CC BY
49
Энергоресурсосбережение и энергоэффективность ^^ 21 =
УДК 620.92.004.14:681.3.06
Информационная поддержка мониторинга реализации энергосберегающих мероприятий в бюджетных отраслях экономики
А. В. Бобряков,
доктор технических наук, доцент, заведующий научно-исследовательской лабораторией,
профессор ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)»
А. И. Гаврилов,
заместитель заведующего кафедрой филиала ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Смоленске
А. Н. Штык,
кандидат технических наук, доцент, проректор по административно-хозяйственной работе ГОУ ВПО
«МЭИ (ТУ)»
Освещаются некоторые вопросы разработки методической базы для создания систем мониторинга энергосберегающих мероприятий в бюджетных отраслях экономики. Описаны архитектурные решения для реализации специализированной информационной системы мониторинга.
Ключевые слова: энергосбережение, энергосберегающее мероприятие, энергосберегающий проект, показатели и индикаторы мониторинга, информационная система мониторинга.
Введение
Энергосбережение является одним из приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации [1]. Обозначенная государством глобальная научно-техническая проблема повышения эффективности использования энергоресурсов, без результативного решения которой затруднены экономический рост, повышение жизненного уровня населения, сохранение энергетической безопасности страны, в бюджетной сфере трансформируется в повышение эффективности энергообеспечения всех отраслей этой сферы и связанной с этим повышением эффективности использования бюджетных средств на оплату топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и реализацию передовых отечественных и мировых энергосберегающих мероприятий и технологий в условиях специфики бюджетного финансирования.
Решение основных задач энергосбережения в бюджетной сфере, поставленных в Федеральном законе № 261-ФЗ [2], невозможно без создания и внедрения на всех уровнях управления систем мониторинга реализации как отдельных программных мероприятий, так и программ энергосбережения в целом.
Эффективность функционирования систем мониторинга реализации энергосберегающих мероприятий и программ энергосбережения во многом определяется наличием и функциональными возможностями применяемых средств информационной поддержки (информационных систем), позволяющих автоматизировать основные производственные процессы, обеспечить более полное использование первичной информации, упорядочить информационные потоки
и реализовать сложные процедуры информационной поддержки принятия стратегических и тактических управленческих решений.
В настоящее время в бюджетной сфере экономики России информационные системы мониторинга названного класса не применяются, однако начало масштабных работ по энергосбережению в бюджетных отраслях (в частности, в Рособразовании в рамках Федеральной целевой программы развития образования на 2006-2010 годы предусмотрено выполнение образовательными учреждениями энергосберегающих мероприятий и проектов по восьми направлениям) требует решения вопросов их создания и внедрения.
Разработка средств информационной поддержки мониторинга реализации энергосберегающих мероприятий в бюджетных отраслях экономики предполагает решение следующих основных вопросов:
- разработка методической базы создания систем мониторинга: системы индикаторов и показателей мониторинга; методов решения задач обработки информации и поддержки принятия решений в системе мониторинга; алгоритмической базы статистической и аналитической обработки первичной статистической информации;
- разработка общей архитектуры и структур функциональных элементов специализированной информационной системы мониторинга; реализация на основе принятых архитектурно-структурных решений баз данных и программного обеспечения информационной системы.
Щ5Ш5Я2М®;
В статье кратко описаны основные результаты проекта по разработке отраслевой информационной системы мониторинга реализации энергосберегающих мероприятий, выполненного Московским энергетическим институтом (техническим университетом) в интересах Рособразования.
Разработка методической базы создания
системы мониторинга
Основными целями мониторинга реализации энергосберегающих мероприятий и проектов в бюджетных отраслях экономики являются качественная и количественная оценка текущего состояния и прогнозирование динамики их реализации, а также комплексная оценка состояния эффективности отраслевого энергосбережения и энергопотребления.
Важнейшим задачей разработки методической базы создания отраслевой системы мониторинга является разработка системы индикаторов и показателей мониторинга, основные требования к которой можно сформулировать следующим образом:
1. Поскольку проектируемая система мониторинга обеспечивает мониторинг не только отдельных энергосберегающих мероприятий и проектов, выполняемых подведомственными образовательными учреждениями, но и отраслевой программы энергосбережения в целом, то, соответственно, система показателей и индикаторов должна позволять оценить влияние результатов выполнения отдельных проектов на результаты выполнения программы в целом.
2. Показатели мониторинга должны иметь базу для сопоставления (в том числе план/факт), т.е. коррелировать с показателями, применяемыми при формировании статистической базы мониторинга и перечня первоочередных проектов. Кроме того, система показателей должна обеспечивать формирование входного информационного массива для решения задач комплексного анализа состояния энергосбережения в отрасли.
