Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние проблемы энергетической и бюджетной эффективности энергообеспечения в бюджетной сфере экономики 22
1.1. Особенности отраслевого энергообеспечения 23
1.2. Анализ методов определения нагрузок теплопотребления 31
1.3. Анализ существующих методов инструментального определения эффективности теплоснабжения 42
1.4. Анализ состояния управления процессами отраслевого энергопотребления и энергосбережения 45
1.5. Формулирование проблем, постановка цели и задач исследования 54
2. Общая стратегия административно-технологического управления отраслевым энергопотреблением и энергосбережением и возможности ее реализации 56
2.1. Перспективная стратегия административно-технологического управления отраслевым энергопотреблением и энергосбережением 57
2.2. Актуальная стратегия административно-технологического управления отраслевым энергопотреблением и энергосбережением 62
2.3. Консервативная отопительная характеристика образовательного учреждения и возможности ее использования при управлении отраслевым энергоснабжением...68
2.4. Проведение энергетической сертификации образовательных учреждений 80
2.5. Разработка отраслевой базы данных энергосберегающих мероприятий 83
2.6. Проведение контрольных энергетических обследований тепловизионным методом и его алгоритмическая реализация 88
2.7. Прогнозирование отраслевой потребности в энергоресурсах 94
Выводы по главе 100
3. Обоснование показателей эффективности отраслевого энергопотребления и энергосбережения 103
3.1. Методические подходы к управлению отраслевым энергопотреблением и энергосбережением 104
3.2. Показатели энергетической эффективности отраслевого энергопотребления и энергосбережения и их взаимосвязь 107
3.3. Оценка бюджетной эффективности процессов геплопотребления 118
Выводы по главе 122
4. Разработка комплексных методик обработки, анализа информации и поддержки принятия решений при административно-технологическом управлении процессами отраслевого энергопотребления и энергосбережения 124
4.1. Выработка требований и разработка комплексных методик обработки, анализа информации и поддержки принятия управленческих решений при административно-технологическом управлении отраслевым энергопотреблением и энергосбережением 125
4.2. Разработка способа и определение состава и содержания проблемно-ориентированных информационных и информационно-аналитических ресурсов для эффективного административно-технологического управления отраслевым энергопотреблением и энергосбережением 130
4.3. Модель и методика оценки степени влияния недостоверности информации на качество принимаемых решений при административно-технологическом управлении отраслевым энергопотреблением и энергосбережением 138
4.4 Разработка методики оценки рациональности использования энергоресурсов подведомственными учреждениями 142
4.5. Методическое обеспечение процедур поддержки принятия управленческих решений при административно-технологическом управлении отраслевым энергопотреблением и энергосбережением 150
Выводы по главе 166
5. Разработка научно-технических решений для проектирования и создания отраслевых информационно- аналитических систем по проблематике энергопотребления и энергосбережения 168
5.1. Разработка общей архитектуры проблемно-ориентированной отраслевой ИАС 169
5.2. Разработка методики проектирования адаптируемых отраслевых информационно-аналитических систем 177
5.3. Разработка научно-технических решений для реализации функциональной подсистемы сбора, интеграции и агрегации информации 188
5.4. Разработка научно-технических решений по реализации отраслевой базы данных энергосберегающих мероприятий 196
5.5. Разработка функциональной подсистемы, методических и научно-технических решений для обработки и анализа результатов контрольных энергетических
обследований 203
Выводы по главе 219
6. Численные исследования процессов теплопотребления бюджетной отрасли на примере рособразования 221
6.1. Состояние отраслевого энергопотребления и динамика его изменения 221
6.2. Обоснование использования консервативной отопительной характеристики образовательного учреждения в стратегии управления энергопотреблением энергосбережением 225
6.3. Численные исследования по результатам энергетической сертификации 231
6.4 Реализация методики инструментального определения тепловых потерь
зданием и типовые результаты расчета 237
Выводы по главе 248
7. Создание и внедрение отраслевых информационно-аналитических систем и их элементов 250
7.1. Реализация и внедрение отраслевой информационно-аналитической системы «Учет и контроль потребления и оплаты ТЭР» Федерального агентства по образованию 251
7.2. Внедрение разработанных методов и научно-технических решений при реализации информационно-аналитических систем и их элементов в других отраслях экономики 265
Выводы по главе 281
Основные выводы 285
Список использованных источников
- Анализ существующих методов инструментального определения эффективности теплоснабжения
- Актуальная стратегия административно-технологического управления отраслевым энергопотреблением и энергосбережением
- Показатели энергетической эффективности отраслевого энергопотребления и энергосбережения и их взаимосвязь
- Разработка способа и определение состава и содержания проблемно-ориентированных информационных и информационно-аналитических ресурсов для эффективного административно-технологического управления отраслевым энергопотреблением и энергосбережением
