Управління інноваційними платформами проектів енергозберігаючих технологій у житлово комунальному господарстві

У першому розділі дисертаційної роботи автором проведено аналіз стану споживання енергоресурсів у процесі функціонування житлово-комунальних господарств. Сформовано оцінки ефективності функціонування житлово-комунального господарства України. На підставі аналізу закордонного досвіду реформування житлово-комунального господарства критично опрацьована загальнодержавна програма реорганізації систем енергозбереження ЖКХ України і концептуальні засади механізму розвитку житлово-комунального комплексу. Виявлені сучасні проблеми і перспективи інноваційного розвитку систем енергозбереження в житлово-комунальному господарстві в розрізі державного, регіонального, корпоративного і місцевого рівнів. Визначені передумови формування інноваційної платформи енергозбереження в житлово-комунальному господарстві. Житлово-комунальне господарство посідає третє місце серед галузей економіки України по обсягах споживання енергоносіїв (перше місце по використанню тепла). Частка електроенергії в структурі матеріальних витрат на виробництво послуг водопостачання у 2006 р. становила 30,4% (рис.1), а на виробництво послуг теплопостачання у 2006 р. становила 46,7% (рис.2).

У період з 2000 по 2006 р. річне споживання газу підприємствами житлово-комунального господарства України складало 8,0-8,5 млрд. м3, а електроенергії - близько 10 млрд. кВт·ч.

Разом з тим, житлово-комунальне господарство України має величезний потенціал енергозбереження. Тільки з втратами води і теплової енергії дарма витрачається більше 30% спожитих енергоресурсів.

Таким чином у структурі паливно-енергетичних систем житлово-комунального господарства значне місце займають трубопровідні системи енергетики, до яких можна віднести системи тепло-, водо- і газопостачання.

Значна енергоємність таких систем, дефіцит і висока вартість паливно-енергетичних ресурсів призводить до необхідності розробки проектів і програм, спрямованих на якісне й ефективне управління впровадженням інноваційних енергозберігаючих технологій у паливно-енергетичних системах житлово-комунального господарства. Враховуючи те, що на теплопостачання витрачається біля половини всього споживаного в Україні газу, найбільш актуальною є розробка і впровадження проектів енергозберігаючих технологій у системах теплопостачання.

Сучасні системи теплопостачання представляють складний комплекс, що містить у собі наступні основні підсистеми: джерела теплопостачання (ТЕЦ, котельні), магістральні мережі, квартальні розподільні мережі, споживачі

Проекти енергозберігаючих технологій у системах теплопостачання можна розбити на дві групи:

1) проекти, що пов'язані з модернізацією і заміною окремих елементів системи: теплова ізоляція, захист від корозії, автоматизація елеваторів, заміна теплообмінників, встановлення устаткування частотного регулювання насосних агрегатів;

2) проекти, що спрямовані на використання внутрішніх резервів систем теплопостачання за рахунок оптимізації режимів подачі і розподілу тепла споживачам.

Проведено багаторівневий аналіз проблем розвитку енергозбереження. Аналіз систем енергозбереження на державному рівні дозволяє виділити наступні їх проблеми:

1. Практична відсутність цілеспрямованого державного впливу на енергозбереження і його інституційну та фінансову підтримку;

2. Недосконалість нормативно-правової бази:

відсутність конкретних законів;

слабка пропрацьованість нормативно-правової бази;

відсутність сформованої системи стандартів і нормативів для критеріальної оцінки рівня енергоефективності процесів, продукції, технологій, послуг;

3. Неефективність управління енергозбереженням з боку державних органів, а саме відсутність спеціалізованого органу управління енергозбереженням з визначенням його прав і відповідальності;

4. Слабка фінансова підтримка діяльності з підвищення ефективності використання енергії:

низький рівень бюджетного фінансування програм енергозбереження;

недостатність важелів державної підтримки формування цільових джерел фінансування реалізації енергозберігаючих програм і заходів;

відсутність достатніх власних коштів у господарюючих суб'єктів, що збільшена кризою неплатежів; відсутність фінансових ресурсів (фондів) для цілей енергозбереження й (або) пільгового кредитування;

5. Нерозвиненість механізмів стимулювання та мотивації енергозбереження:

відсутність системи економічного впливу на споживачів енергетичних ресурсів з метою підвищення їхньої зацікавленості в енергозбереженні, досягненні й поліпшенні нормативних показників енергоефективності;

відсутність механізмів зацікавленості споживачів енергоресурсів у підвищенні енергетичної ефективності;

недосконалість цін і тарифів на енергоресурси;

слабке використання цінового (тарифного) регулювання;

відсутність механізму зацікавленості суб'єктів в енергозбереженні.

