Admin

О системе энергетического менеджмента в стационарном хозяйстве ОАО «РЖД»

Инж. А. В. КРИЩЕНКО, канд. техн. наук С. Н. НАУМЕНКО



Энергетической стратегией ОАО «РЖД» [1] определены приоритетные задачи по энергосбережению на период до 2010 г. и на перспективу до 2020 г. Одна из них — коренное улучшение структуры управления на основе современных информационных технологий.

Сегодня в стационарном энергетическом хозяйстве Компании продолжает действовать оставшаяся от МПС и Госплана система лимитирования расходов топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). Структурным подразделениям сверху вниз устанавливают лимиты (предельные уровни) энергопотребления и по истечении отчетных периодов их сопоставляют с фактическими расходами. В случае перерасхода следуют управляющие воздействия, как правило, организационного характера.

В существующей системе нормирования отсутствуют механизмы контроля норм (деповских, цеховых, агрегатных) расходования ТЭР на линейном уровне управления, а нормативная база корректируется с большим запозданием при быстро изменяющихся условиях производственной деятельности (изменения в номенклатуре расходов, объемах работ, в технико-технологической оснащенности подразделений и пр.). Поэтому лимиты вынужденно устанавливают от достигнутого уровня потребления, а в течение отчетного периода они могут быть уменьшены исходя из текущих интересов Компании.

Такая система управления малоэффективна при рыночных отношениях. Она не несет в себе экономических стимулов к энергосбережению, инерционна, так как начинает реагировать, когда Компания уже понесла существенные потери. Процесс накопления этих потерь схематично показан на рис. 1. Из рисунка видно, что продолжительность периода исполнения основных функций управления начиная от сбора данных (учета), нормирования (лимитирования), контроля и анализа перерасходов ТЭР до начала реализации энергосберегающих мероприятий составляет более трех лет.



Вместе с тем в мировой практике имеется опыт создания эффективных, динамично развивающихся систем управления, оперативно реагирующих на присущие рыночной экономике частые структурные и производственные изменения. К ним относится система энергетического менеджмента (СЭМ).

Современный энергетический менеджмент представляет собой организационно выстроенный комплекс мероприятий, направленных на автоматизацию энергоучета, выявление и устранение нерациональных расходов ТЭР, а также на поддержание энергопотребления на технологически обоснованном уровне.

По сравнению с распространенными в настоящее время энергетическими аудитами и обследованиями подразделений, которые проводятся периодически и не гарантируют возврата вложенных на их выполнение средств, энергетический менеджмент имеет ряд преимуществ. Он позволяет осуществлять в Компании с многоуровневой системой управления функции непрерывного оперативного контроля над эффективностью использования ТЭР на уровне линейных подразделений, а на вышестоящих уровнях управления организовать автоматизированный мониторинг энергосберегающей деятельности.

Возможны различные формы организации СЭМ, но основной задачей любой из них является сокращение энергетических затрат. Решения достигаются на основе точных знаний о количестве и структуре потребления, о местах возникновения и величине нерационального расходования ТЭР с последующим формированием (на основе полученных знаний) целевых энергосберегающих проектов. Как результат — снижение энергетических затрат на западных предприятиях по меньшей мере на 5...15 % [2, 3].

В 2005 г. ВНИИЖТ совместно с компанией Envidatec GmbH (Германия) выполнил поисковую работу по организации системы энергетического менеджмента структурных подразделений ОАО «РЖД» на примере Экспериментального кольца, являющегося в энергетическом смысле достаточно хорошим аналогом крупного железнодорожного узла. Система энергоснабжения на Экспериментальном кольце отражает особенности энергоснабжения железнодорожных узлов и характеризуется наличием тяговой нагрузки переменного и постоянного тока, стационарных потребителей, транзитом тепловой энергии, переработкой и отпуском электрической энергии и воды сторонним потребителям. В связи с этим производственные условия Экспериментального кольца позволяют проводить комплексные исследования в области энергетического менеджмента и отрабатывать для Компании различные научно-методические и технические решения с последующим их внедрением на сети железных дорог.

