4. Експлуатація систем енергопостачання.

Система теплопостачання складається з установок, які забезпечують підготовку, передачу та використання теплоносія.

Особливість експлуатації теплових мереж у сільському господарстві полягає в тому, що спостерігається значна розрізненість виробничих об'єктів, а також велика нерівномірність споживання теплоти за сезонами року. Це потребує диференцінного підходу до вибору системи постачання і джерела теплоти кожного об'єкта.

Основне завдання ефективної експлуатації теплових мереж полягає в організації безперебійного постачання споживачів теплотою належної якості за встановленим графіком, а також безаварійної роботи обладнання джерел теплоти і абонентських вводів.

Для цього необхідні:

- узгодження роботи котельної теплових мереж і абонентських вводів;

- правильний розподіл теплоти між споживачами та її облік;

- ретельний нагляд за мережами, своєчасне проведення профілактичного огляду і ремонту обладнання.

5. Організація технічної експлуатації інженерних енергетичних систем.

Вагомою є задача оптимізації режимів роботи енергетичних систем в процесі їх експлуатації.

Критерій ефективності (КЕ) системи (у) – це показник, за яким можна оцінити ступінь відповідності системи для виконання своїх функцій. Коефіцієнт ефективності використовують для порівняльного оцінювання різних варіантів системи, а також для аналізу, синтезу і оптимізації дослідної системи. Найпоширенішими критеріями ефективності є економічні критерії.

Для енергетичних систем оцінним показником є втрати енергії. Кількісною та якісною характеристикою роботоспроможності потоків енергії в системі є ексергія. Для енергозберігальннх систем основним критерієм ефективності може служити результативність перетворення потоків енергії в системі, а також термодинамічний ступінь досконалості функціонування системи і її окремих елементів.

Аналіз, синтез і оптимізація енергетичних систем мають грунтуватися на математичних методах рішення екстремальних задач.

Відповідно до методу системного аналізу в процесі дослідження можна виділити такі етапи.

Побудова моделі, тобто формалізація досліджуваного процесу чи явища. Цей етап допускає описування процесу за допомогою математичної моделі.

Формальне описування системи таке. У кожний момент часу t є T на вході в систему надходить вхідний параметр х(τ), який являє собою вектор X = (Х₁, Х₂, ... ,Х_m) в m-вимірному просторі вхідних параметрів X. У момент часу на систему діє зовнішнє середовище, яке описується n-вимірним вектором U = (U₁, U₂, ..., U_n) в просторі дії U.

Система характеризується набором внутрішніх, тобто власних, параметрів П = (П₁, П₂, ..., П_k). Сукупність внутрішніх параметрів може розглядатися як вектор в k- вимірному просторі параметрів П.

У кожен момент часу система знаходиться в деякому стані Z(τ). Початковий стан позначимо через Z₀.

Вихідні параметри системи в деякий момент часу t_c є T, де τ_c > τ₀, в проміжку часу τ_c - τ₀ визначають співвідношенням:

(1)

Для систем, що складаються із декількох підсистем, всю установку розділяють на скінчену кількість частин (основних елементів установки) і формулюють задачу для кожної частини (елементу) системи. При цьому слід враховувати зв'язок.між цими частинами.

Під час формулювання задачі оптимізації необхідно виділити змінні, значення яких можуть змінюватися в досить великому діапазоні і визначаються зовнішніми факторами. Крім того, слід враховувати параметри, які піддаються флуктуаціям, наприклад, пульсаційні змінні в турбулентних газодинамічних потоках.

Допустимо, що мають місце n елементів цієї установки і можливі m позицій для установлення елементів. Крім того, відома вартість C_ij призначення i-го елемента на j-у позицію. Необхідно визначити для кожного елемента всієї множини елементів об'єкта таку позицію, щоб загальна вартість розміщення всіх елементів була мінімальною. Формулювання математичної задачі полягає в мінімізації функцій всіх перестановок Р:

(2)

де Р_(i) - призначення деякої позиції і-го елемента.

Можливий інший критерій оптимізації, а саме вартість зв'язку елемента. При цьому звертаються до квадратичної задачі про призначення. Будемо вважати, що відома вартість С_ij одиниці зв'язку між елементами i та j, які назначаються в позиції Р_(i) і Р_(j). Відстань між відповідними позиціями позначимо через L_P(i)P(j).У такому випадку мова йде про мінімізацію виразу

(3)

Іноді може бути більш складна задача, а саме оптимізація за двома вказаними вище критеріями. Математично це формулюють так:

(4)

Пошук оптимального варіанта розміщення елементів об'єкта закінчують, коли розглянуто всі перспективні варіанти визначення , де П_м – верхня гранична оцінка з цього пошуку варіанта розміщення елементів об'єкта.

Для наступного етапу пошуку характерно те, що в міру накопичення інформації про можливості розроблюваної машини ускладнюють і вдосконалюють ставлення завдання. При цьому з врахуванням використовуваної інформації деякі вимоги послаблюють, а інші - посилюють.

2. Ексергоекономічна оптимізація під час експлуатації теплоенергетичних систем.

