авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:     | 1 || 3 |

ОБОСНОВАНИЕ РЕСУРСА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ И МЕР ПО ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ АПК МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ

-- [ Страница 2 ] --

В энергетике используются два основных энергетических параметра – энергия Q и мощность Р. Они связаны математическим выражением Q=P(t)dt, т.е. энергия должна рассматриваться как первообразная функция мощности. Следует отметить, что оба эти параметра измеряемы, следовательно, информация, необходимая для вычисления и анализа энергоемкости в производственной энергетической системе потребителя доступна. Поскольку Q за определенный промежуток времени есть приращение первообразной (для P(t)), то необходимо рассмотреть особенности применительно к энергосбережению.

В интегральном исчислении существует теорема о приращениях, иллюстрация к которой приведена на рис.1. Математическое выражение теоремы:

Q2 – Q1 = Q(T)(t2 – t1) (2)

где Т – точка (момент), производная Q в которой соответствует выражению (2).

Рис.2

По содержанию производная Q(T) является средней и постоянной, поэтому на рисунке представлена наряду с фактической функцией Qф(t) линейная функция Qср(t). Отметим, что значение приращения в интервале времени (t2 – t1) для обоих вариантов функции одинаково. На нижнем рисунке показаны обе производные в том же интервале времени. Площади под соответствующими линиями одинаковы.

Энергетическая схема потребителя представляет собой совокупность элементов (технических устройств), процесс прохождения энергии через каждый из которых если и может быть выражен какой-либо функцией, то наверняка разной для каждого из них. Поэтому применение математического анализа в его классическом представлении для обоснования методов энергосбережения будет существенно затруднено. Анализ теоремы приращений позволит обосновать некоторые упрощения. Как уже указывалось, значение приращения энергии может быть в общем случае измерено счетчиком без формульной аппроксимации. Эта информация, являющаяся исходной, может определить всю логику практического анализа энергетических процессов. По значению приращения, в частности, можно определить среднюю мощность, т.е. перейти к линеаризации процесса, что соответствует теореме о независимости конечного приращения в интервале от вида функции (при условии монотонности). Из наиболее важных особенностей линеаризации отметим по рис.2, что равные отношения фактической энергии к линейной и фактической производной к средней (линейной) не совпадают по времени. В частности, из рисунка следует, что Qф2/Qср2=1 соответствует моменту t2, а отношение Qф/Qср=1 соответствует моменту Т. Важно также отметить, что точка Т делит весь интервал (t2 – t1) на части (Т – t1) и (t2 – Т), каждая из которых может быть представлена своей средней производной. Легко представить себе, что первая будет больше общей средней, а вторая – меньше. Однако, общее приращение равно сумме линейных приращений.

Расхождение приращений к моменту Т между фактической кривой и линейным процессом на рис.2 показано вертикальным отрезком Q. Эта разница определяется через линейные приращения фактического процесса и по средней производной

Qсрф.(Т – t1) - Qср. (Т – t1) = Q (3)



Приняв для упрощения выводов t1=0 и введя интервал t, в течение которого приращение линейного процесса станет равным приращению фактического в момент Т, получим равенство относительных величин

(4)

Отметим, что выражение применимо к двум любым линейным процессам или к нелинейным, но с известным приращением каждого из них. Важно отметить возможность выражения отношения производных энергии через обратнопропорциональную зависимость временных интервалов. Важно отметить также и то, что развитие этого метода анализа процессов путем построения последующих интервалов t будет приводить к разным результатам в зависимости от того, какое в начале каждого последующего интервала t будет расхождение приращений по отношению к предыдущему расхождению. Если оно будет оставаться постоянным, то интервалы t будут равны, а фактическая производная будет (для условий рисунка) равна средней производной, то есть можем иметь случаи проявления неопределенности интеграла, когда его значения отличаются на постоянную величину. Но в данном примере неопределенность снимается линеаризацией, т.к. каждой точке на линии фактического процесса соответствует определенное значение средней производной даже на участке, параллельном линейному процессу.

