Содержание к диссертации
Введение
1. Электропотребление бюджетных организаций 10
1.1. Энергоменеджмент и энергоаудит бюджетных организаций 10
1.2. Методологические особенности нормирования электропотребления 21
1.3. Порядок реализации лимитов потребления электрической энергии организациям, финансируемым из бюджета 27
1.4. Цели и задачи исследования 34
2. Техноценологический подход к описанию электрохозяйства объектов инфраструктуры 39
2.1. Применение ценологического подхода для определения параметров электропотребления 39
2.2. Математический аппарат устойчивых вероятностных распределений 41
2.3. Особенности аппроксимации гиперболических Н-распределений 44
2.4. Негауссовая математическая статистика как альтернатива количественного анализа 49
3. Системные исследования параметров электропотребления оздоровительных учреждений 53
3.1. Особенности и специфика структуры электропотребления лечебно-оздоровительных учреждений Министерства здравоохранения РФ 53
3.2. Ценологическая методология системного энергоаудита инфраструктуры санаториев 65
3.3. Моделирование электропотребления ранговым Н-распределением 69
3.4. Структурно-топологическая динамика ранговой поверхности и критерий устойчивости структуры техноценоза 80
4. Методика определения энергоэффективности учрежден для оценки программ по энергосбережению 89
4.1. Определение значимых технологических показателей, влияющих на процесс электропотребления, статистическими методами 89
4.2. Кластер-процедура определения однородных по технологическим показателям групп санаториев 95
4.3. Нормирование и лимитирование параметров электропотребления 105
4.4. Управление процессами энергосбережения в организациях бюджетной сферы 112
Результаты и выводы 118
Литература 120
Приложения 134
- Методологические особенности нормирования электропотребления
- Математический аппарат устойчивых вероятностных распределений
- Ценологическая методология системного энергоаудита инфраструктуры санаториев
- Кластер-процедура определения однородных по технологическим показателям групп санаториев
Введение к работе
Энергетическая государственная политика заниженных цен на энергоресурсы (в бюджетную сферу ресурсы отдавались по тарифам в 3 раза ниже себестоимости) обусловила низкую эффективность энергоиспользования. Энергоемкость ВВП в России остается длительное время в 2-3 раза выше, чем в США, в 3,5 раза превышала энергоемкость ВВП Западной Европы, а эффективность использования электрической энергии в России — в 6 раз ниже, чем в Японии; в 2 раза ниже, чем в США; и даже в 1,4 раза ниже, чем в Индии и Китае.
Ввиду быстрого увеличения цен на энергоносители, затраты на них в бюджетной и коммунальной сфере выросли многократно. Тенденция к дальнейшему повышению энергозатрат в ближайшей перспективе сохранится. Государственная политика в области цен на энергоносители заключается в том, чтобы уравнять внутренние и мировые цены, что неизбежно приведет к дальнейшему повышению оплаты энергоресурсов.
Учитывая наличие значительных резервов экономии энергоресурсов, правительство РФ планирует, при ожидаемом увеличении объема, произведенного ВВП к 2010 году на 87%, обеспечить рост внутреннего потребления ТЭР всего на 10 %. Такой большой разрыв в темпах роста ВВП и потребления ТЭР предлагается покрыть снижением энергоемкости ВВП к 2010 году на 70%. В результате того, что энергосбережению стали уделять большое внимание, и усилилось государственное давление, бюджетные организации, предприятия и учреждения, являющиеся крупными потребителями топливо-энергетических ресурсов, вынуждены осуществлять мероприятия по повышению энергетической эффективности. Расходы бюджетов всех уровней на их содержание составляют значительную часть всех бюджетных расходов. Поэтому одной из важнейших задач в области энергосбережения является проведение мероприятий, обеспечивающих снижение величины бюджетных средств, направляемых на дотирование энергопотребления организаций [119,147].
