CC BY
158
УДК 621.311
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УДЕЛЬНОГО РАСХОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСХОДОВ ВОДЫ В СИСТЕМАХ ГОРОДСКОГО ВОДОСНАБЖЕНИЯ
Н. В. ГРУНТОВИЧ
ООО «Центр научно-прикладных проблем энергетики», г. Гомель, Республика Беларусь
А. А. КАПАНСКИЙ
Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет имени П. О. Сухого», Республика Беларусь
Введение
Выполнение комплекса организационных и технических мероприятий, направленных на повышение энергоэффективности (ЭЭФ) производства и снижение энергоемкости услуг водоснабжения, всегда остается актуальной задачей в современных условиях функционирования жилищно-коммунального сектора Республики Беларусь. С этой целью сотрудники ЖКХ ежегодно проводят внедрение современных энергосберегающих технологий, снижают технологические расходы воды водозаборных сооружений и утечки в трубопроводных сетях.
На государственном уровне регулирование ЭЭФ услуг водоснабжения осуществляется с использованием механизма нормирования расходов топливно-энергетических ресурсов [1], в соответствии с которым коммунальным организациям устанавливают прогрессивные нормы расхода электроэнергии (ЭЭ), направленные строго на снижение удельного расхода ЭЭ. Значимость государственного контроля в повышении ЭЭФ производства объясняется необходимостью совершенствования системы тарифного регулирования коммунальных услуг, в состав которой входит удельная энергетическая составляющая затрат.
В практических условиях работы городских водоснабжающих организаций было замечено, что снижение технологических расходов воды при подъеме, транспортировке и водоподготовке приводит к росту удельного расхода ЭЭ, несмотря на общее снижение электропотребления. В связи с этим целью работы является разработка метода, позволяющего производить оценку удельного расхода ЭЭ при изменении технологических расходов воды в системе городского водоснабжения.
Удельный расход электроэнергии в структуре затрат на производство услуг водоснабжения
Планирование себестоимости услуг является одним из основных этапов составления финансового плана организации ЖКХ [2]. При планировании себестоимости, в частности, при расчете затрат по каждой статье должны учитываться две группы факторов:
- факторы, повышающие себестоимость, к одним из которых относят индексы изменения цен на энергоресурсы;
- факторы, понижающие себестоимость. Данная группа факторов характеризует реализацию мероприятий по энерго-, ресурсосбережению и др.
Оценка второй группы факторов производится по удельному расходу ЭЭ, который является частью себестоимости продукции и доходит до 25 % в составе затрат на производство услуг водоснабжения (рис. 1).
Расходы на оплату труда 37,3 %
Амортизация 15,7 %
Прочие расходы 10,1 %
Налоги 7,0 %
Материалы 3,2 %
Топливо 1,4 %
Электроэнергия 25,3 %
Рис. 1. Удельный вес затрат на электроэнергию в составе затрат на производство услуг водоснабжения
При планировании себестоимости и формировании тарифов на оказываемые услуги водоснабжающих предприятий может возникнуть ряд проблем. Поскольку текущая система нормирования удельного расхода ЭЭ не позволяет учитывать повышение себестоимости за счет увеличения удельного веса условно-постоянных расходов ЭЭ в общем электропотреблении, то при сокращении реализации основных видов услуг (водоснабжения) это может сказаться на итоговой доходности предприятия и недополучении прибыли [2].
Еще одна из проблем возникает при отнесении энергозатрат к единице оказываемой услуги, как того требует Положение по нормированию [3]. К таким услугам в системе водоснабжения относятся объемы воды, которые подаются непосредственно потребителю. Однако на практике эту величину своевременно и точно определить невозможно, в связи с чем удельный расход ЭЭ рассчитывается на 1000 м воды, поднятой из природных источников (скважин).
