Потенциал энергосбережения техноценоза. Трактат

В. И. Гнатюк 

ПОТЕНЦИАЛ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ 
ТЕХНОЦЕНОЗА 

Трактат 

Москва 

2019 

Второе издание, стереотипное

Берлин

УДК 130.2:62;141.2+62:1;681.51+620.9:001.891.57;621.311 
ББК 65.441+31.190.7
          Г65 

Рецензент 
Л. И. Двойрис, доктор технических наук, профессор 

Гнатюк, В. И.  
Г65        Потенциал энергосбережения техноценоза. Трактат /           
В. И. Гнатюк. – 2-е изд., стер. – Москва ; Берлин : 
Директ-Медиа, 2019. – 63 с. 

ISBN 978-5-4499-0196-5 

Одной из ключевых процедур оптимального управления техноценозом 
является процедура потенширования. Она заключается в определении 
потенциала энергосбережения, на величину которого на данном временном 
интервале может быть сокращено электропотребление техноценоза без 
ущерба его нормальному функционированию. Потенциал энергосбереже- 
ния – полученная на расчетную глубину времени абсолютная разница между 
электропотреблением техноценоза без реализации энергосберегающих 
процедур, с одной стороны, и электропотреблением, соответствующим 
нижней границе переменного доверительного интервала, с другой. Тонким 
дополнением к стандартной процедуре потенширования является ZP-анализ, 
под 
которым 
понимается 
тонкая 
процедура 
управления 
электропотреблением, осуществляемая на этапе потенширования с целью разработки 
ZP-плана энергосбережения техноценоза. В основе ZP-анализа лежит 
методика оценки Z-потенциала, причем в качестве конечного рассматривается ранговое параметрическое распределение, соответствующее нижней 
границе переменного доверительного интервала, полученного в процедуре 
интервального 
оценивания 
после 
ZP-нормирования. 
ZP-планирование 
предусматривает для каждого объекта на каждом временном интервале 
управляющие воздействия, поставленные в зависимость от дифлекспараметров. Весьма важным элементом ZP-анализа является мониторинг 
результативности энергосбережения, который осуществляется с помощью 
показателя конверсии. 

УДК 130.2:62;141.2+62:1;681.51+620.9:001.891.57;621.311 
ББК 65.441+31.190.7

ISBN 978-5-4499-0196-5 

© Гнатюк В. И., текст,  2019 
      © Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2019 

Потенциал энергосбережения техноценоза

1. Потенширование электропотребления

На этапе построения эмпирической модели осуществляется статистическая обработка данных по электропотреблению объектов техноценоза, которая включает взаимосвязанные процедуры рангового анализа. Как 
известно из работ [1-20], основными процедурами методики оптимального 
управления электропотреблением являются следующие: формирование базы данных, интервальное оценивание, прогнозирование и нормирование. 
Предлагается дополнить их еще одной важной процедурой – потеншированием (от английского «potential» – «потеншл») (рис. 1). 

Рис. 1. Методика оптимального управления электропотреблением 

При этом под потеншированием вообще предлагается считать процедуру оптимального управления ресурсами техноценоза, заключающуюся 
в определении интегрального количества ресурса, на величину которого на 
данном временном интервале должно быть сокращено ресурсопотребление 
техноценоза без ущерба его нормальному функционированию. Очевидно, 

– 3 –

Потенциал энергосбережения техноценоза

что применительно к электроэнергии процедура потенширования сводится 
к определению и последующему использованию в процессе управления 
потенциала энергосбережения. Здесь следует отметить терминологическую особенность, заключающуюся в том, что, следуя традиции, понятие 
энергосбережения мы будем относить лишь к электроэнергии, что позволит избежать понятия «электросбережение», которое почти не находит 
применения в современной научной литературе и нормативных документах. Не будем мы применять и выражение «экономия электроэнергии», которое со словом «потенциал» составляет достаточно громоздкую фразу и в 
современной литературе не встречается. Таким образом, в методике оптимального управления электропотреблением под потеншированием будем 
понимать процедуру, заключающуюся в определении потенциала энергосбережения, на величину которого на данном временном интервале должно быть сокращено электропотребление техноценоза без ущерба нормальному функционированию объектов. Определим ключевое в процедуре потенширования понятие потенциала энергосбережения (рис. 2). 

Рис. 2. К понятию системного потенциала 
энергосбережения техноценоза 

Потенциал энергосбережения (системный потенциал энергосбережения) – полученная на расчетную глубину времени абсолютная разница между электропотреблением техноценоза (в кВт⋅ч) без реализации энерго
– 4 –