Федеральным законом "Об энергосбережении" и целевой программой "Энергосбережение России", включая нормативно-правовую базу [36-44] заложены принципы надзора за эффективным использованием энергетических ресурсов, организация контроля и учета расхода электроэнергии, проведение энергетических обследований. Документами определен ряд мер, направленных на заинтересованность потребителей в эффективном энергоиспользовании. В частности, в случае использования энергии в меньших объемах, чем предусмотрено договором с энергоснабжающей организацией, и это достигнуто мероприятиями по энергосбережению, то бюджетным организациям предоставляются льготы на энергоиспользование.
В условиях дефицита бюджетных средств исполнительные власти РФ предпринимают меры для сокращения расходов энергоресурсов бюджетными организациями, вводя лимиты на потребление энергетических ресурсов [102,113]. Лимиты определяются на основе норм удельных показателей электропотребления с учетом обеспечения безаварийного функционирования организаций и возможностей оплаты за потребляемые энергоресурсы.
Применяемые способы определения лимитов не могут считаться научно обоснованными [82], поскольку имеют низкую точность расчетов параметров энергопотребления и не учитывают большинство факторов, определяющих энергозатраты. Большинство действующих методик по лимитированию, нормированию электропотребления бюджетных организаций следуют классическим представлениям электротехники, опирающимся на данные по отдельным электроприемникам с учетом числа токоприемников одинаковой мощности и числа таких групп, коэффициентов одновременности и использования, времени работы [79,80,126,137], т.е. в основе расчета лежат режимы работы электрооборудования. Существует и подход, основанный на норме на единицу площади, объема здания или численности персонала. При этом не учитываются ценоло-гические свойства инфрастуктуры бюджетных организаций [16,96], заключающиеся в том, что удельные показатели, являющиеся среднеотраслевыми оценками уровня потребности в электроэнергии и ее электроэффективности, не
распространяются на все бюджетные организации министерства. Иначе говоря, среднее может быть неприменимо к конкретному объекту, давая ошибку на 50,100% и более.
Таким образом, существующую нормативную базу по электропотреблению нельзя корректно использовать для решения конкретных практических задач по энергосбережению. По существу сейчас все сводится к написанию некоторых чисел, приборно (по счетчику) не проверяемых, а получаемых в результате торга-соглашения между потребителем электроэнергии и тем, кто контролирует ее расход [83].
Концепция энергосбережения бюджетных организаций должна создаваться при отказе применения среднеотраслевых параметров электропотребления, распространения их на все учреждения министерства и ведомства. Необходима рыночная ценологическая оценка электроэффективности [32,82,83], основанная на переходе от энергетических обследований отдельной организации к системному энергоаудиту всех учреждений выделенного класса объектов. Это минимизирует число энергетических аудитов, которые являются трудоемкой и затратной компонентой управления энергосбережением бюджетных организаций.
Фактически каждая бюджетная организация проявляет ценологические свойства [16,122]. Это выражается в несоответствии схемы электроснабжения и учета электроэнергии административно-хозяйственному делению (структуре соподчинения и организационной деятельности) и генеральному плану (планировке помещений). Число отдельных электроприемников (включая освещение, нагревательные приборы, вентиляцию, специальные приборы и оборудование) настолько велико, что практически невозможно составить их перечень с указанием режима работы в течение года [79]. Закономерности электропотребления каждой организации индивидуальны. Его необходимо лимитировать по статистическим данным на уровне раздела организация-энергосистема, применяя некоторые ценологические положения [76]. В частности нормирование пара-
#
метров электропотребления по электроприемникам не должно быть «расчетным» снизу, а затем агрегироваться на более высокие иерархические уровни.
Таким образом, в условиях жесткого государственного лимитирования бюджетных организаций особую актуальность приобретают работы по объективной оценке эффективности энергопотребления, которые включают: 1) разработку концепции системного энергоаудита бюджетных организаций; 2) разработку формы статистической отчетности для минимизации числа энергетических обследований; 3) создание методики нормирования потребления энергоресурсов и лимитирования на месяц, год; 4) создание методики и определение показателей энергоэффективности бюджетных организаций.