Функціонування системи енергозбереження на корпоративному рівні ускладнюється наявністю наступних проблем:

недооцінка ролі малого бізнесу в енергозбереженні;

відсутність банку даних науково-технічних досягнень, що сприяє інноваційному розвитку підприємств ЖКГ;

низька зацікавленість споживачів енергії в реалізації енергозберігаючих проектів;

відсутність програмно-технічних засобів для енергоаудиту та інфраструктури спеціалізованих енергозберігаючих організацій, що ініціюють реалізацію енергозберігаючих проектів;

недостатня кількість кваліфікованого персоналу.

Таким чином, у цей час системи енергозбереження державного, регіонального і корпоративного рівнів практично не використовують наявний інноваційний потенціал. Однак управління інноваційними проектами і програмами енергозбереження та впровадження ресурсозберігаючих технологій є однією із стратегічних цілей розвитку України.

Другий розділ дисертаційної роботи присвячений розробці структури та функцій інноваційної платформи управління проектами енергозбереження в ЖКГ. Автором обґрунтована концептуальна модель інноваційного розвитку енергозбереження в житлово-комунальному господарстві, економіко-математична модель формування інвестиційних пріоритетів в управлінні проектами інноваційного розвитку енергозберігаючих технологій у житлово-комунальному господарстві, когнітивна модель і механізми управління інноваційними проектами енергозберігаючих технологій.

Запропонована автором концептуальна модель показана на рис.4. Модель включає систему цілей і збалансованих показників розвитку, на основі яких формується основний цикл управління (моніторингу) програми. Програма інноваційного розвитку містить ряд взаємозалежних проектів або їх портфелів, реалізація яких забезпечує досягнення стратегічних цілей. Проекти будуються на основі кращої практики й уроків, сформованих двома когнітивними циклами. При цьому інноваційна платформа програми розвитку будується на нових знаннях і технологіях, що надходять із зовнішнього середовища, а також когнітивних циклах перенесення кращої практики й уроків виконаних проектів.

Схема включає три базових цикли управління - цикл моніторингу проектів і програми на основі збалансованої системи показників по цілям, цикл вивчення і переносу кращої світової практики в масштабовані моделі проектів, цикл вивчення уроків для недопущення повторення помилок.

Система управління переносить в інноваційну платформу енергозберігаючі технології (ЕТ), та забезпечує їх своєчасне використання. Сьогодні впровадження ЕТ у галузях нематеріального виробництва, у першу чергу житлово-комунального господарства, не носять масового характеру, та використання енергоресурсів має низьку ефективність.

У роботі обґрунтована схема інформаційного забезпечення інноваційної платформи управління проектами ЖКГ з урахуванням економічних реалій України.

Реалізацію проектів оптимізації режимів подачі і розподілу тепла споживачам визначимо на основі її подання з позицій системного підходу як єдиної системи, що функціонує в деякому середовищі. Виділення об'єкта із середовища дозволяє здійснити декомпозицію системи, визначити керовані параметри, вхідну і вихідну інформацію системи.

До середовища відносять, як правило, некеровані підсистеми, а також ті підсистеми, керування якими здійснюється на інших ієрархічних рівнях. У цьому випадку до середовища віднесемо споживачів, систему підготовки теплоносія, макроекономічні умови, що склалися на даний період у країні.

Виділення системи із середовища здійснюється також на підставі певної мети її функціонування.

Тоді функціонування системи теплопостачання можна представити у вигляді оператора F:

Y = F(Х, W, U) (1)

тобто оператора, що перетворить вхідну інформацію Х(q,p,t) у вихідну Y(Q,P,T) з урахуванням вектора вимог середовища W(Qs,Ps,Ts) і вектора керування U(S,R) де q, p, t - витрата, тиск, температура теплоносія на вході в систему теплопостачання; Q, P, T - витрата, тиск, температура теплоносія на виході із системи теплопостачання; Qs, Ps, Ts - такі параметри теплоносія (витрата, тиск, температура), що забезпечують необхідний рівень якості теплопостачання; S, R - структура системи теплопостачання і її параметри при заданій структурі. Таким чином, процес керування системою теплопостачання полягає в підтримці таких параметрів на виході системи Y(Q,P,T), які забезпечують вимоги середовища W(Qs,Ps,Ts) по забезпеченню комфортних умов у споживачів, тобто забезпечення виконання наступної умови:

Y(Q,P,T) >= W(Qs,Ps,Ts). (2)

Основною задачею, яку вирішує система теплопостачання, є забезпечення споживачів опаленням заданої якості при мінімізації енергетичних ресурсів, що витрачаються на реалізацію технологічного режиму теплопостачання:

