Прогнозирование и планирование энергопотребления

Методы составления и анализа энергетических балансов промышленных предприятий Возрастающие объемы потребления топливно-энергетических ресурсов требуют повышения точности прогнозирования и планирования энергопотребления. Процесс прогнозирования предусматривает исследование влияния экономических, технологических и организационных факторов и зависимостей на принятие плановых решений, которые должны отражать тенденции изменения энергопотребления и учитывать их на ближайшую перспективу. В практике прогнозирования широко применяются ЭММ и ЭВМ, в том числе аппарат корреляционно-регрессивного анализа. Методы краткосрочного прогноза основаны на исследовании тенденций прошлых лет, усреднении этих показателей и получении зависимостей, которые количественно отражают действие стабильных факторов. Характер таких зависимостей, способ их получения и возможная область применения могут быть различными. Использование ЭММ и ЭВМ при планировании энергопотребления важно для предприятий с многономенклатурным выпуском продукции, где планирование ведется на основе нормирования и расчета расхода энергии по планируемому объему выпуска продукции и норм расхода по видам энергии (расход, отнесенный на 1000 руб. стоимости или себестоимости выпуска изделий). Такой подход приводит к существенным погрешностям в прогнозировании и планировании энергопотребления. Анализ отчетных данных о расходе энергоресурсов по ряду предприятий за 15 лет показал, что совпадение фактического и планируемого расхода наблюдается лишь в редких случаях; в основном отклонение достигает 10−15 и даже 30−50%. Основная причина отклонений в том, что стоимость и энергоемкость продукции находятся не в одинаковом соотношении у отдельных видов и типоразмеров продукции. Поэтому если даже учет выпуска продукции ведется в неизменных ценах, то изменение ее номенклатуры вызывает колебание удельных расходов энергии. Такое же влияние оказывает изменение объема кооперированных поставок.

Используя методы математической статистики, можно описать зависимость расхода энергии от факторов. Расчеты на ЭВМ показывают, что существенными факторами оказались изменение стоимости основных производственных фондов, численности персонала, установленной энергомощности и номенклатуры продукции.

Технико-экономические показатели энергохозяйства подразделяются на две группы:

• 1) по экономичности производства энергии: удельный расход топлива на производство электроэнергии и тепла; коэффициенты полезного действия генерирования электрической и тепловой энергии; удельный расход электрической энергии на 1000 м³ сжатого воздуха и т. д.; себестоимость единицы вида энергии;
• 2) по эффективности использования энергии: удельный расход энергии по ее видам, видам работ; структура энергобаланса цехов и предприятия в целом; показатели энерговооруженности труда.

Для крупных энергетических агрегатов при планировании составляются энергетические балансы и устанавливаются зависимости, показывающие влияние отдельных факторов на величину удельного расхода энергии.

Эти зависимости используются при аналитическом нормировании удельных расходов энергоресурсов, т. е. при установлении технически обоснованных норм для энергоемких агрегатов (печей, компрессоров, насосов и т. п.) и крупных металлорежущих станков (ГПС, «обрабатывающий центр» и т. д.).

Большое значение для нормирования расхода энергии имеет выбор единицы измерения. При изготовлении однородной продукции используются натуральные измерители, а при изготовлении разнородной продукции нормо-часы, станко-часы, рубли на выпуск продукции. Суммарные удельные нормы расхода включают и расход энергии на вспомогательные нужды: освещение, отопление, охлаждение конденсата, вентиляция, водоснабжение, привод механизмов и др.

Основным условием, определяющим целесообразность и действенную эффективность нормирования, является требование дифференциации норм. При этом необходимо установление взаимосвязи системы нормирования с системами учета готовой продукции и энергетического. Данные энергоучета необходимы для составления и анализа энергобалансов, организации и осуществления внутрипроизводственного хозрасчета энергоцехов предприятия. Объектами энергоучета являются выработка и потребление энергии, выход и использование вторичных энергоресурсов.

Нормирование расхода топлива и энергии — это установление плановой нормы их потребления.

В основу норм расхода топлива и энергии положены энергетические балансы:

где W, W_nr, W_{n c} — объемы энергии произведенной, потребленной и потерь (в сетях и преобразовательных установках) соответственно.

Технологическая норма расхода определяется по формуле.

Чтобы выявить резервы экономии энергоресурсов, необходимо провести анализ энергобаланса.

