научная статья по теме ВОПРОСЫ ЭКСЕРГОЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРОВ Комплексное изучение отдельных стран и регионов

Текст научной статьи на тему «ВОПРОСЫ ЭКСЕРГОЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРОВ»

Статья поступила в редакцию 21.02.13. Ред. рег. № 1547 The article has entered in publishing office 21.02.13. Ed. reg. No. 1547

УДК 330.138:536.621.57

ВОПРОСЫ ЭКСЕРГОЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРОВ

12 2 Р.А. Амерханов , Б.Х. Драганов , А.В. Мищенко

1Кубанский государственный аграрный университет 350044 Краснодар, ул. Калинина, д. 13 Тел.: +7 (861) 221-59-42, energyksau@mail.ru Национальный университет биоресурсов и природопользования Украина, 03041, Киев, ул. Героев Обороны, д. 12 Тел.: (044) 527-85-80, (044) 527-65-80, e-mail: schek@meta.ua

Заключение совета рецензентов 28.02.13 Заключение совета экспертов 04.03.13 Принято к публикации 05.03.13

Изложены основы оптимизации потребляющих нетрадиционные источники энергии систем и приложения этого метода к анализу термотрансформаторов.

Ключевые слова: основы оптимизации, нетрадиционные источники энергии, эксергия, системы, приложения, метод, анализ термотрансформаторов.

QUESTIONS OF EXERGY ECONOMIC OPTIMIZATION OF THERMAL

TRANSFORMERS

R.A. Amerkhanov1, B.H. Draganov2, A.V. Mishchenko2

'Kuban State Agrarian University 13 Kalinin str., Krasnodar, 350044, Russia Тел.: +7 (861) 221-59-42, energyksau@mail.ru 2National University of Bio Resources and Environmental Management of Ukraine 125 Geroev Oborony St., Kiev, 03041, Ukraine Tel.: (044) 527-85-80, (044) 527-65-80, e-mail: schek@meta.ua

Referred 28.02.13 Expertise 04.03.13 Accepted 05.03.13

Presented basis of optimize consuming alternative sources of energy systems, and applications of this method to the analysis of thermal transformers.

Keywords: basic optimization, alternative sources of energy, exergy, system, application, method, analysis of thermal transformers.

Сведения об авторе: профессор кафедры «Электротехника, теплотехника и возобновляемые источники энергии» ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет», г. Краснодар. Доктор технических наук, профессор, заслуженный работник высшей школы РФ, почетный работник высшего профессионального образования РФ, академик Академии электротехнических наук РФ.

Образование: Краснодарский институт пищевой промышленности, инженер-механик. Область научных интересов: возобновляемые и нетрадиционные источники энергии. Публикации: 256

Сведения об авторе: доцент кафедры теплоэнергетики Национального университета биоресурсов и природопользования Украины, г. Киев. Кандидат технических наук, доцент.

Образование: Украинская сельскохозяйственная академия, инженер-электрик.

Область научных интересов: энергосбережение.

Публикации: 122

Мищенко

* 1 .ф

PfciÉ i

Роберт Александрович

*4мерханов

Анатолий Васильевич

Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» № 03 (121) 2013

© Научно-технический центр «TATA», 2013

Создание локальных систем энергоснабжения, работающих на имеющихся в данной местности тепловых ресурсах, в том числе возобновляемых и нетрадиционных, является важной задачей современной энергетики [1-4]. Эффективность систем теплохладоснабжения можно заметно повысить использованием термотрансформаторов. В этом случае в большей степени обеспечивается требование защиты окружающей среды. Существенной при этом становится сущность вариации возможных структур и параметров анализируемой системы с целью минимизации энергетических и экономических затрат, т.е. решение оптимизационных затрат.

Требованию минимизации энергетических и экономических затрат в значительной степени отвечает эксергоэкономический метод оптимизации, который получил развитие и признание в последней четверти ХХ столетия [5-10]. Существенно то, что указанный метод позволяет дать как энергетическую, так и экономическую оценку анализируемых систем в их взаимозависимости.

Эксергоэкономика пользуется следующей терминологией:

- топливо (fuel) - любой эксергетический поток EF, поступающий в компонент системы;

- продукт (product) - поток Ер, направляемый из рассматриваемого компонента в последующий компонент. Для последнего он является топливом;

- деструкции энергии (energy destruction) ED -дополнительная (полученная или затраченная) работа для производства дополнительного эффекта по сравнению с теоретическим;

- потери эксергии (exergy losses) EL -определяются взаимодействия компонента (системы) с окружающей средой.

Для эксергоэкономической оценки используются следующие критерии для ^-компонентных систем:

- абсолютная деструкция эксергии:

ED,k = EF,k EP,k EL,k ;

- эксергетическая эффективность:

(1)

E

Zk =

P,k

E

= 1 —

ED,k + E

'L,k

F ,k

E

(2)

F ,k

- сумма указанных слагаемых:

ry _ ry cl ry OM

Zk = Zk + Zk ;

(3)

относительное различие цен:

rk =

C — C

p,k F ,k

C

(4)

F ,k

где Cp k и CF,k

цена эксергии, соответственно,

продукта и топлива;

- эксергоэкономический фактор:

Zt

Zk + CF,k (ED,K + EL,k )

(5)

Когда соответствующие функции цен установлены, цена оптимальной эксергетической

OPT

эффективности sk для k-го компонента может с достаточной степенью точности определяться как [6]

1

1 + F

(6)

при

Fk =

(ß + Yk )Bk ■ nk

T-C ■ E

' F ,k P,k

1—mk

1

nk +1

(7)

где в - фактор восстановления капитала; ук -коэффициент, учитывающий фиксированную часть эксплуатационных затрат на обслуживание, зависящих от общих капитальных инвестиций, связанных с к-м компонентом; Бк, пк, тк -постоянные, используемые для определения функций ек и ЕР,к; т - среднее годовое время эксплуатации систем при эксплуатации системы при номинальной производительности.