Целью диссертационной работы является оптимизация управления энергосбережением в организациях бюджетной сферы (на примере организаций Министерства здравоохранения РФ) на федеральном уровне на основе внедрения методики системного энергоаудита, позволяющей определить показатели эффективности использования энергоресурсов, снизить количество энергетических обследований и затраты на их проведение.
Для достижения указанной цели решались следующие задачи исследовательского и методического характера.
Систематизация и анализ способов определения параметров электропотребления бюджетных организаций.
Анализ статистической отчетности, разработка формы «Опросного листа учреждения Минздрава России — потребителя энергоресурсов», сбор и классификация статистических данных.
Доказательство некорректности гауссовой статистики для нормирования и лимитирования электропотребления и обоснование применения устойчивых вероятностных законов распределения.
Разработка методологии системного энергоаудита для оптимизации нормативных показателей электропотребления на основе многокритериального статического анализа.
*
Классификация бюджетных организаций формализованными статистическими методами.
Разработка нормативов электропотребления для выделенных групп организаций Минздрава.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.
Доказана ошибочность применения среднеотраслевых норм электропотребления для лимитирования энергоресурсов.
Определены области и границы применимости ценологического подхода по критериям негауссовости Н-распределения.
Доказана ограниченность линейного корреляционно-регрессионного анализа для определения параметров электропотребления по всей инфраструктуре учреждений Минздрава РФ.
Разработана концепция системного энергоаудита лечебно-профилактических учреждений Минздрава РФ, позволяющая выявить объекты для первоочередного энергоаудита, минимизировать финансовые затраты на инструментальное энергетическое обследование.
Обоснована структура опросного листа и необходимый минимум статистических данных по технологическим и электрическим показателям лечебно-профилактических учреждений на границе раздела учреждение -энергосистема.
Разработана методика формализованной классификации учреждений по электрическим и технологическим параметрам с использованием кластерного и дискриминантного анализа.
Предложена методика определения энергоэффективности, основанная на разработанных нормативах расхода энергоресурсов по выделенным группам учреждений, для выявления объектов первоочередного энергетического обследования.
Практическая ценность работы заключается в создании ценологического метода проведения системного энергетического обследования лечебно-профилактических учреждений. На уровне министерства это позволяет разра-
ботать нормы расхода электроэнергии, повысить эффективность её использования, достовернее заявлять в договорах лимиты потребления. Защищаемые положения позволяют целенаправленно проводить инструментальный энергоаудит, пересмотреть лимиты электроэнергии, оценить потенциал энергосбережения организаций с завышенным потреблением. Разработанная методика может использоваться для всех бюджетных организаций.
Материал диссертации в целом и отдельные ее вопросы докладывались автором и обсуждались: на кафедре "Электроснабжение промышленных предприятий" Московского энергетического института (технического университета) в 2001-2003 гг., на межвузовских научно-технических конференциях «Энергосбережение, электроснабжение, электроремонт» (Новомосковск) в 2002 и в 2003 гг., на научно-технических конференциях студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» Московского энергетического института (технического университета) в 2001 и в 2002 гг.
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 5 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 133 страницах машинописного текста с 24 рисунками и 24 таблицами. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения восьми приложений. Приложения представлены на 63 страницах. Список использованной литературы включает 152 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.
Методологические особенности нормирования электропотребления
Целью создания системы норм и нормативов потребления электроэнергии является научное, техническое и экономическое обоснование устанавливаемых норм расхода, соответствующее планируемому уровню техники, технологии и организации производства; осуществление систематического контроля за эффективностью использования энергоресурсов [85,79,80,118].
Система нормирования расходов электроэнергии в России построена на предпосылках, не учитывающих ценологических свойств предприятий. Предполагается возможность и необходимость рассчитать все точно. В соответствии с научными представлениями теоретических основ электротехники и механики инженеры считали, что нужно исследовать каждую отдельную технологическую операцию, конкретный электропривод. Именно на основе однозначных расчетов, выполненных по жестким детерминированным формулам, создавалась концепция нормирования, лимитирования, энергосбережения вплоть до середины 20 века.
