Моделі і методи підвищення ефективності використання електроенергії у виробничих системах (на прикладі вугільних шахт)

18

Размещено на http://www.allbest.ru/

Інститут загальної енергетики

НАН України

УДК 621.311.004.14:622.012.2:622.33

Моделі і методи підвищення ефективності використання електроенергії у виробничих системах (на прикладі вугільних шахт)

Спеціальність 05.14.01 - Енергетичні системи та комплекси

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Трифонов Дмитро Володимирович

Київ 1998

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Національному технічному університеті України “Київський політехнічний інститут” (НТУУ “КПІ”) Міністерства освіти України

Захист відбудеться “21” січня 1999р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.223.01 Інституту загальної енргетики НАН України (254070, Київ-70, Покровська,11)

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Інституту загальної енергетики НАН України (254070, Київ-70, Покровська, 11)

Автореферат розісланий “10” грудня 1998р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Мельничук Л.П.

аудит енергетичний шахтний

АНОТАЦІЇ

Трифонов Д.В. Моделі і методи підвищення ефективності використання електроенергії у виробничих системах. - Рукопис.

Диссертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук по спеціальності 05.14.01 - Енергетичні системи та комплекси. - Інститут загальної енергетики НАН України, Київ, 1998.

Дисертація присвячена питанням підвищення енергоефективності гірничодобувних підприємств. У роботі розвивається новий підхід в енергозбереженні гірничодобувних підприємств на основі енергетичного аудиту, ураховуючи взаємозвўязок поміж технологією вугледобування та електроспоживанням.

Сформований факторний простір ефективності електровикористання. Виконані типологічна і політетична класифікація, в результаті яких одержані дві групи однотипових за умовами виробництва і однорідних по електровикористанню вугільних шахт.

Побудовані багатокритеріальні оптимізаційні моделі енергоефективності (питомого електроспоживання, продуктивності і собівартості) та установлені оптимальні значення управляючих технологічних параметрів, що сприяє обгрунтованому прийманню проектних та менеджерських рішень по енергоефективності вугільних шахт. Запропоновано новий комплексний таксономічний показник оцінки енергоефективності, побудована його аналітична модель і обгрунтована методика прогнозування, дозволяюча виділити фактори, за рахунок яких виникає неефективне споживання електроенергії, розробити управляючі дії на його підвищення.

Розроблена методика енергетичного аудиту (електрична частина), забезпечуюча якість роботи групи енергоаудиторів при дослідженні та оцінці енергоефективності ШВС. Основні результати роботи використані при розробці державних стандартів по енергозбереженню України та СНД, доведені до методичних вказівок і фрагментів програмного забезпечення АРМ енергоаудитора і впроваджені на вугільних шахтах Західного Донбасу.

Ключові слова: електроспоживання, аналіз, фактор, класифікація, кластер, показник, модель, кореляція, аудит, оптимізація, прогноз, енергоефективність, енергозбереження.

Трифонов Д.В. Модели и методы повышения эффективности использования электроэнергии в производственных системах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.014.01 - Энергетические системы и комплексы. - Институт общей энергетики НАН Украины, Киев, 1998.

Диссертация посвящена вопросам повышения энергоэффективности горнодобывающих предприятий. В работе развивается новый подход в энергосбережении горнодобывающих предприятий на основе энергетического аудита, учитывающего взаимосвязи между технологией угледобычи и электропотреблением.

Сформировано факторное пространство эффективности электроиспользования. Выполнены типологическая и политетическая классификация, в результате которых получены две группы однотипных по условиям производства и однородных по электроиспользованию угольных шахт.

Построены многокритериальные оптимизационные модели энергоэффективности (удельного электропотребления, производительности и себестоимости) и установлены оптимальные значения управляемых технологических параметров, что способствует обоснованному принятию проектных и менеджерских решений по энергоэффективности угольных шахт. Предложен новый комплексный таксономический показатель оценки энергоэффективности, построена его аналитическая модель и обоснована методика прогнозирования, позволяющая выделять факторы, за счет которых происходит неэффективное потребление электроэнергии, разработать управляющие воздействия на его повышение.

Разработана методика энергетического аудита (электрическая часть), обеспечивающая качество работы группы энергоаудиторов при обследовании и оценке энергоэффективности ШПС. Основные результаты работы использованы при разработке государственных стандартов по энергосбережению Украины и СНГ, доведены до методических указаний и фрагментов программного обеспечения АРМ энергоаудитора и внедрены на угольных шахтах Западного Донбасса.

