CC BY
5
УДК 658.26:662.76:005.216.1
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА РЕГУЛИРОВОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДПРИЯТИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ЛИСТОВОГО
СТЕКЛА
Шенец Е.Л.
ОАО «Газпром трансгаз Беларусь», г. Минск, Республика Беларусь
shenets@mail. ru
Резюме: ЦЕЛЬ. Ряд промышленных производств сталкиваются с проблемами определения своей текущей энергоэффективности и оценки ее потенциала. Данная проблематика наиболее актуальна для предприятий со сложной взаимосвязью между энергетикой (энергопотреблением) и технологией, где на энергопотребление влияет не только фактор производственной загрузки, но и иные, как внутренние, так и внешние воздействующие факторы. К одному из примеров такого предприятия следует отнести производство по выпуску листового стекла, эксплуатирующего газовую печь регенеративного типа (далее -Предприятие). Автором поставлена цель по разработке методов оценки энергоэффективности предприятия для вышеуказанного типа производства со сложным технологическим процессом. Данная статья посвящена разработке метода оценки регулировочной способности по энергоэффективности Предприятия. МЕТОДЫ. Методика комплексной оценки энергоэффективности основана на комбинированном использовании результатов моделирования удельных расходов ТЭР от объемов выпуска листового стекла и результатов кластерного анализа (структурной группировки) суточных значений удельных расходов энергоресурса и соответствующей им производительности технологической линии производства листового стекла. Основой для разработки методики являлась информационная база данных, в которую изначально были включены 14 технологических и энергетических показателей Предприятия, а также факторы внешнего воздействия. РЕЗУЛЬТАТЫ. На энергопотребление промышленных предприятий влияет большое количество факторов, однако предложенная методика позволила их обобщить через применение моделей общих и удельных расходов энергоресурсов и функционирующей системы коммерческого и технического учета энергоресурсов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Для обследуемого Предприятия потенциал роста энергоэффективности при увеличении суточной производительности технологической линии (горизонтальное регулирование) оценивается в 69,3 %. Потенциал изменения энергоэффективности за счет вертикального регулирования (контроля и своевременного регулирования технологических параметров работы Предприятия) оценен по классам максимальной производительности с суммарной емкостью 263 суток в 812 т у.т.
Ключевые слова: модели общих и удельных расходов энергоресурсов; энергоэффективность; потенциал повышения энергоэффективности.
Для цитирования: Шенец Е.Л. Комплексная оценка регулировочной способности энергоэффективности предприятия по производству листового стекла // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2022. Т. 14. №2 (54). С. 59-70.
COMPREHENSIVE EVALUATION OF THE ADJUSTING CAPABILITY FOR ENERGY EFFICIENCY OF A PLANT GLASS PRODUCTION ENTERPRISE
EL. Shenets
PC «Gazprom transgaz Belarus», Minsk, Republic of Belarus,
Abstract: THE PURPOSE. A number of industries face challenges in determining their current energy efficiency and assessing their energy efficiency potential. This issue is most relevant for enterprises with a complex relationship between energy (energy consumption) and technology, where energy consumption is affected not only by the production load factor, but also by other, both internal and external, influencing factors. One of the examples of such an enterprise should
59
include an enterprise for the production of flat glass, operating a glass-melting gas furnace of a regenerative type (hereinafter - the Enterprise). The author set a goal to develop methods for assessing the energy efficiency of an enterprise for the above type of production with a complex technological process. This article is devoted to the development of a method for assessing the regulatory capacity for energy efficiency of the Enterprise. METHODS. The methodology for a comprehensive assessment of energy efficiency is based on the combined use of the results of modeling the specific consumption offuel and energy resources on the volume of production of sheet glass (the model of the dependence of the specific energy consumption on the daily output of products) and the results of cluster analysis (structural grouping) of the daily values of the specific consumption of energy resources and the corresponding productivity of the technological production line sheet glass. The basis for the development of the methodology was an information database, which initially included 14 technological and energy indicators of the Enterprise, as well as indicators (factors) of external influence. RESULTS. The energy consumption of industrial enterprises is influenced by a large number of factors, however, the proposed methodology made it possible to generalize them through the use of models of total and specific consumption of energy resources and a functioning system of commercial and technical accounting of energy resources. CONCLUSION. For the surveyed Enterprise, the potential for energy efficiency growth with an increase in the daily productivity of the technological line (horizontal regulation) is estimated at 69.3%. The potential for changing energy efficiency due to vertical regulation (control and timely regulation of the technological parameters of the enterprise) is estimated by maximum productivity classes with a total capacity of263 days at 812 tons of fuel equivalent.
Keywords: models of general and specific expenses of energy resources; energy efficiency; potential of increasing energy efficiency.
For citation Shenets EL. Comprehensive evaluation of the adjusting capability for energy efficiency of a plant glass production enterprise. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2022; 14; 2(54): 59-70.