Введение к работе
Актуальность проблемы. Энергетическая безопасность страны становится одной из важнейших проблем современности Среди факторов, ее характеризующих, можно назвать и необходимость рационального использования энергетических ресурсов в потребительском секторе экономики
Энергопотребление в бюджетной сфере (учреждения образования, здравоохранения, культуры и искусства, Минобороны и т.п) составляет около 10% от топливно-энергетического баланса страны и является наиболее социально значимым в топливоемком секторе энергетики С учетом нужд населения эта цифра превышает 40% национального топливно-энергетического баланса Проведенный анализ структуры балансов энергопотребления и финансовых затрат на оплату энергоресурсов в бюджетной сфере экономики России показывает, что для подавляющего большинства бюджетных отраслей важнейшими составляющими рассматриваемых балансов являются теплопотребление и его оплата, доля которых сое іавляеі более 50%
Энергетическая эффективность теплоснабжения бюджетной сферы и жилищно-коммунального сектора крайне низка и в 2,5-4 раза уступает странам Западной Европы, США и Канаде Низка и бюджетная эффективность оплаты коммунальных услуг, в том числе и потому, что лишь 12-14% потребителей бюджетной сферы оснащень! приборами учета расхода теплоты, а теплоснабжение остальных потребителей оплачивается по договорам теплоснабжения, в которых, как показывает анализ, необходимое теплопотребление Qpac4 завышено, как правило, на 25—30%
В настоящее время практически отсутствуют методология, методы решения оптимизационных задач энергопотребления на уровне отрасли, региона, хотя существует значительное количество научно-практических разработок, позволяющих решать вопросы конкретного тегоюпотребления отдельными объектами
Достижению низких фактических удельных показателей теплопотребления отдельных потребителей теплоты и бюджетных отраслей в целом способствуют не только научные и технические разработки многих выдающихся ученых и инженеров (Богословского В,Н., Соколова Е Я, Кувшинова Ю Я, Минина В Е, Табунщикова Ю А, Ливчака ВИ и др), посвятивших свою жизнь решению различных аспектов этой важной для страны проблемы, но и научно-обоснованный энергоменеджмент
Известно, что реализуемая в США с 1978 года Федеральная программа энергетического менеджмента (ФЕМП), касающаяся управления энергопотреблением зданиями и сооружениями бюджетной сферы, позволила за 15 последних лет прошлого столетия снизить удельное энергопотребление на 23% и сэкономить почти 1,4 млрд долларов, а к 2010 году это снижение достигнет 35% И хотя приведенный пример подчеркивает перспективность энергоменеджмента, методологическая база ФЕМП не может быть перенесена на экономику России
Сложность решения указанных проблем в федеральной, региональной и муниципальной бюджетной сфере обусловлена их комплексным характером, требующим рассмотрения, с одной стороны, научно-технических аспектов, предметно связанных с процессами энергопотребления и их оптимизацией как на уровне отдельных объектов, так и отрасли в целом, с другой стороны, организа-
ционно-управленческих аспектов, связанных с оптимизацией отраслевых процессов управления
Отсутствие методической базы управления энергопотреблением и энергосбережением, формирования научно-обоснованных лимитов на отраслевом уровне, а также методик и научно-технических решений для проектирования, реализации и применения отраслевых проблемно-ориентированных информационных систем, позволяющих создать информационную базу поддержки принятия рациональных управленческих решений, сдерживает решение проблемы повышения эффективности отраслевого энергопотребления
Поскольку среди стратегических ориентиров долгосрочной государственной энергетической политики выделяют не только энергетическую и экологическую безопасность страны, но и энергетическую и бюджетную эффективность, то решаемая в работе проблема повышения энергетической и бюджетной эффективности на примере теплопотребления и энергосбережения в федеральной бюджетной сфере путем совершенствования административно-технологического управления за счет разработки, создания и внедрения методов мониторинга теплопотребления, выявления подведомственных объектов с нерациональным теп-лоиспользованием и реализации программ энергосбережения в условиях ограниченных бюджетных средств является в настоящее время актуальной
Актуальность проблемы подчеркивает и тесная связь сокращения потребления тепловой энергии и загрязнения окружающей среды
Связь работы с научными программами. Настоящая работа проводилась в рамках выполнения работ
по федеральным целевым программам «Энергосбережение России 1999-2005 г г » (подпрограмма «Энергоэффективность в сфере потребления»), «Энергоэффективная экономика» на 2002-2005 годы и на перспективу до 2010 года (подпрограмма «Энергоэффективность в сфере потребления»), «Развитие единой образовательной информационной среды (2001-2005 годы)» (направление программы «Развитие информационных систем управления образованием»), «Федеральная целевая программа развития образования на 2006-2010 годы» (задача «Совершенствование экономических механизмов в сфере образования»),