Ключевые слова: электропотребление, анализ, фактор, классификация, кластер, показатель, модель, корреляция, аудит, оптимизация, прогноз, энергоэффективность, энергосбережение.

Trifonov D.V. Моdels and methods of raising the energy supply efficiency in manufacturing systems. - A manuscript.

Thesis of candidate of technical sciences by speciality 05.14.01 - Energy systems and complexes. - Energy Institute, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 1998.

The thesis is devoted to the raising of energy supply efficiency in coal-getting enterprises. New approach energy supply of coal-getting enterprises on the basis of energy audit taking into consederation mutual connections between coal-getting technology and energy supply is developed. Factor space of energy supply efficiency was formed. Typological and polythetical classifications were fulfiled.

Multicriterian optimizational models of energy efficiency (specific electric supply, productivity and cost) were built, optimal values of controlled technological parametres were set up. All this promotes to take project and managerial decisions concerning energy efficiency of coal mines. A new complicated taxonomical index of energy efficiency estimation was offered, its analytical model was developed and the methodics of prognostication was grounded letting the auditors to emphasise factors which lead to ineffective energy supply, develop controlled influence on its raising, ensure energy service with expected summary of operations and carry out preliminary controle for effective energy supply of coal mines.

While investigating and estimating energy efficiency in mine production systems, methodics of energy audit ensuring quality of auditorўs work has been developed. The main results of the work were used to develop state standards of energy saving, methodical instructions and software fragments of auditor and were applied in Western Donbass coal mines.

Key words: energy supply, analysis, factor, classification, claster, value, model, correlation, audit, optimization, prognose, energy efficiency, energy saving.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У загальному комплексі проблем розвитку електроенергетики України важливе місце в умовах сучасного дефіциту паливно-енергетичних ресурсів займають питання енергозбереження у всіх галузях промисловості, в тому числі і на гірничодобувних підприємствах. Питоме електроспоживання на різних шахтах складає 15...80 кВт·год/т і більше, а в цілому по Україні - одне із найвищих в Европі. Доля витрат на електроенергію у вугільної галузі за останні роки підвищилась на 3,5 %. Це повўязано зі спадом виробництва та необхідністю підтримки підприємства в робочому стані. Незважаючи на це є значні можливості для економії енергетичних ресурсів, серед яких доля електроенергії в енергозбереженні складає в середньому 25-30 % або приблизно 2 % від рівня енергоспоживання. У звўязку з цим енергозбереження вiдноситься до одного із основних напрямів підвищення ефективності промислового виробництва і є державною політикою України. Про що свідчить прийняття в 1994 р. Верховною Радою України Закону “Про енергозбереження” і у 1996 р. Комплексної державної Програми енергозбереження.

Підвищення енергоефективності на гірничодобувних підприємствах в сучасних умовах набуває особливої важності, коли можливості екстенсивного використання енергоресурсів стають все більше обмеженими, а питання економії витрат електроенергії часто вирішується шляхом формального виконання направлених “зверху” директивних вказівок без достатнього використання науково обгрунтованих показників енергоємності та електробалансів технологічних процесів. Для оцінок ефективності електровикористання необхiдно проведення обўємних досліджень функціонування електрогосподарства, визначення факторного поля, формуючого електроспоживання, побудови багатомірних класифікацій гiрничодобувних пiдприємств.

Iснуючі підходи до економії електроенергії на шахтах не в повній мірі ураховують технологію вугледобування, звўязані із збільшенням капітальних вкладень, не знижують строк окупності і, що особливо важливо, не використовують нові напрямки підвищення ефективності енергозбереження, наприклад, енергетичний аудит, якому за останні роки приділяється особлива увага і в Україні, і за кордоном. Зокрема, за кордоном вiн повинен бути обовўязковим для всіх підприємств як спосіб поліпшення розвитку виробництва, зниження собівартості і підвищення якості продукції.

Закордонний досвід показує, що в подальшому енергетичний аудит буде піднесено до рангу найважливішого засобу викриття резервів оптимізації режимів електроспоживання та стратегічного підходу до здобутку ефективності використання електроенергії у всіх сферах народного господарства. Це, в свою чергу, потребує розробки методичного, інформаційного та програмного забезпечення енергетичного аудиту з використанням сучасного математичного апарату. Аналіз стану розвитку вугільної промисловості, який показує на зміни пропорцій між економічним зростанням та енергоспоживанням підтверджує, що рушійною силою енергозбереження стає перехід до ресурсо- та енергозберігающого типу шахтних виробничих систем.

