ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ
Аннотация. Одна из главных составляющих проблемы управления энергопотреблением в зданиях и сооружениях – разработка алгоритма оценивания эффективности управления. В статье обозначены показатели, которые позволяют сделать анализ результатов ее деятельности при внесении поправок в планы энергосбережения на дальнейшие периоды. Выделены критерии употребления энергетических ресурсов, сформирована унифицированная совокупность показателей потенциала энергосбережения. В группе показателей, которые определяют уровень энергосбережения, с точки зрения эффективности управления потреблением энергоресурсов учтен уровень инновационности применяемых технологий по энергосбережению. С целью расчета уровня квалификации кадров использован показатель количества персонала обслуживания, рассматриваемый в соответствии с каждой единицей персонала, имеющей требуемую квалификацию. Постоянный уровень потребления предпочтителен с точки зрения стабильного режима потребления энергетических ресурсов для зданий и сооружений. Сформулирована задача энергопотребления. Задача формулируется в следующем виде: необходима такая организация потребления ТЭР, т.е. необходимо минимизировать общие затраты от предполагаемого несоответствия действительного и рассчитанного оптимального графиков диспетчеризации употребления (ДГП) в течение всего планового периода времени. Это является сутью оптимизации управления энергопотреблением. За ограничения в ходе решения указанной задачи приняты минимальная нагрузка и динамика изменения, представленная с использованием соотношения, включающего в себя состояние системы в определенный момент времени и функцию управления. Решаемая задача относится к классу многошаговых управляемых процессов с ограничениями на управление и решается как аналитически, так и с применением численных методов. Описано решение задачи с помощью целевого функционала.
Ключевые слова: энергоэффективность, управления, энергопотребления, алгоритм, энергоресурс, экономика, энергосбережение.
Целью создания инновационных технических решений является разработка правильной и эффективной экономической политики, основанной на научном прогрессе и энергоэкономическом анализе, предполагающем оценивание всех факторов, которые влияют на парамеры экономии тепловой и электроэнергии.
Далее рассмотрены новые алгоритмы экономии энергии для информационных систем управления процессами энергопотребления.
Одна из главных составляющих проблемы управления энергопотреблением в зданиях и сооружениях – разработка алгоритма оценивания эффективности управления, который обладает универсальностью относительно всего разнообразия и позволяет улучшить показатели экономики путем рационализации энергосбережения.
Блок-схема обозначенного алгоритма показана на рисунке 1.
С целью установления экономической эффективности управления энергопотреблением обозначим показатели, которые позволяют сделать анализ результатов ее деятельности при внесении поправок в планы энергосбережения на дальнейшие периоды:
1. Показатели употребления энергетических ресурсов, которые необходимы при оценивании эффективности управления.
2. Показатели потенциала энергосбережения, которые необходимы при оценивании снижения употребления ТЭР путем мероприятий и технологий по энергосбережению.
Можно выделить следующие критерии употребления энергетических ресурсов:
– фактические объемы Niфакт по каждому i-му объекту потребления, определяющиеся контрольно-измерительными приборами учета ТЭР (i = 1,n, где п – количество объектов, потребляющих энергоресурсы) за период Δt;
– нормативное (расчетное) количество употребления Niнорм по каждому i-му объекту потребления, определяющиеся в соответствии с законами РФ, нормативно – правовыми актами, СанПин, Гост, СНиП, техническими регламентами (i = 1,n, где п - количество объектов, потребляющих энергоресурсы) за период Δt;
– фактические объемы потерь Riфакт по каждому i-му объекту потребления за период Δt, определяющиеся разницей между Niфакт и Niнорм;
– минимально возможные объемы потерь Riмин по каждому i-му объекту потребления за период Δt, или «плановые», предусматривающиеся условиями ввода в эксплуатацию трубопроводов, систем отопления при начале отопительного сезона, пусконаладочными работами, которые связанны с введение новых объектов, ремонтными работами и работами по профилактике;
– минимальные объемы потребления Niмин по каждому i-му объекту потребления за период Δt, определяющиеся как минимально определенное приборами учета количество употребления при соответствии СанПин, Гост, СНиП;
– запланированные объемы потребления Niплан по каждому i-му объекту потребления за период Δt, определяющиеся путем соответствующих методик прогнозирования энергопотребления, учетывая планируемыеизменения;
– прогнозируемые объемы потерь Riпр по каждому i-му объекту потребления за период 
t, определяющиеся учитывая фактический предыдущий объем потерь и планируемые изменения.
Данная категория показателей рассматривается по каждой энергоемкой функциональной подсистеме управления потреблением энергетических ресурсов в зданиях и сооружениях. Так как, каждая подсистема определяется одинаковым набором показателей в данной подгруппе, в последующем сформируем унифицированную совокупность показателей потенциала энергосбережения. Энергоэкономические критерии данной группы, которые влияют на сбережение энергоресурсов, разделяют на четыре главные группы, обладающие базовыми показателями:
1. Объекты потребления:
- Дата введения в эксплуатацию (зданий, сооружений, инженерных коммуникаций;
– уровень инновационности объектов потребления;
– уровень используемой мощности и режим работы объектов потребления;
- уровень эффективного функционирования энергоустановок.
2. Технология:
- уровень технического обеспечения инженерно-энергетической системы;
- уровень прогрессивности технологических процессов по видам потребления ТЭР;
- уровень метрологического обеспечения.
3. Организация энергопотребления:
- уровень планирования, управления и контроля;
- уровень нагрузки потребления;
- уровень ритмичности потребления;
- уровень аварийности.