по отраслевым научным и научно-техническим программам «Энергосбережение Министерства образования России 1999-2005 г г», «Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования» на 2001-2002 годы, «Федерально-региональная политика в науке и образовании» (2003-2004 г г), «Научно-методическое обеспечение функционирования и модернизации системы образования» (2005 г), «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008 годы)»
Цель исследования. Создание стратегии, научных методов и технических решений повышения энергетической и бюджетной эффективности энергопотребления и энергосбережения на основе административно-технологического управления
Достижение поставленной цели предусматривает решение ряда научных и практических задач
- системный анализ проблем и разработка общей методологии административно-технологического управления (АТУ) энергопотреблением и энергосбере-
жением в бюджетной сфере, разработка комплексной системы показателей оценки эффективности тешгопотребления, энергосбережения, бюджетной эффективности и процессов отраслевого управления,
-разработка методической и алгоритмической базы реализации отдельных этапов АТУ на основе построения и анализа функциональных моделей процессов отраслевого энергопотребления и энергосбережения выявления объектов нерационального тегоюиспользования, проведения энергетической сертификации и контрольных энергетических обследований подведомственных объектов, реализации на объектах малозатратных энергосберегающих мероприятий, прогнозирования отраслевой потребности в тепловой энергии и средствах на ее оплату, управления отраслевой программой энергосбережения с учетом ограниченности финансовых ресурсов на реализацию программных мероприятий,
— обоснование целесообразности и возможности информатизации в повыше
нии энергетической и бюджетной эффективности отраслевого энергопотребле
ния и энергосбережения, развитие методологии, методов и алгорйшов решения
задач системного анализа, анализа информационно-аналитических ресурсов,
разработка методической и алгоритмической базы сбора, обработки, анализа
информации и поддержки принятия управленческих решений,
-разработка общей архитектуры проблемно-ориентированной отраслевой информационно-аналитической системы (ИАС), методической базы и комплекса научно-технических решений для реализации отдельных функциональных подсистем адаптации системы к изменениям функциональных требований, вызванных изменениями задач управления и условий функционирования; обработки и анализа тегшовизионной информации с использованием нейросетевых структур, сбора и обработки первичной статистической информации с подведомственных учреждений, информационного обеспечения сотрудников образовательных учреждений (ОУ),
- создание, внедрение и сопровождение специализированного математическо
го и программного обеспечения основных элементов отраслевых проблемно-
ориентированных ИАС Федерального агентства по образованию (ФАО или Ро-
собразование) и других бюджетных отраслей экономики
Объектом исследования является система отраслевого энергопотребления и энергосбережения бюджетной сферы экономики
Предметом исследования являются процессы энергоснабжения подведомственных предприятий и организаций в бюджетных отраслях экономики, а также процессы отраслевого управления энергопотреблением и реализацией энергосберегающей политики
Методы исследования. В диссертационной работе использованы методы промышленной теплоэнергетики, системного анализа сложных организационно-технических систем, теории управления, обработки и анализа тепловизионной информации, математической статистики и интеллектуального анализа данных, моделирования и проектирования информационных систем
Научная новизна диссертационной работы
1 Создан научно-методический аппарат решения задач повышения энергетической и бюджетной эффективности отраслевого энергопотребления и энергосбережения, включающий
-разработанную и обоснованную систему административно-технологического управления энергопотреблением и энергосбережением и предложенные стратегии управления,
-созданную методическую и алгоритмическую базу реализации этапов отраслевой стратегии повышения энергетической эффективности (методики и алгоритмы оценки достоверности информации, динамической кластеризации потребителей энергоресурсов, выявления перепоставок (недопоставок) тепловой энергии, энергетической сертификации подведомственных объектов, прогнозирования отраслевой потребности в тепловой энергии и средствах на ее оплату)
2 Обоснован, математически описан и количественно определен комплекс
показателей эффективности использования энергоресурсов и управления про
цессами их повышения, как в масштабах бюджетной отрасли, так и отдельного
ОУ, включая
-введенное понятие и математическое описание консервативной отопительной характеристики реального образовательного учреждения при централизованном и автономном энергообеспечении,
оригинальные характеристики минимальных энергетических затрат систем жизнеобеспечения ОУ в различных климатических зонах и полученные на их базе оценки энергетической эффективности использования теплоты,
способ определения удельных отраслевых характеристик теплопотребления с выделением сверхнормативных составляющих, зависящих от технического состояния систем жизнеобеспечения и от качества управления теплопотреблением,
введенный частный обобщенный показатель бюджетной эффективности теплопотребления
3 Предложен тепловизионный метод определения тепловых потерь ограж
дающими конструкциями зданий и комплекс методических решений для его