Принимавшиеся директивные положения опирались на научные пред-вления, которые впервые сформулировал проф. Тайц [126]: потребляемую мощность и расход электроэнергии определять для каждой машины (каждого двигателя) в зависимости от ее производительности и режима процесса. Такая идеология была понятна инженерам и соотносилась с представлениями о том, о зная технологические показатели любого электроприемника, можно рас считать расход электроэнергии, запланировать необходимый объем выпуска продукции, трудозатраты для каждого приемника, участка, отделения, цеха производства, завода, подотрасли, отрасли и всего хозяйства страны в целом.
Выпушенные инструктивные указания 1945 г [66], определявшие нормирование электрической энергии в промышленности, концептуально практически без изменения используются при решении нормирования и энергосбережения и в настоящее время.
Норма расхода электроэнергии - это максимально допустимое количество электрической энергии для производства единицы продукции или работы установленного качества. Согласно концепции указаний нормированию подлежит весь расход электроэнергии на предприятии (организации) на основные и вспомогательные производственно-эксплуатационные службы (освещение, вентиляцию, отопление, водоснабжение), включая потери. Предложенное деление расхода электроэнергии на группы по степени агрегации, составу расхода, времени действия до сих пор находит применение в различных областях народного хозяйства [72,99,102,105,112,118].
В зависимости от агрегации нормы подразделяются на индивидуальные и групповые [119]. В основу такого деления положена зависимость нормы от объекта их формирования. Если индивидуальные нормы расхода формируются по технологическим объектам (агрегат, технологическая операция), то групповые -по хозяйственным (цех, предприятие, отрасль).
Индивидуальной нормой называется норма расхода электрической энергии на производство единицы продукции, устанавливаемая по типам или отдельным агрегатам, машинам, установкам и технологическим схемам, применительно к определенным условиям производства.
Групповой нормой называется норма расхода, которая устанавливается по хозяйственным объектам различных уровней планирования на производство единицы одноименной продукции.
Индивидуальные нормы разрабатываются непосредственно на предпри-ии на основе первичной документации, экспериментально проверенных энергетических характеристик, технико-экономических расчетов. Формирование данной нормы осложняется тем, что технологические процессы производства характеризуются рядом признаков, из которых нужно выбрать только один. Этот признак, составляющий индивидуальность технологического объекта, в основном определяет различие удельных расходов электроэнергии при производстве одноименной продукции.
В групповых нормах расхода отражается уровень энергозатрат всех используемых в производстве данного вида продукции технологических объектов, который зависит от их структуры и экономичности. Они рассчитываются как средневзвешенные величины индивидуальных норм по рассматриваемой группе предприятий.
По составу расхода нормы делятся на технологические и производственные. Технологической называется норма расхода электроэнергии, которая учитывает ее расход на основные и вспомогательные технологические процессы производства данного вида продукции (работ), расход на поддержание электрооборудования в горячем резерве, на их разогрев и пуск после текущего ремонта и холодных простоев, а также технически неизбежные потери энергии при работе оборудования. Данный вид норм разрабатывается для данного технологического процесса с учетом участвующих в этом процессе оборудования, применяемого сырья, материалов, степени механизации и автоматизации этого производства. Он, как правило, устанавливается для энергоемких процессов производства и для энергоемких агрегатов, и служит для проверки рационального использования энергии на отдельных операциях, на том или ином оборудовании, в тех или иных процессах.
Общепроизводственной называется норма расхода электроэнергии, которая учитывает расходы на основные и вспомогательные технологические процессы, на вспомогательные »гужды (на отопление, вентиляцию, освещение и др.), а также неизбежные потери в электрических сетях. Она предназначена для контроля за изменением электроемкости предприятия в целом, определения потребности предприятия в энергии, для внутриотраслевого планирования распределения электроэнергии.
Для рассматриваемых: нами госбюджетных организаций на уровне министерства, очевидно, что применима лишь общепроизводственная норма, принимая во внимание сложившуюся систему коммерческого учета в больницах, санаториях и отсутствие технического учета.
