книги / Эксергетические расчеты технических систем

Решение этой системы уравнений позволяет получить набор дискретных значений, определяющих оптимальный закон изменения оптимизирующих переменных во времени для каждой температуры охлаждаемого объекта. При этом общий расход охлаждающей воды определяется суммированием расходов по каждой ветви холодильной установки. Аналогично следует рассчитывать и суммарную поверхность конденсаторов, оросителя атмосферного охлади­ теля воды, суммарную производительность насосов охлаждающей воды, венти­ ляторов градирен (при их наличии), потребляемую ими мощность и отчисления от их стоимости.

Решение, полученное при раздельной оптимизации соответствующего количества одноцелевых установок, не обеспечивает минимума годовых приве­ денных затрат и поэтому не может заменить оптимизации многоцелевой уста­ новки.

Как и при оптимизации одноцелевых холодильных установок, решение системы уравнений (9.88) составляет первый этап, обеспечивающий его получе­ ние при наличии непрерывного ряда оборудования. На втором этапе из сущест­ вующей номенклатуры подбирается выпускаемое оборудование и устанавли­ вается оптимальный режим эксплуатации подобранного серийно выпускаемого оборудования.

Изложенная методика универсальна, поскольку дает возможность одно­ временно реализовать как алгоритм оптимального проектирования, обеспечи­ вающий подбор оборудования, так и алгоритм оптимального управления подоб­ ранным оборудованием, создающий наиболее рациональный режим его эксплуа­ тации. Она применима к любой системе преобразования энергии и вещества, в которой возможно установление аналитических связей между оптимизирую­ щими переменными и целевой функцией.

Применение строгих математических закономерностей, позволяющих оптимизировать принимаемые решения, предполагает отказ от волевых реше­ ний, направленных, в частности, на удовлетворение ведомственных интересов (например, всяческое сокращение капитальных вложений, служащее критерием для оценки работы проектировщиков и приводящее к резкому возрастанию эксплуатационных расходов и т. п.).

в момент пуска первого агрегата, и продолжается в течение нескольких де­ сятков лет до морального или физического износа оборудования.

Кроме того, энергия затрачивается на текущую работу в течение всего сро­ ка эксплуатации (добыча и транспорт топлива и т. п.). Эти затраты аналогичны собственным нуждам тепловой электростанции, если рассматривать ее во всем комплексе с добычей топлива.

Подведенная эксергия

Здесь £отв— эксергия, получаемая в единицу времени; £ Подв — затраты эксергии за единицу времени; тс — время изготовления оборудования и стро­ ительства установки; тэ — срок эксплуатации установки; тэ = 0 — момент ввода в эксплуатацию первого агрегата; Естр — вся эксергия, затраченная на строительство установки и создание оборудования (сюда не входит эксергия природных энергоресурсов — топлива, геотермальной воды и т. п., которая обеспечивает после преобразования получение полезной энергии).

Срок энергетической окупаемости Ток — период времени, в течение ко­ торого полученная эксергия компенсирует затраченную,— определяется из уравнения

*ок

О

За отрезок времени, прошедший от начала энергетической окупаемости до завершения срока эксплуатации установки, последняя выдает эксергию-нетто. Отношение этих величин дает дополнительный критерий:

Наиболее эффективным при расчете эксергии-нетто считается такой проект, в котором величины К е и К х максимальны.

Ниже приведены типичные коэффициенты Ке д л я различных электро­ станций.

Основной вклад в затраты энергии на создание объекта (оборудование, строительство) вносит энергоемкость материалов, которая определяется их общей массой, умноженной на удельную энергоемкость Э (затраты энергии на 1 кг материала).

Обычно энергозатраты подсчитывают для топлива прямого использова­ ния, теплоты разных параметров и электроэнергии [288]. Общую ориентировку в величинах энергоемкости материалов можно получить по рис. 9.16, где основ­ ные материалы и некоторые вщества расположены на логарифмической шкале, показывающей их полную энергоемкость (Э— в мегаджоулях на килограмм и

b — в килограммах условного топлива на килограмм). Как видно из диаграммы, удельная энергоемкость от простого строительного материала (кирпич) до ред­ кого металла (теллур), выплавляемого из отходов медеплавильного произ­

следует снижать при расчете эксергетический КПД всех газопотребляющих установок, если относить все к эксергии добытого газа.

Приведенные на рис. 9.16 величины взяты из [288], поэтому они основаны на фактической энергоемкости, характерной для промышленности Англии. Наиболее подробные и достоверные данные об энергоемкости различных мате­ риалов, на которых основан график рис. 9.16 были уточнены Я. Шаргутом и Д. Моррисом [731], а затраты энергии пересчитаны ими в затраты эксергии. В табл. 9.2 приведены полные затраты в сырье R и топливе F на получение различных материалов и видов топлива. Здесь же даны эксергетические КПД процессов получения веществ, определенные как отношение эксергии данного вещества к полным затратам эксергии на его получение:

Т)г = e/(R + F).

Расчет эксергии-нетто для любого технического объекта сводится к следующему.

1. Вычисление подведенного и отведенного потоков вектора плотности по­ тока эксергии Ье через поверхность F — границу термодинамической системы,

F

что завершается расчетом эксергетического КПД (D = T0.QAS — потери эк­ сергии):