Технические науки/5. Энергетика

К.т.н. Агапов Д.С.

Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Россия

Термо-экономическая оценка энергопреобразующих систем

В настоящее время, в силу складывающихся экономических условий на рынке сырьевых и энергетических ресурсов нередко возникает такая ситуация, когда энергетический оптимум не совпадает с экономическим оптимумом. Такое несоответствие может возникать при эксергетическом несоответствии цен на тепловую и электрическую энергии.

В связи с этим существенный интерес представляет термо-экономическая оценка. Несмотря на то, что она может привести к ухудшению конструкции установки в энергетическом смысле, однако позволит достичь максимума экономических показателей.

Итак, любая технологическая цепь представляется как совокупность нескольких элементов, связанных между собой энергетическими потоками различного рода. Для каждого k-ого рассматриваемого элемента системы составляется уравнение (1):

(1)

где:

с_i, с_е, с_w, и с_q, — соответственно стоимости единицы эксергии входного компонента, выходного компонента, механической работы и теплоты, руб/Дж.

E_i и E_е — соответственно эксергии компонентов на входе и выходе, Дж.

W_k — механическая работа, Дж.

E_q — эксергия теплоты, Дж.

Z_{i, k} и Z_{е, k} — соответственно капитальные затраты на покупку k-ого элемента системы и его остаточная стоимость, Дж.

Такое уравнение может быть составлено не только для k-ого элемента системы, но и для группы последовательных элементов системы, а также для всей системы в целом.

Если система состоит из N элементов, то составляя такие уравнения для каждого элемента, мы получим систему уравнений, из которой можно будет определить N неизвестных величин, коими являются стоимости эксергии на выходе из каждого элемента. Однако, в случае, когда таких потоков эксергии на выходе из элементов не один, а несколько, и количество различного рода энергетических потоков оказывается больше количества элементов системы, то система решений не имеет. Поэтому необходимо присовокупить ещё ряд вспомогательных уравнений, увязывающих неизвестные стоимости выходных эксергетических потоков.

В качестве таких уравнений могут выступать уравнения средней стоимости эксергии выходящих из k-ого элемента потоков. Другими словами, стоимость потоков эксергии на выходе их k-ого элемента системы принимаются равными.

c_{i, k, 1}=c_{i, k, 2}=…=c_{i, k, n}

Существуют и другие способы расчёта соотношения стоимостей исходящих из k-ого элемента потоков, однако в большинстве случаев используют именно упрощённые.

Автор считает такой подход безосновательным и им предложен следующий способ определения стоимостей выходных эксергетических потоков, когда они не равны между собой.

Стоимость всех выходных потоков эксергии приводится к стоимости одного вида энергии, например электрической. При этом учитываются затраты на преобразование всех видов энергии в приводимую, то есть в электрическую.

Вспомогательные уравнения для определения удельных стоимостей

где:

с΄_е, с΄_w, и с΄_q, — соответственно приведённые стоимости единицы эксергии входного компонента, выходного компонента, механической работы и теплоты к стоимости электрической энергии, руб/Дж.

с_е, с_w, и с_q, — соответственно стоимости единицы эксергии входного компонента, выходного компонента, механической работы и теплоты, руб/Дж.

С_е®El, С_w ®El, и С_q ®El, — соответственно стоимости капитальных затрат соответствующих преобразователей в электрическую энергию, руб/Дж.

При этом:

Было установлено, что наибольшая потеря денежных средств происходит на завершающих (выходных) стадиях получения готового продукта.

ВЫВОДЫ. Применение термоэкономических уравнений к различным техническим объектам позволяют определить оптимальные режимы эксплуатации этих установок, а также выявить места, где происходит наибольшая потеря денежных средств. Наибольшая потеря денежных средств происходит как правило на завершающих (выходных) стадиях получения готового продукта.

Таким образом, изложены принципы термоэкономической оценки технических систем.

Литература:

1. Сажин Б. С., Булеков А. П., Эксергетический анализ в химической технологии, М., 1992.

2. Тсатсаронис Д. Взаимодействие термодинамики и экономики для минимизации стоимости энергосберегающей системы / Пер. с англ. Т.В. Морозюк. – Одесса: Студия "Негоциант", 2002. – C. 152.

3. Агапов Д.С. Термо-экономическая оценка технических объектов. // Сборник научных трудов ХХХ отраслевой научно-технической конференции молодых специалистов "Морское подводное оружие. Морские подводные роботы - вопросы проектирования, конструирования и технологий. МПО-МС-2014.

4. Агапов Д.С. Методика термоэкономической оценки технических объектов на примере когенерационной установки. // Журнал «Материалы международной научно-практической конференции «Перспективные технологии и технические средства в сельскохозяйственном производстве».- Минск.: Изд-во БГАТУ., 2013, с 54-57.