3. Показатели мониторинга энергопотребления объектов бюджетной сферы должны обеспечивать возможность получения оценок ключевых индикаторов энергосбережения отрасли [3].
4. Различным задачам управления энергосбережением должны соответствовать различные совокупности показателей, а значения показателей должны определяться по степени реализации каждой из задач.
5. Структура системы показателей должна отражать структуру рассматриваемого процесса, а сами показатели должны отражать весь спектр выполняемых в ходе исследуемого процесса функций и при необходимости давать оценку разностороннего характера действий составных частей исследуемой системы.
6. Система показателей эффективности должна всесторонне и достоверно характеризовать исследуемые процессы с полнотой, определяемой целями управления, быть инвариантной к составу подведомственных объектов и не зависеть от внешних факторов, влияющих на объемы отраслевого энергопотребления (продолжительность отопительного периода и температура наружного воздуха в различных климатических регионах страны).
7. Показатели системы не должны выводиться друг из друга обычными преобразованиями, а основываться на независимых или слабо коррелированных характеристиках процессов и нести новую информацию.
8. Хотя бы один показатель из системы должен быть чувствителен к изменению характеристик условий протекания процесса, состояния системы и качества выполнения любой из функциональных задач процесса.
Применение известных наборов показателей и индикаторов, например используемых в задачах энергетического аудита [4], оказывается нецелесообразным из-за информационной избыточности известных наборов показателей и индикаторов для решения задач экспресс-анализа реализации проектов, невозможности сбора текущих значений показателей от подведомственных учреждений, реализующих энергосберегающие мероприятия, в заданные сроки и с допустимыми затратами; из-за информационной недостаточности известных наборов показателей и индикаторов для решения комплексных задач мониторинга (в том числе оценки состояния эффективности процессов отраслевого энергосбережения и энергопотребления) и неоптимальной (в целом ряде аспектов) структуры наборов показателей и индикаторов.
При разработке системы индикаторов и показателей для решения задач мониторинга энергосберегающих проектов выделены следующие группы информационных объектов: подведомственное учреждение (ПУ); энергосберегающее мероприятие (или проект); отраслевая программа энергосбережения; регион, в котором расположено ПУ.
Кроме того, показатели, входящие в систему, разделены на следующие основные группы: технические, организационные, экономические.
Для реализации системы мониторинга разработана иерархическая модель показателей и индикаторов, в которой на нижних уровнях модели используются первичные и агрегированные показатели, а на верхнем уровне - множество индикаторов, которые могут быть интерпретированы и/или использованы для дальнейшего анализа во внешней системе поддержки принятия решений.
Расчет агрегированных показателей и индикаторов выполняется непосредственно в системе мониторинга с использованием специальных методов расчета на основе значений первичных показателей. Важнейшими особенностями разработанных мето-
Ш51ШШШ
дов расчета являются возможность получения достоверных экспресс-оценок хода реализации конкретных проектов, а также сопоставимость полученных агрегированных показателей и индикаторов для различных подведомственных учреждений, регионов и т.д. Например, обеспечена сопоставимость показателей и индикаторов, использующихся для оценки эффективности процессов теплопотребления в отношении подведомственных учреждений, находящихся в различных климатических зонах. Так, в качестве индикатора эффективности отраслевых процессов теплопотребления используется средневзвешенный по отрасли удельный расход (относительно строительных объемов/площадей) теплоты на одни градусо-сутки, вычисляемый согласно выражению
(1)
где - теплопотребление т-го ПУ, присоединен-
тщ ^
ного к централизованному теплоснабжению от п-го поставщика в j-м месяце; Угт - объем г-го здания т-го ПУ; А^ - средневзвешенная разница температур внутри здания и снаружи для г-го здания в j-м месяце; Tj - продолжительность отопительного периода в j-м месяце; В - расход и-м котлоагрегатом реально
и
используемого топлива в ^-м месяце; средний удельный расход условного топлива на выработку единицы тепловой энергии;
и ~ низшая теплотворная способность реально используемого топлива и условного топлива;
и Lvh - удельные потери теплоты и длины теплопроводов, имеющих разные диаметры, способы прокладки; втп - коэффициент тепловых потерь; тс - время работы сети.
При суммировании учитывают теплопотребление за месяц ^=1+12) от разных поставщиков (п=1+^ в зданиях (г=1+!) ПУ, теплоснабжение которых осуществляется по централизованной схеме (т=1+М) или по автономной схеме (р=1+Р).
Введенный индикатор удовлетворяет всем вышеперечисленным требованиям: отражает суть процесса теплопотребления; не зависит от суммарного строительного объема подведомственных учреждений (т.е. инвариантен к составу объектов отрасли); не зависит от внешних факторов, воздействующих на энергопотребление подведомственных учреждений (от наружных температур и от продолжительности отопительного периода).
