Лекція 9. Тема:Програмне забезпечення розрахунків у системі енергоменеджменту

Тема: Програмне забезпечення розрахунків у системі енергоменеджменту

Регресійні залежності, що використовуються в системі енергоменеджменту для контролю енергоефективності споживання енергії в ЦОЕ, можуть будуватися як за допомогою комп’ютерної техніки, так і без неї(вручну). Перший варіант слід уважати більш перспективним, так як часто мова йдеться про побудову значної кількості ліній регресії, що відповідають декільком ЦОЕ. У світовій праці для цього використовують комп’ютері програмні продукти, що дозволяють формувати бази даних, а також електронні таблиці. Нижче наведений один із варіантів алгоритму розрахунку. Він дозволяє здійснювати розрахунок тридцяти ліній регресії, що відповідають різним ЦОЕ. Будується лінійна регресійна залежність між витратами енергії у вибраному проміжку часу та основним контрольованим параметром, що визначає рівень споживання енергії. Таким чином, мова йдеться про лінійну регресійну залежність витрат енергії від одного параметра. Алгоритм розрахунку реалізований на базі таблиць Excel, що входять в Microsoft Office. Тут важлива вдала форма подання графічних і табличних матеріалів.

Програма наведена у вигляді окремих блоків, кожний з яких реалізує окрему регресійну залежність. Така структура побудови програми дозволяє використовувати її як у системі енергоменеджменту, де контролюється енерговикористання в ЦОЕ, так і в системі контролю загального енергоспоживання шахти. В останньому випадку будується одна лінія регресії, що відповідає показникам окремої шахти, або декілька регресійних залежностей, якщо мова йдеться про контроль енергоспоживання декількох шахт, що входять до складу виробничого об’єднання.

Розглянемо роботу програми на прикладі її використання для контролю загального енергоспоживання шахти. Перш за все необхідно ввести вихідні дані для побудови лінії регресії. Слід звернути увагу на однорідність даних та виключити із вибірки її значення, що значно відрізняються від результатів інших спостережень. Кількість спостережень повинна забезпечити необхідну точність контролю, тобто довірчий інтервал повинен бути достатньо вузьким. Прийнято, що норма відхилень не повинна перевищувати 10%. Уведенню підлягають значення щодобових витрат електроенергії та обсяги добового видобутку вугілля. Місячні показники (біля 30 спостережень), як правило, дозволяють отримати регресію, що забезпечує прийняту точність контролю. У випадку, коли це не забезпечується, доцільно збільшити кількість спостережень, використавши для цього дані ще одного місяця. Рис. 9.1 (архів програми) ілюструє таблицю, в якій фіксується відсоток відхилень 8,65%, що забезпечує необхідну точність контролю в січні 2007 р. за результатами регресійної залежності, побудованої в грудні 2006 р. У таблиці наводяться значення постійної складової енерговитрат (параметр А), та коефіцієнту В, що характеризує нахил лінії регресії. Тут наведені значення коефіцієнта кореляції для даних кожного місяця, а також значення накопиченої суми (кумулятивної суми). Архів програми дозволяє зберігати значення найбільш важливих параметрів регресії протягом строку експлуатації системи енергоменеджменту. Це сприяє глибокому аналізу результатів, визначенню закономірностей, що характерні даному об’єкту.

Програма передбачає також побудову графіків, що відображають показники щоденного видобутку вугілля, а також витрат електроенергії протягом місяця. Сторінка „Графіки” (рис. 9.2) ілюструє приклад формування таких залежностей. Архів програми дозволяє зберігати ці дані і за необхідності

звертатися до їх аналізу.

Приклад графіка регресійної залежності з розрахунковими довірчими інтервалами (зображені додатковими лініями) ілюструє рис. 9.3. Поточний щоденний контроль ефективності енергоспоживання шахти здійснюється шляхом зіставлення фактичного енергоспоживання з плановим. Останнє визначається побудованою лінією регресії. Програма дозволяє фіксувати як значення перевитрат енергії в окремі дні, так і її економії. Відповідні графіки наведені на рис. 9.4, 9.5.

Ці графіки ілюструють як абсолютні показники економії або перевитрат енергії, так і їх відносні значення у відсотках. Це дозволяє в процесі аналізу результатів оцінити ступінь відхилень від норми. Слід підкреслити оперативність здійснюваного контролю енергоспоживання. Аналіз щоденних цифр дозволяє керівництву шахти оперативно реагувати на випадки нераціонального використання енергії.

Окрім графіків відхилень фактичних показників від планових, програма дозволяє побудувати графік накопиченої (кумулятивної) суми (рис. 9.6). Тут формується сума щоденних відхилень фактичних показників від планових з урахуванням їх знаків. Знак „+” мають показники економії витрат енергії, а „–” – показники перевитрат. Побудову графіка починають з нульового значення накопиченої суми, яка відповідає початку місяця. На кінець місяця накопичена сума покаже значення місячної економії енергії (у зіставленні з плановими показниками) або значення перевитрат енергії протягом місяця (є від’ємним числом). Показники накопиченої суми дозволяють дати оцінку енергоефективності видобутку вугілля протягом місяця.

Після закінчення чергового періоду контролю (закінчення місяця) на основі спостережень фактичного енергоспоживання в цьому періоді формують нову регресійну залежність. Вона дозволяє здійснювати аналогічний контроль протягом наступного місяця. Далі процес повторюється. Якщо контроль енерговикористання шахти в період роботи введеної системи був ефективним, то протягом декількох місяців показники ефективності використання енергії покращаться, що призведе до зміни відповідних коефіцієнтів лінійної регресії А і В (рис. 9.1). Наявність регресійної залежності, отриманої на основі реальних показників роботи шахти, дозволяє шахті прогнозувати місячні витрати енергії. Це можливо здійснити, якщо відомі планові показники вуглевидобутку на наступний місяць.

Регресійна модель дозволяє легко розрахувати показники питомого енергоспоживання шахти. Причому розраховуються як фактичні показники (виходячи з фактичних енерговитрат та фактичного видобутку), так і планові показники (для фактичного видобутку з регресії знаходять планове енергоспоживання). Ці показники мають розмірність – кВт·ч/т, причому питома витрата електроенергії зростає зі зменшенням обсягів видобутку вугілля. На початковій стадії роботи системи контролю загального енергоспоживання шахти, коли її механізми не задіяні у повній мірі, може спостерігатися ситуація слабкої кореляції енерговитрат з обсягами вуглевидобутку. Низький коефіцієнт кореляції призведе до розширення довірчих інтервалів регресії та до зниження

точності здійснюваного контролю.

У цій ситуації необхідно посилити контроль використання енергії безпосередньо на виробничих ділянках шахти. Якщо проводити послідовну і систематичну роботу у цьому напрямку, то через деякий проміжок часу ситуація покращиться, що буде спостерігатися і на характеристиках регресійної залежності. Коефіцієнт кореляції підвищиться, а область, обмежена довірчими інтервалами регресії, звузиться.

Розглянемо приклад. Проаналізуємо вибірку даних про щоденне споживання електроенергії та видобуток вугілля за 1 квартал 2006р. шахтою «Павлоградська», ВАТ «Павлоградвугілля» (табл.9.1).

Таблиця 9.1 - Споживання електроенергії та видобуток вугілля за 1 квартал 2006 р.

Число місяця	2006р.
січень	лютий	березень
Вугілля, т	Ел.енергія, кВт.год	Вугілля, т	Ел.енергія, кВт.год	Вугілля, т	Ел.енергія, кВт.год

Нижче наведені регресійні залежності (рис.9.7), побудовані за показниками січня (рис.9.7, а), лютого (рис.9.7, б) та березня (рис.9.7, в) 2006р.

Із рисунка видно, що область, обмежена довірчими інтервалами, достатньо вузька. Це пов’язано з високими коефіцієнтами кореляції залежностей (у січні – r = 0,87, лютому – r = 0,85, березні – r = 0,85). Завдяки цьому контроль енергоспоживання шахти здійснювався з високою точністю і був ефективним. Значення коефіцієнта кореляції свідчать про відносно тісний зв’язок між споживанням електроенергії та видобутком вугілля.

Алгоритм розрахунку ефективності споживання енергії вугільною шахтою передбачає своєчасне введення в обчислювальну машину інформації про обсяги вуглевидобутку за добу. Інформація може збиратися різними способами, від яких може змінюватись ефективність та надійність роботи системи в цілому. Тому доцільно проаналізувати ці можливості, визначити існуючі недоліки та переваги.

Ручне збирання інформації є мало витратним з фінансової точки зору і передбачає періодичну щодобову реєстрацію показників лічильників енергії та показників вуглевидобутку. Це виконують працівники служби енергоменеджменту, використовуючи для цього телефонний зв’язок або безпосередньо реєструючи показники в місцях розташування лічильників енергії. Показники добового вуглевидобутку можуть бути підтверджені відповідними документами. Збирання інформації за допомогою телефонного зв’язку – є найбільш простим способом, проте він не гарантує високого ступеня достовірності інформації. Можливості для викривлення отриманої інформації існують і в несинхронності фіксації даних, коло, наприклад, показники витрат енергії за нинішню добу зіставляють з вуглевидобутком за попередню. При використанні телефонного зв’язку в процедурі передачі інформації задіяні декілька осіб, які можуть безпосередньо впливати на її достовірність. Якщо інформація буде помилковою, то про це стане відомо тільки через певний проміжок часу, коли наступні виміри будуть суперечити попереднім.

Відмова від використання телефонного зв'язку й відвідування співробітниками служби енергоменеджменту місць установки лічильників знижує ймовірність перекручування інформації, однак процес стає більш громіздким і вимагає додаткових зусиль. У процесі відвідувань доцільно заповнювати аркуш обліку показань, що, як правило, дозволяє уникнути помилкового запису показань одного лічильника на рахунок іншого. Наявність попереднього запису на аркуші обліку виключає помилки, пов'язаної, наприклад, з розташуванням коми при реєстрації числа у вигляді десятинного дробу. Використання в сучасних лічильниках електронних карток – реєстраторів показань дозволяє уникнути помилок у процесі фіксації показань і їхнього введення в пристрій обчислювальної машини. Бажано, щоб у процесі реєстрації даних були задіяні співробітники, які знають розташування лічильників і мають навички виконання цієї роботи.

Рис. 9.7. Регресійні залежності: а – за січень; б – за лютий; в – за березень 2006 р.

Останнім часом для обліку енергоспоживання шахти й управління деякими показниками цього процесу використовують автоматизовані системи обліку енергії (АСОЕ). На підстанціях підприємства встановлюють лічильники для обліку електричної енергії, що споживається підприємством у цілому, а також енергії, яку споживають окремі приймачі. Показання лічильників надходять на сервер, де підлягають аналізу. Результати аналізу можна спостерігати на будь-якому персональному комп'ютері, що входить у локальну мережу підприємства.

Автоматизований облік електроспоживання шахти в цілому, а також окремих її споживачів, що здійснюється без втручання людини й використовує для цього різні канали передачі інформації, може істотно спростити процедуру збору необхідної інформації для розглянутої системи контролю загального енергоспоживання шахти. Показники енергоспоживання можуть бути отримані з локальної комп'ютерної мережі шахти й безпосередньо використані при побудові регресійної залежності із застосуванням програми, установленої в комп'ютері служби енергоменеджменту. У такому варіанті істотно знижується ймовірність виникнення помилки у вихідних даних. Однак, варто врахувати, що відомості, які надходять, не є достатніми. Їх необхідно доповнити показниками добового видобутку шахтою вугілля. Швидше за все, для цього необхідно буде застосувати традиційні методи. Необхідно також обґрунтувати час реєстрації показань лічильників комерційного обліку. Для цього необхідно проаналізувати послідовність технологічних операцій, пов'язаних з видобутком вугілля, і простежити зв'язок енерговитрат з виконаними діями. Якщо вважати цикл видобутку вугілля завершеним після підняття його на-гора, то можна визначити момент часу для реєстрації добових витрат електроенергії як такий, що передує початку першої видобувної зміни.