Энергетический баланс (энергобаланс) предприятия является распространением широко используемого в народнохозяйственном планировании балансового метода на анализ энергетического хозяйства. Важное значение баланса состоит в том, что он отражает полное количественное соответствие между потребностью и приходом энергии в энергетическом хозяйстве на данный момент или период времени. Энергобаланс является основой для разработки направлений реконструкции и рационализации энергохозяйства.

При составлении энергобаланса все виды энергетических ресурсов (энергоносители) должны приводиться в едином количественном измерении. Соизмерение может быть осуществлено:

• а) по физическому эквиваленту энергии, заключенной в ресурсах; (тонны, киловатт-часы, гигакалории, гигаджоули);
• б) по относительной работоспособности — энергии.

В настоящее время в практике планирования и отчетности в качестве универсальной единицы соизмерения энергетических ресурсов принято условное топливо в 1 т, эквивалентное 7 Гкал (или в единицах СИ — 29,3076 ГДж).

Основой энергобаланса должны служить результаты обследования действующего промышленного предприятия, его энергетического хозяйства для получения технологических и энергетических характеристик оборудования. Для вновь проектируемых предприятий, на которых предусмотрен ввод новых технологических процессов, энергобаланс составляют на основе технологических и проектных разработок. Этот баланс позволяет выделить из общего расхода энергии ее полезно израсходованную часть и потери и тем самым выявить КПД энергетического процесса, агрегата, цеха.

По классификационным признакам энергобалансы промышленных предприятий могут быть разделены:

по назначению — на отчетные и плановые;

по видам энергоносителей — на частные (по отдельным видам топлива и энергии) и сводные;

по объектам изучения — на балансы отдельных видов технологического оборудования, цехов и предприятия в целом;

по принципам составления — на аналитические, синтетические, нормализованные и оптимальные;

по принципам оценки использования топлива и энергии-на энтропийные и энергетические.

Отчетные балансы отражают фактические показатели производства и потребления энергии и топлива в истекшем периоде и фактический качественный уровень их использования. На основе этих балансов можно контролировать энергопотребление предприятия и выполнение соответствующих плановых показателей; получать сгруппированную по отраслям, районам и стране информацию о структуре производства энергетических ресурсов, эффективности их использования, расходах энергоресурсов на производство, важнейших продуктов народного хозяйства, а также о межрайонных перетоках топлива и энергии и связях, формирующих энергетический блок межотраслевого баланса.

Отчетный баланс в синтетическом виде показывает распределение подведенных и произведенных энергоносителей между различными потребителями предприятия. Это наиболее простая форма балансов. Их разрабатывают ежегодно, что позволяет получить информацию о динамике структуры и тенденциях развития энергетического хозяйства.

Статистическая отчетность по энергетическому хозяйству промышленных предприятий, на основе которой составляются синтетические балансы, включает в себя следующие показатели:

• — суммарный расход условного топлива, теплоты и электроэнергии на производство основных видов продукции и в целом по предприятию;
• — виды энергоресурсов, их количество и распределение по укрупненным группам технологических процессов;
• — количество выпущенной продукции с выделением наиболее энергоемких ее видов;
• — удельные расходы топлива и энергии на производство основных видов продукции;
• — состав энергетического оборудования.

На основе анализа этой информации могут быть исследованы связи энергетики и основного производства, влияние энергетики на основные показатели хозяйственной деятельности предприятия — рентабельность, производительность труда, себестоимость продукции и т. д.

Составленные отчетные синтетические балансы являются документированным подтверждением того, что на рассматриваемое предприятие поступило определенное количество энергетических ресурсов и было им израсходовано на свои нужды. Однако такой баланс не выявляет степень полезного использования энергоресурсов и энергетические потери, что позволило бы определить основные пути рационализации энергетического хозяйства предприятия.

Аналитические балансы отражают глубину и характер использования подведенных энергоносителей. Трудность составления этих балансов заключается в том, что отсутствует четкое определение полезной энергии, так как ее количественная оценка зависит от выбора места сечения энергетического потока.

