять в оперативном режиме (режиме реального времени) научно обоснованное энергопотребление производства (цеха) и предприятия в целом. Автором введено понятие «Научно обоснованное энергопотребление» - технически и экономически обоснованная величина энергопотребления, учитывающая в оперативном режиме изменение факторов, влияющих на потребление ТЭР (технологических, социально-экономических, климатических).
Научно обоснованное энергопотребление (НОЭ) определяется на основании актуальных данных систем учета, контроля и управления промышленного предприятия, получаемых в режиме реального времени. Таким образом, обеспечивается учёт фактического технического состояния объекта энергопотребления.
Научно обоснованное энергопотребление удовлетворяет всем требованиям, предъявляемым к показателям энергоэффективности: достоверность оценки энергопотребления, высокая точность и оперативность определения. Необходимость установление показателей энергоэффективности определено международным стандартом ISO 50001. Исходя из выше сказанного, автором предложено использовать научно обоснованное энергопотребление как один из показателей энергетической эффективности промышленного предприятия.
Предложенное автором в диссертации научно обоснованное энергопотребление, как показатель энергетической эффективности, позволяет повысить оперативность и качество принятия решений, тем самым совершенствовать управление энергопотреблением промышленного предприятия.