Если расхождение приращений Q на каждом интервале t будет уменьшаться, то сам интервал также будет уменьшаться и отношение производных в выражении (4) будет приближаться к единице. Наоборот, при росте расхождения Q интервал будет расти быстрее, чем исходный интервал (Т – t1), и отношение производных также будет расти.

Таким образом, при построении линейного процесса (средняя мощность) и при условии, что производная фактического процесса только уменьшается, расхождение интегральных значений в каждый момент времени сначала растет от нуля до максимального значения в момент Т, затем уменьшается опять до нуля в конечный момент интервала. Это говорит о том, что введение средней производной сопровождается возникновением некоего механизма саморегулирования, действие которого приводит к тому, что расхождение процессов по производным не создает расхождения по интегральным значениям в конце интервала времени. На рис.3 представлены зависимости от времени производных Qф(t) и Qср(t), разности интегральных значений Q(t) и разности производных Q(t). Анализ кривых раскрывает причину проявления указанного механизма. Она кроется в том, что дифференциальная связь (т.е. разность) производных Qф и Qср после точки Лагранжа Т становится отрицательной, что и приводит к сбалансированному схождению процессов к общему интегральному значению к концу интервала. Можно сделать заключение о том, что получено теоретическое подтверждение правомерности

применения МКО в энергосбережении в сочетании с обычными измерениями энергетических параметров на элементах. Линеаризация может рассматриваться как упрощающий анализ методический прием именно в оценках относительных параметров, позволяющий анализировать одновременно энергетические процессы на концах элементов, связанные законом сохранения. Связь относительной энергоемкости процессов с энергоемкостью продукции оказалась очевидной и показана в более ранних публикациях по МКО и основные положения приведены в диссертации (раздел 2.3). Эта связь определяется выражением

(5)

где Qпотр – потребленная энергия, П – объем произведенной продукции, Qуд – теоретический минимальный расход энергии на единицу продукции, Qэлин – относительная энергоемкость процесса передачи энергии по линии к ЭТП (параметр МКО).

В этом выражении при известном значении Qп только Qэ влияет на значение энергоемкости. Однако Qэ является также и функцией состояния (свойств) элементов, составляющих линию передачи энергии. Это следует из закона сохранения энергии для каждого из них

(6)

То есть МКО, введя конечный энергетический параметр в отношение, привел выражение закона сохранения к тождественному равенству относительных параметров, учитывающих длину линии (Qк) и ее свойство (интегральное, поскольку потери Q складываются) передавать энергию. Поэтому для численной относительной оценки Qп нужно знать минимальное значение потерь (кроме значения Qуд) в оборудовании линий. Оно соответствует, в общем случае, номинальному режиму нагрузки с наименьшими потерями. В диссертации обосновано несколько выражений для ресурса энергосбережения. В параметрах потерь ресурс энергосбережения Qр имеет вид

Qр = Qф - Qном, (7)

где Qф – фактические потери, Qном – потери в номинальном режиме (технический минимум потерь). Экспериментальные исследования были посвящены именно этому параметру, поскольку он позволяет считать задачу энергосбережения оптимизационной с известным значением параметра оптимизации.

Третий раздел диссертации "Информационно-измерительная система (ИИС)" посвящена описанию состава использованной в эксперименте ИИС и включает описание тех требований, которые диктуются не только МКО, но и спецификой сельскохозяйственного производства, дополнительно налагаемой на энергетическую схему производства. Отмечается, что широко известные системы АСКУЭ не в полной мере удовлетворяют требованиям энергосбережения. Созданная в СПбГАУ специальная ИИС имеет в своей основе электронный регистратор Ф 1771, выпускаемый заводом "Вибратор" (СПб). Он предназначен для приема, хранения, обработки и визуализации информации на ЖК-дисплее. Имеет 16 входных каналов, собственную энергонезависимую память объемом до 10 млн. измерений, журнал событий, программу для простой логической обработки событий, ММС-порт. Для возможности переноса архивной информации из прибора в ПК используется FLASH-накопитель. Имеются также встроенные интерфейсы: RS-232, RS-485. В соответствии с требованиями регистратора в состав ИИС включены преобразователи измеряемого сигнала ФЕ1870-АД. Они предназначены для линейного преобразования действующего значения переменного тока и напряжения сигнала в унифицированные значения постоянного тока и напряжения.

