Методики определения параметров электропотребления промышленных предприятий в условиях постоянно меняющейся конъюнктуры рынка: На примере черной металлургии

В соответствии с тенденциями развития электрических хозяйств, наблюдаемых в последнее время, а также с учетом требований Федерального закона об энергосбережении [67] остро встает вопрос о необходимости внесения кардинальных изменений в систему регулирования основных эксплуатационных параметров электрических хозяйств, т. е. параметров электропотребления (под параметрами электропотребления будем понимать общие и удельные расходы электроэнергии за различные временные интервалы). На современном этапе развития экономики России требуется создание таких методик учета, нормирования и лимитирования параметров электропотребления, чтобы затраты на проведение реконструкционных мероприятий были сведены к минимуму. Следовательно, возникает необходимость осуществления значительных изменений в системе учета, нормирования и лимитирования параметров электропотребления без крупных капиталовложений, с применением только существующего комплекса учетно-контрольного оборудования.

В современных условиях работы производств, характеризующихся нестабильностью спроса на продукцию черной металлургии, вопросы экономии электроэнергии приобретают особую актуальность. С внедрением новых технологий, увеличением разнообразия выпускаемой продукции в соответствии с требованиями рынка и вводом в эксплуатацию новой техники неизбежно растет потребление электроэнергии. В данной работе рассмотрены принципиально новые методы улучшения энергосбережения и анализа структуры электропотребления, необходимые для увеличения экономии электроэнергии.

Рациональное и экономное расходование всех видов ресурсов, в том числе и электроэнергии, снижение их потерь должно обеспечиваться не только переходом к ресурсосберегающим и безотходным технологиям, но и повышением качества управления и организации электропотребления всех подразделений промышленных предприятий.

Потребление электроэнергии отдельным агрегатом, цехом, производством, предприятием должно рассматриваться как ресурс, обеспечиваемый в целом на верхних уровнях системы электроснабжения, на границе раздела «предприятие — энергосистема». Рост цен на электроэнергию, переход к системе прямых договоров на пользование электроэнергией, заключаемых между энергосистемой и промышленным предприятием, определяют актуальность задачи определения оптимальных договорных значений потребления электроэнергии. Это приводит к необходимости внедрения новых систем нормирования и лимитирования параметров электропотребления, опирающихся на комплексный анализ структуры электрического хозяйства.

Новые условия хозяйствования, внедрение достижений научно-технического прогресса, реконструкция предприятий, кризисные явления в экономике вызывают глубокие изменения производства, которые не могут не сказаться на характеристиках предприятия, в том числе на объеме потребления электроэнергии.

Повышение энергоемкости ВВП на 46% и колоссальный рост годовых потерь электроэнергии в 1998 году до 13,5% от общей выработки [40] обостряет проблему определения параметров электропотребления промышленных предприятий. Индивидуальное решение этой проблемы на каждом конкретном предприятии позволило бы выявить дополнительный ресурс энергосбережения и обеспечить выполнение мероприятий по экономии электроэнергии.

Объектом исследования в настоящей работе является ЗападноСибирский металлургический комбинат. Важно осознавать тот факт, что методы, разработанные для одного предприятия, например, Магнитогорского металлургического комбината [35, 49, 54], не могут быть применены для другого, даже выпускающего продукцию той же номенклатуры. Кроме того, тенденции и закономерности, определенные для определенного предприятия в настоящее время, могут не соответствовать действительности уже через 5−6 лет, а если они не учитывают особенности структуры электропотребления, — то и через 1−2 года.

Нормирование и лимитирование электропотребления призвано не ограничить подачу электроэнергии на производство, а принудить сотрудников предприятий, включая не только электриков, но и технологов и сотрудников вспомогательных служб, постоянно искать резервы экономии электроэнергии. Эти сотрудники должны быть материально заинтересованы в максимальной эффективности внедрения энергосберегающих мероприятий. Применение методов, используемых для определения целевых параметров электропотребления, должно привести к следующим результатам: а) показать наличие или отсутствие резервов энергосбережения и б) дать количественную оценку объема энергосбережения.

Математический аппарат, используемый для нормирования, должен обеспечивать адекватную оценку возможных значений параметров электропотребления. При этом он должен быть достаточно простым, чтобы расчеты выполнялись оперативно и безошибочно, и достаточно удобным, чтобы занимать минимум рабочего времени. Только при выполнении этих условий будет возможен постоянный контроль параметров электропотребления.