Поисковая НИР была направлена на то, чтобы на базе отечественного и зарубежного опыта и с учетом структурной и технологической специфики ОАО «РЖД» разработать концепцию организации энергетического менеджмента Компании как уже коммерческой организации и апробировать ее положения на Экспериментальном кольце. Консультационная, техническая и информационная поддержка при решении данной проблемы была оказана фирмой Envidatec, специализирующейся на оптимизации энергопотребления компаний в странах Западной Европы.

Упомянутая выше специфика деятельности ОАО «РЖД» обусловлена разнородностью образующих инфраструктуру Компании объектов, что требует ряда специфических технических и информационных решений [4]. На железнодорожном узле расположены десятки предприятий, которые включают в свой состав собственные структурно-производственные подразделения (цеха и производственные участки) с присущими им технологическими процессами, структурой и режимами энергопотребления. В процессе производственной деятельности подразделений происходит основное расходование энергоресурсов и возникают непроизводительные потери. Суммируясь, они определяют величину потребления и эффективность использования ТЭР в масштабах стационарной энергетики предприятия, железнодорожного узла, служб, дорог и Компании в целом.

Существующая система управления по ряду причин не имеет возможности в достаточной мере контролировать эти процессы:

1) структурные подразделения находятся в административном подчинении разных служб;

2) между структурными подразделениями часто невозможно установить территориальную границу, в то же время они имеют единые централизованные системы энергоснабжения;

3) учет фактического потребления в большинстве случаев ведется только на опорных объектах энергоснабжения — тяговых подстанциях, водозаборах, в центральных тепловых пунктах или одновременно группой предприятий.

Поэтому одним из направлений повышения энергетической эффективности инфраструктуры Компании может стать концентрация функций управления в системе энергетического менеджмента, где в качестве базовых объектов рассматриваются железнодорожные узлы, линейные предприятия и их энергоемкие структурные производственные подразделения (цеха, производственные участки и т. п.).

Одновременно предстоит решить следующие ключевые задачи:

1) организация относительно недорогого, но эффективного инструментального технического учета;

2) разделение энергетических затрат между хозяйствующими субъектами;

3) контроль над технологически обоснованным и рациональным энергопотреблением;

4) поэтапное повышение энергетической эффективности отдельных производств и железнодорожного узла в целом.

Решение перечисленных задач должно осуществляться на основе автоматизированного учета энергетических и производственных показателей. Причем проведенные ранее исследования [5] показали неэффективность для структурных подразделений линейного уровня ОАО «РЖД» прямого (непосредственного) применения типовых схем автоматизированных систем контроля и учета потребления ТЭР (АСКУ ТЭР). Несмотря на то что типовые АСКУ ТЭР зарекомендовали себя с положительной стороны в других отраслях, для их функционирования в условиях ОАО «РЖД» требуются большие капвложения и значительные эксплуатационные расходы на содержание. Приемлемая эффективность этих систем может быть достигнута только на предприятиях с высоким энергопотреблением. Таких на сети дорог менее 10 % общего количества.

Поэтому для ОАО «РЖД» научно обосновано применение иной схемы, представленной на рис. 2. В ее основу положен известный принцип комплексного инструментального учета энергопотребления в структурных подразделениях линейного уровня. Однако в отличие от типовых систем основные вычислительные ресурсы и ее администрирование выводятся на уровень отделения или управления дороги, где обеспечивается централизованный сбор, первичная обработка, хранение и анализ данных с возможностью доступа к этим информационным ресурсам с линейных подразделений и с вышестоящих уровней управления. Эффективность такой схемы управления достигается за счет минимизации затрат на уровне многочисленных линейных подразделений ОАО «РЖД» и решения существующей сегодня проблемы нехватки на них высококвалифицированных специалистов в области энергосбережения. При этом максимально используются уже имеющиеся средства учета и дополнительно устанавливаются относительно недорогие приборы и датчики, а на уровне отделения, управления и ОАО «РЖД» образуется организационная структура энергетических менеджеров высокой квалификации, включающая в свой состав специалистов-технологов, аналитиков и экспертов в области энергопотребления. Их деятельность обеспечивается полученной отчетной и аналитической информацией и должна быть направлена на повышение энергетической эффективности предприятий различных служб.


