Существующие методы повышения энергоэффективности на промышленных предприятиях

УДК 621.9.06

СУЩЕСТВУЮЩИЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ НА ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

В. С. Сальников, А.А.Брыксина

Рассмотрены вопросы повышения энергоэффективности предприятия. Отмечены основные пункты расчета энергетического баланса.

Ключевые слова: Энергоэффективность, энергопотребление, предприятие,

фактор.

Существующая ситуация в области оценки расходования энергии в технологической системе (ТС), определения низкоэффективных с технологической точки зрения потребителей, а также поиска оптимальных режимов энергопотребления не может удовлетворять современной концепции экономии энергоресурсов.

К сожалению, до настоящего времени нет методик четкого, строгого анализа энергозатрат как ТС в целом, так и по отдельным ее компонентам. Это не позволяет определить стратегию управления энергопотреблением при изменении условий функционирования. В большей части эти изменения условий обусловлены влиянием рынка, который выступает в данном случае как возмущение по загрузке. Оно может привести к тому, что наступит конфликт между структурой, технологическими принципами, техническими средствами и загрузкой ТС, т. е. к нарушению изначального расчетного их единства. Такое положение ограничивает технологические возможности ТС и не позволяет адаптировать ее к рынку по основным критериям, определяемым потребителем. Для решения данной проблемы необходим системный подход к ТС, в части оценки эффективности энер-гопотр е бления.

Управление энергопотреблением — эффективный инструмент адаптации ТС к изменяющимся условиям функционирования. Рациональное энергопользование улучшает показатели предприятия не только с энергетической, но и с экологической и общей экономической точек зрения [1,2].

В основе учетной политики расходования энергоресурсов лежит энергетический баланс [2]. Он является главным и до сих пор единственным средством управления энергопотреблением. Однако реальный энергетический баланс имеет смысл только на уровне процесса. Его расчеты помогают выявить основных "пожирателей" энергии в крупных системах. Он строится исходя из того, что теоретически приход энергии равен ее расходу. Расчет баланса включает в себя следующие этапы:

1. Определение границ системы.

2. Определение численных значений параметров, характеризующих входящие и выходящие потоки.

3. Преобразование параметров этих энергетических потоков в соответствующие эквиваленты в единой системе единиц измерения.

4. Оценка потерь энергии.

Энергетический баланс служит основой для анализа технической осуществимости или экономической целесообразности различных проектов. Для этого его данные представляют в табличной форме или в виде диаграмм.

Они дают общую стационарную картину энергопотребления на предприятии, что не позволяет определить динамику их перераспределения при изменении внешних или внутренних условий функционирования.

Энергопотребление тесно связано с производством. Корреляция устанавливается посредством статистических расчетов затраченной энергии и произведенной продукции, выраженных в цифрах. Тем самым задаются параметры уровней эффективности использования энергии. Часто такая корреляция оказывается нелинейной. Для предприятий, выпускающих разнообразную продукцию, этот прием потребует установления соотношений между численными значениями энергопотребления и объема продукции для каждого изделия в отдельности, а также решения системы уравнений, описывающих эти соотношения на базе статистических данных, собранных за предшествующие промежутки времени с различным уровнем производства. При выполнении таких расчетов, необходимо учитывать дискретные переменные, влияющие на энергопотребление, такие, как изменение условий окружающей среды, перерывы в энергоснабжении и т. п. Это повышает их точность, однако приводит к существенному усложнению расчетов. При оценке эффективности расчетные контрольные цифры энергопотребления сравниваются с фактическими значениями объема произведенной продукции. Из-за большого числа случайных факторов, влияющих на контрольные цифры, а также необходимости перевода всех затрат в единую систему измерения - денежную, подверженную со своей стороны таким слабо предсказуемым факторам как инфляция, такой подход не нашел применения в отечественной практике.

Лучшие результаты в смысле оперативного управления и долгосрочного планирования затрат, в частности энергопотребления, дают технические критерии: энергоемкость, приведенные затраты энергии и т. д. [2]. Они обладают достаточно хорошей наглядностью и точностью для убеждения руководящего звена предприятия в проведении мероприятий по энергосбережению и внедрению программ повышения эффективности энергопотребления. Однако они эффективны только для анализа происходивших ранее или происходящих в данный момент событий. При построении прогнозов они используют статистический материал, который не может адекватно отражать постоянно изменяющие условия функционирова-

ния ТС. Эти критерии не увязывают сущности технологических процессов, реализуемых воздействий и параметров используемого оборудования. Это снижает достоверность сделанных с их помощью прогнозов или сравнительных оценок и ставит актуальную задачу разработки информационно емких технических критериев оценки эффективности энергопотребления.

Промышленные предприятия часто недооценивают потенциальную экономию от программ повышения эффективности управления энергопотреблением. Они предполагают определенную степень технического и финансового риска и имеют более низкий приоритет по сравнению с традиционными коммерческими предложениями. Кроме того, при относительно низких издержках на энергию трудно убедить руководство в необходимости осуществления сложных проектов. Известно, что программы эффективного энергопотребления необходимы и на предприятиях, где стоимость энергии составляет около 5% себестоимости продукции [2].