Вопросам нормирования удельных расходов электроэнергии посвящены многие исследования. Систематизируя методики, можно выделить методы: использования энергетической характеристики производственного подразделения [45,73]; расчетно-аналитический [66,99,102,112]; расчетно-экспериментальный [72,112,118]; использования вероятностных числовых характеристик [129]; использования электроемкости [21,89]; метод многофакторных моделей [4,6,72]; использования Н-распределений [92,93,137]; метод регрессионных моделей [57]; ценологический анализ [82,83,85]; вероятно-статистические методы [25]. В практике нормирования топливно-энергетических ресурсов наибольшее распространение получили расчетно-аналитический, математико-статистичсскии методы расчета норм. Первый предполагает установление норм по отдельным агрегатам и технологическим операциям в зависимости от количества, типа и режимов работы электроприемников.
Математический аппарат устойчивых вероятностных распределений
Для применения регрессионных методов определения параметров электропотребления необходимо разбить множество предприятий на группы, в пределах которых выполняются все предпосылки использования корреляционно-регрессионных моделей [1,3,37,47,95].
В виду отсутствия по некоторым организациям полной информации, необходимо применить обоснованный статический метод, позволяющий по минимуму исходной информации корректно проводить кластеризацию.
Обобщив полученные результаты, необходимо разработать методику определения индивидуальных нормативных показателей в своем кластере, определить класс энергоэффективности объекта, принять решение о целесообразности проведения инструментального энергоаудита.
Предлагаемая методика системного энергоаудита инфраструктуры бюджетных организаций позволит: 1. Определить по нормативному принципу потенциал реального энергосбережения как для отдельного учреждения, так и для всего министерства. 2. Осуществлять государственный надзор за эффективностью использования потребляемых ресурсов, организовывать энергетические обследования и экспертизу. 3. Управлять процессом энергосбережения, ужесточая нормирование и сочетая его с ценовой и налоговой политикой, приближая, таким образом, этот процесс к чисто экономическому. 4. Организовать статистический учет энергосбережения, государственную финансовую поддержку реализации потенциала энергосбережения, разработку, утверждение, официальное издание нормативов, конкурсный отбор энергоэф фективных проектов, лицензирование производства услуг в части использования энергоресурсов на основе норматива энергоемкости затрат. Одним из инструментов техноценологического подхода в исследовании сложных технических систем является ранговый анализ — метод исследования больших технических систем (инфраструктуры), имеющий целью статистический анализ и оптимизацию, полагающий в качестве основного критерия оптимизацию параметров видовых и ранговых распределений. Аналитический и оптимизационный этапы базируются на трех взаимосвязанных фундаментальных основаниях: теории техноценозов [31,76,137]; началах термодинамики [56]; негауссовой математической статистике устойчивых безгранично делимых распределений [1359,144,150]. Построение и функционирование технических ценозов опираются на техноценологические Т-постулаты [76,77]. Изделия, начиная с определенного количества и качественного уровня самоорганизуются и составляют техноцено-зы. Создание любого техноценоза имеет принципиальные отличия от создания изделия: . 1. Выбор вида изделия в процессе проектирования техноценоза неформализуем, во многом случаен. 2. Любой техноценоз индивидуален. 3. Для техноценоза теоретически не может существовать адекватная ему документация. Техноценоз не имеет четких и очевидных границ, физически он не может быть выделен ни в пространстве, ни во времени. Время жизни техноценоза бесконечно велико относительно времени (продолжительности) выпуска изделия как вида и времени его эксплуатации как особи. У ценоза появляются новые свойства, не присущие ни одному из изделий, его образующих. Эффективность техноценозов отражается параметрами модели гиперболического Н-распределения. Технический ценоз находится в устойчивом состоянии, если 5-10% особей-изделий относится к ноевым кастам (уникальным, редким), что составляет 40-60% видового состава, а 40-60% всех особей-изделий попадает в саранчевые (массовые) касты, охватывающие 5-10% общего числа видов. Любой ценоз с нарушением этого соотношения попадает в неэффективную зону, переходит в неустойчивое состояние. Второе важнейшее основание рангового анализа — начала термодинамики. Суть закона сохранения энергии в применении к техноценозу - суммарные энергетические ресурсы, воплощенные в технические изделия, из которых состоит техноценоз, в совокупности с суммарными энергетическими затратами, необходимыми для обеспечения их эксплуатации, всегда равны полезному совокупному эффекту, который можно извлечь в процессе функционирования данного техноценоза. Принцип максимума энтропии - энтропия естественно развивающегося техноценоза не убывает и достигает максимума, когда суммарные энергетические ресурсы, воплощенные в технические изделия при их изготовлении, распределены равномерно по популяциям видов техники (т.е. произведение энергетического ресурса, необходимого для изготовления одного изделия, на их число в популяции техноценоза есть величина постоянная для всех видов).