Значний внесок в розвўязання проблеми раціонального використання електроенергії у виробничих системах внесли роботи видатних вчених: Б.М. Авілова-Карнаухова, С.А. Волотковського, В.М. Винославського, М.М. Кулика, О.В. Новосельцева, Г.Г. Півняка, А.В. Праховника, В.Е. Тонкаля, А.К. Шидловського, В.П. Калінчика, В.П. Розена та ін.

Разом з тим, не дивлячись на велику кількість робіт і багаторічну працю в галузі економії електричної енергії, проблема ефективного електровикористання на гірничодобувних підприємствах в сучасних кризових умовах економіки країни є дуже важливою.

Звўязок роботи з науковими програмами, планами, темами. Вибраний напрямок досліджень повўязаний з планом державної стандартизацiї України в частинi мiждержавної на 1995 р. Поз.2.187 (Договiр 721-95/827-95 вiд 07.06.1995 р. Укр.НДIССI Держстандарта України з IПЕ НАН України), а також з планом НДР кафедри електропостачання НТУ України “КПІ”.

Мета і задачі досліджень. Підвищення ефективності методичного та математичного забезпечення енергетичного аудиту (електрична частина) гірничодобувних підприємств.

Для її реалізації поставлені і розвўязані наступні задачі.

1. Теоретичне обгрунтування методичних положень енергетичного аудиту і моніторингу ефективності електровикористання у шахтних виробничих системах за допомогою сучасних методів дослідження, моделювання, оптимізації і прогнозування.

2. Обгрунтування і визначення інформативних факторів і показників енергоефективності із застосуванням факторного аналізу.

3. Типологічна класифікація шахтних виробничих систем методом рангової кореляції і дискримінантного аналізу.

4. Визначення однородності типових груп вугільних шахт по єлектровикористанню методом кластерного аналізу.

5. Побудова математичних регресійних моделей та їх оптимізація за критеріями: питомого електроспоживання, продуктивності та собівартості добувних ділянок вугільних лав.

6. Побудова і прогнозування комплексного показника енергоефективності шахтних виробничих систем за допомогою аналітичного та багатофакторного аналізу, методів класифікації і аналізу часових рядів.

7. Розробка методики енергетичного аудиту шахтних виробничих систем та її апробіція в умовах ДХК «Павлоградвугілля».

Наукова новизна одержаних результатів.

1. Обгрунтована і виконана типологічна та політетична класифікація діючих гірничодобувних підприємств, яка спрямована на підвищення якості проектних та менеджерських рішень за критерієм енерговикористання.

2. Обгрунтована і вперше розроблена багатокритеріальна оптимізаційна модель визначення технологічних параметрів вугільних лав, що відрізняється від відомих обліком таких критеріїв як питоме електроспоживання, продуктивність та собівартість і дозволяє підвищити ефективність енерговикористання.

3. Запропоновано новий узагальнений критерій оцінки енергоефективності на основі теорії розпізнавання образів з урахуванням інформативного факторного простору, формуючого режим електроспоживання вугільних шахт.

4. Побудована аналітична модель комплексного таксономічного показника енергоефективності, котра дозволяє оцінити вплив на нього керованих факторів та розроблена методика його прогнозування, яка враховує динаміку споживання електроенергії і дозволяє проводити контроль за енергоефективністю шахтних виробничих систем.

5. Розроблена методика енергетичного аудиту (електрична частина) з використанням нових підходів під час оцінки енергоефективності шахтних виробничих систем.

Практичне значення одержаних результатів. Проведені дослідження дозволяють:

- зменшити питомі витрати електроенергії і підвищити енергоефективність механізмів вугільних лав шляхом застосування багатокритеріальної оптимізаційної моделі технологічних параметрів добувних ділянок;

- підвищити рівень методичного, інформаційного і програмного забезпечення енергетичної, диспетчерської та інших служб, звўязаних з контролем та управлінням режимів електроспоживання на гірничодобувних підприємствах;

- підвищити надійність і якість проектних рішень на діючих гірничодобувних підприємствах за критерієм енерговикористання;

- якісно оцінити витрати електроенергії за допомогою нового комплексного таксономічного показника енергоефективності, ураховуючи динаміку електроспоживання на вугільних шахтах;

- забезпечити аудиторській групі коректне визначення факторів, за рахунок яких виникає неефективне споживання електроенергії та розробку управляючих дій для його підвищення;

- здійснювати прогнозну оцінку і випереджаючий контроль за енергоефективністю вугільних шахт;

- підвищити якість роботи груп енергоаудиторів при обстеженні електрогосподарства і оцінці ефективності електровикористання шахтних виробничих систем.

