Технические науки/5.Энергетика

Д.т.н. Стенин В.А.

Северный арктический федеральный университет, Россия

Теория чувствительности в задачах энергосбережения

Энергоемкость выпускаемой продукции непосредственно связана как с использованием энергоемких технологических процессов, так и энергетических установок и систем генерации и трансформации энергии, для которых вопросы энергосбережения являются весьма актуальными.

Рассмотрим методологию решения задач энергосбережения в технических системах (в энергетических установках), основанную на совместном использовании термодинамического метода и теории чувствительности. Полагаем, что задачи энергосбережения являются оптимизационными. В этом случае первое начало термодинамики может быть представлено с помощью метода системы КПД [1]. Полезная работа , произведенная тепловым двигателем за один цикл, согласно первому началу термодинамики, равна разности подведенной и отведенной от рабочего тела теплоты. В этом случае эффективность генерации энергии характеризуется КПД, значение которого запишем в виде:

. (1)

При реализации энергосберегающих мероприятий в качестве критерия оптимизации технической системы целесообразно использовать , причем необходимо обеспечить максимум этой величины. В качестве базисных переменных принимаются величины, входящие в формулу (1): . Базисными переменными могут быть и другие показатели, влияющие на уровень величин , однако их значения должны определяться тепловым потенциалом – температурой.

Математическая модель системы может быть представлена зависимостью критерия оптимизации от базисных переменных. К примеру, КПД идеального цикла Карно представим уравнением [2]:

. (2)

Функция чувствительности КПД по температуре имеет вид:

. (3)

Увеличение КПД при снижении температуры на составит:

. (4)

Удельный расход топлива на выработку энергии снизится на величину:

. (5)

Тогда, в соответствии с зависимостями (2)-(5), годовую экономию топлива определим по уравнению:

. (6)

Период окупаемости энергосберегающего мероприятия составит:

, (7)

где С – капитальные затраты; Ц – стоимость топлива; N – мощность установки; τ - время работы установки на мощности; .

Функция чувствительности КПД по температуре имеет вид [2]:

. (8)

Так как , то . Это значит, что увеличение температуры источника теплоты влияет на КПД теплового двигателя в меньшей степени, чем уменьшение температуры приемника теплоты. В качестве практического применения результатов предложенной методики могут быть следующие рекомендации: в цикле ПСУ энергетически целесообразней снижать температуру конденсации водяного пара в ГК, а не увеличивать перегрев острого пара. Это хорошо согласуется с [3], где указывается, что снижение конечного давления пара с 0,004 до 0,002 МПа повышает термический КПД идеального цикла на 4%.

В системах преобразования энергии (к примеру, в системах отопления) теплопотери через ограждающие конструкции оцениваются уравнением теплопередачи [4]:

, (9)

где - температура воздуха внутри помещения и снаружи; - поверхность теплообмена; - коэффициент теплопередачи; - годовой отопительный период.

С учетом (9), функцию чувствительности теплопотерь по коэффициенту теплопередачи представим в виде:

. (10)

В соответствии с (10), годовое энергосбережение определится так:

, (11)

где - соответственно коэффициенты теплопередачи в системе отопления до и после внедрения энергосберегающих мероприятий.

Период окупаемости найдем следующим образом:

, (12)

где С – капитальные затраты; – стоимость сэкономленной энергии.

Уравнения (7) и (12) по форме аналогичны, хотя предложены для процессов генерации и преобразования энергии.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Бродянский В.М., Фратшер В., Михалек К. Эксергетический метод и его приложения. -М.:Энергоатомиздат, 1988.-288с.

2.Исаев С.И. Термодинамика - М.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2000..- 416с.

3.Теплотехнический справочник. Под ред. В.Н.Юренева и П.Д.Лебедева. Т.1. – М.: Энергия, 1975.-744с.

4. Баскаков А.П. Теплотехника.- М.: Энергоиздат,1982.- 264 с.