Так, для системы городского водоснабжения при объеме поданной воды потребителю Q2 = 41996 тыс. м3/год и удельном расходе ЭЭ ^удб2 = 756 кВт • ч/тыс. м3 обобщенные затраты ЭЭ в системе водоснабжения можно представить в виде площади, ограниченной прямоугольником Sefhd, приведенным на рис. 2. Площадка Sabcd представляет
собой затраты ЭЭ, отнесенные к объемам поднятой из скважин воды, которые составляют Qj = 45050 тыс. м3/год с удельным расходом ЭЭ w^ = 705 кВт • ч/ тыс. м3, причем Sefhd = Sabcd.
Поскольку объемы поднятой из скважин воды Q1 больше объемов поданной потребителю Q2 на величину технологических расходов Q^, то и значение удельного расхода ЭЭ при отнесении общего электропотребления к величине поднятой воды w^ оказывается значительно ниже удельного расхода ЭЭ при отнесении этих
же затрат ЭЭ к объемам поданной воды w^. Разница расходов Qj и Q2 определяет технологические затраты воды Q^ = 3054 тыс. м3, а площадка Sagfe, равная Sgbch, расход ЭЭ на технологию.
Удельный расход ЭЭ, отнесенный к объемам поданной воды — 756 кВт-ч/тыс. м3
800 700 600 -500 -400300 -200100 -0
Удельный расхода ЭЭ, отнесенный к объемам поднятой воды — 705 кВт-ч/тыс. м3
а
Модель удельного расхода ЭЭ, отнесенная к объемам поданной воды
Модель удельного расхода ЭЭ, отнесенная к объемам поднятой воды
Объем воды, поданной потребителю — 41996 тыс. м3
Технологический расход воды — 3054 тыс. м3
Объем воды, поднятый из скважин — 45050 тыс. м3
0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000 Объем воды, тыс. м3/год
Рис. 2. Сравнение удельных затрат ЭЭ при отнесении общего электропотребления к объемам поднятой и поданной воды в системе городского водоснабжения
Разница удельных расходов ^удб2 и ^удй, которая в рассматриваемом примере
составляет 6,7 %, должна учитываться при формировании себестоимости услуги водоснабжения. В противном случае все затраты ЭЭ, связанные с потреблением воды на промывку фильтров станции обезжелезивания, дезинфекцию и промывку скважин, профилактическую очистку резервуаров и т. д., не будут отражены в цене за 1 м3 воды и спишутся на статьи затрат предприятия. Стоит отметить, что большинство водо-снабжающих предприятий при планировании себестоимости учитывают не величину удельного расхода ЭЭ, а фактическое значение денежных средств на закупку ЭЭ.
Анализ влияния технологических расходов воды на формирование удельного расхода электроэнергии
В общем виде затраты ЭЭ в системе водоснабжения аналитически представляются суммой расходов ЭЭ на работу станций 1-го и 2-го подъемов, а также прочих общепроизводственных нужд, принимаемых в расчетах условно-постоянными [4], [5]:
Ж = Щ + Щ + ЖуСл.п = <}Техй + <}Тех& + Жусл.п, (1)
где Щ - расход ЭЭ, затрачиваемый на подъем воды, тыс. кВт • ч; Ж2 - расход ЭЭ, затрачиваемый на подачу воды, тыс. кВт • ч; Жуслп - условно-постоянный расход ЭЭ,
тыс. кВт • ч; ж|,д}тех - удельный технологический расход ЭЭ станции 1-го подъема
воды, кВт • ч/тыс. м3; ^{д}тех - удельный технологический расход ЭЭ станции
2-го подъема воды, кВт • ч/тыс. м3.
Схема движения энергетических потоков в системе водоснабжения приведена на рис. 3.
Насосная станция 1-го подъема
Станция обезжелезивания
Насосная станция 2-го подъема
Расход ЭЭ на технологию, Ш тех 1 Л 1 Расход ЭЭ на подачу воды, Ш 2 Объем, поданной о воды, Q2
лГ
Рис. 3. Схема движения энергетических потоков водозабора
При определении степени влияния технологических расходов воды на удельные расходы ЭЭ предполагается, что объемы воды, поданные потребителю ^, неизменны (жестко заданы потребителем), после чего:
1. Определяются средневзвешенные удельные расходы ЭЭ насосных станций 1-го и 2-го подъемов:
ж
_
уд.тех
= 2 wушQср ч1 / ^ \ Qср.чi , I=1
(2)
I=1
где 2 - индекс, характеризующий уровень подъема воды; жуд| - удельный расход ЭЭ 1-го насосного агрегата (НА), кВт • ч/тыс. м3; Qсрчi - средний часовой расход воды НА, м3/ч; п - количество насосных агрегатов в группе исследуемого уровня подъема воды.