Разность между количествами подведенной и полезной энергии, полученной от установки, составляет энергетические потери. Возникает вопрос, какие потери считать неизбежными, а какие можно устранить, осуществив мероприятия по экономии топлива и энергии. Все зависит от уровня развития техники в рассматриваемой отрасли и результатов экономических расчетов целесообразности сооружения утилизирующих установок. Большинство статей энергетических потерь определяется расчетом, поэтому аналитические балансы в известной мере условны. Для количественной оценки энергетических потерь составляют частные энергетические балансы энергий — тепловой, электрической, гидравлической и механической.

Аналитический баланс служит основой для оценки энергетической эффективности рассматриваемых процессов; показателями баланса являются энергетические коэффициенты полезного действия.

В зависимости от характера энергетического процесса следует различать виды полезной энергии и то сечение энергетического потока, по которому производится ее количественная оценка. В настоящее время нет достаточно четкого определения понятия «полезная энергия». Рекомендуется принимать для различных технологических процессов условные определения полезного использования энергии: в освещении — световой поток ламп; в силовых и двигательных процессах прямого воздействия-расход энергии, необходимый для процесса по теоретическому расчету (по работе на валу двигателя); в электрохимических и электрофизических процессах — расход энергии, необходимый для процесса в соответствии с теоретическим расчетом; в термических процессах — теоретический расход энергии на нагревание, плавку, испарение материалов и проведение эндотермических реакций; в отоплении, вентиляции, кондиционировании, горячем водоснабжении и хладоснабжении — количество теплоты, полученное потребителем; в средствах связи и управления — подведенная энергия; в преобразовании, хранении, переработке и транспорте топлива и энергии — количество энергоресурсов, полученных из систем преобразования, хранения, переработки или транспорта.

В зависимости от организации технологического процесса часть тепловых потерь в некоторых случаях может рассматриваться как побочный энергетический ресурс, полезно используемый для отопления и других нужд, например теплота ламп накаливания, потери теплоты в окружающую среду технологических агрегатов и т. п.

Плановые балансы являются основной формой планирования энергопотребления и энергоиспользования на предприятии. Задача разработки этих балансов состоит в том, чтобы обосновать плановую потребность предприятия в топливе и энергии для выполнения производственной программы по выпуску продукции. Плановые балансы являются обоснованием для рационализации способов покрытия потребностей предприятия в результате использования побочных энергоресурсов и выработки электроэнергии на собственных генерирующих установках.

Плановые балансы разрабатывают на основе анализа отчетных балансов отдельных процессов, цехов и предприятия в целом. При этом выявляют и оценивают энергетические потери и резервы экономии энергоресурсов, а также определяют мероприятия по нормализации скрытых резервов экономии топлива и энергии.

Составленные на основе аналитических плановые балансы с учетом технических мероприятий по рационализации энергохозяйства называются нормализованными балансами. Они составляются с учетом:

• а) дальнейшего совершенствования балансов агрегатов и процессов в результате сокращения потерь, интенсификации режима работы, рационализации энергоиспользования, внедрения новой техники и технологии;
• б) ликвидации прямых потерь топлива и энергии на всех стадиях процесса производства, распределения и использования энергии;
• в) определения наиболее рациональных направлений использования побочных энергоресурсов;
• г) выбора наиболее рациональных энергоносителей для данного предприятия и района его размещения.

Таким образом, нормализованный баланс дает представление о прогрессивных изменениях в технологии и организации производства с учетом их влияния на энергобаланс, что способствует дальнейшему совершенствованию схемы энергоснабжения предприятия.

При составлении нормализованных балансов исходят из прогрессивных нормативов полезного потребления и потерь энергии, соответствующих оптимальным условиям производства. На основе этих балансов составляют планы организационно-технических мероприятий.

Оптимальные балансы. Основная задача этого баланса заключается в определении такого варианта энергоснабжения различных потребителей предприятия, при котором план выпуска продукции выполняется с минимальными денежными затратами.

В отличие от нормализованных оптимальные балансы учитывают технико-экономические характеристики энергоснабжения района размещения предприятия. Основными показателями для составления оптимальных балансов являются затраты на топливо и энергию в технологических и энергетических процессах производства.

Оптимальные балансы составляют обычно на 3−5 лет. Учет изменения технико-экономических показателей производства, количества и вида используемых энергоносителей и других факторов за такой промежуток времени — довольно сложная задача, успешное решение которой требует использования современной вычислительной техники и математических методов.