Введение и литературный обзор
Современные промышленные предприятия стремятся к улучшению своих технико-экономических показателей, среди которых основными являются удельные и общие расходы энергоресурсов. В соответствии с СТБ П 1775-2007 «Энергосбережение. Классификация показателей. Общие положения» к одному из основных показателей энергоэффективности относится удельный расход ТЭР на выпуск единицы продукции как наиболее информативный в части комплексной оценки энергоэффективности промышленного производства. Одним из основных приоритетов в улучшении данных показателей является рациональное использование топливно-энергетических ресурсов при выпуске продукции, которое в итоге сказывается на энергоемкости и себестоимости продукции. К основной группе предприятий, сталкивающихся с проблемами рационального использования ТЭР и прогнозирования показателей энергоэффективности, относятся предприятия со сложной взаимосвязью между энергетикой и технологией [1, 2], то есть производства, у которых энергопотребление формируется под влиянием множества как внешних, так и внутренних факторов.
Актуальность темы подтверждается большим количеством отечественных и зарубежных научных публикаций, описывающих специфику оценки энергоэффективности производства листового стекла, основанного на эксплуатации газовых регенеративных печей исходя из сложного технологического процесса и его малой изученности в части изменения энергоэффективности печи в течении всего срока эксплуатации.
Ряд научных работ по определению энергоэффективности стекловаренных печей основан на тепловизионной оценке участков футеровки печи и оценке состояния огнеупоров [3, 4].
Большинство научных работ по тематике определения состояния и энергоэффективности стекловаренных печей основано на применении расчетов и моделирования, которые базируются на использовании тепловых балансов печей [5, 6], их конструктивных участков и сводятся к сравнительному анализу расчетных тепловых потерь за разные промежутки времени. Снижение энергоэффективности определяется сверхнормативными теплопотерями через футеровку печи, которые необходимо компенсировать за счет подачи дополнительного количества топлива в горелочные устройства печей [7, 8, 9, 10].
В работах [5, 11] сделан обзор по применению расчетно-статистического анализа технологических факторов (загрузка печи, влажность шихты, доля стеклобоя в шихте).
Недостаток вышеуказанных методов и способов оценки энергоэффективности заключается в необходимости выполнения масштабных математических расчетов тепловых балансов участков печи, проведения периодической закупки услуги с привлечением специалистов, использующих дорогостоящее тепловизионное оборудование.
В результате обзора литературы автор делает вывод, что на данный момент отсутствуют методы оценки энергоэффективности стекловаренного производства для практического применения, которые имеют научную основу, пригодны для применения инженерным составом предприятия и имеют возможность оценивать и прогнозировать энергоэффективность такого производства. Исходя из этого автором поставлена цель по разработке такого метода, а именно метода комплексной оценки энергоэффективности регулировочной способности по энергоэффективности предприятия по производству листового стекла. Научная новизна разработанного метода заключается в построении и применении моделей общих и удельных расходов ТЭР от объема выпуска продукции для последующей оценки энергоэффективности предприятия. Практическая значимость разработанного метода заключается в возможности использования построенной модели удельного расхода ТЭР от объема выпуска продукции на всем диапазоне производственных загрузок с целью оценки энергоэффективности, а также в предложенном алгоритме мониторинга энергоэффективного состояния производственной технологии в текущий момент и оценки соответствующего потенциала энергоэффективности. Под методом комплексной оценкой следует понимать оценку энергоэффективности всего исследуемого производства, где основной технологической установкой является газовая стеклоплавильная печь, в которой, в большей степени, и проявляется неопределенность показателя энергоэффективности, что связано с износом и выгоранием огнеупоров печи. Автор [11] констатирует слабую изученность данного вопроса.
Материалы и методы
Разрабатываемая методика оценки энергоэффективности базируется на использовании данных системы АСКУЭ (внедрена на каждом крупном предприятии), на ведение необходимой статистической базы данных.
Материалы, представленные в статье, обобщают результаты многолетних исследований [12, 13, 14, 15, 16] режимов потребления ТЭР предприятия по выпуску листового стекла, где основным энергоемким потребителем является газовая стекловаренная печь непрерывного действия. Данная публикация представляет собой заключительный этап в исследованиях [12, 13, 14, 15]. Они выполнены с использованием классических законов математической статистики на основе обработки суточных данных технологических режимов, накопленных в информационной базе данных за более чем 10-летний период. Исследования [12, 13] подтвердили, что предприятия по выпуску листового стекла относятся к предприятиям со сложной взаимосвязью между энергетикой и технологией. Обобщение полученных результатов позволили сформировать метод комплексной оценки регулировочной способности по энергоэффективности (далее -Метод), что дает возможность оценить как эффективность существующих режимов производства листового стекла в части потребляемых энергоресурсов, так и потенциал ее повышения при учете изменения производственной программы и управления технологическими параметрами варки стекла. Регулировочная способность по энергоэффективности (ЭЭФ) - способность как отдельных структурных элементов, так и всей технической системы в целом изменять удельные и общие расходы энергоресурса(ов) в зависимости от воздействующих факторов.
Следует различать горизонтальную регулировочную способность по ЭЭФ (за счет изменения объема выпуска продукции П) и вертикальную регулировочную способность по ЭЭФ (за счет управления технологическими параметрами и характеристиками сырья).
Таким образом, Метод основан на комбинированном использовании результатов моделирования удельных расходов ТЭР от объемов выпуска листового стекла (модель зависимости удельного расхода энергоресурса от суточного объема выпуска продукции) и результатов кластерного анализа (структурной группировки) суточных значений удельных расходов энергоресурса и соответствующей им производительности технологической линии производства листового стекла, что в итоге позволяет оценить диапазон регулирования удельных расходов ЭЭ и природного газа в зависимости от производительности («эффект масштаба») [17] технологической линии («горизонтальное регулирование») и степень разброса удельных расходов энергоресурсов в классах, соответствующих одинаковым значениям объема выпуска продукции («вертикальное регулирование») [18].
