2 Формування структури та складу показників для рейтингової оцінки рівня енергоефективності об’єктів системи комунального теплопостачання 32Equation Section (Next)

1. Поняття ефективності як складової оцінки рівня якості функціонування виробничих систем

Аналіз функціонування промислового підприємства як складної енерго-технологічної системи вимагає вивчення внутрішньої багатопланової діяльності його виробничих об'єктів, оцінювання ефективності використання всіх наявних видів ресурсів. Врахування по можливості максимальної кількості факторів (а також показників, що їх визначають) та, що впливають на результат, є важливим моментом достовірності отриманих висновків [43]. Система представляється як сукупність укрупнених компонентів, необхідних для існування і функціонування досліджуваної системи [44]:

, 424\* MERGEFORMAT (.)

де - сукупність або структура цілей функціонування системи;

- сукупність структур, що реалізовують мету;

- виробнича, - організаційна, тощо;

- сукупність технологій (методи meth, засоби means, алгоритми alg і т.п.), що реалізовують систему;

- умови існування системи, тобто чинники, що впливають на її функціонування ( -зовнішні, - внутрішні).

Узагальнена властивість системи, що характеризує її пристосованість до виконання поставлених завдань, являє собою її ефективність. Ефективність - це сукупність властивостей, що характеризують якість функціонування системи, оцінювану як відповідність результатів: необхідного та досягнутого [44]. Теорія ефективності пов'язана з визначенням якості систем і процесів, предметом вивчення якої є питання оцінки якості характеристик і ефективності функціонування. Ефективність можна трактувати як нормований до затрат ресурсів результат діяльності системи на певному інтервалі часу [45].

Показники якості представляють собою сукупність основних позитивних властивостей системи і є невпорядкованою дискретною множиною , , причому,визначені в різних функціональних просторах і різновимірні. Кожний з показників якості є неперервною або дискретною впорядкованою множиною:

. 525\* MERGEFORMAT (.)

Поняття якості системи трактується як узагальнена позитивна характеристика системи, що виражає ступінь її корисності і є частково впорядкованою множиною:

, 626\* MERGEFORMAT (.)

де - відображення прямого (декартового) добутку в множину;

- деяка впорядковуюча множина.

Тоді, ефект (результат певних дій) є впорядкованою множиною:

або, 727\* MERGEFORMAT (.)

де ,- відображення;- множина моментів часу, досить впорядкована.

Ефективність є достатньо впорядкованою множиною:

, 828\* MERGEFORMAT (.)

або, 929\* MERGEFORMAT (.)

де - відображення;- впорядковуюча множина;

- витрачений на інтервалі ресурс (досить впорядкована множина).

Ефективність системи залежить від її показників якості при врахуванні витрат ресурсів на інтервалі часу. Ефективність як група властивостей, представляє лише якість функціонування системи та залежить від властивостей самої системи, способу її застосування і від впливів зовнішнього середовища.

Кожна і-а якість j-ї системи, може бути описана деякою вихідною змінною, що відображає істотну властивість системи, значення якої характеризує міру якості [46]. Узагальненим показником якостіj-ї системи є вектор , що містить сукупність властивостей системи, компонентами якого є показники якості окремих властивостей, які характеризують придатність системи для її використання за призначенням. Кожен показникможе приймати значення з множини допустимих значень. Розмірність вектора визначається числом істотних властивостей системи. Необхідна якість системи задається правилами (умовами), які повинні задовольняти показники істотних властивостей, а перевірка їх виконання є оцінюванням якості системи.

Показники ефективності характеризують процес і ефект від функціонування системи. Узагальненим показником ефективності j-ї системи є вектор , що містить сукупність властивостей системи з точки зору її функціонування, компонентами якого є окремі показники ефективності. Кожен показникможе приймати значення з множини допустимих значень. Перевірка характеристик процесу та правил функціонування системи, які повинні задовольняти показники ефективності, представляє собою оцінювання ефективності функціонування системи. Якщо така перевірка здійснюється з точки зору використання енергоресурсів, то отримаємо часткову задачу оцінювання ефективності системи - оцінювання рівня енергоефективності.

2. Опис показників енергоефективності теплопостачального підприємства

Одним з перших питань, що виникає в процесі організації та проведення робіт з підвищення рівня ефективності використання енергоресурсів (ЕВЕР) на будь-якому об’єкті ЖКГ – це питання про те, ефективно або неефективно використовуються на ньому ПЕР. Відповідь на це питання може бути як можна більш об’єктивною. Тому її одержання необхідно базувати на визначенні значень конкретних кількісних показників. Узагальнено вони можуть бути названі показниками ЕВЕР [47, 48]. Визначення фактичних значень таких показників, у принципі дозволяє зіставити їх з аналогічними величинами, досягнутих на подібних вітчизняних або закордонних об’єктах. Навіть таке примітивне порівняння дозволяє в першому наближенні судити про те, наскільки ефективно використовуються енергоресурси на відповідному об’єкті ЖКГ, а також зробити попередній висновок про можливість та економічну доцільність вирішення завдань підвищення рівня ЕВЕР на даному об’єкті ЖКГ, тобто про наявний на ньому потенціал енергозбереження [49].