Математические модели позволяют разработать оптимальные варианты баланса по нескольким критериям: минимальному расходу топлива, дефицитным материалам, минимальным суммарным денежным затратам на производство продукции и др. Представляет интерес исследование энергетического баланса предприятия с учетом динамики развития производства в перспективе, увязкой его с балансом района, а также с учетом возможного изменения показателей схемы энергоснабжения. Разработка планового оптимального баланса предполагает осуществление следующих мероприятий:

• — определение потребителей, допускающих использование взаимозаменяемых видов топлива, и выбор из них таких, которые можно перевести на другой вид топлива и энергии в рассматриваемом плановом году. При этом необходимо учитывать тот срок, который потребуется для осуществления необходимых строительных и монтажных работ, связанных с изменением вида технологического топлива или энергии. В план следующего года включаются только те потребители и способы использования энергии, для которых подготовительные работы могут быть осуществлены в текущем году;
• — разработку для каждого из рассматриваемых потребителей возможных способов использования различных энергоносителей;
• — определение технико-экономических показателей использования энергоносителей по всем рассматриваемым способам. Для получения таких показателей используются данные о работе аналогичного оборудования на других заводах, где применяются другие виды энергоресурсов;
• — выявление возможных ресурсов топлива и энергии, которые используются в оптимизированный период. Этот раздел работы требует особого внимания, так как располагаемые энергоресурсы являются основными ограничениями в модели оптимизации баланса.

В последние годы все большую популярность получает энергетический баланс промышленных предприятий. Это объясняется тем, что при оценке энергетической эффективности на основе теплового баланса не учитываются качественные различия отдельных видов энергии; поэтому такая оценка оказывается недостаточной для анализа эффективности энергоиспользования сложных систем, включающих электрическую энергию, топливо и тепловую энергию различных параметров.

Комплексный анализ баланса энергии и баланса работоспособности технологических и энергетических установок позволяет оценить единым показателем степень использования энергии в различных видах и количественных соотношениях. На основе такого анализа можно получить формулы, выражающие энергетическую характеристику через параметры технологического процесса. Эти формулы являются универсальными, пригодными для установок, потребляющих различные вилы энергии в любых соотношениях и производящих любую продукцию. Суммирование энергетических показателей позволяет определить общее количество энергии, расходуемой всеми энергопотребляющими установками предприятия.

Балансовые методы дают возможность рассчитывать потребность предприятия в различных видах топлива и энергии исходя из объема производства и прогрессивных норм, а также определять наиболее рациональные источники покрытия этой потребности. Энергетические балансы входят в группу материальных балансов. Они подразделяются: по назначению — на стратегические и тактические плановые, а также отчетные; по степени охвата — на сводные (по предприятию, цеху), частные (по агрегатам, видам энергоресурсов, виду обработки).

Рабочая форма баланса построена по производственно-территориальному и целевому признакам (статьи баланса группируются по участкам производства и направлению использования энергии; отдельно выделяются потери энергии в сетях предприятия) и отражает весь внутренний оборот энергии данного вида, включая использование вторичных энергетических ресурсов. Составление балансов должно сопровождаться проектированием режимов энергетической нагрузки предприятия и режимов работы генерирующих установок.

Составление балансов начинается с его расходной части:

• * вначале рассчитывается потребность во всех видах энергии и топлива основного и вспомогательного производства предприятия и расход энергии и топлива на отопление, вентиляцию, освещение, хозяйственно-бытовые и непроизводственные нужды;
• * затем определяются допустимые (нормативные) величины потерь энергии в сетях и преобразовательных установках, суммарные потребности предприятия по видам ресурсов. На этой основе составляются годовые графики нагрузки предприятия по видам энергоресурсов.

Разработка приходной части включает:

определение производственных ресурсов генерирующих установок предприятия и возможности получения топлива и энергии со стороны;

проектирование режимов работы генерирующих установок предприятия и определение графиков их нагрузки;

определение размера покрытия потребности за счет собственного производства, получения со стороны и использования вторичных энергоресурсов;

определение количества энергии, которое может быть отпущено на сторону.

Далее, разрабатываются энергетические балансы генерирующих установок предприятия и рассчитываются технико-экономические показатели их работы. Баланс топлива составляется по отдельным его видам и маркам. Для составления отчетных энергобалансов необходим дифференцированный и точный учет расхода топлива и энергоресурсов. Определение потребности в энергоресурсах по отдельным элементам перед составлением балансов осуществляется на основе норм их расхода.