Эксергоэкономический анализ позволяет сравнивать реальные стоимости в пределах системы и определять оптимальную стоимость, по которой произведен каждый поток получаемого результата (в терминах эксергоэкономического анализа «продукта»).

Общая стоимость эксплуатации

энергосберегающей системы определяется как д.е./кВт (д.е. - денежная единица).

~ ry Cl

- стоимость капитальных инвестиций Zk ;

- стоимость эксплуатации и обслуживания

OM

Z = Zcl + Zfuel + Z

rOM

(8)

Задача оптимизации формулируется следующим образом: необходимо так распределить множество потоков С{, ¿=1,2,...,к вдоль потока к1, чтобы параметры потока к1 после системы находились в

OPT

k

162

International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology № 03 (121) 2013

© Scientific Technical Centre «TATA», 2013

тлт

Р.А. Амерханов и др. ВОПРОСЫ ЭКСЕРГОЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРОВ

заданном интервале значений, а выбранный критерий оптимальности имел минимальное значение.

Это положение должно быть справедливым для любого этапа системы.

В этом случае зависимость

7 _ {7 (Р) 7 (Р) 7 (Р) Z (Р) } (q)

7p _ \71 >72 ,-7i ,--7[k-(p-i)] У (q)

7 (p) _ 7 min ip Z

(10)

7 (год) _ z и F ;

n Yl' П n >

(11)

Из уравнений (11) и (12) получим

( год )

_ 7 •и • F +

п 'П п

7ennQo At

qo

Atm

. (13)

представляет возможные виды

эксергоэкономических затрат на некотором этапе р,

р < к. Тогда на каждом промежуточном этапе р

необходимо выбрать такой поток

(г<(р)г°(р) г (р) г ( С ,С2 ,...С1р С[к-(р_Г)] ), для которого

Проанализируем экологический аспект в комплексе оптимизации энергопреобразующих систем.

С точки зрения эксергии экологическое влияние определяется работой, выполненной системой над окружающей средой [11].

Эксергия, которая вводится в систему, есть эксергией топлива:

Ef _ E

т

1 - ехр(-Лтэ) _ Ет )-г-

(14)

При оптимизации тепловых установок с тепловыми насосами следует учитывать:

- рост эксплуатационных затрат установки в целом через увеличение затрат на привод;

- снижение эксплуатационных затрат на теплообменный аппарат (уменьшение амортизационных отчислений, затрат на текущий ремонт и т.д.).

На /-й год эксплуатации годовые затраты составляют [10]:

- на испаритель

где тх - нормативное время дисконтирования, обратное степени дисконтирования X; тэ - полный срок службы системы.

В теплофизике величина X может изменяться как в сторону уменьшения (истечения естественных ресурсов), так и в сторону увеличения (использования новых энергоресурсов).

Можно принять, что экологический убыток пропорционален потокам энергии на выходе из системы. Поскольку для холодильных установок и термотрансформаторов температура эксергии на выходе, как правило, имеет меньшее значение, чем в системах непосредственного теплоснабжения (котельные установки, ТЭЦ и т.д.), то, как следствие, влияние на окружающую среду будет меньше.

- на установку (трансформатор) в целом

Выводы

77

( год)

Q0

+ QoK"Z "км^к

At

, At

J max

(12)

где 2п - удельные капитальные затраты на 1 м испарителя; цп, цкш - суммарные амортизационные отчисления, на текущий ремонт и т.д., как процент от капитальных затрат с учетом дисконтирования на 1-й год эксплуатации, соответственно, испарителя и компрессора; 2 - расход в денежном выражении; К -годовые капитальные и другие расходы в процессе эксплуатации; Гп - площадь испарителя; Q0 -тепловой поток; - количество часов работы установки в год; А^ и А^тах - среднегодовая и

максимальная разница температур для изолированного охлажденного объекта; индекс «0» относится к процессу кипения хладагента.

В современных условиях эксплуатации годовое дисконтирование не превышает 1-2%, и поэтому вторым слагаемым в уравнении (12) можно пренебречь.

Эксергоэкономический анализ позволяет сравнивать реальные стоимости в пределах системы и определять оптимальную стоимость, по которой произведен каждый поток получаемого результата (в терминах эксергоэкономического анализа «продукта»).

Список литературы

1. Draganov B., Morosyuk T., Nikulshin R., Fara L. Geothermal Heat Supply System Applying Heat Pumps // 10-th Internat. Conf. on Thermal Engineering and Theromogrammetry (THERMO). Budapers (Hungary). 1997. P. 214-218.

2. Morosyuk T., Nikulshin R., Draganov B., Gulko T. Analysis of Underground Heat Accumulators in Heat Pump System // Proc. Of 1-st Inter. Conf. on Energy and the Environment. Limassol (Cyprus), 1997. P. 630-636.

3. Драганов Б.Х., Морозюк Т.В., Никулишин Р.К., Гулько Т.В. Теплонаносные системы с подземными аккумуляторами тепла // Промышленная теплотехника. 2000. Т. 22, № 5-6.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком