ВОПРОСЫ ТЕОРИИ. И ИННОВАЦИОННЫХ РЕШЕНИЙ. ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ. ГЕЛИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ОПТИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ В ПРОЦЕССЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Оптимизация энергопотребляющей системы в про­цессе эксплуатации основывается на следующем методе решения.

Стоимость эксплуатации энергопреобразующей систе­мы логически определяется как, д. э./кВт,

Z~Zcl +Ztuel +ZOM ' (2.82)

Экономическая модель действительной энергопреобра­зующей системы представляет совместное решение систе­мы уравнений:

капитальные (инвестиционные) затраты системы, д. э./кВт,

Zcl=aa —

Zcl=akxnk0- + b)v/Nk. (2.84)

- затраты на начальную энергию для функционирова­

- стоимость эксплуатации и обслуживания, д. э./кВт,

ZOM=b—+d *л •

9

- амортизационные отчисления, д. э. /кВт,

- удельное энергопотребление, кДжДкВт'ч),

3600

w =-------

Л

9

- среднее время работы системы, ч/год,

Годовое производство полезного эффекта

Номинальная мощность

где ср - цена топлива, д. э./кДж; а — инвестиционная стои­мость, д. э./кВт; Ъ - затраты на ремонт и обслуживание, за­висящие от установленной мощности, д. э./кВт; d - затраты на ремонт и обслуживание, зависящие от поколения исполь­зуемой техники, д. э./кВт; і - банковский процент инвести­ционных затрат на создание системы, %/год; г - инфляци­онный коэффициент, % /год; п - срок службы объекта, год; СР - время создания объекта, год; tA - годовые налоги, % / год; v - годовая страховка, % /год; х - характеристика k-то элемента, а - цена единицы оборудования, д. э.; п, у - пока­затели функций; N - срок эксплуатации, год.

Стоимость любого теплового потока (входящего или выходящего) определяется произведением цены эксергии этого потока (удельной стоимости эксергии) и величины эксергии потока

Ck=ckEk. (2.91)

Основные критерии эксергоэкономического анализа:

- относительное различие стоимости эксергии продук­та (Cph) и эксергии топлива (CFh) для ft-го элемента системы

- абсолютное изменение цены потока рабочего веще­ства при прохождении через ft-й элемент определя­ется в зависимости от главного условия проведения анализа

Zi, "1"Срь-йпь

Аск = —— ----------- , если Ер, = const; (2.94)

Ер, к

- эксергоэкономический фактор

Zk

Zt + cF, k(ED'k + ELk)

9

где cp k - цена эксергии продукта, определяемая совершен­ством работы энергопреобразующей системы; cFk - цена эксергии топлива, определяемая рыночной ценой на ис­пользуемый источник энергии; Zk=Z%l+Z°M - сумма ка­питальных у^к ) и эксплуатационных у£к ) затрат для ft-го элемента.

Различные электростанции в мире (в зависимости от экономических и географических условий) повышают температуру конденсации ТК до 100°С и выше, так как про­порционально с ростом Тк растет тариф на тепло, которое другие предприятия покупают для использования в техно­логическом процессе (коммунальные предприятия покупа­ют тепло для теплоснабжения и горячего водоснабжения).

Повышение температуры конденсации рационально производить до тех пор, пока цена на тепло не сравняется с ценой на электроэнергию. Предельное значение Тк с эконо­мической точки зрения для ТЭЦ составляет 120 °С. Даль­нейшее повышение температуры конденсации экономиче­ски нецелесообразно.

Таким образом, проводить сравнение теплового насоса с ТЭЦ можно только при производстве тепла до 100°С. При более высоких температурах необходимо перейти к сравне­нию с другими системами теплоснабжения.

Такими системами (особенно для сравнения с бытовы­ми тепловыми насосами вне зависимости от температурно­го уровня производства тепла) являются котлы (бойлеры), достаточно широко применяемые при использовании раз­личных видов первичной энергии (рис. 2.14):

- электроэнергии;

- жидкого топлива (нефти);

- газа.

Рис. 2.14.

Теплонасосная и традиционные системы теплоснабжения

Все варианты систем отопления, приведенные на рис. 2.14, будут рассмотрены в сравнении с теплонасосной системой.

Из многолетнего опыта проектирования и эксплуата­ции систем теплоснабжения были выбраны средние пока­затели их эффективности:

- КПД бойлера:

- на жидком топливе ц = 0,75;

- на газе г| = 0,70.

Из опыта проектирования тепловых насосов известно:

- изоэнтропный КПД компрессора ц = 0,85;

- температурный напор в конденсаторе и испарителе АТ= 10°.

Для анализируемой энергетической системы приве­дены данные для средней закупочной цены (значение а в уравнении (2.87) (табл. 2.7), средняя закупочная цена на энергоноситель (табл. 2.8), значение коэффициентов п, Ъ, у, N (уравнение (2.84) (табл. 2.9) и значение эксергоэкономи- ческого фактора f (табл. 2.10).

Проведем анализ систем отопления на основании эксер - гоэкономического фактора f - табл. 2.10. Видно, что систе­ма 1 имеет наименьшее значение /, аналогично как и дру­гие низкие показатели эффективности. Системы 2 и 3 мало отличаются друг от друга, эффективность системы 4 можно оценить примерно в 3,5 раза выше эффективности систем 2 и 3. Система 5 - теплонасосная - однозначный лидер.

Из приведенного расчета следует, что наиболее эф­фективной системой теплоснабжения является вариант 5, то есть когда используются возобновляемые источники энергии (в данном случае, солнечная энергия и тепловой насос). Большей эффективностью будет обладать система теплоснабжения, предусматривающая наличие аккумуля­тора теплоты (учитывая переменное во времени солнечное излучение).