Одержані результати використані при розробці Державних стандартів з енергозбереження, які прийняті для застосування у вугільній промисловості України та державах СНД, а також доведені до методичних вказівок та фрагментів програмного забезпечення АРМ енергоаудитора, реалізовані при нормуванні витрат електроенергії, регулюванні режимів електроспоживання, розробці заходів для підвищення ефективності електровикористання на шахтах “Терновська”, “Самарська”, “Павлоградська” ДХК “Павлоградвугілля” згідно із запропонованою методикою енергетичного аудиту гірничодобувних підприємств. Річна економія витрат на електроенергію від реалізації результатів роботи на названих підприємствах складає 50 тис.грн.

Апробація результатів дисертацiї. Основні положення дисертаційної роботи і її окремі результати докладені на слідуючих конференціях та нарадах:

- 1-й Міжнародній науково-технічній конференції “Математичне моделювання в електротехніці і електроенергетиці” (м.Львів, 1995р.)

- Міжнародній науково-технічній конференції “Сучасні технології економічного і безпечного виробництва та використання електроенергії” (м.Дніпропетровськ, 1997р.)

- технічному комітеті МТК № 111 “Енергозбереження” (м.Київ, 1995р.)

- щорічних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу Національного технічного університету України “КПІ” в 1995-1997р.р.

Публікації. За темою дисертації опубліковано 7 наукових робіт (статті, державнi стандарти України, доповіді).

Структура і обўєм роботи. Дисертація складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, містить 116 сторінок машинописного тексту, а також 17 ілюстрацій на 12 сторінках, 15 таблиць на 10 сторінках, список використаних джерел із 133 найменувань на 12 сторінках та 8 додатків на 69 сторінках.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обгрунтована актуальність і важливість проблеми, сформульована наукова новизна та практична цінність одержаних результатів.

У першому розділі проведений аналіз становища енергозбереження у вугільній промисловості як однієї із енергоємних галузей народного господарства країни.

Сучасна ситуація у структурi електровикористання гiрничодобувних пiдприємств досить складна. Спостерiгається зниження ефективностi споживання електричної енергiї. Необхiднi нові підходи для її підвищення, які були б обгрунтовані економіко-математично та здійснені технічно. Світовий досвід показує, що для розвўязання такої задачі у виробничих системах доцільно проведення енергетичного аудиту - ретельного обстеження електрогосподарства, оцінки енергоефективності та розробки заходів по економії електроенергії.

На базi системно-структурного аналізу сформульованi основні задачі енергетичного аудиту. Виконано аналіз моделей і методів математичного забезпечення на стадії проектного та енергоменеджерського розвўязання задач енергетичного аудиту.

Розглянута комплексна динамічна модель вугільної шахти, яка складається із трьох підмоделей енергоємних технологічних процесів енергоспоживання, управління і планування, із якої можна виділити сукупність критеріїв енергоефективності для побудови багатокритерiальних оптимізаційних регресійних моделей (питомого електроспоживання, продуктивності і собівартості добувних ділянок, надійності електропостачання та ін.).

Проаналізовані методологічні аспекти енергетичного аудиту шахтних виробничих систем (ШВС). З урахуванням системно-структурного пiдходу викладено поняття, показані цілі, нові способи і критерії оцінки енергоефективності. Сформульовані основні задачі дослідження.

У другому розділі обгрунтована інформаційна база енергетичного аудиту ШВС. Викладено теоретико-інформаційний підхід до розвўязання задачі класифікації вугільних шахт із урахуванням особливостей і факторів технології вугледобування, режимів роботи енергоємних процесів та електроспоживання. Для оцінки енергоефективності побудована схема Ісікава формування факторного взаємозвўязку, яка використовується для виявлення впливу складу факторів на обўєкт аналізу і з визначенням їх значущості, при цьому видiлени групи факторiв: гірничо-геологічні, технологічні, кліматичні, організаційно-економічні, технічні. Здійснена типологічна класифікація діючих вугільних шахт ДХК “Павлоградвугілля” на основі існуючої звітності за довгостроковий період (1973-1993 р.р.).