2. Устанавливается связь между объемами поднятой и поданной воды:
& = IШ = Q2 + Qтех.
(3)
Проведенные исследования позволили установить практически линейную взаимосвязь между объемами поднятой и поданной воды, которая представлена на корреляционном поле (рис. 4).
135 -1
СП 130 -
о
Л н 125
У Ч п 120 -
я
5! и 115
о с 110
105
104
109 114 119
Подача воды, тыс. м3
Рис. 4. Графическое определение взаимосвязи между объемами поднятой и поданной воды
3. Определяется аналитическая зависимость удельного расхода ЭЭ при отнесении затрат ЭЭ к объемам поднятой воды:
W w°} а + wm Q2 + W
_ w _ уд.тех^:, 1 уд.тех^:, 2 ус
= а = Q1
'' уд.техг^i уд.техг^2 усл.п , л\
WygQ. =^Т = —-Т2-—. (4)
Упрощая формулу (4) с учетом (3), получим:
wm Q W
уд.техХ^тех + ус Q2 + Qex Q2 + Qтех
{1} . {2} уд.техг^тех "усл.п
w ^ = w + w--—--1-----(5)
уа01 "та.тех 1 "та.тех ^ ^ ^ ' V~V
4. Определяется аналитическая зависимость удельного расхода ЭЭ при отнесении затрат ЭЭ к объемам поданной воды:
W = WУ2}теxQl + WУ2}теxQ2 + Wyсл.п
Q2 Q2
"" уд.техкС* 1 уд.техкС* 2 усл.п
WУ2Q2 = — =-уд-. (6)
Упрощая выражение (6) с учетом (3), получим:
w0} Q W
уд.техХ^тех + ус
Q Q2
{1} . {2} . уд.техг^тех "усл.п ,-п\
w Q = ww + w{ ' +—---1—-—. (7)
уд^ уд.тех уд.тех ^^ У '
Анализируя полученные выражения, можно сделать вывод:
1. При отнесении затрат ЭЭ к объемам воды, поднятой из скважин, уменьшение технологических расходов воды приводит к увеличению удельного расхода ЭЭ вследствие снижения отрицательной составляющей wУ2}теxQтеx /(Q2 + QTCx) выражения (5) и роста положительной составляющей Wyслп /(Q2 + QTCx).
2. При отнесении затрат ЭЭ к объемам воды, поданной потребителю, уменьшение технологических расходов воды приводит к снижению удельного расхода ЭЭ вследствие уменьшения положительной составляющей wУ2}теxQтеx / Q2.
Таким образом, анализ полученных зависимостей позволяет сделать вывод, что при отнесении затрат ЭЭ к объемам поднятой воды, так как это делается на текущий момент в системе водоснабжения, наблюдается низкая мотивационная заинтересованность снижения технологических расходов воды работниками энергослужб, поскольку это приводит к росту удельного расхода ЭЭ, несмотря на общее снижение электропотребления.
Доля технологического расхода воды в общем объеме поднятой воды, %, определяется по следующему выражению:
Q™% = 100 = Q™ 100 %. (8)
Q1 Q2 + QTCx
Степень изменения удельного расхода ЭЭ, %, определяется по выражению
w
Wy2% = 100%, (9)
где w^ - удельный расход ЭЭ при i-м значении технологического расхода воды, кВт • ч/ тыс. м3; w 0 - удельный расход ЭЭ при отсутствии технологического расхода воды, кВт • ч/тыс. м3.
Степень изменения удельного расхода электроэнергии от доли объемов технологического расхода в общем объеме поднятой воды представлена на рис. 5 и сведена в таблицу.