Під час ексергоекономічного аналізу користуються такими поняттями: паливо, продукт, деструкція ексергії, втрати ексергії.

Ексергією називають максимально можливу роботу, яку можна отримати під час оборотного переходу із певного стану в етап рівноваги з навколишнім середовищем.

Терміни "втрата енергії" і "втрата ексергії" мають різний зміст. Перший означає втрату енергії не взагалі (енергія зникати не може), а втрату її для цієї системи у випадку, якщо частину енергії не можливо використовувати за її параметрами. Другий термін (втрати ексергії), навпаки, означає повне зникнення тієї частини ексергії, яка обумовлена дисипацією енергії.

Під паливом (fluel) розуміють будь-який ексергетичний потік, що входить у компонент системи.

Потоки, що виходять із компоненту:

- продукт (product) - потік, який направляється із розглянутого компонента до наступного, для якого він буде паливом;

- деструкція ексергії (exergy destruction) - це втрати ексергії компоненту. Наприклад, під час передачі теплоти в регенеративному теплообміннику різниця температур визначає значення деструкції ексергії.

- втрати ексергії (exergy losses) визначають взаємодією компонента з навколишнім середовищем.

Вартість експлуатації енергоперетворювальної системи визначають залежністю, д.е./кВт:

Z = Z^Cl + Z^пал + Z^OM (5)

Економічну модель дійсної енергоперетворювальної системи визначають спільним рішенням системи рівнянь:

- капітальні (інвестиційні) затрати системи, г.о./кВт:

(6)

- затрати на початкову енергію для функціонування системи, г.о./кВт:

(7)

- вартість експлуатації і обслуговування, г.о./кВт:

(8)

- амортизаційні відрахування, г.о./кВт:

(9)

- коефіцієнт дисконтування

(10)

- питоме енерговикористання

(11)

(12)

- ексергоекопомічпий фактор

(13)

де с_F - ціна пального (г.о./кДж);

a - інвестиційна вартість (г.о./кДж);

b - затрати па ремонт і обслуговування, що залежать від встановленої потужності (д.е./кДж);

d - затрані па ремонт і обслуговування, що залежать від покоління використовуваної техніки (д.е./кДж);

і - банківський відсоток інвестиційних затрат на створення системи (% років);

r - інфляційний коефіцієнт (% років);

n - строк служби об'єкта (років);

СР - час створення об'єкта (років);

t_л - річні податки (% років);

v - річна страховка (% років).

Загалом термоекономічннй критерій оптимальності має вигляд:

(14)

де Ц_n і П_n - питома вартість і річне використання ексергії із зовнішніх джерел;

К_n - річні капітальній і інші, пов'язані з ними, затрати в n-му елементі; річна витрата ексергії для отримання k-го продукту.

Задача оптимізації мінімізувати значення цільової функції для всіх ij, що належать мережі, де Z_ij - вага дуги, тобто затрати в блоці (циклі), які відповідають цій дузі з прийнятими граничними умовами. При цьому X_ij = 1, якщо дуга ij входить до розглянутого шляху, X_ij = 0, у протилежному випадку.

Оптимізація енергетичних систем базується на використанні алгоритмів ексергетичного і ексергоекономічного аналізу.

Алгоритм АП_Σ - визначення втрат ексергії в енергетичній системі. Алгоритм складається із наступних основних кроків:

- (І) Побудувати відповідний даній системі ексергетнчннй потоковий граф E = (A,U), матрицю інциденцій ||M_ij|| і розрахувати ексергії потоків за дугами E_jj = 1,2, ..., n.

- (II) Для всіх елементів і =1,2, ..., m визначити вхідні (M_ij = 1) та вихідні (M_ij = -1) потоки, розрахувати: суми Е_i^вх і Е_і^вих потоки ексергії і-х елементів і ступені термодинамічної досконалості.

- (III) Розрахувати сумарні втрати ексергії:

(15)

Алгоритм AZ_Σ - визначення ексергоекопомічних затрат у системі. Оскільки ексергоекономічпі затрати в системі Z_е так само, як ексергетичні втрати П_Σ є адитивними, то алгоритм AZ_е схожий на AП_Σ.

Основні кроки алгоритму AZ_Σ.

- (І) Повторити крок (І) алгоритму АП_Σ.

- (ІІ) Розрахувати неенергетичні (капітальні і пов’язані з ними) затрати в К_ij = 1,2, ..., m в кожному з елементів.

- (III) Повторити блок (II) алгоритму АП_Σ, але замість розрахунку ступеня термодинамічної досконалості розрахувати тсрмоскономічиі затрати в і-му елементі системи:

Z_і =Ц_іП_і + К_і, (16)

де Ц_і - ціна 1 кВт ексергетичних втрат в елементах системи.

Наведені узагальнені гілгоритми дозволяють визначати як термодинамічні, так і економічні характеристики енергетичної системи будь-якої структури і функціонального призначення.

На завершення підкреслимо, що термоекономіка поєднує термодинамічний (ексергетнчннй) і вартісний аналіз, її слід розглядати як метод, що вказує шляхи скорочення вартості системи, як під час її створення, так і подальшої експлуатації за одночасного підвищення енергетичної ефективності установки.