4. Кадры:
- уровень квалификации кадров;
- уровень материальной заинтересованности кадров в энергосбережении;
- уровень подготовки и переподготовки кадров.
В группе показателей, которые определяют уровень энергосбережения, с точки зрения эффективности управления потреблением энергоресурсов необходимо учитывать уровень инновационности применяемых технологий по энергосбережению (уровень прогрессивности технологических процессов) по каждому j-му виду энергоресурса. Для чего необходимо определить все существующие способы энергоснабжения потребителей. Далее определим коэффициент новизны применяемых энергосберегающих технологий и мероприятий:
где Ктехj – коэффициент новизны применяемой энергосберегающей технологии j-го энергоресурса 0 = 1, т – количество видов употребляемых энергоресурсов); Rjmax – ранг наиболее инновационной из имеющихся энергосберегающих технологий для j-го энергоресурса; Rj – ранг применяемой технологии в j-ом ресурсопотреблении; Ктехj – коэффициент новизны используемых энергосберегающих технологий для системы в целом.
Уровень нагрузки объекта потребления определяется Ки.о.п – коэффициентом использования объекта потребления и рассчитывается следующим образом:
где Мфакт – фактический объем нагрузки объекта потребления, который можно определить из следующего выражения.
где Муст – объем максимальной нагрузки (установленная мощность объекта потребления; ΔМ - объем не полностью нагруженного объекта потребления и резервного оборудования, которое необходимо оставлять ненагруженным на случай возникновения различного рода нестандартных ситуаций, связанных с авариями, ремонтом или заменой оборудования.
С целью расчета уровня квалификации кадров используется показатель количества персонала обслуживания Чо.п, рассматриваемый в соответствии с каждой единицей персонала, имеющей требуемую квалификацию – Чкв.о.п.. Следовательно, коэффициент профессионально-квалификационного соответствия имеет вид:
Данный коэффициент показывает соответствие всех работников, занятых в системе управления и эксплуатации ИЭС, требуемой квалификации и стремится к единице.
Оптимальное управление [1–4]
потреблением в целом сводится к следующему: производится выбор изменяющегося с течением времени количества употребления энергетических ресурсов и на его основе формируется предполагаемый объем энергопотребления (ПОЭ), который обеспечивает минимальные затраты на энергоресурсы при условии поддержания определенных соответствующих СанПин, СНиП и ГОСТ норм потребления и действующих по договору ограничений на общее употребление энергоресурсов.Зададим - функцию потребления энергоресурса зданиями и сооружениями; - индекс времени (t= 0,1,2 7); - искомое оптимальное потребление в период (смещение диспетчерского графика нагрузки (ДГП), снижение пика потребления, заполнение провала ДГП, общее сбережение, общий рост ДГП, гибкий ДГП); - разность двух смежных периодов потребления энергоресурса: , предположим, что при имеют место потери энергоресурсов для конкретной системы, либо дефицит: - разность между величинами оптимального и фактического потребления в период зданиями и сооружениями: , — заданная функция затрат от несоответствия фактического и оптимального потребления (очевидно, ). Функция потерь по аналогии с (5)
Постоянный уровень потребления предпочтителен с точки зрения стабильного режима потребления энергетических ресурсов для зданий и сооружений, т.е. когда . При увеличении употребления энергетических ресурсов , и при его уменьшении организации несут затраты, которые вызваны ограничениями по договору и перестроением режимов употребления.
Задача формулируется в следующем виде: необходима такая организация потребления ТЭР, т.е. нахождение функции (при ) и (при ), чтобы минимизировать общие затраты от предполагаемого несоответствия действительного и рассчитанного оптимального графиков диспетчеризации употребления (ДГП) в течение всего планового периода . Это является сутью оптимизации управления энергопотреблением. Представленное условие записано ниже в виде целевой функции:
(6)
За ограничения в ходе решения указанной задачи примем: минимальную нагрузку: и динамику изменения , представленную с использованием соотношения:, где - состояние системы в момент , - управление.
Параметр , поскольку потребление энергоресурсов не может иметь отрицательное значение.
Решаемая задача относится к классу многошаговых управляемых процессов с ограничениями на управление и решается как аналитически, так и с применением численных методов. На каждом итерационном шаге, когда окажется, что , нужно останавливать вычисления и переходить к новому итерационному шагу, а неучтенные в явном виде условия , учесть непосредственно в процессе вычислений.
В случае непрерывных процессов изменения ДГП (управление при этом будет ) условие задачи описывается следующим функционалом:
,
Следовательно, при управлении показателем энергетической эффективности функционирования зданий и сооружений может служить описанный выше целевой функционал (выражения 6 и 9).
Литература
- Бирюлин В. И., Ларин О. М., Хорошилов Н. В., Горлов А. Н.Экспертные системы для управления потреблением энергоресурсов на промышленных предприятиях // Электрика. – 2011. – № 8. – С. 44–47.
- Бирюлин В. И., Горлов А. Н., Ларин О. М., Хорошилов Н. В. Обзор проблемы подготовки и повышения квалификации специалистов в области энергосбережения и энергоэффективности в России // Инновации в образовании. – 2012. – № 1. – С. 22–26.
- Горлов А. Н., Хорошилов Н. В., Чернышёва Д. В., Камаев В. В., Невинчаный В. В. Внедрение энергетического менеджмента на промышленных предприятиях // Электрика. – 2013. – № 5. – С. 33–34.
Метки: Инженерия