Рыночные условия хозяйствования диктуют особые требования к работе всех подразделений предприятия. Энергетики, электрики (на Западно-Сибирском металлургическом комбинате эти службы разделены), технологи и экономисты должны работать как единая команда, осознавая необходимость экономить электроэнергию. Только в этом случае они могут решить весь комплекс проблем, связанных с внедрением и осуществлением энергосберегающих мероприятий. Ведь основные причины неоправданного расхода электроэнергии лежат в области технологии (70% резервов энергосбережения — [42]), и при этом технологи, как правило, не озабочены вопросами энергосбережения, хотя с ростом доли расходов на электроэнергию в себестоимости продукции увеличивается и зависимость конкурентоспособности этой продукции от рациональности использования энергоресурсов. Кроме того, снижение затрат на электроэнергию достигается путем проведения тщательного маркетингового исследования, которое должно обеспечить достоверный прогноз спроса на продукцию, чтобы определить планируемую загрузку производственных мощностей, что позволит заранее ограничить работу энергоемкого оборудования, и это — задача экономистов. Задача же электриков состоит в том, чтобы, пользуясь статистической информацией о параметрах электропотребления, выявить наличие и объем резерва энергосбережения, искать который они должны совместно с другими службами предприятия.

Целью диссертационной работы является: разработка новых методик, обеспечивающих улучшение системы учета и нормирования параметров электропотребления на предприятиях черной металлургии, которые могут быть полезны как для долгосрочного стратегического планирования энергосберегающих мероприятий, так и для оперативного контроля параметров электропотребления, направленного на снижение себестоимости продукции путем экономии электроэнергии, а также при проведении энергоаудита и других мероприятий, связанных с выявлением возможностей энергосбережения.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

— собран статистический материал, позволяющий провести подробный анализ структуры электропотребления объекта исследования — Западно-Сибирского металлургического комбината (ЗСМК);

— выдвинута и подтверждена гипотеза о существовании устойчивой тенденции к убыванию величины суточного электропотребления в 19 891 996 гг.;

— определена основная сезонная периодическая составляющая изменения величины суточного расхода электроэнергии, соответствующая годовому периоду;

— проанализированы особенности технологии прокатного производства на ЗСМК;

— выделена устойчивая группа основных цехов и подразделений, взаимосвязанных между собой и потребляющих большую часть всей электроэнергии, получаемой комбинатом;

— произведен анализ структуры электропотребления среднесортного прокатного цеха на основе исследования номенклатуры выпускаемой продукции.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач был собран необходимый статистический материал, который обрабатывался с использованием методов статистического моделирования временных рядов, статистических критериев, математических аппаратов спектрального анализа, корреляционного анализа и гиперболических Н-распределений.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов. Теоретические положения обоснованы соответствующими расчетами, а пригодность разработанных методов проверена путем сравнения полученных прогнозных результатов с фактическими на прогнозируемый период. Выдвигаемые гипотезы подтверждены с использованием соответствующих статистических критериев.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Сформулирован комплексный метод краткосрочного прогнозирования величины суточного электропотребления с корректировкой, основанной на определении направления существующей тенденции.

2. Предложено использование гармонического или линейного трендов для лимитирования величины суточного электропотребления в зависимости от времени года.

3. На основании спектрального анализа временного ряда указана возможность использования недельных и 10-дневных периодов в качестве опорных при определении параметров электропотребления.

4. Выделена устойчивая группа из 10 основных взаимосвязанных производств металлургического комбината, потребляющих около 90% всей электроэнергии, получаемой комбинатом.

5. Разработан метод нормирования удельных расходов электроэнергии для прокатного производства, основанный на трехуровневом ранговом анализе номенклатуры выпускаемой продукции.

6. Выявлена зависимость удельных расходов от объемов производства и постоянной составляющей.

Практическая ценность.

Методы, разработанные в данной работе, способствуют улучшению системы лимитирования и нормирования параметров электропотребления, а также позволяют учесть основные тенденции изменения электропотребления. Особое внимание уделено методикам, позволяющим обеспечить определение нужных параметров электропотребления в условиях постоянно меняющейся конъюнктуры рынка металлургической продукции. Эти методы используются на производстве в целях проведения политики энергосбережения, что подтверждено актом внедрения.

Выявленные зависимости, заключающиеся в увеличении удельных расходов электроэнергии при выполнении нестандартных производст.

10 венных программ и работе с малыми объемами выпуска, позволяют сформулировать требования к технологическому персоналу по разработке специальных программ, направленных на снижение расхода электроэнергии.

