Застосування методів математичного моделювання для оцінки енергоємності технології білих столових вин

В.П. Передерій, к.е.н., старший науковий співробітник відділу наукових досліджень з проблем економіки, інтелектуальної власності та маркетингу інновацій,
В.А. Виноградов, д.т.н., завідувач кафедри технологічного обладнання,
В.П. Антіпов, завідувач відділу наукових досліджень проблем економіки, інтелектуальної власності та маркетингу інновацій
Національний інститут винограду і вина «Магарач»,
К.Ф. Феодосіді, інженер-технолог
ЗАТ ЗМВК Коктебель

ЗАСТОСУВАННЯ МЕТОДІВ МАТЕМАТИЧНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ДЛЯ ОЦІНКИ ПИТОМОЇ ЕНЕРГОВИТРАТНОСТІ ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА БІЛОГО СТОЛОВОГО ВИНОМАРТЕРІАЛУ

Наведено результати досліджень щодо вдосконалення розрахунково-аналітичного методу визначення енергоємності технологічних процесів виробництва білих виноматеріалів первинного виноробства на основі використання математичного моделювання.

Наведено результати досліджень, спрямованих на вдосконалення аналітико-розрахункового методу оцінки рівня енерговитрат технологічних процесів виробництва білих столових виноматеріалів на основі використання підходу математичного моделювання.

Ключові слова:енергозбереження, електроенергія, первинне виноробство.

Нині, в умовах гострого дефіциту енергоресурсів, на перший план раціонального господарювання як в масштабах України, так і в межах кожного окремого підприємства виходить необхідність зниження витрат енергоресурсів на одиницю продукції. Раціональне споживання енергії та її оптимальне регулювання в первинному виноробстві є проблемою, яка потребує термінового та обґрунтованого вирішення. Низка досліджень, проведених НІВіВ «Магарач» спільно з виноробними підприємствами, присвячена формуванню сучасної методики оцінки енергоємності виробленої продукції та науково обґрунтованому регулюванню енерговитрат на окремих етапах виноробства [1-5].
У розробленій в НІВіВ «Магарач» (2008-2010 рр.) методиці нормування витрат енергоресурсів (холоду, електроенергії) при первинному виноробстві для визначення питомої енергоємності окремих етапів технологій виробництва білих виноматеріалів запропоновано розрахунково-аналітичний метод, який забезпечує необхідну точність розрахунків витрат енергоресурсів щодо реальних умов конкретного виноробства. Зокрема, таке дослідження з визначення питомих витрат холоду та електроенергії при виробництві білих столових виноматеріалів було проведено на ЗАТ ЗМВК «Коктебель» [5]. Проте практика показала, що розрахунково-аналітичний метод дуже трудомісткий і потребує вдосконалення.
Метою даного дослідження була розробка прискореного методу визначення енергоємності (в перерахунку на електроенергію) процесу отримання виноматеріалів для виробництва білих столових вин, заснованого на використанні його математичної моделі, позбавленої недоліків розрахунково-аналітичного методу, але при цьому забезпечує високу точність розрахунків.
Ця задача вирішується за допомогою сучасних економіко-математичних методів [6, 7]. Під час дослідження стандартоутворюючими факторами обрано лише ті показники, які можна отримати з достовірних джерел, піддаються кількісній оцінці та визначають кінцевий рівень енергоємності продукції. У ході досліджень як метод математичного моделювання було обрано множинний кореляційно-регресійний аналіз, який ми раніше використовували при визначенні питомих енерговитрат при переробці винограду [4] та у вторинному виноробстві при визначенні питомих витрат теплової енергії [8].
При виробництві білих виноматеріалів основними енергоносіями є холод і електроенергія, що використовується для виробництва холоду. Тому в якості основного досліджуваного параметра (функції Uf) вибрано питомі енерговитрати на виробництво, тис. дал. виноматеріали.
Загалом стандартне енергоспоживання при виробництві білих виноматеріалів функціонально пов’язане з кількома змінними. Відповідно до всіх викладених вимог, як фактори, що визначають рівень споживання електроенергії при отриманні виноматеріалів для виробництва білих столових вин на підприємствах первинного виноробства, висувається наступний набір змінних: Uф – фактичне споживання електроенергії, кВт·год/тис. дал виноматеріалу; Х4 - фактична температура бродіння сусла, °С; Х5 - масова частка цукру в суслі, од.; Х6 - температура навколишнього середовища, °С; Х7 - тривалість процесу освітлення та бродіння, діб, Х8 - питома енерговитрата при виробництві холоду, кВт*год/тис. ккал.
На початковому етапі, після аналізу результатів розрахунку коефіцієнтів парної кореляції між функцією УФ та всіма факторами (Х4, Х5, Х6, Х7, Х8), було визначено основні значущі фактори (Х4, Х6 та Х7). Коефіцієнти парної кореляції: Ryф-х4=0,4600; Ryф-х6= -0,2703; Ryф-х7=0,6180; Ryф-x5= - 0,1020; Ruf-x8= - 0,0800 (табл. 1).
Проте подальший аналіз парних коефіцієнтів кореляції між факторами показав, що між ними існує досить тісний зв’язок, тобто один фактор впливає на інший. Тому при визначенні питомої витрати електроенергії на тис. декалітрів. При виробництві продукції необхідно враховувати дію всіх п'яти факторів, і жодним з них не можна нехтувати. Подальші дослідження та аналіз показали, що кожен фактор впливає на досліджувану функцію.
Усі п’ять факторів характерні для різних методів бродіння сусла (періодичного, безперервного та з доповненням), які мають різну тривалість бродіння, що ми врахували у факторі Х7.
Для дослідження були взяті такі підприємства: ЗАТ ЗМВК Коктебель з періодичним способом бродіння сусла, АФ «Золота Балка» з додатковим способом бродіння сусла та радгоспний завод «Бурлюк» з безперервним способом бродіння сусла.
Різне розташування виноробень також передбачає різну температуру навколишнього середовища, що ми врахували в факторі Х6. Оскільки для дослідження було взято сусло різних сортів винограду, фактор Х5 враховує різну масову частку цукру в суслі.
На трьох досліджуваних підприємствах використовуються різні холодильні установки: в АФ «Золота Балка», радгоспі-заводі «Бурлюк» і на ЗАТ ЗМВК «Коктебель» (1999-2004 рр.) - аміачні холодильні установки з різною холодопродуктивністю (від 447 до 541 кВт/год/тис. ккал холоду). Наразі на ЗАТ «ЗМВК Коктебель» встановлено нове імпортне обладнання: аміачну холодильну установку замінено на фреонову з холодоагентом Р-35. Нова холодильна установка набагато економніша – її холодопродуктивність становить лише 322 кВт/год/тис. ккал холоду. Тому фактор X8 також не можна виключити з аналізу.
І, нарешті, фактор Х4 – це температура бродіння сусла, яка для різних підприємств у різних варіантах з різними способами бродіння сусла фактично коливається в певних діапазонах і нею також не можна ігнорувати. Логічний аналіз сутності всіх п'яти факторів свідчить про те, що всі вони важливі і кожен безпосередньо впливає на значення УФ-функції. Відмовитися хоча б від одного фактора означає недооцінити його вплив на величину споживання електроенергії на одиницю продукції.

