Введение к работе
Актуальность работы. В условиях рыночной экономики основой успешного функционирования любого предприятия является обеспечение требуемого уровня рентабельности его хозяйственной деятельности.
Особую важность приобретает задача эффективного использования электрической энергии на различных промышленных предприятиях, одними из которых являются угледобывающие.
Угледобывающее производство - одно из наиболее энергоемких отраслей промышленности - занимает существенную часть в энергетическом балансе страны.
В 2003 г. с принятием Федерального закона «Об электроэнергетике» был образован оптовый рынок электрической энергии (ОРЭ). С 1 сентября 2006 г. начал работу новый оптовый рынок энергии и мощности (НОРЭМ) с измененными правилами работы.
Необходимость включения условия о количестве электроэнергии определена тем, что в соответствии с Гражданским кодексом Российской Федерации договор энергоснабжения отнесен к договорам купли-продажи и должен определять наименование и количество товара, подлежащего передаче покупателю.
Особенность электроэнергии как товара, подлежащего купле-продаже, заключается в том, что в энергетике процессы производства-потребления электроэнергии совпадают во времени и не могут быть разнесены. Электроэнергию нельзя «складировать», поэтому при заключении договора электроснабжения возникает задача прогнозирования электропотребления.
Выход предприятия на оптовый рынок позволит значительно снизить стоимость потребленной энергии, так как стоимость электроэнергии, получаемой предприятием с ОРЭ, будет существенно ниже стоимости электроэнергии, получаемой от гарантирующего поставщика (региональной энергосистемы).
Данный путь снижения затрат на электрическую энергию требует от предприятия выполнения ряда условий, связанных с необходимостью прогнозировать величину электропотребления для предоставления заявки по часам на сутки вперед с отклонением не более чем на пять процентов.
Ошибка в прогнозировании нагрузки, как правило, оборачивается экономическим ущербом для предприятия: недооценка ожидаемой нагрузки (превышение заявленного максимума) приводит к штрафам (увеличению стоимости перерасходованной мощности); если фактическая часовая мощность ниже договорной, то оплата производится по значению, обусловленному заявленной величиной.
Очевидно, что составление заявок будет невозможным без создания методики прогнозирования, отражающей особенности угледобывающего предприятия с его индивидуальными технологическими свойствами как сложного техноценологического объекта.
Прогнозированию режимов электропотребления электротехнических комплексов (ЭТК) промышленных предприятий посвящены работы Д.В. Бэнна,
И.Е. Васильева, Ф.Д. Гальяны, В.И. Гордеева, С.К. Гурского, В.И. Доброжанова, СВ. Жака, И.И. Надтоки, В.И. Сидельникова, А.В. Седова, Е.Д. Фармера, В.В. Прокопчика, А.А. Федорова и других известных ученых.
Моделирование электропотребления на основе техноценологических свойств - новое направление в исследовании действующих предприятий, сформированное профессором Б.И.Кудриным, которое положительно зарекомендовало себя как общий подход к анализу сложных технических систем и получило дальнейшее развитие в работах Фуфаева В.В., Гнатюка В.И., Жилина Б.В., Лагуткина О.Е., Ошуркова М.Г., Южанникова А.Ю., Сизгановой Е.Ю., Степанова А.В., Чупак Т.М., Луценко Д.В. и др.
Несмотря на большое количество научных публикаций в области моделирования и прогнозирования электропотребления, остается ряд вопросов, одним из которых является разработка математических моделей процесса электропотребления угледобывающих предприятий, повышающих точность моделирования и прогнозирования.
Общая теоретическая база, позволяющая решать проблему, связанную с выходом угольного разреза на оптовый рынок электроэнергии на всех уровнях горного производства, в настоящее время разработана недостаточно.
Это приводит к тому, что реализация задач прогнозирования потребления электроэнергии оказывается слишком субъективной и слабо связанной с предприятием и теми изменениями, которые происходят в процессе их функционирования. Потребление электроэнергии в изменяющихся условиях на угледобывающем предприятии зависит от множества производственных, горногеологических, технологических и административных факторов, большинство из которых в настоящее время не учитывается при анализе, планировании и управлении на всех уровнях предприятия. В связи с этим необходимо установление взаимосвязей между технологическими и энергетическими режимами производственных процессов.
Диссертационная работа посвящена определению параметров электропотребления угольного разреза в условиях оптового рынка электрической энергии. В работе проведена оценка влияния технологических показателей на фактическое электропотребление угольного разреза и обоснована возможность применения ценологической теории для прогнозирования электропотребления угледобывающего предприятия в целом (с учетом всех подразделений).
Целью работы является разработка методики краткосрочного прогнозирования и формирования оперативного корректирующего воздействия с целью планирования объемов электропотребления угольного разреза и управления ими в условиях работы на оптовом рынке электроэнергии.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
-Создать информационную базу параметров электропотребления ЭТК угледобывающего предприятия и основных технологических показателей угольного разреза (на примере ОАО ХК «Якутуголь»).
-Провести анализ основных методов прогнозирования и сформулировать требования к системе краткосрочного прогнозирования с учетом специфики угольного разреза.
-Разработать методику краткосрочного прогнозирования
электропотребления угольного разреза (на примере разреза «Нерюнгринский»).
-Разработать алгоритм корректирующего воздействия электропотребления угольного разреза для поддержания договорной величины потребляемой электроэнергии.
- Оценить экономическую эффективность от внедрения методики краткосрочного прогнозирования параметров электропотребления угольного разреза.
Методы исследования включает в себя применение подхода Гусеница-SSA, теорию сингулярного разложения матриц, использование их свойств собственных чисел и собственных векторов, методы разложения Фурье, теории вероятности, ценологический аппарат и его вариации. Теоретические исследования сопровождались разработкой различных математических моделей, реализованных в виде программных алгоритмов. Для реализации алгоритмов на практике использовались среды MatLab, MathCad, STATISTICA.
Результаты, выносимые на защиту и представляющие научную новизну:
Методика краткосрочного прогнозирования электропотребления ЭТК угледобывающего предприятия на основе рангового анализа и устойчивых гиперболических Н-распределений (на примере ОАО ХК «Якутуголь»).
Методика краткосрочного прогнозирования электропотребления ЭТК угольного разреза на основе теории временных рядов (на примере угольного разреза «Нерюнгринский»).
Энергетические характеристики карьерных экскаваторов для оперативного корректирования электропотребления угольного разреза.
Алгоритм корректирующих воздействий на параметры электропотребления ЭТК угольного разреза.
Выводы и предложения основываются на результатах анализа статистики посуточного и почасового электропотребления и технологических показателей ОАО ХК «Якутуголь» с 2006-2008 гг.
Значения для теории состоит в развитии метода прогнозирования параметров электропотребления угледобывающих предприятий на основе теории временных рядов, и техноценологическои теории устойчивых гиперболических Н-распределений.
Значения для практики имеют:
Методика краткосрочного прогнозирования параметров электропотребления угольного разреза на основе теории временных рядов для часовых нагрузок и ценологической теории для суточных нагрузок.
Математическая модель электропотребления угольного разреза, включающая в себя технологические показатели (факторы).
Математические модели для моделирования посуточного и почасового потребления электрической энергии и формирования корректирующего воздействия на процесс электропотребления угольного разреза.
4. Энергетические характеристики основных потребителей
электроэнергии угольного разреза для осуществления корректирующего воздействия на параметры электропотребления.
Обоснованность и достоверность научных положений и выводов основываются на анализе статистики, полученной по данным автоматизированных систем коммерческого учета электроэнергии угледобывающего предприятия в течение трех лет и сопоставления полученных результатов прогнозирования с экспериментальными данными.
Реализация работы. Результаты диссертационной работы внедрены на ОАО ХК «Якутуголь», угольном разрезе «Нерюнгринский» и в учебный процесс Технического института (филиала) Якутского государственного университета.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
докладывались и обсуждались на международных, всероссийских и
региональных конференциях: Региональная научно-практическая конференция
молодых ученых, аспирантов и студентов, Нерюнгри, 2006-2009;
XX межвузовская научно-практическая конференция «Совершенствование
образовательных технологий», Калининград, 2006; Международная научно-
практическая конференция «Южная Якутия - Новые этапы индустриального
развития», Якутск, 2007; Международная конференция «Технические науки и
современное производство», Пекин, 2007; Международная научно-
практическая конференция «Электроэнергия: от получения и распределения до
эффективного использования», Томск, 2008; IV Всероссийская научно-
практическая конференция «Энергетика в современном мире», Чита, 2009;
I Всероссийская научно-практическая конференция «Молодежь и научно-
технический прогресс в современном мире», Мирный, 2009; Международная
научно-техническая конференция «Проблемы электротехники,
электроэнергетики и электротехнологии», Тольятти, 2009; ХУ Международная научно-практическая конференция «Современные техника и технологии» СТТ2009, Томск, 2009; Международная научно-практическая конференция «Современные направления теоретических и прикладных исследований -2009», Одесса, 2009; I Международный конгресс «Цветные металлы Сибири-2009», Красноярск, 2009; VI Международной заочной научно-практической конференции "Наука на рубеже тысячелетий", Тамбов, 2009, а также на постоянно действующем семинаре кафедры «Электроснабжение и электрический транспорт» ПИ СФУ.
Публикации. Основные результаты исследований по данной теме опубликованы в 19 печатных работах. Список работ автора по теме диссертации приведен в конце автореферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов по работе, выполнена на 169 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков, 16 таблиц, список использованной литературы из 151 наименований и 4 приложения на 20 страницах.