Метод комплексной оценки регулировочной способности по энергоэффективности технологических линий производства листового стекла решает следующие задачи:
- производится оценка текущего состояния ЭЭФ технологических линий производства листового стекла;
- определяется значение регулировочной способности по ЭЭФ на всем возможном диапазоне загрузки технологических линий;
- выполняется прогноз изменения ЭЭФ в зависимости от изменения производственной программы технологической линии;
- дается оценка возможного «вертикального регулирования» или разброса удельного расхода энергоресурса в классе с одинаковыми (близкими) объемами выпуска продукции и оценка потенциала ЭЭФ за счет управления технологическим процессом.
Оценим резерв повышения эффективности потребления газа за счет повышения загрузки технологического оборудования («регулирование по горизонтали») и управления технологическими параметрами («регулирование по вертикали»).
Горизонтальная регулировочная способность по ЭЭФ
Суть горизонтального регулирования и оценки энергоэффективности, выраженного через удельный расход потребления ТЭР Ьуд., ТЭР [19], состоит в том, что при изменении объемов выпуска продукции (увеличении или уменьшении загрузки технологического оборудования) рабочая точка гиперболической кривой зависимости Ьуд ТЭР = -Р(П) смещается в сторону уменьшения или увеличения Ьуд ТЭР соответственно. Визуализация данной зависимости представлена на рисунке 1 (на примере зависимости удельного расхода
газа Ь уд,газ).
Основу Метода в оценке горизонтальной регулировочной способности по ЭЭФ составляет однофакторная модель общего расхода газа (топлива) от объема выпуска продукции общего вида (1):
Вгаз Втех ^ Вусл.-пост Ьуд.тех П ^ -^усл^дась т у.т.> (1)
где Вусл-пост - условно-постоянная составляющая расхода газа печью технологической линии, т у.т, не зависящая от объема выпускаемой продукции (пример - затраты газа на поддержание горячего состояния печи);
Втех - технологическое потребление газа на плавку стекла, определяемое как:
-тех = Ьуд.тех 'П, т у.т./т, (2)
где Ьудтех - технологический удельный расход газа на плавку 1 тонны листового стекла;
П - суточный объем производства листового стекла, т.
Модель удельного расхода газа представлена общим видом:
Ьуд,газ Ьуд.тех + Вусл.-пост /П т у.т./т. (3)
Широкий диапазон изменения Ьуд газ определяется наличием условно-постоянной составляющей расхода энергоресурса. Наличие условно-постоянной составляющей расхода энергоресурсов в общем потреблении ТЭР определяет гиперболический характер зависимости удельных расходов ТЭР от объемов выпуска продукции.
Условно-постоянная составляющая расхода энергоресурса во многом зависит от вида энергоресурса. Для электрической энергии к условно-постоянной составляющей расхода относят затраты ЭЭ на освещение, вентиляцию, вспомогательные производственные нужды (вспомогательные цеха, связанные с ремонтом различного оборудования, складские помещения, административно-бытовые помещения). Однако для производств, имеющих в технологическом процессе, например, печное оборудование, в технологическом расходе ЭЭ также можно выделить условно-постоянную составляющую, которая связана с разогревом и поддержанием в работоспособном состоянии технологического оборудования. Для топлива, например, природного газа, который используется в технологии цементных производств, а также производства стекла, условно-постоянная составляющая определяется затратами энергоресурса на поддержание печей в работоспособном состоянии. То есть в условно -постоянной составляющей расхода энергоресурса четко выделяется технологическая условно-постоянная составляющая, которая определяется, в первую очередь, сезонным фактором, количественными и качественными характеристиками оборудования.
В таблице 1 представлены результаты моделирования общих и удельных расходов газа технологической линией на годовом интервале времени.
На рисунке 1 приведена однофакторная модель удельного расхода газа одной из исследуемых технологических линий по выпуску листового стекла. Как видно из поля разброса удельного расхода газа в зависимости от объема выпуска продукции, суточная
производительность варьируется от 200 до 750 т, при этом удельный расход газа изменяется от 0,169 до 0,551 т у.т./т. Видно, что низкая производительность технологической линии может вывести энергоэффективное технологическое оборудование в разряд низкоэффективных.
Таблица 1
Модели общего и удельного расхода газа за исследуемый год_
Модель общего расхода газа Ьуд.тех , т у.т/т Условно-постоянная составляющая расхода га3а, Bусл.-пост, т у.т. Модель удельного расхода газа
-Вгаз=0,02-Псут+П7,5, т у.т. 0,02 117,5 Ьуд,газ=0,02+117,5/Псут, т у.т./т
0:60
0.50
и
H 0:40
г4
й 0.30
0:20
оло
0,00
ДЭЭФ г>га1аз=0.02-117.5 /П, т] I I
ДП
200 Ш 400 500 600
Суточная производительность лннин П. т/сут
700
S00
Рис. 1. Графическая интерпретация изменения энергоэффективности промышленного
предприятия при горизонтальном регулировании на примере модели зависимости удельного расхода энергоресурса от суточного объема выпуска продукции
Fig. 1. Graphical interpretation of changes in the energy efficiency of an industrial enterprise with horizontal regulation on the model of natural resources of the dependence of the specific consumption of energy resources on the daily volume ofproduction.
Потенциал роста энергоэффективности при увеличении суточной производительности технологической линии (горизонтальное регулирование) определяется по формуле 4, результаты расчетов представлены в таблице 2.
ДЭЭФ = ( Ьудщ- ЬудПб )/ ЬудПб 100 = ( Ьудш - 0,551)/0,551 • 100, %, (4)
где ЬудПб - удельный расход газа минимального по производительности режима, т у.т./т; йуд,ш - удельный расход газа любого по производительности режима, т у.т./т.
Таблица 2
Потенциал регулирования энергоэффективности от изменения суточной производительности
технологической линии
Потенциал роста ЭЭФ
Ьуд,газ = 0,02 + 117,5/П, Выпуск продукции за относительно минимального по производительности режима, %
т у.т./т месяц, П, т т у.т./т
Базис 220 0,551 0,0
- 250 0,507 -8,0
- 350 0,437 -20,7
- 403 0,409 -25,8
- 450 0,353 -35,9
- 500 0,311 -43,6
- 550 0,278 -49,5
- 600 0,252 -54,3
- 650 0,231 -58,1
- 700 0,213 -61,3
- 750 0,198 -64,1
- 760 0,172 -68,8
- 770 0,170 -69,1
- 775 0,169 -69,3
Как видно из таблицы, максимальный потенциал снижения удельного расхода газа (горизонтальная регулировочная способность по энергоэффективности) для технологической линии составляет 69,3 % при соответствующем удельном расходе газа Ьуд = 0,169 т у.т./т, при котором обеспечены максимальная энергоэффективность технологической линии в части потребления ТЭР и минимальная энергоемкость в структуре себестоимости продукции.
Вертикальная регулировочная способность по ЭЭФ
Проведенные исследования [1, 18, 20, 21] структурных полей суточного удельного расхода энергоресурса от суточного объема выпуска продукции на годовом интервале времени для промышленных предприятий различных отраслей промышленности показывают, что одному и тому же объему выпуска продукции соответствуют различные значения удельного расхода энергоресурса, что может быть обусловлено следующими факторами:
- различными выставленными параметрами технологического процесса;
- различным составом работающего технологического оборудования;
- отличающимся качеством и составом сырья;
- погодными условиями;
- сезонной составляющей потребления энергоресурса;
- наличием технологической условно-постоянной составляющей расхода энергоресурса, проявляющейся при низкой загрузке технологического оборудования.
На рисунке 2 представлены результаты кластерной оценки фактических суточных значений удельного расхода газа для технологической линии по выпуску листового стекла. Как видно из рисунка, самый большой разброс суточных удельных расходов газа находится в области низкой загрузки технологического оборудования (700 т/сут). В этой области удельные расходы газа на выпуск продукции могут отличаться в несколько раз. При наращивании объема выпуска продукции и роста загрузки оборудования разброс удельных расходов газа снижается и в идеале стремится к технологическому удельному расходу 5тех. Описанное явление относится к вертикальной регулировочной способности по энергоэффективности.
Вертикальная регулировочная способность по ЭЭФ - способность как отдельных структурных элементов, так и всей технологической системы в целом изменять удельные и общие расходы энергоресурса(ов), соответствующих одному и тому же объему выпуска продукции в зависимости от таких воздействующих факторов, как показатели исходного сырья, состав технологического оборудования, управление технологическим процессом.
Основой Метода в оценке вертикальной регулировочной способности по ЭЭФ является структурная оценка (кластерный анализ) суточной статистики по зафиксированным удельным расходам газа при соответствующем объеме выпуска продукции (рисунок 2) одной из исследуемых линий по выпуску листового стекла.
0,195 0,190
н 0,185 >
0.180 ОД 75 0.L70 0,165 0,160
■ "1 ^уд.макс
h
"УДт ~
1 * °удлини !
* ! *
710 720 730 740 750
Суточная производительность Т--.^ . т/сут
Рис. 2. Результаты кластерной оценки фактических суточных значений удельного расхода газа для технологической линии по данным суточной статистики за один год эксплуатации (для каждого класса фактических значений суточной производительности)
Fig. 2. Results of a cluster assessment of the actual daily values of the specific gas consumption for the production line according to daily statistics for one year of operation (for each class of actual values of daily productivity)
Потенциал изменения энергоэффективности за счет вертикального регулирования (контроля и своевременного регулирования технологических параметров работы предприятия) определяется в соответствии с формулой 5. Потенциал энергоэффективности
достигается за счет контроля технологических параметров и недопущения превышения удельных расходов выше их средних либо средневзвешенных значений. Результаты оценки вертикального регулирования энергоэффективности представлены в таблице 3.
ДЭЭФК/ = (6уд.макс,К1 - Ьуд,ср,К1) / Ьуд.ср,кГ 100, %, (5)
где Ьуд.макс,К/ - максимальное значение удельного расхода газа в классе К/'; Ьуд,ср,ю - среднее значение удельного расхода газа в К-м классе.
Таблица 3
Пример оценки потенциала ЭЭФ за счет вертикального регулирования суточного удельного расхода
газа технологической линии производства листового стекла (по Ьуд.ср)
Класс 1 2 3 4 5 6 7
Объем суточного выпуска продукции, т 700 720 740 750 760 770 775
Количество суток в классе, сут 55 8 26 7 62 96 105
Среднее значение Ьуд.ср в классе, т у.т./т 0,185 0,182 0,176 0,173 0,168 0,168 0,171
Ьуд.мин, т У.Т./т 0,178 0,181 0,173 0,171 0,164 0,163 0,167
Ьуд.макс, т у.т./т 0,191 0,183 0,179 0,175 0,172 0,173 0,174
ДЭЭФ от среднего значения, % 3,2 0,5 1,7 1,2 2,4 3,0 1,8
Контроль и своевременность регулирования технологических параметров работы предприятия по выпуску листового стекла выражаются в следующем: своевременный контроль и регулировка режима охлаждения огнеупоров снаружи воздухом, обеспечение конвекционной циркуляции стекломассы в печи, контроль наличия/отсутствия пузырей в студочной части, контроль равномерной подачи шихты и стеклобоя в варочный бассейн, визуальный контроль стекломассы после каждой пары горелок (плотная пена и шихта не должны попадать/заходить далее границ, определенных технологической картой), контроль процесса создания однородной стекломассы (гомогенизация), контроль уноса теплоты из варочной в студочную часть линии, перегрев стекломассы, контроль качества провара и осветления стекломассы в пробах в конце варочной части печи, контроль длины факела и его внешнего вида по каждой горелке, равномерная загрузка шихты и стеклобоя одинаковыми слоями и потоками, контроль теплового режима печи, визуальный и приборный контроль условий оттяжки дымовых газов, своевременная очистка регенераторов и контроль разряжения газов [5, 22] и т.д.
Как видно из таблицы 3, самым емким по количеству суток является 7 класс, в него вошло 105 суток. Технологическая линия работала с производительностью 775 т/сут со средним значением удельного расхода ЭЭ 0,171 т у.т./сут, что соответствует потребленным ТЭР за период:
Вгаз = П • Ьуд,ср ■ N =775 • 0,171 105 = 13915,1, т у.т. (класс 7)
При потенциале повышения ЭЭФ 1,8 % экономия газа может составить по самому емкому классу 250 т у.т.
Аналогично произведена оценка повышения эффективности по классам 5 и 6, производительность которых соответствует максимальной для технологической линии.
Класс 5: ВгазК5 = П- Ьуд,ср • N =760 0,168- 62=7916,2 т у.т. При потенциале повышения ЭЭФ 2,4 % в классе экономия газа может составить 190,0 т у.т.
Класс 6: ВгазК6 = П- Ьуд,ср • N = 770 0,168 96 = 12418,6 т у.т. При потенциале повышения ЭЭФ 3 % в классе экономия газа может составить 372 т у.т.
Класс 7: ВгазК7 = П Ьуд,ср • N =775 0,171 105= 13915,1 т у.т. При потенциале повышения ЭЭФ 1,8 % в классе экономия газа может составить 250 т у.т.
Таким образом, только по классам максимальной производительности с суммарной емкостью 263 суток потенциал роста ЭЭФ оценивается в 812 т у.т.
Метод комплексной оценки регулировочной способности по энергоэффективности производства листового стекла представлен следующим алгоритмом:
1. По статистическим данным промышленного предприятия (объем производства и объем потребляемого энергоресурса) строится однофакторная регрессионная модель зависимости удельного расхода энергоресурса от суточного объема выпуска продукции, рисунок 1 .
Потенциал изменения энергоэффективности за счет горизонтального регулирования (наращивание объемов производства) определяется с использованием формулы 4.
2. По статистическим данным промышленного предприятия (значения фактических удельных расходов потребления топлива по соответствующим фактическим загрузкам предприятия) выполняется кластеризация фактических суточных значений удельного расхода, рисунок 2.
Потенциал изменения энергоэффективности за счет вертикального регулирования (контроля и своевременного регулирования технологических параметров работы предприятия) определяется в соответствии с формулой 5.
При наличии систем сбора и обработки массива данных, построенных моделей общих и удельных расходов ТЭР промышленными предприятиями разработанный Метод может использоваться в мобильных приложениях [23] и интеллектуальных системах управления c целью поддержки принятия оптимальных управленческих решений.
Результаты и обсуждения
К моменту публикации статьи разработанный метод комплексной оценки и его основные расчетные показатели энергоэффективности легли в основу одного из разделов научно-исследовательской работы «Прогнозирование показателей энергоэффективности, оценка потенциала энергосбережения и повышения энергоэффективности ОАО «Гомельстекло» (Республика Беларусь), выполненной группой исследователей. Работа выполнена на базе накопленной, обработанной и изученной статистической базы данных по двум технологическим линиям производства листового стекла, причем изучению подвергались данные (по одной из линий) за всю эксплуатационную кампанию стекловаренной печи. Также результатами указанной работы было обосновано отмена применения повышающих коэффициентов к тарифу за потребляемый природный газ исследуемого предприятия в соответствии с требованием законодательства республики.
Предложенный в настоящей статье метод комплексной оценки регулировочной способности по ЭЭФ технологических линий производства листового стекла имеет следующие отличия от методов и способов, рассмотренных в литературном обзоре:
- оценка энергоэффективности рассчитывается и определяется на основе построения однофакторных расчетно-статистических моделей общего и удельного расхода топлива от объема выпуска продукции;
- метод основан на использовании математических законов статистики с использованием классического программного обеспечения MS Office, что дает возможность инженерному составу предприятий оценивать и прогнозировать энергоэффективность предприятия без привлечения сторонних компаний и специалистов, т.е. без закупки соответствующих услуг;
- применение модели удельных расходов топлива от объема выпуска продукции дает возможность оценивать комплексную энергоэффективность на всем диапазоне загрузки/режима предприятия, в то время как методы, основанные на расчете тепловых балансов, требуют выполнения отдельных расчетов для каждого режима.
Выводы
1.Предложен метод комплексной оценки регулировочной способности по ЭЭФ технологических линий производства листового стекла. Метод основан на комбинированном использовании результатов моделирования удельных расходов ТЭР от объемов выпуска листового стекла (модель зависимости удельного расхода энергоресурса от суточного объема выпуска продукции) и результатов кластерного анализа (структурной группировки) суточных значений удельных расходов энергоресурса и соответствующей им производительности технологической линии производства листового стекла.
2.Метод комплексной оценки регулировочной способности по энергоэффективности технологических линий производства листового стекла позволяет:
- оценивать текущее состояние ЭЭФ технологических линий производства листового
стекла;
- определять регулировочную способность по ЭЭФ на всем возможном диапазоне загрузки технологических линий;
- прогнозировать изменение ЭЭФ в зависимости от изменения производственной программы технологической линии;
- оценивать диапазон возможного «вертикального регулирования» или разброса удельного расхода энергоресурса в классе с одинаковыми (близкими) объемами выпуска продукции и потенциал ЭЭФ за счет управления технологическим процессом.
3.Для исследуемой технологии по выпуску листового стекла определен максимальный потенциал снижения удельного расхода газа (горизонтальная
регулировочная способность по энергоэффективности), который составляет 69,3 % при соответствующем удельном расходе газа Ьуд = 0,169 т у.т./т.
4.Для предприятия по выпуску листового стекла произведена оценка вертикальной регулировочной способности по ЭЭФ на основе данных базисных режимов одного года эксплуатации. При отладке технологических режимов, высокой загрузке производства суммарный эффект от вертикального регулирования ЭЭФ по газу по данным суточных режимов может составить 812 т у.т. за исследуемый период (263 суток для базисной загрузки линии по производству листового стекла от 760 до 775 т/сут).
Литература
1. Грунтович Н.В., Шенец Е.Л. , Зиновьева С.В. Комплексная оценка эффективности мероприятий по энергосбережению с использованием однофакторных математических моделей удельного расхода ТЭР от объема выпуска продукции // Энергоэффективность. 2013. № 11. С. 35-39.
2. Петухова Р.В., Грунтович Н.В., Шенец Е.Л. О проблемах управления энергоэффективностью производства листового стекла // Энергоэффективность. 2014. № 3. С. 24-27.
3. Рассказчиков Н.Г. Анализ инфракрасных изображений для диагностики и прогнозирования технического состояний объектов в стекольной промышленности // Машиностроение: Сетевой электронный научный журнал. 2018. № 1. Т. 6. С.16-20.
4. Yakup Bayram, Alexander C. Ruege, Peter Hagan, Elmer Sperry and Dan Centar Advanced furnace inspection and monitoring based on radar sensor // 76 Conference on Glass Problem. 2016. V. 3. Issue I. pp. 117-134.
5. Ильяшенко И.С. Основные направления повышения энергоэффективности стекольных заводов РФ и СНГ в настоящее время / ОАО ГИС Москва. // [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://glassinfo.ru/articles/2016_01_0snovnye_napravlenija_povyshenija_jenergojeffektivnosti_s tekolnyh_zavodov.pdf. Дата доступа: 05.05.2022.
6. Дзюзер В.Я. Обобщенный анализ тепловой работы стекловаренных печей // Новые огнеупоры. 2017. № 2. С.15-18.
7. Lankhorst A., Luuk Thielen, Johan van der Dennen. Application of an energy balance model for improving the energy efficiency of glass melthing furnaces // 74 Conference on Glass Problem - October 14-17, 2013. p. 53-69.
8. Дзюзер В.Я Теплофизические основы разработки энергоэффективных стекловаренных печей: : дис. д-ра техн. наук 05.17.08. Москва, 2009. 353 c.
9. Дзюзер В.Я. Совершенствование методики расчета теплового баланса регенеративной стекловаренной печи // Огнеупоры и техническая керамика. 2008. № 3. С.22-27.
10. Sardeshpande Vishal. Model based energy benchmarking for glass furnace: Energy Conversion & Management. 0ct200. V. 48 Issue 10. p2718-2738.
11. Andy Hartley. A study of the Balance between Furnace operating parameters and recycled glass in melting furnaces. Glass Technology Services Ltd. September 2004. [Электронный ресурс]. https://www.glass-ts.com/site/assets/files/1015/2004_-_a_study_of_the_balance_between_furnace_operating_parameters_and_recycled_glass_in_glass_ melting_furnaces.pdf Accessed to: 05.05.2022.
