Введение к работе
Актуальность работы. Коренная перестройка на современном этапе экономики народного хозяйства и повышение ее эффективности связаны не только с ростом производительности труда, но .и с уменьшением материалоемкости, удельного энергопотребления, фондоемко:, переводом отраслей па рельсы 'интенсификации.
Интенсификация производства требует 'проведения на каждом предприятии всех отраслей активной ресурсо- и энергосберегающей политики. Цветная металлургия является одной из ведущих отраслей народного хозяйства, второй по объему потребления энергетических ресурсов и первой по уровню энерговооруженности.
В 1985 г. потребление электроэнергии по цветной металлургии достигло 121 млрд. кВт- ч, или 15,2% общего потребления электроэнергии в промышленности. За .период 1985— 1990 гг. три ожидаемом реете потребления электроэнергии па 11,5% общее потребление электроэнергии составило около 135 млрд. кВт-ч.
Горнорудная промышленность характеризуется следующими основными производственно-энергетическими показателями: общий годовой объем перерабатываемой горной массы — 7 млрд. т, энергетическая доля стоимости добычи руды — 29%, затраты на добычу ,и обогащение руд — 67%, численность производственно-промышленного персонала — 70%, стоимость основных фондов — 65%, объем выпускаемой отраслью продукции— 18%.
Потребление электроэнергии в горном производстве составляет более 7% общего потребления по отрасли, по отдельным подотраслям распределяется следующим образом (в%).' золотодобывающая — 46,4, медная— 12,2, свинцово-цинковая — 11,9, никель-кобальтовая — 11,5, алюминиевая — 9,5. Суммарное потребление электроэнергии в горном производстве этих подотраслей составляет 91,5% общего потребле-ления в горном производстве цветной металлургии.
Основой горнорудной промышленности являются горнообогатительные комбинаты (ГОКи), в которые в общем слу-
чае могут входить следующие подсистемы: рудники подземных горных работ, карьеры открытых горных работ и обогатительные фабрики. Основные производственно-энергетические показатели по горнорудной промышленности цветной металлургии подтверждают, что в отрасли наиболее трудоемкими и капиталоемкими являются добыча и обогащение руд. Данные свидетельствуют, что в горнорудной промышленности основные показатели производственной деятельности, включая использование электроэнергии, требуют дальнейшего совершенствования и указывают на важность и актуальность решения задач в этой области.
В связи с изложенным теоретическое обобщение существующих и разработка на основе системного подхода новых .методов анализа, расчета и прогнозирования потребления электроэнергии в горнорудной промышленности, на базе которых решается имеющая важное народнохозяйственное значение актуальная научная проблема — повышение эффективности использования электроэнергии за счет внедрения рекомендаций по уменьшению удельного расхода электроэнергии, (снижению максимальной нагрузки, сокращению годовых приведенных затрат на систему электроснабжения, повышению надежности 'систем электроснабжения, интенсификации работы основного технологического оборудования, являются актуальными, а результаты работы могут быть (квалифицированы как определенный вклад в развитие теории электрификации горного производства.
Связь темы диссертации с государственными научными программами
Диссертационная работа выполнена:
в соответствии с отраслевой научно-технической программой «Разработать способы и средства повышения эффективности использования электрической энергии в горном производстве цветной металлургии» (Головная организация — институт ВНИПИгорцветмет 1985 г., утверждена тервым заместителем министра цветной металлургии Л. В. Козловым 15.11.1985 г.);
по утвержденным темам комплексной целевой программы MB и ССО СССР «Экономия электроэнергии» на 1982— 1990 гг. (приказ MB и ССО СССР № 703 от 14.06.82 г., п. 2.5.5. Название темы: «Прогнозирование и нормирование элоктропотребления и сокращения потерь электроэнергии по горпо-обогатптсльным комбинатам МЦМ СССР». Приказ MB и ССО СССР № 101 от 09.02.87 г., п. 05.13. Название темы: «Расчет, нормирование и прогнозирование основных показателей рационального использования электроэнергии в горнорудной промышленности»). Диссертационная работа являет-
ся составной частью проведенных по данной тематике исследований—отчеты СКГМИ: 76037990 (1977 г.), 78029999 ('1980 г.), 02830039829 (1982 г.) 01820084284 (1983 г.), 01820090101 (1985 г.), 01840017301 (1986 г.), 01880000811 (1986 г.), 01860123087 (1987 г.), 01860123083 (1988 г.), 01880009646 (1990 г.), 01900024197 (1990 г.).