В преобразователях переменного тока и напряжения исключена гальваническая связь между входными и выходными цепями и цепями питания. Это свойство преобразователей дает возможность оперативно подключаться к элементам объекта без учета качества заземления, к энергетическим сетям, питающимся от разных подстанций.

В качестве датчиков тока применялись токовые трансформаторы. Они предназначены для преобразования и измерения значений переменного тока с помощью милливольтметра. Трансформаторы выполнены в виде клещей для того, чтобы иметь возможность охватывать магнитопроводом интересующую токопроводящую линию без ее разрыва. Это дает большие преимущества для мобильной и оперативной работы.

Высокая точность проводимых измерений обеспечивалась предварительным согласованием работы токовых датчиков и преобразователей.

Таким образом, использование в качестве базового устройства электронного регистратора, разработанного для серийного выпуска, позволило для начальной стадии испытаний МКО не создавать специальную ИИС, а ограничиться только компоновкой каналов для ввода информации в регистратор. Требования МКО к виду, содержанию и режиму ввода информации вполне совместимы с техническими возможностями регистратора. Использование в качестве датчиков энергетических параметров измерителей тока и напряжения предопределяет проведение экспериментов на электрическом оборудовании. В качестве устройства для вычислений и обработки данных был использован компьютер.

В разделе 4 "Технические и организационные меры по снижению ресурса энергосбережения в энерготехнологических процессах (ЭТП)" на примере широко применяемых в сельском хозяйстве ЭТП показано, что только специальные методы в каждом процессе могут приблизить ресурс энергосбережения к нулю. Содержание этого раздела подчеркивает важность отдельного изучения энергетики каждого ЭТП и тщетность упования на универсальную методику. Следует также отметить, что приведенные различные примеры решений объединены тем, что применен объемный подход к энергии в тесной связи со структурой этого объема и способами подвода и отвода энергии, влияющими на вид выражения закона сохранения. Важно также отметить, что ЭТП отличается от любого передающего энергию элемента тем, что в нем создается новый носитель энергии, для которого задано Qуд (т.к. Qуд обеспечивает ожидаемый результат). То есть, удельное количество принятой технологической средой энергии может определяться не только ее физической энергоемкостью, но и другими факторами, влияющими на результат процесса.

В электротехнологиях электромагнитного облучения слоя поглощающей среды поток (мощность) уменьшается по глубине h в соответствии с законом Бугера

Ф = Фо-ah (8)

Для приближении ресурса энергосбережения к нулю необходимо h0, что делает технологию бессмысленной ввиду ее приближения к нулевой производительности. На практике широко применяют эту технологию как компромисс между производительностью и перерасходом энергии, соответствующим существенному значению ресурса энергосбережения. Опубликованное инновационное энергосберегающее решение (ссылка в диссертации) предлагает придать слою такую толщину, при которой поток поглощается полностью, но перемещать среду следует коллинеарно навстречу потоку с постоянной скоростью v. В этом случае для каждого сечения среды переменная координата среды hi может быть переведена к временной переменной ti=hi/v, а энергия должна определяться интегральным выражением





(9)

Если задано технологией Фуд, то это значение мощности достигается при h=0. Затраты энергии будут равны Q=Фуд.t. Ясно, что Фуд в этом случае рассматривается как средняя производная, а фактический поток как текущая производная, только растущая (от нуля), поэтому к моменту выравнивания Q (как приращение функции Ффакт(t)) и произведения Фуд.t значение Фф должно быть больше Фуд. Такой процесс для обеззараживания воды УФИ показан на рис.3, и он соответствует теореме Лагранжа и теореме о независимости интегрального приращения от функции. Если задана энергетическая удельная доза Qуд, то ее контроль и обеспечение возможны только для определенной толщины слоя, но и она должна быть минимально допустимой (для снижения вынужденного превышения дозы).

В диссертации рассмотрены еще несколько примеров энерготехнологических процессов, потребовавших специальных технических решений для снижения ресурса энергосбережения.