Таблиця 1
Значення парних коефіцієнтів кореляції між УФ-функцією та досліджуваними факторами

При розробці економіко-математичної моделі проаналізовано 35 варіантів виробництва виноматеріалів із сусла різних сортів винограду, переробленого на різних підприємствах АР Крим на вітчизняному та зарубіжному обладнанні з метою отримання сухих білих виноматеріалів. Конкретні значення коефіцієнтів ми взяли за даними фінансової звітності підприємств (форма № 115 - «Фактичний розрахунок») за 2004-2008 рр.

Використовуючи математичний апарат побудови багатофакторних регресійних моделей для аналізу економічних показників [6], розроблено модель залежності питомих енерговитрат при одержанні виноматеріалів для виробництва білих сухих вин від дії всіх п’яти досліджуваних факторів:
Urm = 0,981 + 0,014 X4 - 0,075 X5 - 0,046 X6 + 0,036 X7 - 0,100 x8
(1).

Таблиця 2
Апробація математичної багатофакторної регресійної моделі для розрахунку питомих енерговитрат при виробництві виноматеріалів для білих столових вин

Апробацію даної моделі та порівняння фактичних витрат електроенергії в технологічному процесі отримання виноматеріалів для виробництва білих вин з величинами витрат, отриманими з моделі відповідно до рівняння регресії (1), проводили на ЗАТ ЗМВК «Коктебель» (метод періодичного бродіння) і на радгоспі-заводі «Бурлюк» (метод безперервного бродіння). Результати апробації розробленої математичної моделі наведені в табл. 2.
Порівняння середніх нормативів (Ufsr), розрахованих за математичною моделлю, та середніх фактичних витрат (Ufsr) показало близьку збіжність результатів. Так, для ЗАТ «ЗМВК «Коктебель» середнє споживання електроенергії на тисячу декалітрів за моделлю становило 0,551 тис. кВт·год/тис. дал, а середнє фактичне споживання (у 2007-2008 рр.)