реализации, включая
расчетно-экспериментальный способ определения плотностей тепловых потоков через ограждающие конструкции зданий,
оригинальную методику массовой обработки тепловизионных изображений для определения теплотехнических характеристик подведомственного объекта
4 Развита методология формирования и использования проблемно-
ориентированных информационно-аналитических ресурсов (ПОИАР) для эф
фективного АТУ отраслевым энергопотреблением и энергосбережением, бази
рующаяся на математическом аппарате нечеткой логики и экспертной обработки
информации и включающая
-введенные и обоснованные понятия информационных и информационно-аналитических ресурсов и способ их формирования,
- созданные комплексные методики обработки, анализа информации и под
держки принятия решений (ГШР) при АТУ как на отраслевом уровне, так и на
уровне подведомственных ОУ, предложенное методическое и модельное обес
печение для реализации их основных этапов
5 Развиты методы и предложены научно-технические решения построения и
сопровождения перспективных отраслевых проблемно-ориентированных ин
формационно-аналитических систем, включающие
-распределенную многоуровневую иерархическую архитектуру отраслевой ИАС по проблематике энергопотребления и энергосбережения и комплекс научно-технических решений для реализации ее основных функциональных подсистем (сбора, интеграции и агрегации информации, отраслевой базы данных энергосберегающих мероприятий, нейросетевой обработки результатов тепловизи-онных энергетических обследований),
-разработанную методику проектирования отраслевых адаптируемых ИАС, базирующеюся на методе анализа иерархий, теории нечетких множеств и нечеткого логического вывода
Практическая значимость работы заключается в следующем
Концептуально разработанный научно-методический аппарат АТУ может применяться для решения задач повышения энергетической и бюджетной эффективности использования различных видов энергоресурсов в бюджетных отраслях экономики, а методический и алгоритмическое обеспечение реализации отдельных этапов стратегий управления — для решения задач рационального те-плопотребления в условиях дискретного представления сведений о фактическом потреблении энергоресурсов подведомственными ОУ и ограниченного бюджетного финансирования
На основе теоретических и вычислительных экспериментов созданы и прошли эксплуатационные испытания программно-инструментальные средства проблемно-ориентированной ИАС отраслевого энергопотребления и энергосбережения «Учет и контроль потребления и оплаты топливно-энергетических ресурсов», использование которой в ФАО позволило создать информационную базу поддержки принятия управленческих решений и упорядочить финансовые потоки по оплате коммунальных услуг подведомственными учреждениями
Научно-технические разработки в области рационального использования топлива и теплоты, прошедшие экспертную оценку на возможность их практической реализации, структурированы и систематизированы в компьютерную базу энергосберегающих мероприятий, реализованную с использованием современных Интернет-технологий, основными пользователями которой являются сотрудники административно-управленческого персонала отрасли и энергетических служб подведомственных ОУ
Научно-технические решения по созданию функциональной подсистемы сбора и обработки первичной статистической информации с подведомственных объектов использованы не только для решения задач управления отраслевым энергопотреблением, но и для сбора и обработки больших объемов произвольной специализированной информации, в частности, при решении задач учета и анализа несчастных случаев на производстве - в федеральных и региональных органах службы по технологическому, энергетическому и атомному надзору, мониторинге выполнения и оценке результативности научно-исследовательских работ - в системе Рособразования
Предложенные методы, алгоритмы и средства решения задач обработки изображений, включая задачи локальной фильтрации, сегментации и формирования границ областей, могут быть использованы как для обработки тепловизи-онных изображений зданий и сооружений, так и для диагностики электротехнических систем и установок
Разработанные методы и алгоритмы реализованы в виде основных функциональных блоков (подсистем) таких отраслевых ИАС, как «Лимитирование и мониторинг потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в федеральной бюджетной сфере», «Мониторинг раздела «Энергоэффективность энергоемких отраслей промышленности» ФЦП «Энергоэффективная экономика» Мин-промэнерго РФ, «Энергоэффективность» Федеральной службы по технологическому, энергетическому и атомному надзору, «Обеспечение текущего финансирования подведомственных учреждений» Рособразования
Научные и практические результаты исследования использованы в учебном процессе, в учебно-методической литературе по проблеме рационального энергопользования при подготовке бакалавров, магистров и специалистов по специальностям «Промышленная теплоэнергетика», «Энергообеспечение предприятий», «Вычислительные комплексы, системы и сети», а также на курсах по переподготовке инженерно-технического персонала в Московском энергетическом институте (техническом университете)