При многоярусном (по высоте) размещении растений в теплицах возникает специфическое требование к распределению потока лампы в пространстве для обеспечения одинаковой облученности по ярусам. С учетом того, что на верхних ярусах используется значительная часть прямого потока лампы, решить возникшую задачу без увеличения потерь невозможно. Сделан вывод, убедительный без расчетов, что целесообразнее использовать источники света на каждом ярусе, т.е. осуществить необходимое пространственное распределение не световой, а электрической энергии. Это решение обеспечивает минимальный ресурс, определяемый только световой отдачей ламп.

При обогреве помещений выражение сохранения содержит две составляющие

(10)

где Руд – удельные потери, А – площадь ограждения.

Переход к выражению МКО дает следующее:

(11)

Это выражение показывает, что удельный фактический подвод энергии Рнуд полностью определяется значением Тн. При абсолютной изоляции, когда потери через ограждение равны нулю (что равносильно равенству Тн=Твн) Рнуд=0. Из этого выражения следует вывод о том, что при Тн>Твн правая часть приобретает знак минус, что означает необходимость отвода тепла из помещения в количестве, определяемом Руд. Более приемлемый вариант в энергетическом смысле – использовать избыточное тепло. Тогда наряду с отопительным сезоном существовал бы сезон избыточного тепла, энергетическая система пополнилась бы энерготехнологическим процессом без покупной энергии, что улучшило бы энергетический баланс предприятия. Значение Руд нормируется, поэтому разница Рфуд - Руднорм= Руд должна рассматриваться как ресурс энергосбережения, реализуется который путем усиления теплоизоляции здания.

Рассмотрен также вариант снижения энергоемкости на примере объема нагретой воды (результат ЭТП2). По окончании процесса нагрева потери тепловой энергии продолжают иметь место. При определенном значении Руд (зависит от теплоизоляции емкости) емкость с горячей водой становится генератором потерь как функции температуры воды Тв (при постоянной температуре Тн в помещении).

(12)

В этом случае Руд – удельный ресурс энергосбережения. Это общее выражение видоизменяется, не теряя принципиальное указание на повышение энергоемкости в случаях, когда

- происходит частичный отбор горячей воды с замещение ее холодной и включением нагрева;

- предусмотрено автоматическое включение нагрева при снижении температуры воды.

В обоих случаях мощности на дополнительный нагрев должны быть отнесены к потерям, вызванным несогласованностью режимов нагрева и использования результата ЭТП.

В диссертации проанализированы еще два примера использования электромагнитной энергии в производстве продукции в технологиях, создающих условия для повышения потерь: комбинированное облучение биологических объектов (например, ИК + УФ) и эксплуатация металлогалогенных газоразрядных ламп в теплицах при отклонении напряжения от номинального. Для этих случаев также приведены энергосберегающие решения, но они не используются в практике.

Сопоставление энергоемких технологических процессов с имеющимися (хотя и нереализованными) мерами по энергосбережению позволяет с помощью МКО и объемного представления энергии обосновать общий методический прием анализа энергетических процессов по параметру ресурса энергосбережения. Он основан на законе сохранения в конечных параметрах Qн – Qк =Q. При изменении режима параметры примут значения Qн – Qк=Q. Выражение в МКО примет вид

(13)

Отсюда следует, что если = , то и = и если > , то > . Использование ИИС позволяет определять конечные параметры, минуя промежуточные , и . В рассмотренных примерах видоизменяется выражение закона сохранения, поэтому будет меняться и количество учитываемых параметров. Второй вывод относится к объемному представлению энергии. Описание процессов в этом аспекте во многом определяется носителем энергии. В рассмотренных примерах волновой носитель определяет прямолинейность распространения, пространственное распределение в виде, как правило, конуса с неравномерной концентрацией в объеме, распределение по длинам волн спектра, что практически, никогда не соответствует объемным характеристикам объекта и создает технологические потери энергии.

Очевидно, дальнейшее развитие практического энергосбережения потребует создания более совершенной научной и методической базы на основе МКО и измерительных исследований для повышения энергосбережения в технологических процессах.



Pages:     | 1 || 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.