На основе указанного индикатора эффективности теплопотребления (1) может выполняться оценка индикатора эффективности отраслевого энергосбережения:
86Р Ф
в:
я
УДph
(2)
,пред тек
где <?отр л. <70тр - предыдущее и текущее значения средневзвешенного удельного отраслевого теплопотребления.
В ходе выполнения работ по выбору и обоснованию системы показателей и индикаторов мониторинга применялись методы интеллектуального анализа данных и компьютерной поддержки сложных организационно-технических систем [5].
При формировании системы показателей мониторинга можно выделить две задачи, решение которых потребовало разработки специального методического аппарата:
- формирование рационального состава наиболее информативных показателей мониторинга, характеризующего предметную область с достаточной (для достижения целей мониторинга) полнотой. При этом должны быть исключены показатели, дублирующие друг друга из-за возможной сильной взаимосвязанности, а также недостаточно информативные показатели;
- выбор наиболее информативных показателей при формировании различного рода оценок и индикаторов мониторинга.
В результате проведенных исследований предложены способ формирования рационального состава наиболее информативных показателей мониторинга, использующий методы экспертных оценок, а также методика выбора наиболее информативных показателей, основанная на применении нечетких когнитивных карт.
Названное методическое обеспечение применялось экспертами Рособразования при формировании соответствующей системы показателей, на базе которой была разработана модель информационной компоненты специализированной системы мониторинга и реализована база данных мониторинга энергосберегающих мероприятий и проектов.
Другими важнейшими направлениями разработки методической базы создания системы мониторинга являлась разработка методов решения задач обработки информации и поддержки принятия решений, а также алгоритмической базы статистической и аналитической обработки первичной статистической информации, в число которых входят:
1) метод оценки достоверности первичных данных и показателей мониторинга при управлении отраслевым энергопотреблением и энергосбережением;
2) метод оценки рациональности использования энергоресурсов подведомственными учреждениями;
3) метод кластеризации подведомственных учреждений для оценки рациональности использования энергоресурсов;
4) метод оценки состояния сложной организационно-технической системы и поддержки принятия решений по управлению отраслевым энергопотреблением и энергосбережением;
1Ш51ШШ
5) метод рейтинговой оценки подведомственных образовательных учреждений.
На основе разработанных методов создана алгоритмическая база, обеспечивающая возможность реализации программных средств обработки данных в системе мониторинга.
Архитектура специализированной
информационной системы
Общая архитектура специализированной информационной системы мониторинга представлена на рис. 1. Архитектура системы является распределенной, относится к классу клиент-сервер и имеет три уровня иерархии.
A. Уровень федерального центра обработки и анализа данных (ФЦ ОАД). Функциональные компоненты системы, относящиеся к данному уровню, устанавливаются в органе государственной исполнительной власти, осуществляющем управление бюджетной отраслью:
- единая база данных мониторинга энергосберегающих проектов (единая БД МЭС);
- сервер баз данных (на рисунке не показан -является стандартным компонентом);
- серверная часть программного обеспечения уровня ФЦ ОАД (включает, в основном, объекты доступа к данным);
- автоматизированные рабочие места (АРМ) куратора подведомственных учреждений, аналитика, администратора системы;
- средства импорта данных из внешних информационных систем (включены в состав АРМ администратора);
- предметные базы данных (БД): заявок ПУ на реализацию энергосберегающих мероприятий; показателей информационных объектов; индикаторов мониторинга мероприятий и проектов;
- специализированные БД (реестр подведомственных учреждений и системные справочники) - на рис. 1 не показаны.
Все перечисленные БД входят в состав единой БД МЭС.
Б. Уровень центра информационной поддержки (ЦИП) процессов мониторинга проектов энергосбережения. Компоненты системы функционируют на программно-аппаратной платформе ЦИП:
- база данных первичных показателей (заявок и отчетов ПУ);
- портал сбора данных;
- АРМ администратора, руководителя, эксперта;
- хранилище дистрибутивов программного обеспечения для ПУ (в составе портала).
- WEB - сервер (на рисунке не показан);
- сервер баз данных (на рисунке не показан).
B. Уровень подведомственных учреждений (ПУ). Компоненты системы функционируют на аппаратно-
программной платформе подведомственных учреждений:
- АРМ подготовки заявок, подготовки отчетов;
- интернет-клиент портала сбора данных.
Функционирование системы мониторинга
На начальных этапах бизнес-процесса в систему мониторинга (СМ) с использованием средств импорта данных уровня ФЦ ОАД поступают данные внешних информационных систем (происходит начальное формирование статистической базы мониторинга, включая данные реестра подведомственных учреждений). Параллельно на уровне ЦИП на интернет-портал помещаются информационно-методические материалы и дистрибутивы программных средств уровня ПУ.
Далее на уровне ПУ клиенты, используя интернет-браузер, регистрируются на портале ЦИП и производят «скачивание» установочного дистрибутива АРМ подготовки заявок на реализацию энергосберегающих мероприятий и проектов. По завершению формирования заявки на уровне ПУ указанное АРМ позволяет выполнить печать документа, а также подготовить данные для экспорта на уровень ЦИП (формируется архив, содержащий заявку). Для передачи данных в портал ЦИП используется интернет-клиент портала.
Полученные данные заявок помещаются в БД первичных показателей, осуществляющей хранение всех поступающих на уровень ЦИП документов. По завершению этапа сбора заявок экспертам (с использованием соответствующего АРМ) обеспечивается возможность удаленного просмотра информации заявок и выставления экспертных оценок. Распределение работ по оцениванию заявок и просмотр рейтинга пилотных проектов (заявок) выполняются с использованием АРМ руководителя. Для управления порталом применяется АРМ администратора (уровня ЦИП).
Данные заявок, содержащиеся в БД первичных показателей, передаются (с использованием средств администрирования) на уровень ФЦ ОАД и поступают в единую БД МЭС.
После завершения формирования перечня проектов по всем направлениям отраслевой программы энергосбережения пользователям уровня ПУ разрешается доступ к скачиванию дистрибутивов АРМ подготовки отчетов (управление правами доступа осуществляется средствами АРМ администратором портала). Подготовленные отчеты по схеме, описанной выше для заявок, поступают на уровень ЦИП и далее - на уровень ФЦ ОАД.
На уровне ФЦ ОАД для кураторов ПУ с использованием соответствующего АРМ обеспечивается возможность просмотра всех поступающих документов (на начальном этапе процесса мониторинга - только заявок, далее - заявок и отчетов по проектам, включенным в отраслевую программу энергосбережения).
АРМ аналитика позволяет по информации, имеющейся в единой БД МЭС (данные внешних
иди[иаииии
Энергоресурсосбережение и энергоэффективность ^^ 25 =
Рис. 1. Общая архитектура специализированной информационной системы мониторинга
информационных систем, данные заявок и отчетов ПУ), сформировать индикаторы мониторинга, применяемые в дальнейшем для оценки хода выполнения энергосберегающих мероприятий и проектов (поквартально), оценки итоговых результатов выполнения проектов и комплексной оценки состояния эффективности процессов отраслевого энергосбережения.
На основе описанных архитектурных решений реализованы основные элементы программного обеспечения и баз данных специализированной отраслевой системы мониторинга. В ходе реализации элементов использовались современные методы моделирования и проектирования информа-
ционных систем и их компонентов, CASE-средства разработки программного обеспечения и комплексов баз данных.
Выводы
Применение предложенных методических и архитектурных решений по организации системы мониторинга позволяет реализовать замкнутую систему управления реализацией отдельных энергосберегающих мероприятий и отраслевой программой энергосбережения в целом. При этом разработанная система мониторинга обеспечивает информативную обратную связь от управляемых объектов отрасли к отраслевому центру,
Щ5Ш5Я2М®;
осуществляющему выработку управляющих решений. Эффективность функционирования предложенной системы управления будет определяться качеством информационной поддержки принятия решений, зависящим, в свою очередь, от степени полноты и достоверности получаемой информации и качества функционирования программных
средств специализированной информационной системы мониторинга.
Научно-технические решения, изложенные в статье, могут быть использованы в качестве методических материалов при проектировании распределенных предметно-ориентированных информационных систем отраслевого уровня.
Литература
1. Приоритетные направления развития науки, технологий и техники в Российской Федерации [Электронный ресурс]. Код доступа: http://mon.gov.ru/dok/ukaz/nti/4406/
2. Федеральный закон от 23.11.2009 № 261-ФЗ (с изм. от 08.05.2010) «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» [Электронный ресурс]. Код доступа: http://www.consultant.ru/online/base/?req=doc;base=LAW;n=93978
3. Бобряков А. В. Мониторинг энергопотребления объектов бюджетной сферы - основа управления энергосбережением отрасли // Изв. ТулГУ. Сер. «Электроснабжение, электрооборудование и энергосбережение». - 2006. - С. 7-15.
4. Энергоаудит и нормирование расходов энергоресурсов: Сборник методических материалов / Под ред. С. К. Сергеева // - НГТУ, НИЦЭ. - Н. Новгород, 1998.
5. Компьютерная поддержка сложных организационно-технических систем / В. В. Борисов, И. А. Бычков, А. В. Дементьев, А. П. Соловьев, А. С. Федулов. - М.: Горячая линия - Телеком, 2002.
Ш51ШШШ