Апробация работы Основные результаты работы докладывались на международных, Всесоюзных и Всероссийских научно-практических конференциях «Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях», Москва, 1989, «Новые информационные технологии и системы», Пенза, 1996, «Создание и развитие информационной среды ВУЗа состояние и перспективы», Иваново, 1997, «Нейроинформатика и ее приложения», Красноярск, 1998-2000, «Информационные системы и технологии», Алушта, 1999, «Электроснабжение промышленных предприятий», Новочеркасск, 2003, «Современные информационные технологии (Contemporary information technologies)», Пенза, 2003-2006, «lere conference Internationale sur l'efficacite energetique», ALGER-ALGERIE 25-26 Mai 2003, «Энерго- и ресурсосбережение - 21 век», Орел, 2003-2006, «Информационные средства и технологии», Москва, 1996-2006, «Энергосбережение теория и практика», Москва, 2004, 2006, «Современные энергосберегающие технологии СЭТТ-2005», Москва, 2005, выставках «Энергосбережение в регионах России», Москва, 2002-2006, «Москва - энергоэффективный город», Москва, 2002-2004, «Образовательная среда» Москва, 2003-2006 и др
По результатам основной части защищаемой научной работы автор в составе коллектива ученых и специалистов стал Лауреатом Премии Правительства РФ в области науки и техники за 2002 год
Публикации Основные научные положения, выводы и рекомендации диссертации содержатся в 48 опубликованных работах, 10 из которых опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ
Объем и структура работы Материал диссертации изложен на 314 страницах машинописного текста Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов и притожений, содержит 100 рисунков и 19 таблиц Библиографический список включает 292 публикации
Анализ существующих методов инструментального определения эффективности теплоснабжения
Разрабатываемая в диссертации стратегия повышения энергетической эффективности энергообеспечения потребителей отрасли в условиях ограниченного финансирования процессов энергосбережения предполагает разработку методов определения требуемых отраслевых объемов теплоты с выделением кластера потребителей со сверхнормативным теплопотреблением, зондирование причин сверхнормативного те-плопотребления путем их энергетической сертификации и последующее ранжирование объектов по необходимости проведения углубленного энергетического обследования.
Среди комплекса задач по повышению энергоэффективности зданий можно назвать энергетическую паспортизацию [51н-52]. Энергетический паспорт здания содержит три аспекта энергетической эффективности зданий: доказательство соответствия проекта нормативным требованиям, контроль энергоэффективности в процессе эксплуатации и предложения по энергосбережению. Во всех трех аспектах в качестве основы контроля теплотехнических и энергетических параметров выступают инструментальные методы оценки теплозащиты зданий.
Среди возможных инструментальных способов определения энергетической эффективности теплоснабжения зданий и сооружений можно выделить следующие принципиальные подходы: определение тепловой нагрузки здания путем измерения расхода теплоносителя в подающем трубопроводе и температур теплоносителя в этого, приведенные ниже методики обработки тепловизионных изображений основываются на контактных измерениях в реперных точках.
При проведении инфракрасной съемки с последующей расшифровкой получаемых тепловых изображений согласно существующих методик не учитывается еще ряд факторов, существенно снижающих достоверность получаемой информации.
Использование метода тепловизионных обследований, основанного на измерениях температур в стационарном режиме теплообмена приведет к значительным ошибкам в определении теплового потока, поскольку: тепловизионные изображения используются лишь для качественного выявления проблемных участков ограждающих конструкций; а измерения проводят контактным способом в реперных точках, что позволяет определять не общие, а максимальные теплопотери вертикальными ограждающими конструкциями; не учитывается гидродинамика обтекания здания в момент проведения тепловизионной съемки, а внешнее термическое сопротивление принимается не зависящим ни от высоты, ни от протяженности здания, ни от климатических условий региона. Применение метода ограничено погодными условиями: измерения не проводят на влажных после дождя поверхностях при наличии на поверхности инея и т. д.
Методы, реализующие решение обратной задачи нестационарной теплопроводности, основаны на регистрации нестационарных температурных полей на поверхностях, анализе полученных результатов и вычислении тепловых потерь с помощью специального программного обеспечения с учетом дополнительных количественных характеристик объекта, окружающей среды и других показателей.
Базовой технологией обработки информации является решение обратных задач нестационарной теплопроводности, адаптированных под конкретные объекты исследований.
К основным недостаткам метода тепловизионных обследований, основанного на решении обратной задачи нестационарной теплопроводности, можно отнести: необходим банк данных по решению обратных задач теплопроводности для широкого диапазона геометрических, тепло физических, спектральных, градиентных и т.п. характеристик; знание конструкции стен; тепловизионные изображения используются лишь для качественного анализа ограждающих конструкций, а основные измерения
температур производят контактным способом лишь в легкодоступных точках; не учитывается гидродинамика потока ветра в момент проведения тепловизионной съемки.
Влияние ряда других особенностей, которые необходимо учитывать при определении тепловых потерь зданий, рассмотрены нами в [53].
Тепловизионные исследования удельных тепловых потоков с использованием сетки-преобразователя температур воздушной среды обладают существенными преимуществами по сравнению с выше рассмотренными методами, поскольку позволяют одномоментно измерять температурное поле поверхности тепловизионным способом, а омывающего газового потока датчиками температур с погрешностьтю 5%, что обеспечивает инструментальное определение плотности теплового потока с погрешностью менее 10% [53]. Однако, использование этого метода в определении тепловых потерь крупномасштабных зданий практически невозможно, т.к. каждое измерение посуществу является точечным.
Очевидно, что несмотря на перспективность использования тепловизионного метода для определения тепловых потерь ограждающими конструкциями необходима разработка новых подходов, не только снижающих погрешности вычислений общих тепловых потерь зданием по результатам проведенных измерений, но и исключающих субъективные ошибки при дешифровке тепловизионных изображений.
Актуальная стратегия административно-технологического управления отраслевым энергопотреблением и энергосбережением
Предлагаемая актуальная стратегия АТУ отраслевым энергопотреблением и энергосбережением, общая схема которой приведена на рисунке 2.2, заключается в последовательном выполнении следующих организационно-технических мероприятий: вначале, на уровне федерального центра выполняется оценка достоверности первичной статистической информации, поступающей от подведомственных образовательных учреждений, по результатам которой выделяется кластер объектов, на которых предполагаются случаи перепоставок/недопоставок ТЭР, а также кластер объектов, предоставивших недостоверную информацию. Для объектов первого кластера инициируются соответствующие инспекторские проверки и принимаются административные управляющие решения по пересмотру договорных отношений с поставщиками ТЭР, а для объектов второго кластера для оценки источников и причин недостоверности инициируется процедура энергетической сертификации. Затем с использованием имеющегося массива достоверной первичной статистической информации выполняется кластеризация объектов по степени эффективности использования энергоресурсов. Внутри полученных кластеров объектов с неэффективным уровнем использования энергоресурсов также проводится процедура энергетической сертификации, по результатам которой выполняется ранжирование объектов по величине потерь энергоресурсов и формируются: кластер организаций, энергопотребление которых может быть уменьшено административно-управленческими методами; кластер организаций для проведения контрольных энергетических обследований; кластер организаций, относительно благополучных с точки зрения энергопотребления. По результатам проведенных КЭТВО объекты соответствующего кластера ранжируются по ожидаемой величине энергосберегающего эффекта. При этом на ряде объектов удается снизить энергопотребление путем реализации малозатратных типовых энергосберегающих мероприятий из отраслевой БД. На основании результатов, полученных при выполнении описанных процедур, формируется отраслевой перечень подведомственных объектов для первоочередной реализации энергосберегающих мероприятий. Полученный массив достоверных данных по объемам потребления и оплаты ТЭР с учётом реализации энергосберегающих мероприятий, используется для выполнения процедур прогнозирования объемов отраслевого энергопотребления с применением методик, учитывающих прогнозные изменения влияющих факторов (температура окружающей среды, продолжительность отопительного периода) и динамику роста тарифов.
Для качественного выявления сверхнормативных затрат энергии во всей совокупности ОУ предлагается использовать сравнение фактических энергозатрат и энергозатрат, определяемых известным методом по укрупненным показателям затрат энергии на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение отдельного здания, реализация которого требует минимума исходных данных [107- 109].
Отсутствие для подавляющего числа ОУ строительной документации, сертификатов соответствия теплофизических характеристик ограждающих конструкций заложенным в проект зданий, статистических данных по изменениям региональных климатических показателей, влияющих на объемы нормативного теплопотребленюц серьезно затрудняют реализацию актуальной стратегии АТУ. Поэтому, в качестве информационной базы для реализации актуальной стратегии АТУ используется разработка, программно-инструментальная реализация и многолетняя актуализация базы данных о фактическом энергопотреблении и оплате коммунальных услуг ОУ федерального подчинения (I этап, рисунок 2.2.).