Оценка степени влияния технологических затрат воды на удельный расход ЭЭ
Доля технологического расхода в общем объеме поднятой воды, % Степень изменения удельного расхода ЭЭ при отнесении затрат ЭЭ к объемам поднятой воды, % Степень изменения удельного расхода ЭЭ при отнесении затрат ЭЭ к объемам поданной воды, %
6,8 103,5 96,5
5,7 102,9 97,0
4,7 102,4 97,6
3,6 101,8 98,2
2,4 101,2 98,7
1,3 100,6 99,3
0 100 100
о и о К Л
н
Ч ¿4
^ с
« О § ^
К « и о
СП О
К й Л Л
н О
104% -|
102% -
100%
98% -
96% -0%
1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% Доля технологического расхода в общем объеме поднятой воды, %
Рис. 5. Динамика удельного расхода ЭЭ при изменении доли технологических расходов в общем объеме поднятой воды:
-о--при отнесении затрат ЭЭ к объемам поданной воды;
~~О— - при отнесении затрат ЭЭ к объемам поднятой воды
Зависимость степени изменения удельного расхода ЭЭ от доли технологических расходов воды определяется путем линейной аппроксимации и принимает следующий вид:
- при отнесении затрат ЭЭ к объемам поднятой воды Q\:
=1 -0,52 • а
тех* >
- при отнесении затрат ЭЭ к объемам поданной воды Q2:
ж
удй'
= 1 + 0,52 • Q
т
(10)
(11)
Приведем пример использования разработанного метода. За 2013 г. предприятием было поднято 45050 тыс. м3 воды, при этом подано потребителю - 41996 тыс. м3. Технологический расход воды составил:
Qтех = Q1 - Q2 = 45050 - 41996 = 3054 тыс. м3.
Доля технологических расходов в общем объеме поднятой воды составила:
_ в ~ в2 _ 45050 - 41996 _ 3054
втех* ~ 1 2 _-_-_ 0,068, или 6,8 %.
0 45050 45050
Фактический удельный расход электроэнергии при этом составил
(1) уда
в _ 705,0 кВт • ч/1000 м3. Степень изменения удельного расхода ЭЭ составила:
_ 1 - 0,52 • 0тех* _ 1 - 0,52 • 0,068 _ 0,965, или 96,5 %.
Удельный расход ЭЭ при отсутствии технологического расхода воды на основании формулы (9) составит:
™ _ 100 _ 7050100 _ 730,6 кВт • ч/тыс. м3. уд0 96,5 '
Рассмотрим, как изменится норма расхода ЭЭ при уменьшении доли технологических затрат на 4,5 % (с 6,7 до 2,3 %) до величины 1000 тыс. м3. Степень изменения удельного расхода составит:
_ 1 - 0,52 • 0тех* _ 1 - 0,52 • 0,023 _ 0,988.
(2) удв1*
Определим долю снижения удельного расхода ЭЭ от базового (нулевого значения): А^уд _ ^ - ^удв1* _ 1 - 0,988 _ 0,012, или 1,2 %.
Тогда прогнозное значение удельного расхода ЭЭ составит:
^(2)уда _ ^уд0 - ^уд0 • А^уд _ 730,6 - 0,012 • 730,6 _ 721,8 кВт • ч/тыс. м3.
На рис. 6 приведена номограмма изменения удельного расхода ЭЭ при снижении
3
технологического расхода воды с 3054 до 1000 м .
Заключение
В результате проведенного исследования можно сделать следующие выводы и рекомендации:
1. Удельный вес затрат на электроэнергию в составе затрат на производство услуг городского водоснабжения доходит до 25 %.
2. Существующая система нормирования расходов электроэнергии в системах водоснабжения, предусматривающая отнесение энергозатрат к объемам поднятой из скважин воды, не отражает затраты электроэнергии на технологические нужды водозаборов при формировании цены на 1 м3 воды.