Целью работы являются установление совокупности основных зависимостей и закономерностей потребления электроэнергии в горнорудной промышленности .и разработка на их основе новой .концепции анализа, расчета и прогнозирования э'лектропотреблепия, позволяющей повысить 'эффективность использования электроэнергии в горнорудной промышленности цветной металлургии за счет уменьшения удельного расхода электроэнергии, снижения максимальной нагрузки, оптимизации н повышения надежности систем электроснабжения, интенсификации работы основного технологического оборудования.
Идея работы заключается в том, что повышение эффективности использования электроэнергии в горнорудной промышленности достигается па основе реализации новой концепции анализа, расчета и прогнозирования электротютреб-лепия, базирующейся на системном подходе с использованием профессионально-логических и функциональных методов исследования процесса электропотребления.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
-
Концепция анализа, расчета и прогнозирования потребления электроэнергии в горнорудной промышленности, основанная на системном подходе, использовании эвристических н математических методов исследования и учитывающая в совокупности основные элементы, и связи производственно-энергетической системы горнодобывающих предприятий.
-
Метод, основанный на морфологическом опіканий 'производственно-энергетической системы ГОКа п экспертных оценках потребления электроэнергии и предложенный для профессионально-логического анализа электроэнергетических и производственных показателей горнодобывающих предприятий.
-
Метод, учитывающий степень влияния производственных показателей подсистем ГОКа па потребление электроэнергии и предложенный для кластерного анализа экспертных оценок электропотребления горнодобывающих предпри-ят.ияй.
-
Математическая модель, учитывающая важнейшие производственно-экономические и энергетические показатели ГОКа и предложенная для расчета и прогнозирования индексов обобщенного .показателя эффективности использования электроэнергии па горнодобывающих предприятиях.
5'. Метод, основанный на выявленной закономерности ано-морфозы нормального закона распределения максимальных нагрузок — наличии стабильного отрицательного значения коэффициента асимметрии, и ^предложенный для расчета и прогнозирования максимальной нагрузки на горнодобывающих предприятиях.
6. Корреляционно-регрессионные зависимости потребления электроэнергии от технологических показателей добычи л переработки руды, позволяющие установить научно обоснованные нормы удельного расхода электроэнергии и на их основе повысить эффективность использования электроэнергии на горнодобывающих предприятиях.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:
представительным объемом исследований за 15-летний шериод (1974—1989 гг.) статистических данных по энергетическим и производственным показателям 23 ГОКов цветной металлургии, включающих 64 подсистемы ('рудников — 23, карьеров — 14, обогатительных фабрик — 27), позволившим получить результаты исследований с доверительной вероятностью не ниже 0,9;
согласованностью результатов теоретических исследований и экспериментальных данных анализа энергетических характеристик основного технологического оборудования ГОКов (расхождение результатов не превышает 10%);
адекватностью математических моделей расчета и прогнозирования обобщенного показателя эффективности использования электроэнергии (относительная .погрешность расчетов не превышает 10% при доверительной вероятности 0,9 и выше);
обработкой статистических и экспериментальных дан пых исследований на ЭВМ с помощью методов теории веро ятности и математической статистики, планирования экспс римента, кластерного, критериального и корреляционно-ре грессионного анализов (значимость коэффициентов корреля щи и и уравнений регрессии определена при доверительно! вероятности 0,95);
положительными результатами внедрения разработан ных методов анализа, расчета и прогнозирования потребле нля электроэнергии в практику проектирования и эксплуа тации электротехнических систем горнодобывающих пред приятии.