Підтверджуючи принципову можливість використання в системах енергоменеджменту автоматизованого обліку витрат енергії, звернемося до аналізу відомих засобів автоматизації. Підприємства України використовують різноманітні АСОЕ як вітчизняного виробництва, так і імпортного. У більшості варіантів вони мають близьку структуру побудови, організації збору даних і їхньої обробки. Системи відрізняються одна від одної кількістю контрольованих точок і параметрів обліку, типами використаних первинних приладів обліку (лічильників), можливостями для реалізації багатотарифного режиму, максимально можливим віддаленням лічильника від комп'ютера, швидкістю передачі даних та іншими параметрами. В Україні широко використовують системи СИНЕТ-1, Альфа СМАРТ, DATAGYR З300, ЦТ5000, СКУЕ, Енергія. На шахтах Західного Донбасу (зокрема ВАТ «Павлоградвугілля») широко використовується автоматизована система комерційного обліку електроенергії (АСКОЕ), розроблена ТОВ НПЦ «Енергія-Сервіс». Вона створена на базі системи СИНЕТ-1 і орієнтована на застосування інтелектуальних лічильників енергії різних типів («Ельвін», LZQM, CTK, Lendis та ін.). Система забезпечує як комерційний облік, так і оперативний контроль споживання енергії. Разом з електроенергією може здійснюватися контроль використання інших видів енергії (газ, повітря). У рамках обліку електроенергії система забезпечує:

- облік споживання активної, реактивної енергії в заданому інтервалі часу, виходячи з показань окремих лічильників, групи лічильників або витрат енергії по підприємству в цілому з урахуванням тарифів по зонах протягом доби;

- облік усереднених значень активної, реактивної потужності в заданому інтервалі часу.

Оперативний контроль здійснюється шляхом періодичного „опитування” лічильників для реєстрації їхніх показань. При цьому в реальному масштабі часу відображається електричне навантаження в окремих точках обліку, здійснюється побудова як індивідуальних, так і групових графіків навантажень (включаючи графіки, що стосуються підприємства в цілому).

Перелічені вище функції системи автоматизованого обліку свідчать про те, що вони можуть скласти інформаційну основу для успішної роботи системи енергоменеджменту. Важливо те, що АСКОЕ дозволяє використовувати безліч лічильників, які забезпечують досить високу точність вимірювання параметрів. Ці лічильники можуть встановлюватися так, щоб мати можливість реєструвати витрати енергії в ЦОЕ, а також по підприємству в цілому. Важливо те, що здійснюється побудова графіків електричних навантажень у реальному масштабі часу. Це в багатьох випадках дозволяє пояснити причини зміни ефективності використання енергії окремими ділянками й підприємством у цілому, що спостерігається при аналізі. Оперативність здійснюваного контролю дозволяє вчасно реагувати на зміну ситуації й приймати дії до її поліпшення.

Обмежуючим фактором використання АСКОЕ в системі енергоменеджменту є значна вартість технічних засобів і програмного забезпечення. Тому не варто ігнорувати варіант збирання інформації вручну. Період запровадження в дію систем енергоменеджменту з збиранням інформації вручну набагато менший, ніж при реалізації АСКОЕ. Тому ефект від упровадження систем може бути отриманий у більш ранній період. Крім того, світова практика енергоменеджменту свідчить про те, що використання складних комп'ютерних систем рівня АСКОЕ виправдано в тому випадку, якщо система, крім завдань підвищення енергоефективності, вирішує також завдання управління технологічним процесом.

Якщо ж АСКОЕ на шахті встановлена й функціонує, то впровадження в дію системи енергоменеджменту або її спрощеного варіанту – системи контролю загального енергоспоживання шахти істотно спрощується. При цьому варто підкреслити зростаючу ефективність роботи системи контролю загального енергоспоживання шахти, тому що значною мірою розширюється інформаційна база системи, а це дозволяє розкрити окремі складові енергоспоживання шахти й на цій основі виявити конкретних винуватців нераціонального використання енергії.

Висновки

Запропоновані загальні принципи побудови комп’ютерних систем контролю енерговикористання в ЦОЕ із застосування ліній регресії, графіків відхилень значень фактичного енерговикористання від планових показників, графіків накопиченої суми.

Показана можливість та оцінена доцільність використання автоматизованих систем обліку енергії в системах енергоменеджменту та контролю загального енергоспоживання вугільних шахт.

Дата добавления: 2014-01-11