Разработанные методы обработки статистической информации о фактическом энергопотреблении позволяют выделить кластер ОУ, со случаями перепоставок/недопоставок ТЭР и кластер ОУ, предоставляющих недостоверную информацию. Оценка достоверности предоставляемых данных по фактическому теплопотреблению выполняется несколькими методами, например, с использованием математической модели, проверяющей качественное соответствие изменения объемов теплопотребле-ния и климатических данных (среднеквартальных фактических температур окружающей среды и продолжительности отопительного периода, полученных по данным метеонаблюдений). Энергопотребление отрасли в /-том году
Показатели энергетической эффективности отраслевого энергопотребления и энергосбережения и их взаимосвязь
Одной из целей государственных программ повышения энергобезопасности страны является обеспечение нормативного уровня энергоэффективности в бюджетной сфере. Однако, несмотря на тысячи научных публикации (статей, монографий, учебников) по проблемам показателей эффективности использования энергии в различных случаях проблема установления отраслевого показателя энергоэффективности в настоящее время требует дальнейших исследований. Существующие показатели энергоэффективности можно классифицировать по двум основным группам: термодинамические и технические (натуральные).
В первой группе можно выделить энергетический (г)э) и эксергетический (ТЕ) коэффициенты полезного действия и коэффициент полезного использования тепла
Вторая группа показателей наиболее разнообразна. Ее можно в свою очередь разделить на следующие подгруппы: - нормируемые показатели энергетической эффективности продукции, которые вносятся в государственные стандарты, технические паспорта продукции, техническую и конструкторскую документацию и используются при сертификации продукции, энергетической экспертизе и энергетических обследованиях; - удельные натуральные показатели процессов энергопотребления, используемые в основном для непроизводственных предприятий и организаций; показатели энергетической эффективности производственных процессов, которые вносятся в стандарты и энергопаспорта предприятий и используются в ходе осуществления государственного надзора за эффективным использованием топливно-энергетических ресурсов и проведении энергообследований органами государственного надзора; - показатели (индикаторы) реализации энергосбережения (отражаются в ста тотчетности, нормативных правовых и программно-методических документах, кон тролируются структурами государственного управления и надзора).
При использовании показателей первой группы оценку общей эффективности использования ТЭР на предприятии (организации) предполагается выполнять по вели 108 чине полного энергетического к. п. д. предприятия, определяемого по следующему выражению: где Эпол- суммарное полезное использование энергии; Эдоп- дополнительная энергия, выработанная внутри рассматриваемого объекта и отпускаемая на сторону; Эподв - суммарная подведенная энергия; Э - суммарное поступление энергии за счет экзотермических реакций.
При наличии энергетического баланса по данным его расходной части определяют также коэффициент полезного использования (к. п. и.) либо отдельных энергоносителей и всего энергетического хозяйства, либо к. п. и. подведенных энергетических ресурсов. Если в организациях -потребителях энергии - потери при преобразовании энергии и топлива в энергоприемниках относительно невелики, представляет интерес прежде всего определить к. п. д. подведенных энергетических ресурсов: где т - виды энергоносителей, поступающих на конечное потребление; п - виды процессов, составляющих группу конечного потребления топлива и энергии, т. е. за исключением всех процессов их преобразования; Bmn - годовой расход энергоносителя в процессе (в натуральном выражении); Кт - калорийный эквивалент энергоносителя т ; 7]тп- КПИ процесса п на энергоносителе т, который определяется по результатам обследования или расчета; В - суммарное количество потребленных энергетических ресурсов, подведенных к предприятию и приведенных к условному топливу.
Эксергетический коэффициент полезного действия ориентирован в основном на оценку энергетической эффективности технологических процессов.
Использование в масштабах бюджетной отрасли, в которой основными процессами являются обеспечение санитарно-гигиенических условий жизнедеятельности (отопление, вентиляция, горячее водоснабжение, освещение и т.д.), термодинамических показателей неоправданно, поскольку полезный эффект лишь опосредовано можно перевести в энергетические единицы [135, 136].
Рассматривая группу технических показателей применительно к государству в целом, можно использовать следующее определение энергоэффективности: энергоэффективность 77эф есть мера полезного использования природной энергии для удовлетворения текущих и будущих потребностей общества, формирующих качество жизни населения, т.е. отношение изменения потенциала полезной работы общества Эпол, определяемого производственным совокупным энергетическим продуктом, к использованному природном ресурсу АТЭР [137]: /эф дтэр Величину 77Эф можно выразить и так: ДВВП. ДЭЛ .АТЭР ф АЭЛ АТЭР ДПР где ДВВП, ДЭЛ - изменение внутреннего валового продукта за выбранный отрезок времени и затраченное на это изменение ВВП количество электроэнергии; ДПР - изменение потребительского продукта энергетического производства.
Разработка способа и определение состава и содержания проблемно-ориентированных информационных и информационно-аналитических ресурсов для эффективного административно-технологического управления отраслевым энергопотреблением и энергосбережением
Сформулируем обобщенные требования к комплексным методикам формирования, анализа информации и ППР при административно-технологическом управлении отраслевым энергопотреблением и энергосбережением.