Таблиця 3
Визначення середнього питомого споживання енергії Umr avg за моделлю з використанням середніх значень факторів

Таблиця 4
Порівняння розрахункових витрат електроенергії, отриманих за допомогою розрахунково-аналітичного методу та економіко-математичної моделі

Різниця у витратах (Uf avg - Urm avg) становить 0,072 тис. кВт*год/тис. дал (табл. 3).
На ЗАТ «ЗМВК «Коктебель», де використовується періодичний процес бродіння сусла з використанням зарубіжного бродильного обладнання та нової холодильної установки, питома енерговитрата на тис. дал виноматеріалів є найнижчою (0,551 тис. кВт·год/тис. дал) і на 7,2% нижче фактичної витрати (0,594 тис. кВт·год/ тис. дал).
При безперервному методі бродіння в радгоспі-заводі ім. Бурлюка різниця між фактичним споживанням УФ і розрахованим за моделлю становила лише 3,9%. Очевидно, це пояснюється тим, що безперервний процес бродіння є автоматизованим, регульованим процесом і практично відсутні непродуктивні втрати холоду.
У процесі дослідження було проведено аналіз для порівняння середнього розрахункового споживання енергії (за економіко-математичною моделлю) із середнім розрахунковим споживанням (за розрахунково-аналітичним методом). Відхилення витрати за моделлю від витрати за розрахунково-аналітичною методикою становить 1,25% для ЗАТ ЗМВК «Коктебель» і 2,8% для радгоспу-заводу «Бурлюк» (табл. 4).
Використання розробленої математичної моделі дозволяє зменшити трудомісткість розрахунків питомих енергетичних витрат продукції, підвищити їх наукову обґрунтованість, оперативно регулювати енергоємність виробничих процесів при заміні обладнання та теплоносіїв, що мають різні енергетичні характеристики.
Математична модель, розроблена спільно співробітниками НІВіВ «Магарач» і ЗАТ ЗМВК «Коктебель», може бути рекомендована для використання на інших виноробних підприємствах, які займаються отриманням виноматеріалів для виробництва сухих білих і напівсухих столових вин.

Ще почитати:

Міжнародні відносини о найменуванні шампанського та хереса

В чому різниця між шампанським, просеко та ігристим вином?

Отримання червоних ігристих вин пляшковим способом з винограду перспективних сортів

Ігристі вина

Токайські вина

У нашому блозі «Приватна Марка» багато цікавого контенту: новинки ринку виноробства, крафтові рецепти наших технологів, влоги на різні теми. Дистиляція, крафтові винокурні, виробництво крафтового сидру, крафтовий квас, рецептура сидру, виробництво крафтових напоїв за нашими рецептами, виробництво спирту в промислових масштабах. Це та багато іншого цікавого у блозі «Приватна Марка Україна» та мережі магазинів «Винороб».

Наприклад, ви вирішили відкрити сироварню, ковбасний цех або почати пекти крафтовий хліб — welcome! Ми завжди допоможемо: надамо рецептуру, забезпечимо всі витратні матеріали, відправимо нашого технолога, складемо технологічну карту, встановимо все обладнання, сертифікуємо виробництво, відкриємо для вас завод з нуля, виноробні, цехи, виноградники, налагодимо готовий продукт із виходом на ринок. Ми — компанія повного циклу: маємо багато представництв по всьому світу. Потрібна склотара, склобанки, медичний посуд, лабораторний посуд чи лабораторне обладнання — звертайтеся! У наших складах понад 900 тис. найменувань товарів та обладнання. Звертайтеся, не вагайтеся! Не важливо, де ви знаходитесь — у СНД, Європі, Америці чи Азії: ми маємо великий досвід. Privatna Marka йде в ногу з технологіями та інноваціями. Ми 20 років на ринку та відправили понад 1 млн посилок своїм клієнтам. Втілили багато креативних проєктів. Відкрили низку підприємств харчової промисловості, а також у непродовольчій та продовольчій групах технічних виробів. Втілили 147 комерційних проєктів у країнах СНД. Виробляємо 70 видів продукції власного виробництва в Україні, Німеччині та Китаї. У блозі ще більше цікавого та корисного.

Консультації за тел. +380 (67) 440-70-90
https://privatnamarka.com/
https://www.instagram.com/privatnamarka?igsh=MWt0NzNxbHJrbXh4ZQ==\
https://www.facebook.com/Privatnamarka
https://youtube.com/@privatnamarkacom?si=P5RH_spetEP3x_RQ\