Материал: Використання методів ранжування для вирішення задач енергетичного бенчмаркінгу в системах теплопостачання

Нехай досліджувана система об'єктів (котелень) складається зі скінченної множини показників. Кожний з показників всієї скінченої множини, розподіляється до групи найвпливовіших підгруп. Необхідно сформувати кількість найвпливовіших підгруп показників, які піддаються аналізу з метою вирішення поставленого завдання. Де під завданням розуміється дослідження показників, що дозволяють здійснити оцінювання рівня ефективності енерговикористання в котельнях та оптимальний їх розподіл та групування, з метою визначення показників які найбільшим чином відображають стан справ у сфері енергозбереження та якомога повніше відображають картину щодо ефективності енерговикористання в котельнях підприємства в цілому.

Точність і адекватність оцінювання ефективності енерговикористання в котельнях в значній мірі залежить від повноти обліку усіх важливих показників, які на цю ефективність мають вплив та відображають повну картину стосовно енерговикористання в котельні. Тому визначення достатньо повного складу вихідних показників є принципово важливим і відповідальним етапом для подальшого оцінювання рівня ефективності енерговикористання в котельнях підприємства.

Під час аналізу показників були задіяні експерти які компетентні у цій галузі, а саме співробітники, енергоменеджери, заступники директора на підприємстві, які пройшли стажування та навчання у сфері енергозбереження, за результатами експертного оцінювання якими була визначена сукупність показників, які найбільшим чином відповідають поставленому завданню оцінювання рівня ефективності енерговикористання на котельнях підприємства ДКП "Луцьктепло". Були визначені наступні 20 показників.

2.2.1 Опис структури показників енергоефективності котелень

Для характеристики ефективності виробництва та транспортування теплової енергії на підприємстві введемо відповідний коефіцієнт (П1):

,                   (2.7)

де  - витрати на виробництво теплової енергії, кВт*год;

 - витрати на транспортування теплової енергії, кВт*год.

Однією із головних характеристик ефективності є визначення питомої норми:

         питома норма на вироблення теплової енергії (П2):

,                        (2.8)

де  - всього витрат електроенергії на котельні, тис.кВт*год;

 - план виробництва тепла, Гкал.

         питома норма на відпуск теплової енергії (П3):

,                      (2.9)

Показник, за допомогою якого можливе оцінювання рівня ефективності теплопостачального підприємства є загально-індивідуальна питома витрата палива (П4):

,                            (2.10)

де  - плановий обсяг палива на виробництво теплової енергії, кг.у.п.

Для оцінки рівня енергетичної ефективності необхідно внести до розгляду відповідні показники ефективності споживання електричної енергії:

         на освітлення центрального теплопостачального пункту (ЦТП) (П5):

,                       (2.11)

де  - витрати на освітлення ЦТП, Квт*год;

 - час роботи, год.

         на освітлення котельні (П6):

                     (2.12)

де  - витрати на освітлення котельні, Квт*год.

Коефіцієнт корисної дії, яким можна охарактеризувати ефективність відпуску теплової енергії (П7) можна представити, як:

,                     (2.13)

де  - корисний відпуск теплової енергії котельнями підприємства, Гкал.

Одним з показників, за допомогою якого можливе оцінювання рівня енергоефективності теплопостачального підприємства є коефіцієнт використання теплової енергії (П8):

, (2.14)

де  - кількість теплової енергії, потрібної споживачу, для реалізації, Гкал;

 - кількість теплової енергії виробленої в опалювальний період, Гкал;

 - кількість теплової енергії виробленої на гаряче водопостачання в міжопалювальний період, Гкал;

 - кількість теплової енергії виробленої на гаряче водопостачання, Гкал;

Співвідношення  та  характеризує раціональність використання теплової енергії, дає комплексну оцінку ефективності тепловій мережі. Зменшення втрат теплової енергії вимагає створення систем з високою надійністю та герметичністю, що збільшує витрати на експлуатацію теплових мереж.

Характеристику втрат в мережі, які виникають через необліковані витрати теплоносія та витоки внаслідок зношеності та аварій, забезпечує коефіцієнт втрат теплової енергії (П9):

,       (2.15)

де  - кількість теплової енергії втраченої в теплових мережах котелень теплопостачального підприємства, Гкал;

 - кількість теплової енергії відпущеної з колекторів котелень, Гкал.

Показник, за допомогою якого можливе оцінювання рівня ефективності теплопостачального підприємства є коефіцієнт ефективності споживання палива (П10):

                 (2.16)

2.2.2 Опис показників енергоефективності котлів

Однією з ознак ефективності роботи котла є його витрата палива. Величина, яка чітко характеризує економічність котла є його питома витрата палива. Враховуючи нерівномірність графіка навантаження, величина питомої витрати палива буде змінюватись відносно ступеня завантаженості котла. Тому, питому витрату палива доцільно визначати за рівнем завантаженості котла при різних режимах його роботи. В залежності від загального терміну експлуатації (коефіцієнт К1), терміну експлуатації від останнього капремонту (коефіцієнт К2), терміну експлуатації від останнього проведення режимно-налагоджувальних робіт (коефіцієнт К3) рівень використання палива буде різним, тому для порівняння котлів враховуємо поправочні коефіцієнти за допомогою режимної наладки (коефіцієнт К):

                          (2.17)

Це дасть змогу охарактеризувати різні типи котлів враховуючи нерівномірність графіка навантаження, режим роботи, технічний стан котла та вид палива, що дасть змогу визначити економічність споживання умовного палива для виробництва одиниці продукції в 1 Гкал теплової енергії.

