// Журнал «Промышленная Энергетика», 2012 - № 03, стр. 26-29
Нормирование: от единичного электроприемника к ценологическому множеству.
Грозных В. А., инж.
НИУ «МЭИ», Москва
Показано, что в настоящее время в России начинает складываться определенная тенденция оценки состояния эффективности использования топливно-энергетических ресурсов посредством норм энергопотребления, определяемых на основе классических постулатов Ньютона-Максвелла. Полученные таким образом нормы предлагаются в качестве эталона при оценке эффективности отдельно взятого участка, цеха, производства, предприятия. Доказывается ошибочность данного подхода.
Ключевые слова: электроприемник, нормирование, энергопотреблении.
Нормирование энергопотребления одна из актуальнейших проблем, обусловленная не столько выходом ФЗ «Об энергосбережении», сколько тем, что энергоемкость российской продукции во много раз выше, чем в развитых странах. В журнале «Промышленная энергетика» с начала его издания (1994г.) в работах В. И. Вейца, А. А. Тайца, А. Л. Матвеева, С. А. Пресса, а затем в справочниках Госэнергонадзора под редакцией Ю. В. Копытова [1] с 60-х вплоть до 90-х годов производились данные об электропотреблении в различных отраслях народного хозяйства, его нормах и путях экономии. Кроме того, выпускались отраслевые ведомственные материалы о нормах и статистике по электропотреблению [2].
В настоящее время в качестве основного механизма контроля эффективности энергосбережения обычно предлагается использовать нормативную энергоемкость технологических процессов и помещений, которая сравнивается с фактической энергоемкостью. Под нормативной энергоемкостью технологического процесса часто понимают некоторые усредненные затраты энергии на единицу процесса, работы (правильнее было бы считать – продукции) при использовании энергосберегающих технологий. Эти показатели по каждому технологическому процессу должны устанавливаться в единичном перечне, относительно которого анализируется уровень энергоэффективности. Но дело в том, что такой перечень в принципе нельзя составить. Это практически доказано [3] и теоретически было обосновано ценологическими постулатами (1976 г.), в которых утверждается, что для множества электродвигателей (единиц электрооборудования), входящих в состав цеха, предприятия, неприменимо понятие, «средняя мощность». При его использовании ошибка (дисперсия) стремится с бесконечности. Даже в СССР при полностью плановом хозяйстве и однотипной, достаточно стабильно производимой продукции составленные на его основе единые нормативы, имеющие к тому же директивный характер, не действовали. Отраслевые нормативы являлись лишь ориентировочными и корректировались помесячно и поквартально. Каждое предприятие в своем ведомстве отстаивало собственные индивидуальные нормы энергопотребления.
Конечно, существовали некоторые справочные данные, которые можно было использовать в проектных расчетах или для оценки результатов работы предприятия. Так, в [1], где указаны плановые нормы расхода электроэнергии на различные виды продукции (данные 1978 г.), приведена средняя норма на производство химических волокон – 5017,9 кВт∙ч/т, при этом выделены индивидуальные нормы на производство шелка: вискозного (9140,7) ацетатного (6471,6), триацетатного (7497,2), хлоринового (2439,4) на производство вискозного штапеля (2429,9 кВт∙ч/т) и др. Как видно, нормы по отдельным видам значительно отличаются от средней нормы. К тому же нормы на выпуск, например, вискозного шелка тоже могут быть не одинаковыми (из-за различного оборудования, сырья, ширины рулона и др.), поэтому очевидно, что затраты энергии будут разными.
При организации информационного банка «Черметэлектро» [2] в течение более 20 лет собиралась информация по всем предприятия Минчермета СССР. Но даже на основе такой представительной базы принципиально невозможно было выработать какие-либо единые нормативы по одинаковым технологическим процессам или укрупненным общезаводским показателям. Так, в 1985 г. На предприятиях черной металлургии удельные расходы электроэнергии на 1 т проката составляли от 36,5 до 2222,0 кВт∙ч/т при среднеотраслевом значении 115,5 кВт∙ч/т, для конвертерной стали – от 13,7 до 54,0 кВт∙ч/т при среднеотраслевом значении 32,3 кВт∙ч/т. Столь существенные разбросы объясняются разными технологическими, организационными, социальными факторами для каждого производства, и понятно, что среднеотраслевая норма не может быть распространена на все предприятия. В то же время нельзя считать, что предприятие работает неэффективно, если на нем превышаются среднеотраслевые значения – чаще всего это обусловлено различиями в технологии, используемом оборудовании, в сырье и материалах.