Рис. 2. Схема организации системы энергетического менеджмента в ОАО «РЖД»:
1 — серверы связи, баз данных и прикладных программ; 2 — автоматизированные рабочие места энергоменеджеров


Важным моментом при создании СЭМ является образование соответствующей организационной управляющей структуры в отделениях и в управлении дороги (см. рис. 2), подчиненных, например, Управлению нормирования и планирования материальных ресурсов (ЦУНР) в ОАО «РЖД». Это даст возможность сконцентрировать на железной дороге усилия высококвалифицированного персонала по формированию и реализации эффективных организационных и малозатратных мероприятий, направленных на оперативное сокращение потерь ТЭР непосредственно в местах их зарождения, а также осуществлять действенный контроль над выполнением на линейных подразделениях разработанных энергетическими менеджерами предписаний по энергосбережению. Кроме того, непрерывный контроль со стороны энергетических менеджеров за результатами расходования ТЭР на линейных подразделениях позволит минимизировать негативное влияние «человеческого фактора» (например, сокрытие заинтересованными лицами нерационального расходования энергии и т. п.), повысит производственную и технологическую дисциплину эксплуатационного персонала.

Алгоритм выполнения энергоменеджмента по предложенной схеме представлен на рис. 3. Как было указано выше, в основе системы лежит автоматизированный сбор информации с точек учета энергопотребления. Далее осуществляется техническое нормирование (с учетом текущей производственной программы) и контролируются отклонения фактического энергопотребления от технологически обоснованного уровня. Это позволит оперативно выявлять места нерационального расходования ТЭР (непроизводительных потерь) и давать им экономическую оценку. Функции контроля также должны быть максимально автоматизированы.


Затем выполняется анализ расходования ТЭР, по результатам которого специалисты-эксперты в области оптимизации энергопотребления (энергетические менеджеры) разрабатывают программы повышения энергетической эффективности по следующим основным направлениям:

1) организационные и малозатратные мероприятия, например, в случае оперативного обнаружения и устранения неисправностей в энергетическом оборудовании, а также при наличии отклонений контролируемых параметров от заданных технологическими и режимными картами величин или нормативных значений;

2) кратко- или долгосрочные инвестиционные проекты, сбалансированные по местам возникновения, величине непроизводительных потерь, возврату инвестиций и т. п.

Не менее важным является то обстоятельство, что такая организация работы позволит оперативно контролировать удельные показатели расхода ТЭР на единицу продукции и своевременно корректировать нормативную базу энергопотребления.

Как показала практика (см. [3]), в результате непрерывного проведения указанных действий энергопотребление снижается. Этот факт фиксируется по показаниям счетчиков расхода энергии, анализируется, дается точная оценка эффективности энергосбережения, формируются новые рекомендации по оптимизации потребления энергии.

Таким образом, осуществляется полный цикл энергетического менеджмента, а в результате непрерывного повторения этих циклов (действий) потребление энергии выходит на технологически обоснованный уровень, соответствующий имеющимся техническим средствам, технологиям и условиям производства.

Для моделирования процесса организации и функционирования предлагаемой СЭМ на первом этапе было выполнено предварительное энергетическое обследование Экспериментального кольца. Установлено, что основной потенциал энергосбережения на объекте относится к потреблению тепловой энергии, электроэнергии и воды. Одновременно были определены первоочередные объекты, оптимизация энергопотребления которых могла бы дать наибольший эффект.