Научная ;іобіізіі,ї резулыаюи исследований заключает ся в:
— разработке концепции системного подхода примени
тельно к анализу потребления электроэнергии в горнорудно
промышленности;
разработке классификации уровней системного анализа как общей методологической основы исследований, позволяющей проводить комплексное исследование -потребления электроэнергии в горнорудной промышленности;
разработке научных основ анализа, расчета .и прогнозирования потребления электроэнергии в горнорудной промышленности на базе профессионально-логических и функциональных методов исследования;
разработке методов морфологического описания производственно-энергетической системы ТОКа, экспертных оценок и кластерного анализа, позволяющих определить приоритетные производственно-экономические показатели ГОКа, оказывающие наибольшее 'влияние на потребление электроэнергии;'
теоретическом обосновании и разработке на основе матричной модели метода расчета нового 'критерия эффективности использования электроэнергии в вице обобщенного показателя, позволяющего нормировать, контролировать, прогнозировать и управлять потреблением электроэнергии;
теоретическом обосновании и разработке нового метода расчета 30-минутной максимальной мощности на основе статистических данных выборки нормально-усеченного закона распределения максимальных нагрузок, которая позволяет более точно определять договорную мощность предприятий и сокращать переплату за недоиспользуемый максимум нагрузки;
разработке классификации и определении области применения трендовых моделей и модели авторегрессии для целей прогнозирования максимальной мощности и удельного расхода электроэнергии;
разработке методик расчета показателей надежности л уровня технической эксплуатации системы электроснабжения горнодобывающих предприятий.
Значение работы
Научное значение работы состоит в разраіботке новой.концепции анализа, расчета и 'Прогнозирования потребления электроэнергии в горнорудной промышленности; разработке методов морфологического описания производственно-энергетической системы ГОКа, экспертных оценок и кластерного анализа потребления электроэнергии; получении математической модели расчета и прогнозирования обобщенного показателя эффективности использования электроэнергии; установлении закономерности распределения максимальных нагрузок и разработке метода расчета и прогнозирования мак-
сималыюй нагрузки; разработке метода расчета показателей надежности и уровня технической эксплуатации системы электроснабжения ГОКа; установлении аналитических зависимостей удельного расхода электроэнергии от производственных показателей основных технологических процессов добычи 'И переработки руды, что позволило разработать ряд теоретических положений, совокупность которых является новым достижением в развитии теории электроснабжения промышленных (включая горные) предприятий, и осуществить на их основе повышение эффективности использования электроэнергии на предприятиях отрасли.
Практическое значение работы состоит в разработке следующих .методик и рекомендаций:
методика расчета и прогнозирования величины 30-ми-нутной заявляемой активной мощности на промышленных предприятиях;
методика расчета и прогнозирования потребления элект роэнергии на горно-обогатительных .комбинатах (методика и пакет прикладных программ);
методика расчета удельного расхода электроэнергии 'по основным технологическим процессам добычи и .переработки руды;
методика экспертных оценок и кластерного анализа потребления электроэнергии;
методика расчета и прогнозирования обобщенного показателя эффективности .использования электроэнергии;
рекомендации по интенсификации работы основного технологического обрудования ГОКов;
рекомендации по повышению .надежности системы электроснабжения подземных рудников за счет внедрения селективной защиты от одно- и многофазных замыканий;
рекомендации по повышению надежности системы электроснабжения карьеров за счет внедрения селективной защиты, от однофазных замыканий «а землю;
рекомендации по оптимизации системы электроснабжения (СЭС) рудничного электровозного транспорта.
Методики и рекомендации доведены до инженерного уровня использования и по ним разработан пакет прикладных программ для ЭВМ.
Реализация результатов работы
Методика расчета и прогнозирования величины 30-ми-минутной заявляемой активний мощности на промышленных предприятиях внедрена в ПО энергетики и электрификации «Севкавказэнерго».
Методика расчета и прогнозирования потребления электроэнергии на .горно-обогатительных комбинатах (методика и
пакет прикладных программ) внедрена в государственных проектных институтах «Кавказгипроцветмет», «Гипромез», Всесоюзном научно-исследовательском, проектном и проектно-конструкторском институте «Тяжпромэлектропроект» им. Ф. Б. Якубовского ('Волгоградское отделение).
Методика расчета удельного расхода электроэнергии по основным технологическим процессам добычи « переработки -руды внедрена на Садонском СЦК, Тырныаузском АМК, Мадпеульоком ГОКе.