Потенциал энергосбережения техноценоза

сберегающих процедур, с одной стороны, и электропотреблением, соответствующим нижней границе переменного доверительного интервала, с 
другой. Электропотребление техноценоза рассчитывается как интеграл в 
пределах от нуля до бесконечности под соответствующей кривой рангового параметрического распределения. При этом, в качестве расчетной берется либо кривая, полученная для эмпирических значений электропотребления объектов, либо нижняя граница переменного доверительного 
интервала. Расчетный промежуток времени определяется, с одной стороны, глубиной базы данных по электропотреблению в прошлом, на основе 
которой строится переменный доверительный интервал, а с другой – требуемым горизонтом моделирования потенциала в будущем. 
Следует отметить принципиальное отличие нашего подхода от традиционного, когда под потенциалом энергосбережения понимается, по сути, сумма полученных по отдельности для каждой электроустановки разностей между реально существующим электропотреблением и некоторым 
гипотетическим значением электропотребления данной установки, которое 
могло бы быть, если бы в ней были реализованы некие лучшие показатели 
энергоэффективности. При этом, нигде в доступной нам литературе не 
раскрываются следующие важные моменты: во-первых, на каком основании сделано заключение, что потенциал энергосбережения техноценоза 
обладает свойством аддитивности, т.е. его можно рассчитать как сумму 
потенциалов энергосбережения отдельных электроприемников; во-вторых, 
откуда предполагается брать и как интерпретировать эти самые «лучшие 
показатели энергоэффективности»; в-третьих, как учитывается степень 
доступности лучших показателей энергоэффективности на данном конкретном оборудовании данного конкретного техноценоза; в-четвертых, где 
находится нижний предел электропотребления, ниже которого в техноценозе без нарушения нормального технологического процесса опускаться 
просто нельзя; в-пятых, как рассчитанный потенциал энергосбережения 
может быть использован в повседневном процессе управления электропотреблением пространственно-технологических кластеров техноценоза; наконец, в-шестых, каким образом вообще можно с известной степенью достоверности вести речь об одномоментном определении электропотребления сотен тысяч (или даже миллионов) отдельных электроприемников (от 
зарядника мобильного телефона или чайника до конвертера или доменной 
печи), которые, к тому же, на девяносто девять процентов не имеют системы индивидуального учета электропотребления. 
Для того чтобы подчеркнуть обсуждаемое выше принципиальное отличие предлагается вводимый нами системный потенциал, рассчитываемый с помощью известных из рангового анализа ципфовых распределений 
[1-20], обозначать как Z-потенциал (по первой букве фамилии известного 
ученого George Kingsley Zipf) и рассчитывать следующим образом: 

– 5 –

Потенциал энергосбережения техноценоза

,
dr
)r(
W
dr
)r(
W
W

0
1
0
1
∫
∫

∞
∞

−
=
∆
(1)

где 
1
W
∆
 – потенциал энергосбережения техноценоза (рис. 2);
 
W(r) – аппроксимационная кривая, полученная для эмпирических значений электропотребления объектов; 

)r(
W1
 – нижняя граница переменного доверительного интервала, полученная на основе обработки базы данных; 

r – ранг объекта техноценоза. 

С целью повышения точности расчетов стандартные процедуры оптимального управления электропотреблением (формирование базы данных, интервальное оценивание, прогнозирование, нормирование и потенширование электропотребления – рис. 1) дополняются соответствующими 
тонкими процедурами: верификацией базы данных по электропотреблению, а также дифлекс-, GZ-, ASR- и ZP-анализом (рис. 3). 

Рис. 3. Тонкие процедуры оптимального управления 
электропотреблением техноценоза 

– 6 –

Потенциал энергосбережения техноценоза

Таким образом, тонким дополнением к стандартной процедуре потенширования является впервые предлагаемый здесь ZP-анализ, под которым понимается тонкая процедура оптимального управления электропотреблением, осуществляемая на этапе потенширования с целью разработки 
ZP-плана энергосбережения техноценоза. Сам термин «ZP-анализ» («зетпэ-анализ») является легко произносимым сокращением от фразы «Анализ 
с помощью Z-потенциала». В соответствии с принятой в ранговом анализе 
традицией, входящая в него аббревиатура «ZP» получена от английского 
«Z-Potential». В основе ZP-анализа лежит методика оценки Z-потенциала, 
отличающаяся двухуровневой системой. Первый уровень – Z1-потенциал – 
когда в качестве конечного рассматривается ранговое параметрическое 
распределение, соответствующее нижней границе переменного доверительного интервала, полученного в процедуре интервального оценивания. 
Второй уровень – Z2-потенциал – когда в качестве конечного рассматривается ранговое параметрическое распределение, соответствующее нижней 
границе переменного доверительного интервала, полученного в процедуре 
интервального оценивания после ZP-нормирования. ZP-план разрабатывается индивидуально для каждого объекта техноценоза на расчетный промежуток времени. Он предполагает, что электропотребление техноценоза в 
целом должно в течение двух этапов понизиться на величину, соответствующую, сначала, Z1-потенциалу, а затем – Z2-потенциалу. При этом ZPпланирование предусматривает для каждого объекта на каждом временном 
интервале индивидуальные управляющие воздействия, поставленные в зависимость от дифлекс-параметров. ZP-нормированием называется процедура пересчета электропотребления объектов внутри функциональных 
групп техноценоза на основе реально существующих графиков нагрузок и 
лучших внутригрупповых показателей электропотребления. 
На рисунке 4 показана структура ZP-модуля потенширования техноценоза. Источником данных в модуле выступает база данных техноценоза 
по электропотреблению, включающая в себя СУБД и банки данных, собираемых как в процессе функционирования техноценоза, так и уже в ходе 
реализации информационно-аналитического комплекса (данные оргштатной структуры техноценоза, геоинформация, сведения о функциональных 
группах и лидинговых параметрах, первичные и пересчитанные значения 
электропотребления объектов, табулированные первичные и вторичные 
ранговые параметрические распределения, таблицы соответствия индексов, значения границ переменных доверительных интервалов, ZP-нормы, 
Z-потенциалы, результаты ZP-планирования и др.). 
Первый элемент ZP-модуля составляет стандартная процедура оптимального управления электропотреблением – потенширование (рис. 4), которая включает следующие процедуры: выделение подсистем в исходных 
данных по электропотреблению, построение ранговых распределений, ин
– 7 –