Техноценоз с максимальной энтропией, наряду с равномерным распределением энергетических ресурсов по популяциям видов, одновременно характеризуется максимальной несимметрией их распределения по отдельным особям.
Третьим фундаментальным основанием рангового анализа является нега-овая математическая статистика устойчивых безгранично делимых распределений. Существует класс негауссовых распределений, которые не имеют моментов любого порядка [144]. Они применяются тогда, когда неприменимы классическая теория вероятности и математическая статистика.
В основании классических положений математической статистики и теории вероятностей лежат предельные теоремы о сходимости распределения сумм одинаково распределенных случайных независимых величин к определенным конечным устойчивым распределениям [33]. Устойчивым называется распределение, свертка которого с такими же распределениями приводит к распределению того же вида.
Ценологическая методология системного энергоаудита инфраструктуры санаториев
Действующая в Министерстве здравоохранения система лимитирования топливно-энергетических ресурсов неудовлетворительна на сегодняшний день. Лимиты устанавливаются, в основном, на основе заявок учреждений или плановых расходов за предыдущие периоды. Фактические расходы по электро- и тепловой энергии, топливу поступают после окончания года и не могут быть использованы для лимитирования, а во многих случаях эти данные и не представляются вообще, следовательно, отсутствует информация о перерасходе или недорасходе заданных лимитов. Кроме того, такая система отчетности не увязана с показателями основной деятельности предприятия: числом койко-дней, числом пролеченных больных, штатом учреждения и т.п., не может дать никакой информации об энергоэффективности
Таким образом, необходим пересмотр принципов лимитирования учреждений по энергоресурсам и создание действенной системы отчетности, которая бы включала небольшое, но необходимое для анализа, контроля и планирования количество показателей. Поэтому в 2001 г. была развернута работа по полному описанию электрического хозяйства каждого лечебно-оздоровительного учреждения Министерства здравоохранения - начато создание базы данных по составу и мощности установленного электрооборудования, по основным электрическим показателям, электропотреблению и удельным расходам электроэнергии. Введение базы должно быть постоянным и долговременный характер, и на ее основе может действовать эффективная система мониторинга расходования бюджетных средств на топливо-энергетические ресурсы.
Требования к информационному банку данных по электрохозяйству реждений: обеспечение длительного и надежного хранения информации; исключение дублирования информации и учет возможности корректировки и расширения массива данных; возможность оптимального поиска в массиве информации. База создавалась с использованием редактора электронных таблиц MS Excel. Она может быть легко обработана рядом статистических и математических программ (статистические пакеты Statistica, SPSS 11.0, математические редакторы Matcad 7.0, MatLab и другие).
Коллектив кафедры ЭПП (МЭИ ТУ) совместно со специалистами Минздрава РФ разработал «Опросный лист учреждения Минздрава России — потребителя энергоресурсов», который был разослан в учреждения министерства. В Опросный лист включены 4 группы показателей. Первая группа (энергетические) отражает потребление энергоресурсов: заявленные организацией (предприятием) по договорам с энергоснабжающей организацией годовые объемы потребления электрической и тепловой энергии и газа, фактическое потребление энергоресурсов за год и по месяцам (прил. Ш), заявленный максимум нагрузки (или присоединенная мощность) по договору, список основного энергопотребляющего оборудования. Наличие ежемесячных данных позволит выявить сезонную неравномерность энергопотребления и устанавливать нормативы в расчете на месяц, что более эффективно для контроля.
Вторая группа - данные по тарифам, средним по году или с датами введения (экономические показатели). Третья и четвертая группы показателей (общие и «технологические») включают сведения о деятельности организации (прил. П2). Одним из факторов, определяющих расход энергоресурсов на освещение и отопление, является общая площадь и объем зданий, занимаемых организацией. Очевидным было включение в банк данных о среднегодовом числе штатных единиц организации. Для лечебно-оздоровительных учреждений были выбраны показатели, характеризующие работу с учетом области деятельности - число пролеченных больных, число койко-дней. Эти показатели условно называются технологическими.
Недостатки в заполнении опросных листов создали трудности в прове. нии работ по системному энергоаудиту: отсутствие сведений по ряду позиций, несоответствие между различными показателями, ошибочные сведения, нарушения в представлении данных (единицы измерения, пропуски, избыточные данные) и др.
Для обработки формы банка данных, методов и методик нормирования и лимитирования выделим из отчетности Минздрава данные по совокупности санаториев. Санатории сочетают в себе характерные особенности лечебных, профилактических учреждений, могут иметь сезонность в работе, разнообразны по составу электрооборудования (технологии) и, вместе с тем эта группа учреждений относительно немногочисленна, что удобно для анализа. F-критерий Фишера статистически значим для всех трех моделей. Полученные регрессии описывают 73,5% (2000 г.), 65% (1999 г.), 73.6% (1998 г.) дисперсии от общей. Однако дальнейший анализ коэффициентов регрессионных уравнений показал, что они статистически ненадежны (за исключением параметра FS). Статистика 124:0,05=2,064 для параметров NK, NB, NKD,NS, FO превышает значения, представленные в табл. 3.3, 3.6, 3.7, что говорит о невозможности применения линейного множественного регрессионного анализа к описанию параметров электропотребления всей инфраструктуры санатор через их технологические параметры по одной зависимости. Такой результат приводит к необходимости рассмотрения ограничений использования данного математического аппарата для моделирования процессов в системах ценологи-ческого типа. ческого (статис ІП1. В связи с этим необходима проверка соответствия распределения статистических данных нормальному закону распределения. Для определения согласованности эмпирического (статистического) распределения с теоретическим используются: 1. Критерий согласия Пирсона (критерий % ) [3]. 2. Критерий согласия Колмогорова-Смирнова (К-С-критерий) [95]. Проверим процедуру проверки нормальности на примере статистического ряда электропотребления санаториев за 1998-2000 гг. по методике изложенной в [95]. Для имеющейся выборки санаториев вычисляются предварительные выборочные характеристики за каждый месяц за 3 года (с 1998 по 2001 года): 1. Среднее значение электропотребления W. 2. Дисперсия (второй центральный момент) S2. З.Асимметрия т3иэксцесст4 .
Кластер-процедура определения однородных по технологическим показателям групп санаториев
Основу энергосбережения учреждений бюджетной сферы составляет планомерная реализация комплекса технических и технологических мер, которым должна предшествовать оптимизация электропотребления инфраструктуры учреждений на системном уровне. Ее целью является упорядочение электропотребления объектами инфраструктуры, экономия направленных на оплату за потребленную электроэнергию средств, полученная за счет организационных мероприятий, а также создание научно обоснованных предпосылок для проведения целенаправленных энергетических обследований с последующей реализацией технических и технологических мер по энергосбережению. Под инфраструктурой (техноценозом) будем понимать совокупность санаториев Министерства здравоохранения РФ.
Общая методология исследований на системном уровне в области энергосбережения осуществляется в рамках разрабатываемого системного энергоаудита в три этапа (рис.3.4).