J = У {J1 [(Х(q,p,t), U(S,R)], J2 [W(Qs,Ps,Ts), U(S,R)] }. (3)

Показники ефективності функціонування системи теплопостачання, тобто енергозбереження, визначаються обсягами газу й електроенергії, затрачуваними на забезпечення технологічного режиму подачі і розподілу споживачам теплоносія, що забезпечує задану якість теплопостачання:

У J1 [(Х(q,p,t), U(S,R)]. (4)

Під якістю будемо розуміти підтримку в приміщенні комфортного температурного режиму, що для кожного теплового району залежно від температури зовнішнього повітря визначається кількістю поданого тепла

У J2 [W(Qs,Ps,Ts), U(S,R)] (5)

G1 >= J2 [W(Qs,Ps,Ts), U(S,R)] >= G2, (6)

де G1,G2 - відповідно мінімальне і максимальне значення тепла, необхідне для підтримки в приміщенні комфортного температурного режиму.

Таким чином, процедуру формування оцінки, що дозволяє визначити ефективність функціонування системи теплопостачання з позиції гармонізації цілей споживачів і постачальників теплоносія, можна представити у вигляді наступної ієрархічної моделі прийняття багатокритеріального рішення.

Оцінка функціонування системи теплопостачання J базується на значеннях локальних показників, що характеризують рівні ефективності I1, I2, In і D1, D2, Dn якості роботи кожного теплового району.

Отже, керування режимами функціонування системи теплопостачання зводиться до рішення багатокритеріального завдання. Рішення даного завдання пов'язане з вибором принципу оптимальності, що визначає властивості оптимального рішення. Таким чином, дана задача є задачею векторної оптимізації, що має безліч різних принципів оптимальності. У цьому випадку концептуальна сторона вибору принципу оптимальності віднесена до компетенції суб'єктів регулювання системи теплопостачання. З іншого боку, формальна сторона рішення багатокритеріальної задачі може бути представлена у вигляді реалізації наступних основних етапів: нормалізація локальних показників ефективності і якості функціонування системи теплопостачання, визначення області рішення, визначення схеми компромісу.

Для забезпечення дієвості запропонованої інноваційної платформи була сформована когнітивна модель управління інноваційними проектами енергозберігаючих технологій, враховуючи основні напрямки і перспективи розвитку житлово-комунального господарства. Відмінна риса запропонованої когнітивної моделі полягає в наявності двоелементної базової моделі прогнозування, яка включає робочу (РМ) і детерміновану (ДМ) моделі, що дозволяє ефективно вирішувати завдання прогнозування розвитку житлово-комунального господарства з реалізацією принципу динамічного відновлення бази уроків проектів.

Таким чином, в роботі автором представлена декомпозиція інноваційної платформи управління проектами енергозбереження у ЖКГ.

У третьому розділі дисертаційної роботи автором розроблені механізми моделювання інноваційного розвитку енергозберігаючих технологій у житлово-комунальному господарстві, обґрунтовані стратегічні цілі і завдання інноваційного розвитку систем енергозбереження в житлово-комунальному господарстві. Проаналізовано структуру і функції системи управління проектами впровадження інноваційних енергозберігаючих технологій у житлово-комунальне господарство. Оцінено ефективність впровадження інноваційних енергозберігаючих технологій у житлово-комунальне господарство.

Реалізація проектів ресурсозбереження, що забезпечують оптимізацію технологічних режимів подачі теплоносія споживачам, вимагає проведення структуризації оператора F як для окремих елементів системи, так і для системи в цілому.

Модель активних елементів ТЕЦ або котелень можна представити поліномом другого порядку:

H=d1+d2q+d3q2, (7)

де H - напір активного елемента, d1, d2, d3 - коефіцієнти навантажувальної характеристики активного елемента, q - витрата через активний елемент.

Модель на ділянці трубопроводу теплової мережі характеризується наступною залежністю:

Piн - Piк - ciqiв = 0, (8)

де Piн, Piк - тиск на початку і кінці i-ої ділянки трубопроводу, ci - гідравлічний опір i-ої ділянки трубопроводу, qi - витрата на i-ій ділянці трубопроводу, в - константа, що визначає вид апроксимації на ділянці трубопроводу.

Модель функціонування магістральних і розподільних мереж визначається моделлю сталого потокорозподілення в тепловій мережі, що описується системою рівнянь виду:

f(Piн, Pik, qi, лi) = 0, iєM (9)

У qi - У qi, jєV (10)

Piн = Pj, iєV, jєV - , (11)

Pik = Pj, iєV, jєV+, (12)

де f(Piн, Pik, qi, лi) - нелінійні монотонно зростаючі або спадаючі безперервні функції, що визначають режим передачі теплоносія по ділянці трубопроводу; M - множина індексів реальних дуг графа мережі; V - множина індексів вузлів графа мережі; jєV - , jєV+ - множина індексів дуг графа мережі вихідних і вхідних в j-ий вузол.

Виконані в дисертації дослідження дозволили розробити науково-обґрунтовані рекомендації з управління інноваційним розвитком систем енергозбереження в житлово-комунальному господарстві.

Вивчення впливу енергетичної складової на конкурентоспроможність послуг дозволило виявити залежність зростання енергоємності в галузі ЖКГ від обсягів падіння виробництва і зростання енерговитрат у структурі собівартості житлово-комунальних послуг. На основі піднятої проблематики були систематизовані основні фактори, що визначають недостатню ефективність роботи систем енергозбереження.

У ході дисертаційного дослідження був зроблений аналіз ефективності формування і функціонування систем енергозбереження на державному, регіональному і корпоративному рівнях, сформульовані загальні напрямки їх інноваційного розвитку на основі інституціональних перетворень, що дозволяють врахувати особливості інноваційного потенціалу енергозбереження на житлово-комунальних підприємствах.

Проведене дослідження дозволило розробити концептуальну модель інноваційного потенціалу енергозбереження в ЖКГ, що дозволяє зробити прогноз зниження споживання енергії, визначити основні його складові і фактори, що роблять найбільший вплив на цей потенціал.

Дослідження інституціональних проблем інноваційного розвитку систем енергозбереження дозволило запропонувати модель створення системи енергозбереження для досягнення цілей використання інноваційного потенціалу підприємств ЖКГ на основі формування спеціалізованих енергозберігаючих компаній.

У четвертому розділі дисертаційного дослідження “Впровадження результатів досліджень у практику управління інноваційними платформами проектів енергозбереження в житлово-комунальному господарстві України” обґрунтовані напрямки впровадження методології проектного управління в практику інноваційного розвитку енергозбереження в житлово-комунальному господарстві міст. Сформульовані проекти ефективної витрати енергоресурсів при реалізації технологічного режиму подачі і розподілу споживачам теплоносія, що забезпечує заданий рівень якості теплопостачання у вигляді задачі нелінійного математичного програмування

qihi/(102*з) >min (13)

ф1 qi,hi€ ?

?:

fr = signqrcrqr2 +b1ri signqiciqi2 + b1ri (d1+d2qr+d3qr2) =0 rM2 (14)

fr = (d1+d2qr+d3qr2) +b1ri signqiciqi2 + b1ri (d1+d2qr+d3qr2) =0 r€L2 (15)

fr =hr1 - hia+ b1ri (signqiciqi2+ hir) + b1ri (d1+d2qi+d3qi2) =0 r€ N2 (16)

qi= b1ri qi i€N1 (17)

qj*<= qj<= qj**, j=L (18)

G1 <= кс Qi g(ф1 - ф2) <=G2 (19)

де M - множина комплексів, що відповідають ділянкам мережі, N - множина індексів, що відповідають виходам із мережі, L - множина індексів, що відповідають активним елементам мережі (індекси 1 і 2 для цих множин відповідають гілкам і хордам відповідно), qi - витрата по ділянці мережі, b1ri - елемент цикломатичної матриці, ci - гідравлічний опір ділянки мережі, hr, h1 задані значення напору, с - щільність теплоносія, g - теплоємність, ф1, ф2 - значення температур у прямій і зворотній мережі, з - к. к. д. активних елементів теплової мережі, qj*,qj** - нижня і верхня межа пропускної можливості входів системи теплопостачання.

Запропонований в дисертації алгоритм вирішення системи рівнянь (13) - (18) дозволяє визначити оптимальний гідравлічний режим системи теплопостачання з урахуванням мінімізації витрат електроенергії на подачу теплоносія споживачам, тобто забезпечується ефективність функціонування системи теплопостачання, облік співвідношення (19) дозволяє визначити температурний графік, що забезпечує необхідну якість функціонування системи теплопостачання.

Вирішення даного завдання дозволить реалізувати проекти планування режимів функціонування систем теплопостачання і їх оперативного управління, а також контролю вироблення, збуту, транспорту, і раціонального розподілу теплової енергії.

Реалізація даних проектів забезпечить підвищення ефективності і якості функціонування системи теплопостачання за рахунок: підтримки економічних режимів роботи теплових мереж на основі раціональних гідравлічних режимів; зниження аварійності теплових мереж за рахунок зниження надлишкового тиску в мережі; підвищення оперативності і керованості режимів функціонування систем теплопостачання.

ВИСНОВКИ