3. При отнесении затрат электроэнергии к объемам поднятой воды наблюдается низкая мотивационная заинтересованность снижения технологических расходов воды работниками энергослужб, поскольку это приводит к росту удельного расхода ЭЭ, несмотря на общее снижение электропотребления. В среднем снижение технологических расходов воды на 1 % приводит к росту удельного расхода ЭЭ на 0,52 %.
4. Предложен метод, позволяющий прогнозировать удельный расход электрической энергии в системе водоснабжения при изменении объемов технологических расходов воды.
5. Результаты исследований могут использоваться водоснабжающими организациями как обоснование роста удельных расходов электроэнергии при снижении технологических расходов воды.
Удельный расхода ЭЭ, отнесенный к объемам поднятой воды — 705 кВт-ч/тыс. mj
Объем воды, м^1
Модель расхода ЭЭ, отнесенная Объем воды, поднятый к объемам поднятой воды
из скважин — 45050 тыс. м3
50000
= 3054 тыс. м3
^ %
Удельный расход ЭЭ, отнесенный к объемам поданной воды — 756 кВт ч/тыс. м
40000
30000
20000
10000 0
^ Объем воды, поданной потребителю - 41996 тыс. м3
Модель расхода ЭЭ, отнесенная к объемам поданной воды
Расход ЭЭ W = 31758 кВт-ч
700 750 800 850 900 950 1000 1050 Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/тыс. м3
18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000 32000 34000 Расход электроэнергии, кВт-ч
а)
Объем воды, м3
Удельный расхода ЭЭ, отнесенный к объемам поднятой воды — 721,8 кВт-ч/тыс. м3
I Модель расхода ЭЭ, отнесенная
А Объем воды, поднятый к объемам поднятой воды
50000
из скважин — 42996 тыс. м
£>тех = 1000 тыс. м3 40000 к Объем воды,
К
Удельный расход ЭЭ, отнесенный к объемам поданной воды — 739 кВт-ч/тыс. м3
И
30000
20000
10000 о
потребителю 41996 тыс. м
Модель расхода ЭЭ, отнесенная к объемам поданной воды
Расход ЭЭ W =31034 кВт- ч
/
/
700 750 800 850 900 950 1000 1050 Удельный расход электроэнергии, кВт-ч/тыс. м3
18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000 32000 34000 Расход электроэнергии, кВт-ч
б)
Рис. 6. Номограмма удельного расхода ЭЭ при изменении объемов технологических расходов воды: а - при технологическом расходе 3054 тыс. м3; б - при технологическом расходе 100 тыс. м3
tö
tq
n ¡
I
n
s
i
sr. •
Sb Kí 0\
Литература
1. Грунтович, Н. В. Расчетно-аналитический метод нормирования расходов электрической энергии в технологических система водоснабжения и водоотведения / Н. В. Грунтович, А. А. Капанский // Вестн. Гомел. гос. техн. ун-та им. П. О. Сухого. - 2015. - № 2. - С. 70-79.
2. Об утверждении методических рекомендаций по планированию, учету производственных затрат и калькулированию себестоимости услуг (продукции, работ) в жилищно-коммунальном хозяйстве : приказ М-ва жилищ.-коммун. хоз-ва Респ. Беларусь от 27 авг. 2010 г. № 126 а. - Минск, 2010.
3. Положение по нормированию расхода топлива, тепловой и электрической энергии в народном хозяйстве республики. - Минск, 2002.
4. Грунтович, Н. В. Развитие методического обеспечения диагностирования и прогнозирования энергоэффективности технологических систем водоснабжения и водоотведения / Н. В. Грунтович, Д. Р. Мороз, А. А. Капанский // Энергоэффективность. - 2015. - № 1. - С. 20-23.
5. Грунтович, Н. В. Экспериментальные методические рекомендации по расчету норм расхода ТЭР в системах водоснабжения и водоотведения Республики Беларусь / Н. В. Грунтович, Н. В. Грунтович, А. А. Капанский ; под ред. зам. Министра жилищ.-ком. хоз-ва Респ. Беларусь А. В. Шагуна. - Минск, 2015. - 97 с.
Получено 28.06.2016 г.
