Информационно-образовательный портал
e-mail: [email protected]

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

    1. 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.
    2. 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.
    3. 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