Формалізація факторного взаємозвўязку здійснювалась методом рангової кореляції з урахуванням 12 технологічних факторів: x1 - річне добування; x2 - загальний обўєм проведених виробок; x3 - кількість очисних забоїв; x4 - навантаження на очисний забій; x5 - потужність пласту; x6 - приплив води; x7 - кількість метана на 1 т.; x8 - чисельність персоналу; x9 - швидкість проведення підготовчих виробок; x10 - рівень комбайнового проведення виробок; x11 - довжина лави; x12 - глибина розробки. Побудована матриця рангів інформативних факторів і проведена перевірка надійності групової експертної оцінки за коефіцієнтом конкордації Кенделла W. Значущість фактичного коефіцієнту конкордації визначена за критерієм c2 Пірсона та при заданій надійності P= 0,95 та числі ступенів свободи f = 11 фактичне значення для рiзних шахт знаходиться в межах 0,8...0,88. Гiпотеза підтверджується достатньо високою ступінню узгодженості погляду експертів на всю сукупність обўєктів аналізу.

Для розвўязання оптимізаційних задач (3 роздiл) сформовано факторний простір і зроблено “стиснення” інформації методом головних компонент. Одержана ковариаційна матриця еy головних компонент y(1), ... , y(p), визначена відносна доля дисперсії компоненти, складено алгоритм “стиснення” інформації і програма розрахунку на алгоритмічної мові “Паскаль”. Виділені найбільш значущі технологічні фактори (річне добування, навантаження на очисний забій, чисельність персоналу, довжина лави, приплив води в шахту), які чинять суттєвий вплив на формування електроспоживання вугільних шахт.

Одержані результати дозволили на основі дискримінантного аналізу виконати типологічну класифікацію вугільних шахт. При цьому сукупність обўєктів аналізу характеризується кінцевою множиною M і N n-мірного векторного просторового поля . Розділяюча поверхня T={ x О Rn : f( x ) = 0}, де f( x ) - функція від n змінних; x = ( x1, ... , xn) - вектори технологічних факторів. Кінцева множина має вигляд:

N = ,

M = ,

Для розподiлу множин M і N складена система відношень:

Ураховуючи прийнятий клас F лінійних функцій

f (x)= f(x1, x4, x5, x6, x7, x8, x10, x11, x12)=a1x1+ a4x4+ a5x5+ a6x6+a7x7+a8x8+a10x10+a11x11+ a12x12

Відповідно визначеним інформаційним факторам складена система нерiвностей та знайдено рiшення з використанням симплекс-метода i одержана роздiляюча функцiя:

f(x)= -3,5 x1 + 6 x4 - 2500 x5 - 11 x6 + 274 x7 + 24 x10 +14 x11 - 6,5 x12

Типологічна класифікація дозволила виділити дві однотипові групи близькі або однакові за умовами вугледобування, організації виробництва:

група I - шахти 7, 8, 9, 10; група - II шахти 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Обгрунтована однорідність одержаних типових груп вугільних шахт по електровикористанню. З цією метою виконана політетична класифікація за допомогою кластерного аналізу із використанням базових електричних інформаційних характеристик. Складенi алгоритм та програма розрахунку кореляційної матриці, “евклідова” відстань і побудована дендограма кластерів вугільних шахт. Порівняння результатів типологічної і політетичної класифікіції показує, що номери шахт однотипових груп, одержаних методом дискримінантного аналізу, і однорідних по електровикористанню груп, створених кластерним аналізом, збігаються, тобто шахти однотипових груп є в той же час і однорідними по електровикористанню.

Результати класифікіції дозволяють аудиторській групі не тільки проводити якісний аналіз електровикористання, формувати базу даних про витрати електроенергії, але і ідентифікувати з даними кластерами іншi обўєкти, тобто установити їх належність до подiбної групи, і дати апріорну оцінку загальним характеристикам, ступеню енергоефективності та визначити умови для її підвищення.

У третьому розділі на основі аналізу запропоновано слідуючий підхід формування енергозберігаючих технологій ШВС: дослідження технологічних факторів, які в значній мірі визначають електроспоживання та допускають цілеспрямовані зміни у системі обмежень; побудова оптимізаційних моделей енергоефективності обўєкта управління; знаходження оптимальних значень при обмеженнях, які накладаються на керовані параметри.

Аналіз однотипових по технології і однорідних по електровикористанню груп вугільних шахт показує, що для реалізації наведених етапів вимагається не один, а декілька критеріїв, які впливають на ефективність роботи ШВС. З урахуванням результатів попередніх досліджень такими критеріями можуть бути: питоме електроспоживання Эу, продуктивність П та собівартість С, а в якості керованих факторів - річне добування вугілля х1, довжина лави х2, добове навантаження на очисний забій х3 і чисельність персоналу х4.