На первом этапе по специально разработанным формам опросного листа осуществляется сбор данных обо всех потребителях электроэнергии. Это позволяет получить развернутую картину электропотребления, выявить объекты, которые обеспечиваются электроэнергией с нарушением существующих организационно-технических требований, подготовить базу данных для дальнейшего статистического анализа.
Разработка информационно-аналитического комплекса позволяет получить базу данных по электропотреблению объектов инфраструктуры, включающую банк и систему управления данными, а также расчетные и графические модули. Комплекс может использоваться при планировании и прогнозировании, а также позволяет оперативно отслеживать информацию о потребителях электроэнергии, обновлять исходные данные для анализа. Второй этап (статистический анализ) - использование «классических» подходов математической статистики, таких как критериев согласия о форме распределения, критериев для статистик распределения, парных коэффициентов взаимосвязи, аппаратов корреляционно-регрессионного, факторного, кластерного и дискриминантного анализов.
Предварительная обработка параметров электропотребления инфраструктуры проведена в 3.1 гл.З. (проверка на соответствие нормальному закону распределения, анализ описательных статистик ряда электропотребления, проверка возможности применения «классических» статистических методов). Данная процедура необходима для того, чтобы в дальнейшем с наибольшей эффективностью, а главное — корректно, использовать для построения эмпирических зависимостей вышеперечисленными статистическими методами.
На данном этапе осуществляется статистическая обработка данных по электропотреблению ранговым и кластерным анализом. Ранговый анализ позволяет упорядочить информацию, эффективно осуществлять прогнозирование электропотребления отдельными объектами и инфраструктурой в целом, выявлять в динамике и наглядно представлять объекты с аномальным электропотреблением. Получение параметров ранговых распределений осуществляется методом наименьших квадратов по отранжированным экспериментальным данным электропотребления учреждений инфраструктуры.
Кластерный анализ позволяет формализовано разбивать объекты по однородным группам и осуществлять нормирование электропотребления в каждой группе с подробным статистическим описанием норм моделями множественной линейной регрессии. Норма представляет собой среднее и эмпирический стандарт, определяемые на выборке значений электропотребления рассматриваемой группы. Следует отметить, что получаемые нормы эффективны только для исследуемой инфраструктуры и не применимы для других, однако для данной инфраструктуры они устойчивы и надежны. В любом случае, их необходимо уточнять ежегодно по мере пополнения базы данных по электропотреблению.
При классификации совокупности санаториев по электрическим и технологическим показателям, имеющим негауссовое распределение, кластеризация должна быть направлена на снятие зависимости результатов от объема выборки. Т.е. в качестве оптимального критерия (целевой функции), определяющего желательное разбиение, должна выступать негауссовая статистика. При любой кластеризации возникает вопрос об объектах, имеющих неполные статистические данные. Необходимы методы отнесения таких организаций к уже полученным кластерам. Данная задача решается с помощью дис-криминантного анализа, позволяющего как проверить статистически правильность проведенной классификации, так и идентифицировать новые объекты с кластерами. Одним из условий дискриминации является нормальность системы электрических и технологических показателей инфраструктуры учрежден Поэтому параметр электропотребления W необходимо исключить из модели дискриминации.
Для определения размерности кластерного пространства (количества технологических показателей, существенно влияющих на электропотребление) в работах [21,57,89] широко и, на наш взгляд, без необходимых оснований применяется линейный корреляционный анализ и коэффициент корреляции Пирсона. Однако, если хоть один из параметров, по которым составляется корреляционная таблица, имеет негауссовое распределение, то это некорректно. Правильнее использовать статистики, определяющие взаимосвязь между переменными, которые бы не требовали нормальности распределения случайных величин. В математической статистике разработан целый раздел непараметрических критериев и коэффициентов, которые позволяют оперировать случайными величинами с любыми формами распределения. Непараметрическими аналогами стандартного коэффициента корреляции Пирсона являются статистики Спир-мена Rs, т Кендалла [18]. На основе этих двух величин проводится ранговый корреляционный анализ, в котором оперируют не количественными величинами параметров, а их рангами.
