CC BY
0СЕКЦИЯ - ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ SECTION -TECHNICAL SCIENCES
УДК 621.311.2
Гришин Артем Дмитриевич
магистр, Московский институт энергетики
Россия, Москва
СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССАХ
Аннотация: В статье рассмотрены современные методы повышения энергоэффективности в производственных процессах. Особое внимание уделено внедрению инновационных технологий, таких как Интернет вещей (IoT), автоматизация процессов, интеллектуальные системы управления и возобновляемые источники энергии. Проведённый анализ показал, что интеграция IoT и других цифровых решений позволяет значительно снизить затраты на энергоресурсы, оптимизировать процессы и уменьшить экологический след. В работе представлены график и таблица, иллюстрирующие снижение энергопотребления и ключевые результаты внедрения технологий. Авторами отмечено, что комплексный подход, включающий энергоаудиты, автоматизацию и управление энергоресурсами в реальном времени, является наиболее перспективным направлением развития энергоэффективности в промышленности.
Ключевые слова: энергоэффективность, IoT, автоматизация, возобновляемые источники энергии, энергоаудит.
Grishin Artem
master's degree, Moscow Institute of Energy Russian Federation, Moscow
MODERN METHODS OF INCREASING ENERGY EFFICIENCY IN
PRODUCTION PROCESSES
Abstract: The article examines modern methods for improving energy efficiency in production processes. Particular attention is paid to the implementation of innovative technologies such as the Internet of Things (IoT), process automation, intelligent management systems, and renewable energy sources. The analysis shows that integrating IoT and other digital solutions significantly reduces energy costs, optimizes processes, and minimizes environmental impact. The study includes a chart and table illustrating energy consumption reduction and key outcomes of technology adoption.
COLD SCIENCE_№11/2024_ХОЛОДНАЯ НАУКА
The authors highlight that a comprehensive approach, including energy audits, automation, and real-time energy resource management, represents the most promising direction for improving industrial energy efficiency.
Keywords: energy efficiency, IoT, automation, renewable energy sources, energy audit.
ВВЕДЕНИЕ
Проблема энергоэффективности в промышленности является одной из самых актуальных на современном этапе развития технологических процессов. Прирост стоимости энергоресурсов, а также растущее внимание к вопросам устойчивого развития требуют поиска новых подходов к улучшению эффективности использования энергии в различных секторах производства. Снижение энергозатрат не только способствует экономической выгоде, но и позволяет снизить негативное воздействие на экологическую обстановку, что приобретает особое значение в условиях глобальных вызовов, связанных с изменением климата.
Целью данной статьи является анализ современных методов повышения энергоэффективности в производственных процессах. В статье рассматриваются как традиционные, так и инновационные подходы, включающие использование новых технологий, оптимизацию существующих систем и внедрение цифровых решений, направленных на минимизацию потребления энергии при сохранении высокого уровня производительности. Особое внимание уделено энергетическим аудидам, системам мониторинга и автоматизации процессов, а также внедрению интеллектуальных технологий, таких как искусственный интеллект (ИИ) и интернет вещей (IoT).
Для достижения поставленной цели, в статье рассматриваются различные методы, включая внедрение высокоэффективного оборудования, оптимизацию технологических процессов и использование возобновляемых источников энергии. Одним из ключевых аспектов является развитие системы управления энергоресурсами на основе реального времени, что позволяет значительно улучшить не только технико-экономические показатели, но и минимизировать возможные риски, связанные с неправильным распределением энергии. ISSN 3034-2627 8 https://coldsciencepublisher.com
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Одним из наиболее эффективных методов повышения энергоэффективности является внедрение энергоаудитов и мониторинга потребления энергии. Энергоаудит позволяет выявить неэффективно использующие энергоресурсы участки производства, что дает возможность для целенаправленной модернизации и устранения узких мест [1]. Важно, что такие аудиты являются обязательными для большинства крупных предприятий, что обеспечивает их соблюдение в рамках стандартов и регламентов, таких как ISO 50001, регулирующий системы энергетического менеджмента.
Другим важным элементом является применение передовых технологий для оптимизации технологических процессов. К примеру, в машиностроении активно внедряются автоматизированные системы управления, которые, анализируя данные в реальном времени, корректируют параметры работы оборудования в зависимости от текущей потребности в энергии. Это позволяет не только уменьшить потребление энергии, но и продлить срок службы оборудования [2].
Для повышения энергоэффективности на уровне отдельных процессов в промышленности всё чаще используются методы искусственного интеллекта и машинного обучения. Эти технологии позволяют не только оптимизировать использование энергоресурсов, но и предсказать возможные сбои в работе оборудования, что значительно снижает затраты на его обслуживание и ремонт
[3].
Для иллюстрации оптимизации потребления энергии с использованием новых технологий был разработан рисунок 1, который показывает изменения в потреблении энергии до и после внедрения автоматизированных систем управления.
Месяцы
Рисунок 1. Изменение потребления энергии в процессе внедрения
автоматизированных систем Интересным направлением в повышении энергоэффективности является использование возобновляемых источников энергии. Для многих предприятий переход на солнечные, ветровые или биогазовые установки уже стал неотъемлемой частью стратегии устойчивого развития. Важным аспектом этого процесса является интеграция возобновляемых источников в существующие энергетические системы предприятий, что требует применения продвинутых методов управления и оптимизации [4].
Совсем недавно начали получать широкое распространение системы энергоэффективного освещения, использующие светодиодные технологии (LED) и системы управления освещением, которые регулируют интенсивность света в зависимости от уровня естественного освещения и других факторов. Это позволяет значительно сократить потребление энергии, что особенно важно для крупных промышленных комплексов и складских помещений.
Не менее значимым направлением является внедрение инновационных теплоизоляционных материалов, которые уменьшают теплопотери в процессе производства [5]. Новые разработки в области теплоизоляции помогают не только сократить затраты на отопление, но и повысить безопасность производства, предотвращая перегрев оборудования и трубопроводных систем.
ПРИМЕНЕНИЕ IOT В ПОВЫШЕНИИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
Использование IoT в сфере управления энергопотреблением открывает новые возможности для оптимизации производственных процессов. С помощью датчиков и умных устройств можно отслеживать потребление энергии в режиме реального времени, что позволяет оперативно реагировать на любые изменения и корректировать работу оборудования для достижения максимальной эффективности.
Интеграция IoT с системами автоматизации производства позволяет не только улучшить контроль за расходом энергии, но и оптимизировать производственные процессы, обеспечивая их синхронизацию с потребностями в энергоресурсах [6]. Одним из примеров может служить использование интеллектуальных систем управления HVAC (отопление, вентиляция и кондиционирование), которые на основе анализа данных о температуре и влажности регулируют работу систем в зависимости от реальных потребностей, что существенно снижает энергозатраты.
Таким образом, использование технологий IoT позволяет значительно повысить уровень энергоэффективности на предприятии, снижая не только затраты на энергоресурсы, но и минимизируя экологический след производства.
Как показано в таблице 1, внедрение IoT позволяет достичь значительных улучшений в управлении энергопотреблением, оптимизируя процессы и снижая потери энергии [7].
Таблица 1. Сравнение показателей энергопотребления
до и после внедрения IoT
Показатель До внедрения IoT После внедрения IoT Изменение (%)
Среднее энергопотребление (кВт/ч) 1200 950 -20
Уровень потерь энергии (%) 15 7 -53
Затраты на электроэнергию (руб./мес.) 300000 240000 -20
Время простоя оборудования (часы) 12 8 -33
COLD SCIENCE_№11/2024_ХОЛОДНАЯ НАУКА
Таблица 1 демонстрирует положительные изменения в ключевых показателях после внедрения IoT. Среднее энергопотребление снизилось на 20%, а уровень потерь энергии сократился более чем вдвое. Это привело к значительному уменьшению затрат на электроэнергию, а также снижению времени простоя оборудования, что дополнительно улучшило производственные показатели.
ПРОГНОЗЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНЫХ
ТЕХНОЛОГИЙ
Современные тенденции в области энергоэффективности указывают на активное развитие технологий, направленных на минимизацию затрат и снижение воздействия на окружающую среду. Одним из ключевых направлений становится интеграция систем прогнозной аналитики, основанных на больших данных [8]. Такие системы позволяют не только отслеживать текущее состояние энергопотребления, но и прогнозировать возможные изменения в зависимости от ряда факторов, включая сезонные колебания, изменения загрузки оборудования и другие параметры. Это создаёт предпосылки для более гибкого управления ресурсами.
На глобальном уровне наблюдается стремление к полному переходу на возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая энергия. Этот процесс сопровождается развитием технологий хранения энергии, например, аккумуляторных систем с высокой ёмкостью. Важным элементом становится интеграция таких решений в производственные цепочки, что позволяет добиться стабильности энергоснабжения и исключить простои, связанные с непредсказуемостью традиционных источников энергии [9].
Ещё одним перспективным направлением является использование ИИ для разработки оптимальных стратегий управления энергией [10]. Программные решения на основе ИИ способны автоматически выявлять наиболее энергоёмкие участки, предлагать альтернативные пути их модернизации и оценивать влияние внедрения новых технологий на общий баланс энергопотребления. Совместное использование ИИ и IoT открывает новые возможности для создания «умных»
производственных объектов, минимизирующих свои затраты при максимальной эффективности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Повышение энергоэффективности является приоритетным направлением в условиях современных вызовов, связанных с ростом затрат на энергоресурсы и необходимостью снижения воздействия на окружающую среду. Приведенные в статье методы демонстрируют, что использование инновационных технологий, таких как IoT, системы автоматизации и интеллектуальные решения, позволяет достичь значительных улучшений в управлении энергопотреблением.
Проведённый анализ показал, что комбинированный подход, включающий энергоаудиты, внедрение передовых технологий, таких как LED-системы освещения, и использование возобновляемых источников энергии, является наиболее эффективным. Внедрение IoT-технологий позволяет предприятиям получать оперативные данные и оптимизировать производственные процессы в режиме реального времени, что обеспечивает снижение затрат и повышение устойчивости.
Таким образом, использование современных методов повышения энергоэффективности способствует не только экономической выгоде, но и развитию устойчивых технологий, что отвечает требованиям как текущих, так и будущих экологических стандартов. Перспективы дальнейших исследований в данной области включают разработку новых интеллектуальных систем управления и расширение применения возобновляемых источников энергии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ермолаев К. А. Влияние процессов инновационного развития на повышение энергоэффективности функционирования регионального промышленного комплекса // Экономический анализ: теория и практика. 2016. № 12 (459). С. 84-96.
2. Thiede S. Energy efficiency in manufacturing systems. Springer Science & Business Media. 2012.
3. Menghi R., Papetti A., Germani M., Marconi M. Energy efficiency of manufacturing systems: A review of energy assessment methods and tools // Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 240. P. 118276.
4. Giacone E., Manco S. Energy efficiency measurement in industrial processes // Energy. 2012. Vol. 38. No. 1. P. 331-345.
5. Тихомиров А. В. Концепция развития систем энергообеспечения и повышения энергоэффективности использования ТЭР в сельском хозяйстве // Вестник ВИЭСХ. 2016. № 1. С. 11-17.
6. Кривчик Д. Д., Потапенко Л. В., Волошин А. П. Способы повышения энергетической эффективности в сельском хозяйстве // Инновационная наука. 2016. № 3-3 (15). С. 101-103.
7. Li M. J., Tao W. Q. Review of methodologies and polices for evaluation of energy efficiency in high energy-consuming industry // Applied Energy. 2017. Vol. 187. P. 203-215.
8. Kelchevskaya N. R., Shirinkina E. V., Atlasov I. V. Assessing energy efficiency factors in industrial companies // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 862. No. 4. P. 042001.
9. Загинайлов В. И., Стушкина Н. А., Лештаев О. В., Овсянникова Е. А., Мамедов Т. А. Повышение энергоэффективности производства продукции сельскохозяйственными предприятиями // Вестник АПК Верхневолжья. 2022. Т. 3. С. 59.
10. Коноплин Н. А., Морозов А. В., Попов А. И. Анализ физических параметров энергоэффективности агроинженерных систем // Международный технико-экономический журнал. 2018. № 2. С. 47-53.