На втором этапе была организована система автоматизированного сбора данных (рис. 4). Это потребовало проведения практических мероприятий по установке технических средств автоматизации сбора и передачи данных VIDA-122 (Envidatec) и дополнительных датчиков для учета энергетических параметров. При этом максимально использовались уже имеющиеся на кольце приборы учета.



С помощью дополнительного оборудования удалось расширить учет параметров энергопотребления, проводить регистрацию данных с 15-минутным интервалом времени и автоматически передавать их по каналам GSM на центральный сервер для последующей обработки, накопления и анализа. По запросу пользователей результаты анализа поступали посредством сети передачи данных (Internet) на автоматизированные рабочие места (АРМ энергоменеджера) и визуализировались на экранах мониторов в виде таблиц, диаграмм и графиков. В случае необходимости выполнения дополнительного (нестандартного) анализа энергопотребления делался запрос на передачу исходных данных по интересующему объекту с последующей их обработкой непосредственно на автоматизированном рабочем месте и применением соответствующих программных средств (MS Office, Statistica и т. п.).

Следует отметить, что реализация упомянутой выше концепции комплексного автоматизированного учета и технического анализа данных на базе центрального сервера и удаленного доступа к информационным ресурсам с автоматизированных рабочих мест позволила существенно (не менее чем в 2 раза) сократить затраты на организацию модели СЭМ по сравнению с типовыми схемами АСКУ ТЭР. Например, учет количества теплоты на Экспериментальном кольце осуществлялся по расходомерам теплоносителя (воды) и датчикам температуры, а функции дорогостоящего тепловычислителя были возложены на серверную часть системы. При этом устройства сбора и передачи данных (VIDA-122) были задействованы одновременно для учета различных видов энергоресурсов и энергетических параметров.

Проведенная работа дала возможность оценить непроизводительные потери ТЭР, которые не выявляются при действующем контроле над энергопотреблением.

В частности, исследованы параметры режимов теплоснабжения Экспериментального кольца, отдельные результаты которого представлены на рис. 5 в виде экспериментальных зависимостей и гистограмм. По результатам исследования можно сделать вывод, что даже посуточные учет и нормирование тепловой энергии не позволяют в большинстве случаев отслеживать непроизводительные потери энергии (см. рис. 5, а). В случае почасового учета были получены экспериментальные зависимости, отображающие резкопеременные режимы теплоснабжения кольца (см. рис. 5, б). Такие режимы свидетельствуют о нерациональном использовании тепловой энергии, в данном случае по вине ее поставщика — городской котельной. Они ведут к ускоренному износу теплосети и повышают вероятность возможных аварий. При более детальном рассмотрении режимов теплоснабжения на протяжении одних суток (см. рис. 5, в) видно, что в ночное нерабочее время наблюдается значительное (на 17 %) превышение подачи тепла по отношению к среднесуточному значению. Это указывает на наличие так называемых перетопов в зданиях Экспериментального кольца. Иными словами, нерациональное сжигание топлива в котельной компенсируется «экономией» от недопоставок тепла; причем общее количество топлива, расходуемого в течение суток, равно нормативному значению.



Накопление и анализ данных в течение одного отопительного сезона позволяют заключить, что городская котельная часто не соблюдает температурные режимы подачи тепла на Экспериментальное кольцо и оно несет убытки. Например, тепловой поток, идущий от котельной, при одной и той же температуре на улице в минус 5 градусов (см. рис. 5, г) отличается в разные дни в три раза при прочих равных условиях.

Упомянутая проблема особо актуальна для ОАО «РЖД». Системы теплоснабжения изначально проектировались с учетом регулирования режимов теплоснабжения на стороне собственных теплогенерирующих установок, однако в процессе реформирования отрасли многочисленные котельные были переданы на баланс муниципальных образований. В силу указанных обстоятельств решение проблемы регулирования подачи теплоты может быть достигнуто одним из двух способов:

1) коренной модернизацией систем теплоснабжения линейных подразделений (наиболее затратный способ);

2) организацией оперативного контроля над соблюдением энергоснабжающей организацией договорных отношений на основе легитимных данных энергоучета в рамках системы энергетического менеджмента (наименее затратный способ).