Апробация работы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались автором и обсуждались:

— на двух ежегодных научно-технических конференциях студентов и аспирантов вузов России «Радиоэлектроника и электротехника в народном хозяйстве» (Москва, 1998, 1999 гг);

— на двух научно-технических и методических конференциях «Энергосбережение, электроснабжение, электрооборудование» (Новомосковск Тульской обл., 1996 и 1998 гг);

— на научно-технических семинарах кафедры ЭПП МЭИ.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Общий объем 202 страницы, из них 98 страниц машинописного текста, 15 рисунков, 15 таблиц, 75 страниц приложения.

Список литературы

насчитывает 83 наименования.

Выводы по 4-й главе.

1. Структура электропотребления ЗСМК описывается ранговым Н-распределением производств по общим расходам электроэнергии, позволяющим выделить устойчивую группу основных, наиболее энергоемких видов продукции, на выпуск которых расходуется около 90% всей электроэнергии, потребляемой комбинатом. Прогноз электропотребления всего комбината может быть выполнен с большой точностью за счет взаимной компенсации погрешностей прогноза, выполненного для каждого производства (цеха) методом рангового анализа. При этом прогноз электропотребления для каждого производства подлежит коррекции на уровне цеха с учетом технологических и экономических факторов.

2. Матрица коэффициентов корреляции производств ЗСМК по общим расходам электроэнергии позволяет установить, что расходы электроэнергии на основные виды продукции взаимозависимы, поэтому нормирование удельных расходов на одном из этих производств может способствовать сокращению энергозатрат на других производствах.

3. Применение для прокатного производства нового метода нормирования удельных расходов электроэнергии на основе трехуровневого рангового анализа позволило установить нормы удельных расходов электроэнергии на основные виды продукции в условиях нестабильного производства и неустойчивой структуры электропотребления. При анализе структуры электропотребления среднесортного прокатного цеха выявлены резервы энергосбережения, возникшие в результате завышения норм удельных расходов электроэнергии на некоторые виды продукции.

4. При исследовании суточных объемов производства и электропотребления обнаружена зависимость удельных расходов электроэнергии от объемов производства и постоянной составляющей: при уменьшении объема производства и увеличении постоянной составляющей удельные расходы возрастают. Предложены методы моделирования этих зависимостей, и указаны пути уменьшения постоянной составляющей.

Заключение

.

Проведенные исследования, выполненные в настоящей работе, позволили сделать следующие выводы:

1. В связи с неблагоприятным инвестиционным климатом по энергосберегающим проектам и увеличением доли электроэнергии в себестоимости продукции существует необходимость разработки и внедрения таких методик учета и нормирования параметров электропотребления, которые не требуют больших капиталовложений, обеспечивают проведение стратегической политики энергосбережения и являются пригодными для применения на производстве.

2. Для описания структуры электропотребления крупных промышленных предприятий и закономерностей их функционирования и развития применяется аппарат гиперболических Н-распределений и система электрических показателей, причем каждое предприятие индивидуально, и поэтому методики определения параметров электропотребления, разработанные для одного завода, могут быть неприменимы для другого.

3. При анализе временного ряда величин суточного электропотребления с помощью соответствующих статистических критериев подтверждены следующие гипотезы: а) выборки из этого ряда подчиняются закону нормального распределенияб) существует тренд, характеризующий долговременную тенденцию суточного электропотребления к убыванию.

4. Спектральный анализ дисперсий временного ряда суточного электропотребления показал наличие основной периодической составляющей, соответствующей годовому периоду, и нескольких дополнительных периодических составляющих, соответствующих месячному, десятидневному и недельному периодам. Это позволило предложить метод лимитирования суточного электропотребления, основанный на гармоническом тренде, который имеет линейную и периодическую составляющие.

5. Для оперативного контроля величины суточного электропотребления и определения краткосрочной тенденции применяются методы, основанные на вычислении скользящих средних по различным интервалам, которые позволяют определить только направление тенденции, но не ее количественные характеристики.

6. При прогнозировании величины суточного электропотребления необходимо использовать не один, а несколько методов прогнозирования, в том числе и методы, позволяющие определить направление тенденции. Прогнозные значения корректируются с учетом всех определенных тенденций и известных производственных планов.

7. Для прокатного производства ЗСМК разработан новый метод нормирования удельных расходов электроэнергии, основанный на трехуровневом ранговом анализе. Применение этого метода позволило установить нормы удельных расходов электроэнергии на основные виды продукции в условиях нестабильного производства и неустойчивой структуры электропотребления. При анализе структуры электропотребления среднесортного прокатного цеха выявлены резервы энергосбережения, возникшие в результате завышения норм удельных расходов электроэнергии на некоторые виды продукции.

8. Выявлена отраслевая тенденция к усилению зависимости удельных расходов электроэнергии от спада производства относительно номинальной загрузки при росте постоянной составляющей и от размера постоянной составляющей при углублении спада производства.