Ни одна сколь угодно хорошо разработанная система не может быть эффективной при любых обстоятельствах. Чтобы максимизировать эффективность, в ее структуру должны быть заложены гибкость и динамизм. В настоящее время с точки зрения управления самой серьезной является проблема повышения производительности труда и повышения эффективности использования энергии [2].

Оптимизация схемы пространственного размещения оборудования и использования помещений является важным источником сокращения издержек, и в значительной степени непроизводительных потерь энергии. Производственная площадь - это капитал [2]. Рациональная схема размещения оборудования сокращает объемы перевозок материалов и готовой продукции, уменьшает потери времени и энергии на транспортные операции. Примерно 20—25% роста эффективности использования энергии зависит производственных зданий, машин и оборудования.

Адаптация существующей системы достигается главным образом за счет рационального технического подхода, обеспечивающего:

количественные изменения чего-то существующего, не приводящие к качественным изменениям структуры и параметров системы (например, увеличение или уменьшение количества используемого технологического оборудования;

замену некоторых компонент системы, не изменяющих их функциональных возможностей (например, замена старого оборудования новым, как правило, ведет к увеличению энергозатрат, так как последние обладают большей энерговооруженностью);

совершенствование путем изменения функциональных возможностей некоторых компонент без изменения общей структуры и принципов функционирования (например, замена нескольких универсальных станков одним многоцелевым, также может не привести к снижению энергозатра); Развитие оказывает более глубокое воздействие на систему и влечет

за собой существенные последствия. Оно может проявляться в трех видах: преобразование структуры путем изменения размеров подразделений, числа иерархических уровней и введения новых функциональных элементов (например, децентрализация системы снабжения вторичными энергоносителями, как правило, дает определенны выигрыш в затратах, так как снабжает только те потребители, которым они нужны);

инновация предполагает изменение базовых принципов организации и управления, процедур и структуры предприятия, ее политики и стратегии в бизнесе (например, секционирование или модульное построение ТС, вероятно позволит получить наибольшую экономию энергоресурсов, так как самостоятельность подразделений позволяет проще организовать производственный процесс, минимизировать транспортные перемещения, исключить потери энергии, обусловленные человеческим фактором);

саморазвитие, предполагает изменение назначения и основных концепций предприятия за счет собственных ресурсов.

Развитие организации проходит через определенные стадии и кризисы. Это не просто повторение одной и той же схемы, а развитие способности управлять проблемами возрастающей сложности [1 , 2].

С точки зрения этого подхода представляется целесообразным определить место конкретной ТС на этапе ее развития. Это позволяет наметить адекватные пути повышения эффективности предприятия в целом и энергопотребления, в частности.

Предприятия с предметной структурой можно определить как совокупность самостоятельных производственных подразделений, которые организованы и оборудованы таким образом, что в них могут создаваться некоторые законченные изделия или их семейства. Иначе говоря, цель применения такого метода производства сводится к тому, чтобы объединить все, что необходимо для изготовления конкретного изделия или группы изделий, физические мощности, материальные ресурсы, и энергетические потоки.

В этих условиях ответственность за заказы на материалы, в том числе и на энергоносители, а также планирование производственного процесса в рамках подразделения лежит на самих производственных подразделениях. Они работают по принципу поточного производства, что сокращает продолжительность изготовления продукции, а, следовательно и затраты энергии на единицу продукции.

Например, в зарубежных фирмах предметное структурное подразделение - это компания внутри компании. Оно само строит свои отношения с организациями во внешней среде, самостоятельно приобретает все исходные ресурсы, необходимые для производства конкретного конечного продукта, у него есть собственные административные и технические службы, такие, как отделы материально-технического снабжения, технического обслуживания оборудования и т. д.. Их зависимость от других структур-

ных подразделений весьма слабая, а все, что связано с координацией деятельности по выпуску данной продукции, осуществляется внутри подразделения. Это позволяет наладить простой процесс планирования и выдерживать короткие сроки выпуска продукции. Такое подразделение может быть совершенно независимым от размещенных рядом производств и имеет свою гибкую стратегию энергопотребления .

Предметный метод производства может быть эффективным только тогда, когда структура имеет все необходимое производственное оборудование. Коэффициент его использования, как правило, будет ниже, чем в случае производства в функциональных цехах [2]. В этих условиях коэффициент загрузки оборудования можно считать ключевым показателем, определяющим эффективность функционирования подразделения с предметной структурой. Его значение необходимо сопоставлять с другими показателями, отражающими преимущества такой структуры, а именно с простотой в управлении и небольшой величиной капитала, "омертвленного" в товарно-материальных запасах.