Следует отметить, что указанные удельные расходы относятся к 1985 г. – периоду стабильной работы предприятий с достаточно высокой загрузкой оборудования. Снижение производства, неполная и нестабильная загрузка оборудования приводит к увеличению удельных расходов, что еще более усилит различие данных. Поэтому в современных условиях нельзя оценивать энергосбережение по среднеотраслевым нормам расхода электроэнергии.
В качестве примера рассмотрим конкретный станок – изделие на конкретном предприятии. Для определения его энергоэффективности необходимо рассчитать расход электроэнергии (потребляемую мощность). Традиционно полагали, что потребляемая (расчетная) мощность Рр зависит от производительности Q, т.е. Р=f (Q). Это общее и правильное утверждение дополнялось тем, что она должна быть рассчитана для каждой машины, для каждого режима процесса подачи, степени обжатия, по всем выпускаемым деталям с конкретизацией по каждой деталь-операции, по каждому исполнительному механизму, на каждый сорт продукции, на каждую технологическую операцию в общем потоке выпуска деталей. При этом необходимо вычислить полезную работу (чистая работа резанья – собственно стружка) и отдельно – потери (в подшипниках, промежуточных передачах, на подаче смазочно-охлаждающей эмульсии). Однако определить данные параметры теоретически невозможно. Поэтому используют любой из следующих путей:
1. По технологическим картам и размерам заготовки с учетом припусков и допусков определяют полную нормы расхода электроэнергии на станок-изделие. При этом учитывают время вращения рабочих органов станка по операциям холостого хода для станка с установленной деталью, ток и мощность для каждой операции, полную мощность электродвигателя, время его холостого хода и холостых звеньев станка при отключенном фрикционе, полезную работу резанья изделия-детали, КПД станка с учетом его состояния и износа, коэффициент характеризующий тип станка.
2. По зависимостям, описывающим процесс прокатки, вычисляют удельные расходы электроэнергии с учетом температуры прокатки при разных содержаниях углерода, в числе проходов, степени обжатия, величине полного удлинения, скорости прокатки, продолжительности пауз, трения в подшипниках, качестве смазочных материалов, степени зажатия шеек, расходе воды на охлаждение и смыв окалины.
Попытка «рассчитать всё», в частности, сделана в [4], где указывается на необходимость установки системы автоматизированного управления производством, позволяющей сравнивать расчетные и фактические параметры энергопотребления. Расчетные параметры при этом корректируются в зависимости от совокупности действующих извне на оборудование факторов, точное определение которых и степени их влияния – неразрешимые задачи. Характерно, что ведение данной системы не рассматривается с экономической точки зрения, т.е. насколько соизмеримы денежные средства, полученные от повышения энергоэффективности, с затратами на ее установку и эксплуатацию. Подробный взгляд на нормирование энергоресурсов отражен в [5], где сравниваются теоретически полученные и фактические значения энергопотребления, а так же детально анализируется режимы работы и энергопотребления каждой единицы оборудования предприятия, что в принципе невозможно. Высокая доля ручного труда в российской промышленности делает применение данных методик нецелесообразным.
Теперь в качестве примера разместим холодильную камеру или электродвигатель (любимое изделие) на конкретном предприятии, где, начиная со 100-300 изделий разных видов, проявляются ценологические свойства – каждая единичная штука-особь (холодильная камера, насос, вентилятор и др.), входящая в однородную группу, может работать в сколь угодно отличающихся режимах, т.е. разнообразие условий и режимов работы практически бесконечно и все везде может быть разным. Например, из имеющихся в наличии 10 насосов реального проекта химводоочистки у насоса-дозатора нитратов коэффициент спроса – 0,17, и работает он круглогодично; у питательного насоса значения этих параметров – соответственно 0,85 и 4300 ч; у насоса промывки – 0,46 и 345 ч. Однородности оборудования, очевидно, не наблюдается.
Расчетно-аналитический способ (затем и опытно-экспериментальный) применим лишь для отдельного насоса и отдельного режима и не может быть, конечно, распространен на насосы вообще. Если поставить на каждый насос счетчик электроэнергии, то можно соотнести расчетные и экспериментальные данные с фактическими, а потом перейти к статистике, пологая, что с увеличением числа наблюдений мы все более приближаемся к истине, а ошибка уменьшается. Но при этом нет уверенности в действии центральной предельной теоремы и закона больших чисел, а так же в том, что данная группа насосов и завтра, и через год будет работать в одном и том же режиме.
Из-за невозможности «посчитать все» неприемлемо использование обобщенного алгоритма получения результатов (оценки) технологической энергоемкости производства продукции и исполнения услуг, определяющего структуру энергетических затрат. Такие результаты требуются по каждому виду выпускаемой продукции. Предполагается, что следует учитывать прямые затраты в основном производстве по видам ТЭР; косвенные энергозатраты, включая вспомогательное производство; долю энергозатрат технологических энергетических систем в общезаводских расходах; долю затрат ТЭР в общецеховых расчетах; отчисления на амортизацию; отчисления на текущий ремонт и обслуживание оборудование; энергозатраты на транспортирование веществ, материалов, комплектующих изделий, составных частей при изготовлении продукции, оказания услуг; энергозатраты на создание нормальных условий работы в производственных помещениях (освещение, отопление, горячая вода, транспорт и др.); природоохранные затраты.
Однако представим, что все требования выполнены: определены абсолютное, удельное или относительное значение потребления энергетических ресурсов. Другими словами, получен показатель энергетической эффективности, и надо ответить на вопрос, где более эффективно используют электроэнергию, например, в Енакиево, где на 1 т чугуна расходуют 3,5 кВт∙ч, или в Липецке – 43,3 кВт∙ч/т. Различие на несколько порядков – неизбежное ценологическое свойство электрического хозяйства по любому из характеризующих его параметров .
Еще одной особенностью ценологического подхода является утверждение о невозможности физического выделения одной из составляющих электрического хозяйства (отопления, освещения, вентиляции, технологического процесса, кондиционирования и пр.), а также представления ее в виде объекта или инструментальной системы.
На основе изложенного можно утверждать следующее. У изготовленного изделия, например холодильника, есть сертифицированные параметры для конкретных внешних условий, количества и состава загружаемых продуктов, характеризующиеся нормальным распределением. Если этот холодильник окажется в квартире холостяка, а не в семье, где имеется ребенок, то у него будут совершенно другие (причем, разные) расходы энергии – с ценологическими, а не гауссовыми распределениями. Учитывая это, следует сделать вывод о необходимости установки счетчика для каждого потребителя (семьи, дома), административно и хозяйственно выделяя при этом юридическое и физическое лицо. Показания счетчика должны контролироваться дистанционно (автоматически) энергоснабжающей организацией (продавца).
В будущем возможно создание интеллектуальной сети, по которой будут передаваться рекомендации потребителя по режимам электропотребления. Потребитель, заинтересованный в повышении эффективности использования электроэнергии, должен характеризовать каждый временной интервал (час, смену, сутки, неделю, месяц) набором показателей (матрицей) – технологических, природных, энергетических, хозяйственных и др., что позволит сравнить фиксируемые показатели с предыдущими, выявлять причину различий и давать прогноз на следующие дни.
Выводы.
1. Несмотря на переход России к постиндустриальному обществу и глобализацию экономики, концепция энергосбережения основывается на устаревших представлениях возможности все жестко рассчитывать, планировать, руководствуясь в пределе классическими постулатами Ньютона – Максвелла, а в менеджменте – Тейлора – Форда.
2. Каждое изделие, являясь штукой-особью, показатели энергоэффективности которого рассчитываются на основе классической физики, а экспериментально и статистически проверяются на множестве выпускается изделий-особей данного вида, выпускается на конкретном производстве, где разброс энергозатрат теоретически может быть сколь угодно велик, поэтому невозможно информационно оценить его энергоэффективность на основе гауссовой статистики, для этого следует использовать ценологический математический аппарат.
3. Концепция энергосбережения [6] должна основываться на директивном отказе от методологии «рассчитать все» и рыночном переходе к ценологической оценке энергоэффективности административно-хозяйственных и территориальных единиц в целом (цеха, производства, заводы, отрасли, квартиры, офисы, бюджетной организации, села, города, регионы, страны) и организации обязательного инструментального учета расхода энергоресурсов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Копытов Ю. В., Чуланов Б. А. Экономия электроэнергии в промышленности: Справочник. – М.: Энергия, 1987.
2. Авдеев В. А., Кудрин Б. И., Якимов А. Е. Информационный банк «ЧерметЭлектро». – М.: Электрика, 1995.
3. Классика технических ценозов. Общая и прикладная ценология. Вып. 31. «Ценологические исследования». – Томск: Томский государственный университет – Центр системных исследований, 2006.
4. Гринев А. В. Анализ существующих и перспективных методов нормирования ТЭР на промышленном предприятии. – Промышленная энергетика, 2012, №3.
5. Вагапов Г. В., Роженцова Н. И. Энергосберегающие решения для технологических линий с продолжительным режимом работы. – Промышленная энергетика, 2012, №3.
6. О проекте Федерального закона «Об энергосбережении»: Дискуссия / Под общ. Ред. Ю. В. Матюниной. – М.: Технетика, 2009.