Введение
Проблема поиска дополнительных источников электроэнергии не теряет своей актуальности. В ряде регионов Российской Федерации наблюдается острый дефицит электроэнергии, вызванный в значительной степени изношенностью местного энергетического оборудования, по своим мощностям, не отвечающим перспективам экономического развития субъекта. В связи с этим представляется перспективным использование многочисленных, хотя и маломощных, источников энергии, расположенных на территории регионов. К таким относятся: малые гидростанции на реках и ручьях, масштабное использование отходов сельскохозяйственного производства, энергия ветра, производство газового топлива на основе биохимических процессов на отходах органических веществ. В ряде регионов можно рассмотреть и дополнительные источники, такие как: геотермальные источники, использование солнечной энергии, морских приливов. К данной проблеме можно дополнить решение вопросов энергосбережения и получения энергии от нетрадиционных источников, таких как: топливные элементы, водородно-энергетические системы. В настоящее время ни один из этих источников энергии не может полностью покрыть дефицит, однако комплексное использование всех возможных ресурсов позволит существенно улучшить энергетику региона. К этому следует добавить экологическое значение проводимых разработок: использование считающихся до сих пор непригодными для хозяйственных нужд веществ, материалов и отходов других производств наносят непоправимый вред окружающей среде. Таким образом, проведение комплексных исследований получения энергии от местных и нетрадиционных источников имеет большое государственное хозяйственное значение.
Наиболее перспективным представляется совместное использование различных ресурсов с целью сглаживания пиковых всплесков и простоев в производстве энергии [4, 5]. Ведущими задачами являются определение наиболее благоприятных мест для постройки установок альтернативной энергии, периодический контроль за их выработкой, мониторинг экономического и экологического баланса региона по данной отрасли, а также выработка указаний и рекомендаций для формирования оптимальной и стабильной энергетической системы.
Грамотный и системный подход к комплексным установкам альтернативной энергии поможет значительно снизить затраты на их эксплуатацию и в разы увеличить их эффективность. Определяющее значение в данном случае принадлежит индивидуальному выбору места установки. Он необходим для определения наиболее продуктивных источников энергии с учетом затрат на производство, аккумулирование и транспортировку энергии. [1, 2]. Реализовать поставленные задачи находится возможным благодаря средствам автоматизированной информационной системы (АИС). На рисунке 1 представлена структурная модель АИС для комплексного использования возобновляемых энергоресурсов в масштабах региона.
Рисунок 1. Структурная модель АИС комплексного использования возобновляемых энергоресурсов в масштабах региона
Представленная выше в виде структурной модели система осуществляет сбор, анализ и последующую обработку актуальных данных о состоянии возобновляемых ресурсов в регионе, а также поддержку управленческих решений в части выработки рекомендаций по установке объектов альтернативной энергетики.
Структура информационной системы разрабатывается согласно технологии «Клиент – Сервер» и включает в себя следующие модули:
1. Централизованная база данных (БД).
2. Подсистема сбора данных. К ней относятся все виды применяемых датчиков, контроллеры датчиков и программно-аппаратные комплексы по регистрации и передачи полученных данных, устройства ввода-вывода для регистрации визуальных и прочих данных, полученных с аналоговых и механических устройств.
3. Подсистема статистической обработки и анализа данных. Гибкий и масштабируемый программный комплекс для обработки массивов статистических данных.
4. Подсистема географической привязки и представления данных (ГИС). Отвечает за привязку объектов энергетики к местности с целью районирования, объектов возобновляемых источников энергии (ВЭИ), актуализации и расчетов стоимости транспортировки энергии.
5. Подсистема прогнозирования данных мониторинга. Работает с массивами статистической информации и качественными показателями из подсистемы сбора данных. Позволяет создавать, актуализировать и корректировать прогнозные значения для объектов ВЭИ.
6. Подсистема управления и разработки рекомендаций. Осуществляет анализ результатов работы остальных подсистем, на их основании и с помощью прикладного математического аппарата осуществляет разработку рекомендаций, предписаний и сопутствующих отчетов для поддержки принятия управленческих решений.
База данных и подсистемы сбора, хранения и обработки всей необходимой информации размещены на серверной стороне системы, на стороне клиента реализуются экранные формы в браузере пользователя, формирование и отправка запросов на выполнение необходимых функций системы.
На рисунке 2 представлена структурная модель автоматизированной информационной системы с точки зрения объектного подхода [2].
Рисунок 2. Структурная модель системы
Разработанные компоненты АИС выполняют следующие функции:
1. Сбор данных (осуществляется через формы пользовательского интерфейса).
2. Хранение данных (осуществляется в базе данных системы).
3. Обработка данных (осуществляется с помощью SQL – запросов).
4. Представление данных (осуществляется с помощью SQL-запросов и форм пользовательского интерфейса).
Данная компоновка обеспечивает независимую работу ввода и хранения и обработки и представления данных, что в свою очередь повышает надежность системы. Каждый блок мониторинга выполняет присущие только ему функции по обработке и представлению данных. Это упрощает процесс контролирования работоспособности компонентов, а также повышает надежность системы в целом.
Инфологическая модель АИС для организации комплексного использования возобновляемых энергоресурсов в масштабах региона позволяет предметно и детально описать АИС, связи в базе данных (БД) и точки актуализации системы и описывает следующие объекты: источник энергии, вид энергии, объект-производитель, объект-получатель, параметры загрязнения воздуха и др., а также связи между ними.
Данная БД предусматривает просмотр, добавление, редактирование, хранение и удаление данных. Модель отображает количество базовых элементов системы, их параметры и порядок взаимодействия между ними [3]. На рисунке 3 представлена инфологическая модель структуры БД с использованием средства Erwin. На схеме видно, какие из параметров можно и нужно периодически актуализировать и в какой объект БД следует вносить обновленные данные. Данные могут поступать как с датчиков, так и вводиться оператором.
Рисунок 3. Инфологическая модель базы данных системы
Данная модель при реализации дает возможность решить многие вопросы, связанные с неверным вводом, дублированием данных, оптимизацией работ по формированию запросов и обеспечения нужной нормальной формы при взаимодействии с системой управления базой данных (СУБД). Проблема с обеспечением необходимой целостности данных решается на уровне СУБД. Расчет результирующих данных производится с учетом актуальных тарифов на тепловую и электрическую энергию, а также стоимости доставки энергии до получателя.
Вывод
Разработанная модель автоматизированной информационной системы позволит осуществлять экономический и экологический мониторинг комплекса установок возобновляемых источников энергии, обработку полученных данных и поддержку принятия управленческих решений в масштабах региона.
Статья подготовлена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009–2013 гг.
Рецензенты:
Бождай А. С., д.т.н., профессор кафедры САПР Пензенского государственного университета, г. Пенза.
Перелыгин Ю. П., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Химия» Пензенского государст- венного университета, г. Пенза.