Разбиение сложных систем на такие подразделения - модули (модульность), обладающие определенным уровнем гибкости, означает, что благодаря комбинации определенного числа известных модулей может существовать несколько вариантов построения системы. В отечественной промышленности принцип модульного построения ТС с необходимой степенью автономии и независимости не нашел должного распространения. Это объясняется чрезмерной их централизацией, не только в организационном, но и техническом плане, в частности централизованной системой ресурсов и, в том числе, энергообеспечения. К этому следует добавить отсутствие методик их разбиения на функционально обособленные модули, определения их мощностей и степени взаимного влияния.

Эта методика предполагает поиск путей придания большей независимости малым системам в организационной структуре предприятия. Под этим следует понимать способность относительно крупных производственных подразделений, существующих в рамках большой системы самостоятельно функционировать. Разбиение предприятия на меньшие производственные подразделения уменьшает необходимость в их координации,

и, как следствие, упрощает проблемы управления.

Децентрализация, которая возникнет в результате такого типа организации ТС, ценна также для стимулирования инициативы на местах и повышения способности адаптации к изменяющимся условиям в различных подразделениях.

При децентрализации следует учитывать следующие возможности систем:

1) разделения их на меньшие;

2) разбиения большого производственного подразделения на меньшие таким образом, чтобы потребность в их контактах с соседними

уменьшилась;

3) обеспечения самодостаточности подразделений в отношении производственных ресурсов, вспомогательных операций и т. д.;

4) уменьшения прямого вмешательства вышестоящего руководства, чтобы независимость малых подразделений не разрушалась из-за контроля со стороны верхних уровней управленческой иерархии.

Мировая практика показывает, что благодаря такой организации ТС, произошло одно из самых больших изменений последних лет, - явное снижение объема незавершенного производства и омертвленного капитала, что исключительно важно для общих экономических результатов предприятия [1,2,].

Проведенный анализ позволил установить следующие моменты:

в настоящее время отсутствуют методы и средства нормирования затрат энергии ТС, связывающие параметры воздействий, технологических процессов и оборудования, которые определяют процедуру общения внутренних поставщиков и потребителей энергии при формировании заказов на энергоносители;

наиболее оптимальной структурой ТС, в том числе и с точки зрения энергопотребления, является построение ее из предметных подразделений - модулей, обладающих относительно высокой самостоятельностью;

отсутствует методика децентрализации отечественных предприятий, относящихся в большей части к классу централизованных систем, что не позволяет применять в них известные в мировой практике методы повышения эффективности использования энергоносителей.

Список литературы

1. Глудкин О.П., Горбунов Н.М., Гуров А.И., Зорин Ю.В. Всеобщее управление качеством. Под ред. О.П. Глудкина. М.: Радио и связь, 1999. 600с.

2. Murphy W.R., Mckay G. Energy management (Cambridge, Butterworth, 1982).

Сальников Владимир Сергеевич, докт. техн. наук, проф., Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Брыксина Анастасия Анатольевна, магистрант, lionesss2@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

EXISTING TECHNIQUES TO IMPROVE ENERGY IN ENTERPRISES V. S. Salnikov, A.A. Bryksina

The problems of energy efficiency of the enterprise. Highlighted the key points of the calculation of the energy balance.

Key words: Energy efficiency, energy, enterprise, factor.

Salnikov Vladimir Sergeevis, doctor of technical science, professor, Russia, Tula, Tula State University,

Bryksina Anastasia Anatolevna, undergraduate, lionesss2@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.31

АНАЛИЗ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

В.С. Сальников, О. А. Ерзин, В.Г. Шадский

В статье представлена энергетическая модель технологической системы являющаяся основой методики оценки эффективности технологических операций, позволяющей определять требуемое количество материальных и энергетических ресурсов, сравнить приведенные их значения для различных условий функционирования и наметить пути снижения их потерь.

Ключевые слова: технологическая система, энергоэффективность, управление процессом резания, многоцелевые станки.

Известные методы оценки эффективности технологических операций, как правило, носят организационно-экономический характер, что влечет за собой чрезмерные обобщения и уход от их физической сущности происходящих явлений. Они не позволяют вскрыть технические аспекты той или иной проблемы и наметить пути её решения [1, 2, 3].

В модели гибкого автоматизированного участка [4] сделана попытка учесть все особенности технологических процессов, материальных потоков и специфики производства в натуральных категориях. Полученное описание системы отличается громоздкостью, трудно подвергается анализу и не дает возможности сформировать единый подход к различным иерархическим уровням технологической системы ТС. Известны методы моделирования, рассматривающие материальные и энергетические потоки через их расходы и наборы физико-химических и качественных показателей [10]. В результате возрастает размерность моделей до 500...1500 переменных, каждая из которых может иметь свой критерий оценки. Хотя и отмечается, что наибольший удельный вес приходится на параметры и связи производственной структуры и технической системы, но не предусматривается возможность их вариации в процессе изменения условий функционирования и управления. Это ограничивает область возможных опти-