Під час аналізу ефективності енерговикористання в теплопостачальному підприємстві накопичується великий масив інформації щодо ефективності енерговикористання. В результаті постає питання виявлення таких показників що мають вплив на рівень енергоефективності та дозволяють здійснити його оцінювання з метою подальшого аналізу та визначення важелів впливу на підвищення рівня ефективності енерговикористання на підприємстві.

У процесі аналізу показників впливу серед всієї їх сукупності які формулюються та надаються для розгляду та аналізу виникає потреба вибрати найбільш впливові з точки зору досягнення кінцевого якісного результату - впливу та можливості контролю та аналізу рівня ефективності енерговикористання. Вирішення поставленої проблеми та досягнення потрібних результатів - виявлення найбільш важливих для аналізу показників впливу, визначення якісної складової по результатам аналізу ефективності енерговикористання дозволяє зробити комплексне використання емпіричних підходів аналізу та порівняння [50,51].

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.

1. Опис структури показників енергоефективності котелень

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

, 10210\* MERGEFORMAT (.)

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):

, 11211\* MERGEFORMAT (.)

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

- план виробництва тепла, Гкал.

• питома норма на відпуск теплової енергії (П3):

, 12212\* MERGEFORMAT (.)

де - план відпуску тепла, Гкал.

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

, 13213\* MERGEFORMAT (.)

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):

, 14214\* MERGEFORMAT (.)

де - витрати на освітлення ЦТП, Квт*год;

- час роботи, год.

• на освітлення котельні (П6):

15215\* MERGEFORMAT (.)

де - витрати на освітлення котельні, Квт*год.

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

, 16216\* MERGEFORMAT (.)

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):

, 17217\* MERGEFORMAT (.)

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 тахарактеризує 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):

, 18218\* MERGEFORMAT (.)

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):

19219\* MERGEFORMAT (.)

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):

20220\* MERGEFORMAT (.)

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):

21221\* MERGEFORMAT (.)

де - середньорічний коефіцієнт корисної дії, %:

22222\* MERGEFORMAT (.)

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):

23223\* MERGEFORMAT (.)

де - плановий обсяг виробництва теплової енергії заі-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.

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 якогоє значеннямиі-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:

. 24224\* MERGEFORMAT (.)

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:

, 25225\* MERGEFORMAT (.)

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]:

, 26226\* MERGEFORMAT (.)

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]:

. 27227\* MERGEFORMAT (.)

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:

. 28228\* MERGEFORMAT (.)

Зважаючи на нерівномірність теплопостачання протягом доби, сезону, року ефективність енерговикористання в СКТ залежить від вирішення задач планування та управління:

. 29229\* MERGEFORMAT (.)

Це дає змогу сформувати комплексну модель рівня енергоефективності СКТ, яка має структурований вигляд, що визначається типом задач:

. 30230\* MERGEFORMAT (.)

Залежно від глибини та напрямків проведення дослідження, які визначаються службою енергоменеджменту підприємства, аналізування енергоефективності виконується по кожній підзадачі або їх групі. Аналізування енергоефективності на основі (2.21) дає змогу виявити причини нераціональних витрат енергоресурсів, визначити «слабкі» місця в структурі та діяльності підприємства, скласти набір першочергових завдань для підвищення рівня енергоефективності.

4. Висновки

1. Енергетична ефективність підприємства теплопостачання, як складної енерготехнологічної системи розглядається з позицій якості функціонування всіх його об’єктів. Енергетичний бенчмаркінг ефективності енерговикористання базується на використанні сукупності показників та характеристик енергоефективності, які забезпечують опис технічного стану, ефективності організації режиму роботи та режиму електроспоживання системи і її структурних елементів.

1. Дослідження сучасних інструментів аналізу, побудовано з урахуванням спільної двомірної оцінки енергоефективності виробництва теплоносія за допомогою поєднання загальноприйнятих і запропонованих показників. Ці два типи показників характеристики виробництва є взаємодоповнюючими і їх спільне використання в управлінні енергоефективністю забезпечить розширену інформаційну базу для прийняття рішень на різних рівнях управління енергозбереження – корпоративному, галузевому й міжгалузевому.

2. Аналізуванняя основних критеріїв і показників ефективності виробництва, які в загальному вигляді були підрозділені на загальноприйняті та допоміжні (запропоновані), дозволяє сформулювати їхні переваги й недоліки. Використання тільки загальноприйнятих показників ефективності (ККД, питоме споживання і т.д.) дає можливість зробити певні висновки про окремі аспекти діяльності структурних елементів підприємства системи теплопостачання і динаміку їхніх змін, але, крім особливих випадків, не дозволяє надати загальну (інтегровану) оцінку енергоефективності підприємства як складної системи, що залежить від безлічі факторів, та ранжувати структурні елементи за рівнем енергоефективності. Використання багатокритеріальної оцінки суттєво підвищує ступінь комплексності енергоефективності виробництва. Однак протиріччя, що виникають при її визначенні, змушують шукати шляхи вдосконалення відповідної методології.