Комплексные методики должны учитывать логику процессов административно-технологического управления бюджетной отраслью в сфере энергопотребления и энергосбережения; особенности анализа разнотипной информации при совместном административном и технологическом управлении на основе развития и использования как традиционных методов статистической и аналитической обработки, так и методов интеллектуального анализа данных; быть ориентированы на последующую реализацию в отраслевых информационно-аналитических системах с целью поддержки принятия решений при АТУ отраслевым энергопотреблением и энергосбережением; для всех перечисленных задач анализа информации, решаемых в процессе административно-технологического управления бюджетной отраслью в сфере энергопотребления и энергосбережения, в рамках данных комплексных методик должны быть разработаны и/или усовершенствованы соответствующие методы, способы и модели представления и анализа информации, а также частные методики их использования в отраслевых ИАС.
Основой создаваемых комплексных методик, наряду с вышеперечисленными требованиями, является приведенные выше перечень, содержание задач обработки, анализа информации и ППР, а также последовательность их решения при АТУ отраслевым энергопотреблением и энергосбережением.
Термин «комплексная» в названии данных методик используется здесь в следующих аспектах: в каждой из этих комплексных методик реализуется не одна, а несколько частных методик (возможных последовательностей решения задач обработки и анализа информации); для реализации различных этапов частных методик в рамках отдельной комплексной методики могут решаться одни и те же задачи обработки и анализа информации; несмотря на то, что очередность выполнения задач в рамках частных методик определяется логикой процессов АТУ, тем не менее, состав и порядок решения данных задач может, в пределах установленных взаимосвязей, меняться в зависимости от изменения целей управления.
Рассмотрим состав и структуры предлагаемых комплексных методик решения задач обработки, анализа информации и поддержки принятия решений при административно-технологическом управлении.
Комплексная методика решения задач обработки, анализа информации и поддержки принятия решений АТУ на уровне подведомственных учреждений (рисунок 4.1) включает в себя следующие частные взаимосвязанные методики: текущего мониторинга объемов потребления и оплаты топливно-энергетических ресурсов; оценки эффективности реализации энергосберегающих мероприятий в подведомственном учреждении; формирования отчетных данных. Комплексная методика решения задач обработки, анализа информации и поддержки принятия решений АТУ отраслевым энергопотреблением (рисунок 4.2) состоит из двух частных взаимосвязанных методик: прогнозирования годовых объемов потребления топливно-энергетических ресурсов и средств на их оплату; мониторинга объемов потребления и оплаты топливно-энергетических ресурсов. Комплексная методика решения задач обработки, анализа информации и поддержки принятия решений АТУ для реализации энергосберегающей политики отрасли (рисунок 4.3), состоит из следующих частных взаимосвязанных методик: формирования годового перечня первоочередных мероприятий и программы энергосберегающего бюджета; мониторинга реализации энергосберегающих мероприятий.
Исходя из требований к выполняемым, в рамках предлагаемых комплексных методик, задачам обработки, анализа информации и ППР, можно сделать вывод, что для их решения должны быть созданы и усовершенствованы методы, способы и модели, типизированные для соответствующих групп задач.
В таблице 4.1 показано соответствие методов, способов и моделей, которые необходимо разработать и усовершенствовать в ходе данного исследования, группам решаемых в рамках предложенных комплексных методик задачам обработки, анализа информации и ППР.
Таким образом, для реализации предложенных комплексных методик анализа информации при АТУ отраслевым энергопотреблением и энергосбережением необходимо разработать и усовершенствовать следующие методы, способы и модели представления, обработки и анализа информации: - Способ определения состава и содержания информационных и информационно-аналитических ресурсов для эффективного решения задач АТУ; - Модель и методику оценки степени влияния недостоверности информации на качество принимаемых решений при АТУ отраслевым энергопотреблением и энергосбережением; - Методику оценки рациональности использования энергоресурсов подведомственными учреждениями; - Модели и методики оценки состояния сложной анализируемой системы и поддержки принятия решений по АТУ отраслевым энергопотреблением и энергосбережением.
Помимо разработки и совершенствования перечисленных методов, способов и моделей, для реализации предложенных комплексных методик обработки, анализа информации и поддержки принятия решений при АТУ отраслевым энергопотреблением и энергосбережением, необходимо создание методического, алгоритмического и программного обеспечения выполнения следующих задач: - агрегирование информации и формирование информационных ресурсов; - анализ динамики и прогнозирование изменений значений показателей потребления и оплаты топливно-энергетических ресурсов подведомственными учреждениями (включая задачи: анализ динамики изменения основных показателей квартальных объемов потребления ТЭР и средств на их оплату, анализ динамики изменения основных внешних влияющих факторов); - анализ информации и формирование информационных массивов для актуализации отраслевой базы данных энергосберегающих мероприятий.