Оптимізаційна задача має вигляд:

Эу = f (x1, x2, ... , xn) ® min ,

П = f (x1, x2, ... , xn) ® max ,

C = f (x1, x2, ... , xn) ® min

при обмеженнях

xiн Ј xi Ј xiв, xi і 0, i = 1, ... , n ,

де xiн , xiв - нижня та верхня межі модельованих керованих параметрів.

Побудованi статистичнi лiнейнi моделi функцiї цiлi мають вигляд:

Эу = b1x1 + b2x2 + b3x3 + b4x4 + aэ ;

П = с1x1 + с2x2 + с3x3 + с4x4 + aп ;

C = s1x1 + s2x2 + s3x3 + s4x4 + aс ,

де b1, b2, b3, b4 - коефіцієнти регресії моделі Эу;

c1, c2, c3, c4 - теж, але моделі П;

s1, s2, s3, s4 - теж, але моделі C;

aэ, aп, aс - невідомі випадкові похибки для керованих змінних.

Розрахункові значення коефіцієнтів моделей Эу, П і C для вугільних шахт наведені в табл.1.

Таблиця 1 Розрахункові значення коефіцієнтів регресійних моделей Эу, П і C

Модель

Эу

П

C

b1

b2

b3

b4

C1

c2

c3

c4

s1

s2

s3

s4

Знач. коеф.

0,8 x x 10-2

-0,121

-0,3 x x 10-1

0,11x x 10-1

0,4 x x 10-1

-0,2 x x 10-1

0,24x x 10-1

-0,13x x 10-1

-0,3 x x 10-1

-0,154

-0,5 x x 10-1

0,31 x x 10-1

Адекватність оптимізаційних моделей реальним умовам ШВС перевірена по F - критерію Фішера. Визначення оптимальних значень технологічних параметрів добувних ділянок здiйснено методом послідовних поступок. Для випадку мінімізації питомого електроспоживання Эу при обмеженні по продуктивності П і собівартості C функцію цілі можна записати:

де di, Di - межові значення параметрів x1, x2, x3, x4 моделей Эу, П, C;

Пзад, Cзад - відповідно, задані продуктивність та собівартість.

Аналогічно можна максимізувати продуктивність П і мінімізувати собівартість C.

Згідно з одержаними даними побудовані залежності Эу = f(П), Эу = f(C), Эу = f(L), а також П = f(L). Оцінка вкладення часткових функцій f в узагальнену функцію цілі F здійснюється методом скрутки часткових критеріїв, тобто

F= a1f1 (x1,x2,x3, x4) + a2f2 (x1,x2,x3, x4) ® min

Рис. 1 Області відносної важливості часткових функцій цілі

при заданій продуктивності і накладенні обмежень на параметри x1,x2,x3, x4. Задаючи значення вагомих коефіцієнтів a1 і a2 функції цілі, одержано області відносної важливості часткових функцій при оцінці енергоефективності добувних ділянок (рис.1).

1 - область більшого впливу собівартості і меншого питомого електроспоживання (0 Ј a1 Ј 0,5);

2 - область рівного впливу в узагальнену функцію цілі (0,5 Ј a1 Ј 0,6);

3 - область більшої важливості питомого електроспоживання і меншої собівартості (0,6 Ј a1 Ј 1)

У четвертому розділі викладена узагальнена оцінка енергоефективності гірничодобувних підприємств. Для опису функціонування електрогосподарства цих обўєктів прийнято комплексний підхід, ураховуючий базову інформацію - певну сукупність електричних інформативних показників і похідних від них коефіцієнтів: півгодинний максимум навантаження - Pм; середнє активне навантаження - Pс; річне число використання максимума навантаження - Tм; питоме електроспоживання - Эу; електрооснащеність праці - Эт; персонал шахти - Nэ; кількість електроспоживачів - n; коефіцієнти попиту - Kc, використання - Kи, заповнення графіку - Kз та ін.

В якості критерію оцінки енергоефективності запропоновано комплексний таксономічний показник, який є синтетичною величиною, утвореною із усіх значущих електричних показників досліджувальної однорідної сукупності вугільних шахт, тобто

,

- значення показників режиму електроспоживання;

w - обўєм статистичної інформації, контролюємого періоду;

b - число, яке характеризує надiйностi рiшень.

На практиці показник зручно зображати у вигляді модифікованого показника енергоефективності:

Чим ближче значення показника Kт до 1, тим вище ефективність електровикористання вугільних шахт.