Аналогичные проблемы имеют место во взаимоотношениях с поставщиками других видов энергии и воды.

Практическая реализация элементов технического учета и анализа энергетических параметров в отдельных зданиях позволила контролировать и оценивать уровень нерационального электропотребления. На рис. 6 показано, что посредством датчиков, установленных на насосной станции, фиксировалось значительное превышение температуры от технологически обоснованного уровня. Установка в здании насосной станции простейшей системы регулирования электроотопления окупилась бы в течение одного месяца и смогла бы сэкономить до 58 % электроэнергии, расходуемой на его обогрев. Следует отметить, что при наличии автоматического регулирования температуры подобные отклонения оперативно укажут на выход из строя системы автоматики.



Приведенные примеры наглядно показывают, каким образом при организации СЭМ может постоянно контролироваться технологически обоснованное потребление электроэнергии.

По результатам выполненной работы определено, что Экспериментальное кольцо располагает большим потенциалом для энергосбережения (как минимум 15...20 %), а на основе предлагаемой организации СЭМ возможны оперативное выявление нерациональных расходов ТЭР, их экономическая оценка, последующее планирование энергосбережения и, следовательно, снижение эксплуатационных затрат.

Заключение. 1. В современных условиях, характеризующихся постоянным ростом тарифов на энергоресурсы, высоким уровнем расходования ТЭР в стационарном хозяйстве и существенным потенциалом энергосбережения, целесообразно проведение коренной реорганизации существующей системы управления энергопотреблением за счет внедрения более эффективной системы энергетического менеджмента.

Главной целью системы является сокращение затрат на расходуемые энергоресурсы и поддержание энергопотребления в инфраструктуре Компании на технологически обоснованном уровне.

2. В качестве основных объектов управления должны рассматриваться железнодорожные узлы и линейные структурные подразделения различных служб. Для этого предлагается создание в отделениях и управлениях железных дорог организационной управляющей структуры энергетических менеджеров с координацией ее работы Управлением нормирования и планирования материальных ресурсов ОАО «РЖД».

3. Функционирование системы энергетического менеджмента должно базироваться на автоматизированном коммерческом и техническом учете энергопотребления, научно обоснованных технических нормах, отражающих реальный уровень рационального потребления энергоресурсов в подразделениях, а также на аналитическом аппарате, посредством которого возможно оптимизировать технические решения и финансовые ресурсы по наиболее эффективным для Компании направлениям энергосбережения.

Список литературы

1. Энергетическая стратегия железнодорожного транспорта на период до 2010 г. и на перспективу до 2020 г./ Утв. ОАО «РЖД» от 01.10.04 № 920.

2. Франк Т. Практика энергетического менеджмента // Энергосбережение. 2006. № 3. С. 32...35.

3. Морт Т. Энергосбережение как процесс // Электронный журнал энергосервисной компании «Экологические системы» (ЭСКО). 2003. № 7. С. 19...23.

4. Косарев А. Б., Котельников А. В. Решение проблемы энергосбережения на железнодорожном транспорте // Научно-практическая конференция «Роль ВНИИЖТ в развитии и повышении эффективности работы инфраструктуры и подвижного состава ОАО «РЖД» (к первой годовщине образования ОАО «РЖД»). М.: Интекст, 2005. С. 64...69.

5. Крищенко А. В., Науменко С. Н. Применение современных информационных технологий в управлении потреблением топливно-энергетических ресурсов на линейных подразделениях железных дорог / Сер. «Информационные технологии на железнодорожном транспорте». ЭИ/ЦНИИТЭИ. 2005. Вып. 1. С. 9...16.