16. Критерии оценки энергоэфф-ти объектов, систем, процессов и услуг.
Для оценки степени совершенства как отдельных видов оборудования и технологий (объектов), так и комплексной оценки сложных, многозвенных технических систем и технологических процессов, используются хорошо известные вам понятия КПД:
(7)
(8)
Эксерг КПД учитывает не только количество, но и качество используемой энергии.
Однако сами значения КПД еще не характеризуют в полной мере уровень энергоиспользования, так как их значения необходимо сравнивать с КПД некоторого эталонного процесса или объекта идентичного назначения. В инженерной практике часто используются для этого идеализированные аналоги, как пределы совершенства. Например, для тепловых двигателей предложен аналог – машина, работающая по прямому обратимому циклу Карно, однако имеются также идеализированные аналоги, «работающие» по обратимым циклам Брайтона, Дизеля, Отто, Ренкина и др., применимые для сопоставления с реальными двигателями.
Тогда оценку степени совершенства можно произвести по относительным КПД:
(9)
(10)
Поскольку
полный эффект реального процесса и
идеального аналога должен совпадать:
,
то получим по ур-ям (7)-(10) след-е ур-я:
(11)
(12)
Однако эти ф-лы практически оказываются неприменимыми для целого ряда (больш-ва) технологических процессов и установок. В них целевыми продуктами являются не энергия или работа, а продукция разного назначения, получение которой требует энергетических затрат, поэтому нельзя установить величину полезной энергии (эксергии).
Для этой ситуации предложено [2] использовать вместо величины полезной энергии (эксергии) в числителе выражений для КПД (7) и (8) величину минимально необходимых затрат энергии (эксергии), т. е. рассчитывать КПД по формулам:
(13)
(14)
При всей обоснованности такого подхода в каждом конкретном случае найти (рассчитать) минимальные затраты энергии (эксергии) – это очень сложная задача и требует работы очень квалифицированных специалистов, разработчики весьма непростых методик анализа.
17. Методология определения минимальных затрат энергии (эксергии).
Любой технологический процесс можно представить как совокупность элементарных процедур, для которых возможно подобрать идеализированный аналог, для которого целевая функция достигается при минимуме затрат энергии (эксергии). Это тоже очень непростая задача для многих процессов.
Некоторые общие принципы для определения минимально необходимых затрат энергии (эксергии).
Составление реестра элементарных процессов, их классификация по различным признакам ( предварительная работа).
Определение характера и назначения каждого элементарного процесса, технических возможностей его реализации.
Подбор для каждого элементарного процесса идеализированного аналога с описанием принятых допущений.
С учетом допущений проведение подбора расчетных соотношений для определения затрат энергии (эксергии) для реализации процессов в идеализированном аналоге.
Представление любого реального производства, как совокупности элементарных процессов (структурно-технологическая схема).
Расчет минимальных затрат энергии (эксергии), а затем и КПД для отдельных блоков и производства в целом на основе структурных схем и заранее подготовленного (п. 1.) реестра элементарных процессов и их идеализированных аналогов.
Авторы [2] классифицируют процессы по их целевому предназначению на 5 групп:
Процессы производства энергии.
Это открытые или закрытые термодинамические системы, при анализе которых необходимо рассчитывать балансы химической энергии (эксергии).
Физико-химические процессы производства материалов, химикатов и прочих веществ.
Процессы производства различных изделий, совершение работы.
Изделия – это станки, машины, обувь, одежда и т.д.
Процессы, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность и работу человека.
Это отопление, вентиляция, охлаждение и замораживание продуктов и т.д.
Перемещение людей и грузов в пространстве всеми видами транспорта.
Другой методологический подход (который может быть использован и при ранее описанном подходе), более упрощенный и сейчас широко используемый, заключается в составлении балансных соотношений (уравнений). Примером составления балансных соотношений являются энергетический баланс, тепловой баланс, материальный баланс, реже эксергетический баланс. Такие балансы составляют применительно к отдельным объектам (например к энергоустановкам), или процессам, производствам, предприятиям, регионам и в целом отраслям народного хозяйства.