Враховуючи вищесказане, сформуємо показники енергоефективності котлів відносно їх рівня завантаженості.

Питома витрата палива за результатами режимної наладки, кг.у.п./Гкал:

         при максимальному завантаженні котла (П11);

         при середньому завантаженні котла (П12);

         при мінімальному завантаженні котла (П13);

Завантаження котла за результатами режимної наладки, %:

         при максимальному завантаженні котла (П14);

         при середньому завантаженні котла (П15);

         при мінімальному завантаженні котла (П16);

До основних показників енергоефективності також відносять технічні паспортні дані, зокрема: паспортний коефіцієнт корисної дії (П17) ,% та нормативна паспортна витрата палива (П18) , кг.у.п./Гкал. Така група показників може бути використана винятково для оцінки енергетичної ефективності окремих рівнів енергетичного потоку. оскільки застосування, наприклад ККД, може бути виправдано лише в тих випадках, коли мова йде про генерацію та перетворення енергії в даній конкретній енергоустановці (піч, котельня, електростанція тощо), а в окремих випадках і для оцінки втрат під час транспортування теплової та електричної енергії [52].

Характеристику втрат корисної дії , яка виникає через зношеність обладнання, недовантаження котла, внаслідок аварій та необлікованих витрат тепла можна здійснити за допомогою коефіцієнта втрат (П19):

            (2.18)

де  - середньорічний коефіцієнт корисної дії, %:

                            (2.19)

де  - середньомісячний коефіцієнт корисної дії визначений по загальній методиці, %;

 - кількість місяців роботи котла.

Завантаження котла, яке безпосередньо впливає на величину використання електроенергії та природних ресурсів і дозволяє оцінити відповідність проектних рішень щодо роботи котла, доцільно охарактеризувати коефіцієнтом ефективності середньорічного завантаження котлів в залежності від їх номінальної потужності (П20):

                                                          (2.20)

де  - плановий обсяг виробництва теплової енергії за і-й місяць, Гкал;

 - фактичний час роботи котла в і-му місяці, год;

 - номінальна потужність котла,Гкал*год;

 - кількість місяців роботи.

Сформована сукупність загальноприйнятих та додаткових технічних і технологічних показників дозволяє оцінити рівень енергоефективності структурних елементів системи, котелень та підприємства теплопостачання вцілому.

2.3    Задача комплексного оцінювання рівня енергетичної ефективності теплопостачального господарства

Нехай оцінювана організаційна система, якою є система комунального теплопостачання, описується на основі заданого набору характеристик вектором , компоненти якого  є значеннями і-го показника ефективності, що відображає певну характеристику результативності та корисності системи. Задача полягає в побудові комплексної характеристики рівня ефективності функціонування , яка адекватно характеризуватиме пристосованості системи до виконання поставлених перед нею завдань. Таким показником є рівень енергоефективності.

Рівень ефективності використання енергоресурсів на виробничому об'єкті залежить від дії багатьох внутрішньовиробничих та зовнішніх факторів. Його можна охарактеризувати системою вихідних показників, що змінюються в деяких межах [53] та характеризують енергоефективність системи комунального теплопостачання:

.              (2.21)

Оцінювання рівня енергоефективності необхідно здійснювати з урахуванням факторів, що впливають на енерговикористання, формування яких можливе на базі вихідного поля показників; ієрархічної будови складної системи; параметрів, що визначають стан та діяльність виробничої системи [54], що забезпечить можливість комплексного оцінювання та аналізування ефективності функціонування. Рівень енергоефективності є функцією сукупності факторів (кліматичних, енергетичних, технічних, технологічних, економічних, тощо [55]), що певним чином впливають на стан системи теплопостачання і визначають рівень ефективності її функціонування та об'єднують в собі відповідні показники вихідного інформаційного поля. Тоді:

,                   (2.22)

де  - кількість факторів, що впливають на рівень енергоефективності.

Система теплопостачання як складна виробнича система складається з багатьох структурних об’єктів, які утворюють відповідні ієрархічні рівні. Рівень енергетичної ефективності СКТ залежить від рівня енергоефективності її ієрархічних рівнів [54]:

,             (2.23)

де  - кількість ієрархічних рівнів.

Вхідними параметрами будь-якої виробничої системи є енергетичні ресурси, матеріали та сировина, які при використанні матеріальної бази виробництва (виробничого устаткування, приміщень, системи контролю й обліку енергоресурсів), трудових ресурсів, а також системи керування забезпечують головний принцип діяльності будь-якого підприємства - виробництво продукції [56]. Ефективність використання матеріальної бази СКТ відображається у завантаженні технологічного обладнання, що безпосередньо впливає на величину використання електроенергії та природних ресурсів [57].

Отже, рівень енергоефективності визначається рівнем ефективності використання природних ресурсів, устаткування та енергії [54]:

.                                            (2.24)

Матеріали, сировина та матеріальна база виробництва визначають початкові умови виробничого процесу та характеризують вихідний стан виробничої системи. Певні показники є незмінними (хімічний та бактеріальний склад води, від якого залежить процес її підготування - очищення, знезалізення, знезараження), зміна інших (технологічного обладнання, встановленого на основі проектних розрахунків виходячи з урахування укрупнення міст, що зумовило невідповідність котлів та насосного обладнання сучасним потребам) вимагає значних коштів, але може забезпечити перехід системи в якісно новий стан. Забезпечення споживачів теплом вимагає здійснення керування режимом роботи технологічного обладнання та залежить від ефективності функціонування виробничої системи. Рівень енергоефективності СКТ визначається рівнем ефективності вихідного стану та ефективності функціонування: