Контроль показателей электропотребления

Для повышения эффективности использования электрической энергии необходимо постоянно контролировать соответствие показателей электропотребления предприятия некоторым целевым значениям и принимать меры в случае их превышения. В Западной Европе такой подход получил название целевого энергетического мониторинга. В некоторых странах государственные структуры пропагандируют и частично финансируют его внедрение. По результатам мониторинга на предприятиях различных отраслей промышленности полученная экономия составила от 5 до 15 % общего расхода электроэнергии. Рассмотрим основные аспекты такого подхода к энергосбережению.
Энергетический мониторинг можно применять на всех уровнях системы электроснабжения — начиная с отдельного электроприемника и заканчивая границей раздела предприятия и энергосистемы. Невозможно и не нужно охватывать системой мониторинга все электроприемники, так как экономия электроэнергии на оборудовании с малой мощностью не даст ощутимого результата в масштабах предприятия. Основное внимание следует сосредоточить на нескольких самых энергоемких объектах (в качестве объектов могут выступать цех, основные производственные участки, отдельные электроприемники). Предварительный энергетический аудит позволяет выявить такие объекты и рекомендовать места установки счетчиков. Как показывает практика, 10—20% общего числа подразделений предприятия — наиболее энергоемкие, на их долю приходится до 80 % общего электропотребления предприятия.
Организация учета электроэнергии на каждом выделенном объекте является обязательным условием внедрения мониторинга. Большинство предприятий имеют системы технического учета электроэнергии по цехам или участкам, однако данные этого учета не применяют для постоянного контроля эффективности. На начальных стадиях внедрения мониторинга достаточно использовать имеющиеся счетчики или переустановить их в рекомендованные точки. Таким образом, затраты на организацию системы учета будут незначительны.
Расход электроэнергии по каждому выделенному счетчику должен быть соотнесен с конкретным объектом, определенным документально (здание, цех, участок, отдельный агрегат). На каждом таком объекте должны быть люди, несущие административную ответственность за режим электропотребления — технологи или мастера, непосредственно влияющие на режимы работы оборудования. Именно они должны постоянно контролировать расход электроэнергии, сравнивать его с характерными показателями, выявлять причины перерасхода и принимать меры к его устранению. Их обязанностью станет выбор наиболее экономичных (с точки зрения электропотребления) режимов. Ошибочно думать, что эти функции должны выполнять сотрудники отдела главного энергетика — они не могут повлиять на технологический процесс; они должны лишь периодически контролировать правильность работы счетчиков и электрооборудования, управлять работой системы целевого энергетического мониторинга.
Для каждого выделенного объекта выбирают характерные показатели электропотребления и рассчитывают их целевые значения. В качестве показателей могут быть использованы общие или удельные расходы электроэнергии (полученные статистическими методами по предварительно собранным данным). Целевые показатели, полученные на основе экспериментальных данных, могут быть реально достигнуты, что стимулирует работу.
Система мониторинга предполагает, что ответственный персонал с заданной периодичностью определяет характерные показатели электропотребления по своим объектам и сравнивает их с установленными целевыми показателями, заданными, как правило, в виде интервала. При выходе показателей за границы интервала мастер или технолог определяет причины происшедшего и предпринимает необходимые действия. Период измерений следует выбирать коротким (производственный цикл, смена, сутки), чтобы можно было выявить причины превышения потребления и быстро принять меры по их устранению.
Применение удельных расходов электроэнергии в качестве целевых показателей не всегда возможно — например, если возникают сложности с определением выпуска продукции в каждый расчетный период или же продукция разнообразна и не представляется возможным привести ее к однородным показателям. При нестабильности производства загрузка технологического оборудования сильно меняется. Расход электроэнергии в таких условиях не пропорционален выпуску продукции — как правило, при неполной загрузке оборудования удельные расходы электроэнергии возрастают, поскольку имеется некоторая постоянная составляющая электропотребления, расходуемая на поддержание технологического процесса (например, нагревается внутренняя поверхность электропечи независимо от количества загруженных деталей). Поэтому в ряде случаев удобнее применять не удельные, а общие расходы электроэнергии по выделенному объекту.
Подход к расчету целевых показателей общего электропотребления аналогичен расчету удельных расходов. Обязательным условием является проведение замеров расхода электроэнергии по объекту с заданной периодичностью (смена, сутки, цикл работы). При стабильной работе распределение расходов электроэнергии будет близко к нормальному (гауссову) и может быть установлен интервал целевых значений электропотребления по математическому ожиданию и дисперсии (аналогично удельным расходам).
Принципиально важно, что необходимо контролировать электропотребление, замеряемое счетчиком, в целом по выделенному объекту. Не следует определять отдельные статьи расхода (освещение, вентиляция, внутрицеховой транспорт и др.), которые невозможно замерить или проконтролировать приборами учета. Поэтому и удельные, и общие расходы электроэнергии рассчитывают в целом по цеху, участку, агрегату с учетом потребления всех электроприемников. Фактически от одной цеховой трансформаторной подстанции с двумя трансформаторами по 1000 кВ*А питается обычно 100—300 электроприемников, оборудовать каждый из которых счетчиком не представляется возможным. Поэтому контролируют лишь наиболее энергоемкие агрегаты или группы оборудования, питающиеся по одной линии.
В ходе работы системы энергетического мониторинга все вновь получаемые данные пополняют базу данных предварительного этапа, и через 3—4 мес целевые показатели пересчитывают. Постоянный контроль позволяет снизить количество брака и отступлений от технологии. Устранение случаев работы с завышенным электропотреблением приводит к экономии электроэнергии на каждом выделенном объекте и к постепенному снижению расчетных целевых показателей.
Подчеркнем, что целевые показатели устанавливают по данным измерений, а не расчетом по паспортным данным электрооборудования. Рассчитать по параметрам отдельных электроприемников удельные (или общие) расходы электроэнергии конкретного отделения, участка, цеха невозможно, так как его работа обеспечивается множеством технологически связанных механизмов и устройств. Данная система (участок, отделение, цех, производство, завод) — с меняющимися во времени числом электроприемников и режимами работы — начинает проявлять особые (техноценологические) свойства. Невозможно расчетными способами учесть многообразие сочетаний включенного оборудования и режимов их работы, хотя результат их совместной работы, отраженный счетчиком, достаточно стабилен для статистической обработки. Показатели энергоэффективности оборудования, включенные в паспортные данные, могут служить ориентиром для выбора экономичного оборудования и приниматься во внимание при обследовании отдельных электроприемников, но не должны использоваться в виде целевых показателей мониторинга, так как в них не учтены реальные режимы данного производства.
Систему контроля показателей общего электропотребления можно применять не только на уровне цеха или отдельного агрегата, но и для предприятия в целом. Мониторинг суточного (месячного) электропотребления на границе раздела предприятия с энергоснабжающей организацией достаточно прост и доступен любому предприятию, так как использует имеющиеся коммерческие счетчики электрической энергии.
В ряде случаев, когда общее электропотребление выделенного объекта нестабильно, не подчиняется нормальному распределению и зависит от других факторов (количества выпускаемой продукции, температуры окружающей среды, размера заготовки и др.), можно представить целевые показатели в виде функциональной зависимости расхода электрической энергии от выбранных параметров. По данным предварительного этапа обследования строится функция вида W=f(xx) или W=f(x1,x2), где W— электропотребление выделенного объекта; x1,x2  — факторы, например выпуск одного или нескольких видов основной продукции на данном участке производства. Наиболее наглядна и удобна в применении линейная зависимость электропотребления от выпуска основного вида продукции W = а + bх, однако возможны более сложные зависимости вида W = а + bx² ; W — а + bх1 + сх2 и др.
Поскольку реальные значения электропотребления не попадают точно на выбранную линию регрессии, для использования функции в качестве целевой строят некоторый доверительный интервал значений, в пределах которого потребление считают нормальным, не требующим вмешательства персонала в работу оборудования. Несмотря на то что электропотребление может быть связано с количеством продукции, подход отличен от нормирования, так как здесь статистически учтены и условно-постоянная составляющая, не зависящая от выпуска продукции, и влияние других факторов.
Необходима ли система автоматизированного учета электроэнергии для проведения энергетического мониторинга? В общем случае — нет. Хотя автоматизированный учет облегчает сбор и анализ данных по электропотреблению, без корректно организованного алгоритма их использования большая часть информации не будет получена персоналом, непосредственно влияющим на работу электрооборудования, поскольку сосредоточится в отделе главного энергетика. Из огромного количества данных, получаемых автоматизированными системами учета, требуется выделение некоторого ограниченного числа параметров, подлежащих целевому мониторингу. Трудно совместить с автоматизированной системой учета электроэнергии данные о выпуске продукции. Кроме того, если счетчики считывает вручную один и тот же человек, он быстрее выявит возможные ошибки в показаниях и примет меры по улучшению режима оборудования. Таким образом, автоматизированные системы учета облегчают работу мониторинга только при постоянном взаимодействии энергетического и производственного персонала.
Большое значение для эффективной работы системы мониторинга имеет заинтересованность непосредственных исполнителей и руководства в экономии электроэнергии, поэтому требуется как административная работа по внедрению и поддержанию системы учета и контроля, так и материальное, и моральное стимулирование, а также обучение персонала экономичным методам работы.