12. Shenets Y, Deniz Moroz, Nadzeya Hruntovich, et al. Study of gas consumption patterns for sheet glass enterprises. E3S Web of Conferences 178, 01039 (2020). High Speed Turbomachines and Electrical Drives Conference 2020 (HSTED-2020). Prague, Czech Republic, May 14-15, 2020: A. Drozdov (Eds.). Дата доступа: 05.05.2022.
13. Грунтович Н.В., Жеранов С.А., Шенец Е.Л. Оценка регулировочной способности по энергоэффективности промышленных потребителей различных отраслей промышленности Гомельской области с учетом существующего уровня производственной программы // Тезисы докладов Международная НТК «Актуальные проблемы энергосбережения и энергоэффективности в технических системах», Тамбовский государственный технический университет - 23-25 апреля 2014 г. С. 210-212.
14. Мороз Д.Р., Шенец Е.Л. Способ оценки снижения энергоэффективности производства листового стекла // Энергосбережение и эффективность в технических системах : материалы IV Междунар. науч.-техн. конф., Тамбов, 10-12 июля 2017 г. / Тамбовский государственный техн. ун-т ; редкол.: Т. И. Чернышова (отв. ред.). Тамбов, 2017. С. 418-419.
15. Шенец Е. Л. Оценка энергоэффективности промышленных печей на основе моделирования режимов потребления топлива // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2022. Т. 65, № 2. С. 169-180. https://doi.org/ 10.21122/1029-74482022-65-2-169-180.
16. Moroz D., Hruntovich N., Kapanski, A., Shenets Y., Malashanka M. & Gracheva E. (2020). Using models of energy consumption from influencing factors to assess the current state and energy efficiency forecasting. In E3S Web of Conferences (V. 220, p. 01024). EDP Sciences.
17. Кокшаров В.А. Систематизация факторов энергоэффективности промышленного предприятия // Вестник пермского университета. Сер. «Экономика» Perm University Herald. Economy. 2016 № 1(28). 2016. С.147-156.
18. Грунтович Н.В., Мороз Д.Р. , Жуковец С.Г., Шенец Е.Л. Развитие методического обеспечения для диагностирования энергетической эффективности // Энергия и Менеджмент. 2017.№ 1(94).С. 8-13.
19. Показатели энергоэффективности: основы статистики: International Energy Agency. France. 2014. [Электронный ресурс]. Режим доступа https://iea.blob.core.windows.net/assets/08eba505-7103-4840-8f9 e3a37a0315a3/Essentials_RU_final_FULL.PDF. Дата доступа: 08.04.2022.
20. Грунтович Н.В., Маркарянц Л.М., Шенец Е.Л. Разработка методологической базы диагностирования и прогнозирования энергоэффективности промышленных производств // Энергоэффективность, энергетическая безопасность, конкурентоспособность: сборник материалов 12 Международной научно-практической конференции, Витебск, 19-20 марта 2015 г. Витебский областной исполнительный комитет: ответственный за выпуск: Луковникова С.В. Витебск. С. 43-49.
21. Грунтович Н.В., Жуковец С.Г., Жеранов С.А., Шенец Е.Л. Оценка горизонтальной регулировочной способности по энергоэффективности промышленных производств различных отраслей промышленности // Актуальные проблемы электроэнергетики: сборник статей Всероссийской научно-технической конференции., Нижний новгород, 18.12.2015г. Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева; редкол.: А. Б. Дарьенков (отв. ред.). Нижний Новгород. С. 160-164.
22. Полляк В.В., Саркисов П.Д., Солинов В.Ф. , Царицын М.А.. Технология строительного и технического стекла и шлакоситаллов: Учебник для техникумов // М.:Стройиздат, 1983. 215 с.
23. Фурсанов М.И., Сазонов П.А. Специализированные мобильные приложения как средство оптимизации системы энергоснабжения Республики Беларусь. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2020;63(2):129-137. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-2-129-137.
Авторы публикации
Шенец Евгений Леонидович- ведущий инженер, ОАО «Газпром трансгаз Беларусь». г. Минск. E-mail: [email protected]
References
1. Gruntovich NV, Shenets EL, Zinovieva SV. Comprehensive assessment of the effectiveness of energy saving measures using single-factor mathematical models of the specific consumption of fuel and energy resources from the volume of output. Energy Efficiency. 2013;11:35-39.
2. Petukhova RV, Gruntovich NV, Shenets EL. On the problems of managing the energy efficiency of sheet glass production. Energy Efficiency. 2014;3:24-27.
3. Raszkazchikov NG. Analysis of infrared images for diagnostics and prediction of the technical condition of objects in the glass industry. Mashinostroenie: Network electronic scientific journal. 2018;1(6):16-20.
4. Yakup Bayram, Alexander C. Ruege, Peter Hagan, Elmer Sperry and Dan Centar -Advanced furnace inspection and monitoring based on radar sensor. 76 Conference on Glass Problem. 2016;37(I):117-134.
5. Ilyashenko I.S. The main directions for improving the energy efficiency of glass factories in the Russian Federation and the CIS at the present time. OAO GIS Moscow. [Electronic resource]. - Access mode: https://glassinfo.ru/articles/2016_01_0snovnye_napravlenija_povyshenija_jenergojeffektivnosti_s tekolnyh_zavodov.pdf. Access date: 05/05/2022.