З урахуванням стандартизованих показників енергоефективності та порядку їх внесення до технічної документації, досвід експлуатації і попередніх результатів даної роботи показано, що сукупність потенційних інформативних електричних показників завелика, а деякі із них однаково або практично схоже відображають одні і тіж властивості електровикористання і, окрім того, являються складовими коефіцієнтів, характеризуючих графік електричних навантажень вугільних шахт. Через те виділені значущі електричні показники, які створюють рівнодіючу таксономічного коефіцієнту енергоефективності Kт = f(Tм, Эу, Эт, Kc, Kи, Kз), де Tм - число часiв використання максимального навантаження, Эу - питоме електроспоживання, Эт - електроозброєння працi, Kc - коефiцiєнт попиту, Kи - коефiцiєнт використання, Kз - коефiцiєнт заповнення графiку.

Результативна матриця істотних інформативних показників має вигляд:

Складена програма розрахунку і побудовано річний графік зміни комплексного таксономічного показника енергоефективності Kт = f(t).

На основі даних про режими електроспоживання вугільних шахт ДХК “Павлоградвугілля” побудована аналітична модель комплексного таксономічного показника енергоефективності



за допомогою якої проводиться аналiз i визначаються фактори, за рахунок яких можливо впливати на показник енергоефективності. Крiм того, методом виваженого виділення тимчасового тренду виконано прогнозування комплексного таксономічного показника енергоефективності. Метод реалізовано при різній інформаційній значущості рівней динамічного ряду. З урахуванням цього прогнозу модель можна записати у вигляді:

де - оператор перетворення; - t-й рівень тимчасового ряду; - невідомий коефіцієнт при j-ому операторі перетворення; - випадкова складова.

Для урахування “цінності” або ваги інформації в різні моменти часу застосовують метод найменших квадратів з вагою. Метод найменших квадратів з вагою полягає в тому, що кожному відхиленню надається вага < 1, до того ж вага зростає для точок, розташованих ближче до моменту прогнозування.

Визначення ваги можна виразити

,

де l - деяке число менше одиниці (в модельних розрахунках 0,2 - 0,9);

n - кількість тимчасових рівнів.

Чим менше l, тим менше ранішні спостереження впливають на прогноз.

Умови методу найменших квадратів записуються у вигляді:

® min

Для аналізу прийнято 16 моделей прогнозу комплексного таксономічного показника енергоефективності. З екстраполяцiйних моделей прийнята прогнозна модель виду (рис.2)

,

яка найбільш повно задовольняє реальний процес електровикористання і забезпечує прогноз комплексного таксономічного показника енергоефективності із похибкою 1,28 %.



Рис. 2 Прогнозування комплексного показника енергоефективності

Результати прогнозування комплексного таксономічного показника енергоефективності забезпечують енергетичну службу очікуваною оперативною інформацією, підвищують прогнозну організаційну функцію головного енергетика і сприяють випереджуючому контролю за ефективністю електровикористання в ШВС.

Розроблена методика енергетичного аудиту (рис.3), яка визначає основні етапи обстеження електрогосподарства, рекомендацiї по економiї електроенергiї і дозволяє проводити комплексну оцінку ефективності електровикористання у ШВС.



Рис. 3 Методика проведення енергетичного аудиту

ВИСНОВКИ

В дисертаційній роботі поставлені і розвўязані задачі підвищення енергоефективності в умовах використання енергетичного аудиту шахтних виробничих систем.

Основні наукові результати та практичні рекомендації зводяться до слідуючого:

1. В результаті аналізу стану енергозбереження у вугільній галузі показано, що для реалізації задачі підвищення ефективності використання електроенергії на гірничодобувних підприємствах крім традиційних шляхів необхідні нові підходи, наприклад, енергетичний аудит, який базується на сучасних математико-статистичних методах дослідження (системно-структурному аналізу, теорії розпізнавання образів, методах багатокритеріальної оптимізації, таксономічному аналізу, теорії прогнозування та ін.).

2. Обгрунтовано математичне забезпечення задач енергетичного аудиту і сформовано факторний простір енергоефективності, одержано набір інформативних значних технологічних факторів, що чинять найбільш суттєвий вплив на вибір оптимальних параметрів добувних ділянок та режим енергоспоживання ШВС.

3. На основі дискримінантного і кластерного аналізу виконані типологічна та політетична класіфікація, в результаті яких одержані дві компактні групи (кластери) однотипових за умовами виробництва і однорідних за електровикористанням вугільних шахт, що обумовило доцільність оцінки енергоефективності в залежності від керованих інформативних факторів та електричних показників.