Потенциал энергосбережения техноценоза

тервальное оценивание, построение переменных доверительных интервалов и расчет на этой основе Z1-потенциала энергосбережения. 

Рис. 4. Структура ZP-модуля потенширования техноценоза: 
ПДИ – переменный доверительный интервал; 
ЭП – электропотребление 

– 8 –

Потенциал энергосбережения техноценоза

Второй элемент ZP-модуля потенширования предусматривает оценку эффективности процесса оптимального управления электропотреблением техноценоза, которая осуществляется по итогам применения критерия, 
основанного на максимизации показателя эффективности, показывающего 
соотношение интегральных показателей качества и затрат. 
Тонким дополнением к стандартной процедуре потенширования является ZP-анализ (рис. 3), включающий процедуры ZP-нормирования и ZPпланирования, которые выступают основными элементами ZP-модуля. ZPнормирование имеет целью определение Z2-потенциала техноценоза и в 
этом смысле является подготовительной процедурой к ZP-планированию. 
Расчет предваряется углубленным анализом оргштатной структуры техноценоза, выделением в нем технологических групп и определением групповых лидинговых параметров. Далее вычисляется удельное электропотребление в группах, определяются ZP-нормы и на их основе пересчитывается 
электропотребление объектов. Это позволяет построить новые ранговые 
распределения по электропотреблению и переменные доверительные интервалы к ним, а затем рассчитать Z2-потенциал энергосбережения. 
Полученные Z1- и Z2-потенциалы позволяют перейти к заключительному и главному элементу ZP-модуля – ZP-планированию. Здесь, в 
первую очередь, на основе выбранной стратегии, осуществляется определение объема снижения электропотребления техноценоза, а также долей 
объектов в общем снижении электропотребления. Последующий расчет 
дифлекс-параметров позволяет получить весовые коэффициенты, на основе которых определяются нормы снижения электропотребления объектов. 
Одновременно появляется возможность определения объема фонда энергосбережения техноценоза, что позволяет рассчитать премии персоналу за 
успехи в экономии электроэнергии, а также необходимые инвестиции в 
перевооружение и модернизацию электрооборудования объектов. Следует 
отметить, что основным результатом методики на данном этапе является 
полученный ZP-план, содержащий нормы снижения электропотребления и 
объемы премий для каждого из объектов техноценоза. 
Совместная реализация элементов ZP-модуля осуществляется по 
следующему укрупненному алгоритму (рис. 5). Как уже говорилось, источником данных является база, в которой, кроме прочего, хранится информация о стратегиях энергосбережения. В первую очередь алгоритмом 
предусмотрен анализ заданной стратегии и формирование расчетного цикла по временным интервалам. В основе анализа стратегии лежит расчет 
интегральных показателей качества и затрат, что требует, еще до начала 
основных расчетов собственно ZP-модуля, формирования модельной матрицы данных. Осуществляется это априорно методами прогнозирования 
(для чисто инерционных вариантов развития) и моделирования (для управляемых вариантов) в рамках процедур методики оптимального управления 
электропотреблением. Данные расчеты позволяют еще до начала реализа
– 9 –

Потенциал энергосбережения техноценоза

ции методики ZP-модуля оценить, прежде всего, инвестиционные перспективы и управленческие возможности техноценоза. 

Рис. 5. Алгоритм реализация процедур ZP-модуля 

В любом случае все расчетные процедуры цикла реализуются последовательно применительно к одному временному интервалу, начиная с 
первого, следующего за вектором текущих данных. В цикле последовательно реализуются основные процедуры ZP-модуля: потенширование, 
ZP-нормирование и ZP-планирование (вместе с рядом промежуточных 
операций), а также мониторинг конверсии, показывающий, насколько адекватно средства, направляемые на премирование объектов на предыдущем 
временном интервале, конвертируются в процесс снижения электропотребления на последующем интервале. В конце последовательной цепочки 
операций осуществляется анализ результатов, основной целью которого 
является принятие решения об окончании цикла. Данное решение зависит 
от выбранной стратегии энергосбережения и принимается при выполнении 
одного из следующих решающих условий: текущий временной интервал 
сравнялся с требуемым конечным; текущий потенциал энергосбережения 
достиг заданного уровня; показатель конверсии опустился ниже минимально допустимого порогового значения (рис. 5). 

– 10 –