6. Dzyuzer VYa. Generalized analysis of thermal work of glass melting furnaces. Novye ogneupory. 2017;2:15-18.
7. Lankhorst A, Luuk Thielen, Johan van der Dennen. Application of an energy balance model for improving the energy efficiency of glass melthing furnaces. 74 Conference on Glass Problem. October 14-17, 2013p. 53-69.
8. Dzyuzer VYa Thermophysical bases for the development of energy-efficient glass furnaces: dis. Dr. tech. Sciences 05.17.08 - Moscow, 2009. - 353 sheets.
9. Dzyuzer VYa. Improvement of the methodology for calculating the heat balance of a regenerative glass melting furnace. Refractories and technical ceramics. 2008;3:22-27.
10. Sardeshpande Vishal. Model based energy benchmarking for glass furnace: Energy Conversion & Management. 0ct2007.V. 48 Issue 10. P. 2718-2738.
11. Andy Hartley. A study of the Balance between Furnace operating parameters and recycled glass in melting furnaces. Glass Technology Services Ltd. September 2004. [Электронный ресурс]. Available at: https://www.glass-ts.com/site/assets/files/1015/2004_-_a_study_of_the_balance_between_furnace_operating_parameters_and_recycled_glass_in_glass_ melting_furnaces.pdf Accessed to: 05.05.2022.
12. Shenets Y, Deniz Moroz, Nadzeya Hruntovich, et al. Study of gas consumption patterns for sheet glass enterprises. E3S Web of Conferences 178, 01039 (2020). High Speed Turbomachines and Electrical Drives Conference 2020 (HSTED-2020). Prague, Czech Republic, May 14-15, 2020: A. Drozdov (Eds.).
13. Gruntovich NV, Zheranov SA, Shenets EL. Evaluation of the adjusting ability for energy efficiency of industrial consumers of various industries in the Gomel region, taking into account the existing level of the production program. Abstracts of the International Scientific and Technical Complex "Actual problems of energy saving and energy efficiency in technical systems", Tambov State Technical University. 2014. April 23-25, P. 210-212.
14. Moroz DR, E.L. Shenets A method for assessing the decrease in the energy efficiency of sheet glass production. Energy saving and efficiency in technical systems: materials of the IV Intern. sci.-tech. Conf., Tambov, July 10-12, 2017. Tambov. state tech. un-t; editorial board: T.I. Chernyshova (responsible editor). Tambov, 2017. P. 418-419.
15. Shenets EL. Evaluation of the energy efficiency of industrial furnaces based on the modeling of fuel consumption regimes. Energetika. Izv. higher textbook institutions and energy. associations of the CIS. 2022;65(2):169-180. Available at: https://doi.org/ 10.21122/1029-74482022-65-2-169-180.
16. Moroz D, Hruntovich N, Kapanski A, et al. (2020). Using models of energy consumption from influencing factors to assess the current state and energy efficiency forecasting. In E3S Web of Conferences.(V. 220, p. 01024). EDP Sciences.
17. Koksharov VA. Systematization of factors of energy efficiency of an industrial enterprise. Bulletin of the Perm University. Ser. «Economics" Perm University Herald. economy. 2016;1(28):147-156.
18. Gruntovich NV, Moroz DR, Zhukovets SG, et al. Development of methodological support for diagnosing energy efficiency. Energy and Management. 2017;1(94):8-13.
19. Energy Efficiency Indicators: Basics of Statistics: International Energy Agency. -France. 2014. [Electronic resource]. -Available at: https://iea.blob.core.windows.net/assets/08eba505-7103-4840-8f9f-e3a37a0315a3/Essentials_RU_final_FULL.PDF. Access date: 04/08/2022
20. Gruntovich NV, Markaryants LM, Shenets EL. Development of a methodological base for diagnosing and forecasting the energy efficiency of industrial production. Energy efficiency, energy security, competitiveness: collection of materials of the 12th International Scientific and Practical Conference, Vitebsk, March 19-20, 2015 Vitebsk Regional Executive Committee: responsible for the issue: Lukovnikova S.V. Vitebsk P. 43-49.
21. Gruntovich NV, Zhukovets SG, Zheranov SA, et al. Evaluation of the horizontal adjusting capacity for energy efficiency of industrial production in various industries. Actual problems of the electric power industry: collection of articles of the All-Russian Scientific and Technical Conference., Nizhny Novgorod, 12/18/2015. - Nizhny Novgorod State Technical University. R.E. Alekseev; editorial board: A. B. Darienkov (responsible ed.). Nizhny Novgorod -P. 160-164.
22. Pollak VV, Sarkisov PD, Solinov VF, et al. Technology of building and technical glass and slag glass-ceramics: Textbook for technical schools. M.: Stroyizdat, 1983. 215 p.
23. Fursanov MI, Sazonov PA. Specialized mobile applications as a means of optimizing the energy supply system of the Republic of Belarus. Energy. News of higher educational
institutions and energy associations of the CIS. 2020;63(2):129-137. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-2-129-137.
Authors of the publication
Evgeny L. Shenets - lead engineer, JSC «Gazprom transgaz Belarus». Minsk. E-mail: [email protected].
Получено 12.03.2022г.
Отредактировано 20.03.2022г.
Принято 25.03.2022г.