4. Побудовані багатокритеріальні регресійні моделі: питомого електроспоживання, продуктивності та собівартості, які адекватно відображають реальний процес функціонування ШВС і сприяють обгрунтованому прийняттю проектних та менеджерських розвўязань по енергоефективності.

5. Одержані залежності питомого електроспоживання, продуктивності, собівартості та довжини лави, установлені області відносної важливості оптимізаційних параметрів, за допомогою яких можна впливати як на підвищення енергоефективності добувних ділянок, так і на зниження питомих витрат вугільних шахт.

6. Запропоновано новий комплексний таксономічний показник оцінки енергоефективності вугільних шахт, який є статистичною характеристикою електроспоживання, синтетично ураховує динаміку прийнятих базових інформаційних електричних показників, котрий позитивний і змінюється в межах від 0 до 1.

7. Побудовані аналітична та прогнозна моделі комплексного таксономічного показника, які дозволяють аудиторській групі відокремити фактори, за рахунок яких виникає зміна витрат електроенергії, підвищити рівень методичного, інформаційного і програмного забезпечення енергетичної, диспетчерської та інших служб, звўязаних з контролем і керуванням електроспоживанням на гірничодобувних підприємствах.

8. Розроблена методика енергетичного аудиту, забезпечуюча якість роботи і достовірність приймаємих рішень групою енергоаудиторів при обстеженні, аналізі функціонування електрогосподарства та оцінці енергоефективності як окремих виробничих ділянок, так і шахтної виробничої системи в цілому.

9. Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків та рекомендацій підтверджується хорошою збіжністю результатів теоретичних і експериментальних досліджень, прийнятими теоретичними передумовами, які базуються на основах теорії розпізнавання образів, факторного аналізу і прогнозування, достатністю обўєму початкової статистичної інформації та експериментальних даних, доведенням основних результатів роботи до методичних вказівок, впровадженням на вугільних шахтах ДХК “Павлоградвугілля” із річним економічним ефектом 50 тис.грн.

СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗДОБУВАЧА ПО ТЕМІ ДИСЕРТАЦІЇ З УРАХУВАННЯМ ОСОБИСТОГО ВНЕСКУ

1. Розен В.П., Трифонов Д.В. Определение признакового пространства, формирующего электропотребление горнодобывающих предприятий // Уголь Украины. - 1995. - № 6 - с. 29 - 30.

Обгрунтування факторного простору, формуючого електроспоживання.

2. Шкрабец Ф.П., Слесарев В.В., Трифонов Д.В. и др. Корреляционный анализ системы энергоемких потребителей на угольных шахтах // Уголь Украины. - 1996. - №5-6. - с. 32 - 34.

Аналiз коефiцiєнтiв кореляцiї мiж сукупностями груп iнформативних показникiв (технологiчних, режимних, електровикористання).

3. Слесарев В.В., Трифонов Д.В.,Чирва В.Х. и др. Комплексная модель угольгой шахты // Уголь Украины. - 1997. - №4. - с.26 - 27.

Побудова пiдмоделi енерговикористання енергоємних споживачiв.

4. Слесарев В.В., Трифонов Д.В., Чирва В.Х. и др. Информационная система учета электроэнергии в шахте на основе специализированного комплекса // Уголь Украины. - 1997. - №7. - с.14-15.

Технiчна реалiзацiя iнформацiйної системи.

5. Розен В.П., Соловей А.И., Трифонов Д.В. Определение технологической длины лавы в многокритериальном аспекте. - В кн.: Тезисы 1-й междунар. научн.-техн. конф. “Математическое моделирование в электротехнике и электроэнергетике”. - Львов: ЛПИ, 1995. - с.120-121.

Теоретичнi розв'язання багатокритерiальної задачi визначення оптимальної технологiчної довжини лави.

6. Державний стандарт України 3122-95 “Установки для компенсацiї реактивної потужностi конденсаторiв. Термiни та визначення”. - К.: ДСТУ, 1995.- 7 с.

Обгрунтування термiнiв i визначень у державних стандартах з енергозбереження.

7. Державний стандарт України 3176-95 (ГОСТ 30341) “Енергозбереження. Методи визначення балансів електроспоживання гірничих підприємств”. - К.: ДСТУ, 1996. - 22 с.

Визначення iнформацiйного поля, формуючого витрати електроенергії для вугільних шахт.

Размещено на Allbest.ru