Рекомендации ло интенсификации работы основного технологического оборудования ГОК внедрены на Тырныаузском 'ВМ!К и Маднеульском ГОКе.
Рекомендации по повышению надежности системы электроснабжения подземных рудников за счет внедрения селективной защиты от одно- и многофазных замыканий внедрены на Садонском СЦК.
Рекомендации по повышению надежности системы электроснабжения карьеров за счет внедрения селективной защиты от однофазных замыканий на землю внедрены па Тырныаузском ВМК и Маднеульском ГОКе.
Рекомендации по оптимизации системы электроснабжения (СЭС) рудничного электровозного транспорта внедрены на Тырныаузском ВМК.
Методика расчета и прогнозирования величины 30-минутной заявляемой активной мощности на промышленных предприятиях», включая программы расчета на ЭВМ, внедрена при чтении в Северо-Кавказском горно-металлургическом институте курса лекций «Повышение эффективности использования электроэнергии в промышленности», проведении лабораторных работ и дипломном проектировании (специальность 10.04).
Внедрение результатов работы на ряде ГОКов отрасли подтверждено и одобрено Минцветметом (письмо зам. министра № КА—8023/31 от 07.08.89 г. «О (продлении работ по внедрению разработок повышения эффективности использования электроэнергии на горных предприятиях 'цветной металлургии») .
Апробация работы. Основные теоретические положения, результаты-, -выводы -и рекомендации диссертационной работы докладывались, обсуждались и долучили одобрение на Всесоюзной межвузовской конференции по проблемам охраны труда (Иваново, 1969), I Всесоюзной научно-технической конференции «Электробезопасность на горнорудных предприятиях черной металлургии СССР» (Днепропетровск, 1975), VII Всесоюзном совещании энергетиков -цветной -металлургии (Москва, 1977), II Всесоюзном научно-техническом семинаре «Повышение надежности и электробезопасности систем
электроснабжения горнорудных предприятий» (Качканар, 1979), II Всесоюзной научно-технической конференции «Электробезопасность на горнодобывающих предприятиях» (Днепропетровск, 1979), Всесоюзной научной конференции «Снижение потерь в электроэнергетических системах» (Баку, 1981), III Всесоюзной научно-технической конференции «Электробезопасность на горнорудных предприятиях черной металлургии СССР» (Днепропетровск, 1982), Всесоюзной научно-технической конференции «Моделирование электроэнергетических систем» (Баку, 1982), Всесоюзном научном семинаре АН СССР «Кибернетика электрических систем» по тематике «Электроснабжение промышленных предприятий» (Новочеркасск, 1983, 1985, 1988), научно-технической конференции «Технико-экономические .проблемы оптимизации режимов электропотребления на промышленных предприятиях» (Челябинск, 1983), научном семинаре-совещании «Построение моделей и моделирование сложных технических объектов» (Тула, 1984), Всесоюзной научной конференции «Пути экономии и цовышения эффективности использования электроэнергии в системах электроснабжения промышленности и транспорта» (Казань, 1984), научно-технической конференции «Технико-экономические проблемы оптимизации режимов электропотребления промышленных предприятий» (Свердловск, 1984), науч'но-техничеокой (конференции «Повышение эффективности электроснабжения промышленных предприятий» (Челябинск, 1985), IX Всесоюзной научной конференции «Моделирование электроэнергетических систем» (Рига, 1987), международном симпозиуме «Повышение надежности систем промышленного электроснабжения па основе современных методов и средств обнаружения мест повреждения кабелей» (ФРГ, г. Баунах, 1989), Всесоюзной научно-технической конференции «Повышение эффективности и качества электроснабжения» (Мариуполь, 1990), Всесоюзной научно-технической конференции «Критерии экономической эффективности в энергетике» (Киев, 1990).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 74 научные работы, получены 3 авторских свидетельства на изобретения.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения, изложенных «а 339 с. машинописного текста, содержит 40 рисунков и 50 таблиц, список использованной литературы из 245 наименований и приложений.
Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту — профессору Щуцкому В. И. за помощь при подготовке и завершении диссертации.
