Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса и задачи исследования 8
1.1 Формальные требования к энергосбережению 8
1.2 Состояние методического обеспечения энергосбережения 15
1.2.1В линиях электропередач 15
1.2.2 Методическое обеспечение энергосбережения в производственных потребительских системах 21
1.2.3 Методическое обеспечение энергосбережения в производственных установках АПК 24
1.3 Выводы по анализу состояния вопроса 30
1.4 Задачи исследования 34
2 Теоретические положения, определяющие ресурс энергосбережения 36
2. 1 Понятие о производственной энергетической системе 36
2.2 Энергия и мощность как основные параметры системы. Их математическая и системная связь 39
2.3 Объемность в потребительской системе. Координатный интервал, определяемый элементами системы 45
2.4 Закон сохранения и метод конечных отношений. Ресурс энергосбережения 58
2.4.1 Выражения закона сохранения для различных элементов 58
2.4.2 Переход к отношению параметров (МКО) как адаптация закона сохранения к задачам энергосбережения 61
2.4.3 Основные положения теории дифференциального анализа энергетических процессов
2.4.4 Структура ресурса энергосбережения в системах потребителей 68
3 Информационно-измерительная система (ИИС) 73
3.1 Процесс и объект 74
3.2 Структура ИИС 75
3.3 Задачи ИИС для реализации метода конечных отношений 79
3.4 Измерительный канал (ИК) измерительной системы 80
3.5 Моделирование 82
3.6 ИИС для реализации метода конечных отношений (ИИСМКО) 83
3.6.1 Выбор состава измерительных приборов 84
3.6.2 Электронный регистратор Ф1771 84
3.6.3 Измерительные преобразователи 87
3.6.4 Датчики тока 88
4 Технические и организационные меры по снижению ресурса энергосбережения в энерготехнологических процессах (ЭТП) 90
4.1 Общие положения 90
4.2 Технические меры по снижению ресурса энергосбережения 92
4.2.1 Электромагнитное облучение движущейся среды 92
4.2.2 ЭТП облучения растений при многоярусном размещении в теплицах 95
4.2.3 ЭТП обогрева помещений 97
4.2.4 Влияние на ресурс энергосбережения режима использования результата ЭТП 98
4.2.5 ЭТП облучения растений с отклонением качества потока от номинального 99
4.2.6 ЭТП, использующие два вида энергии 100
4.3 Основные организационные меры по контролю за ресурсом энергосбережения 102
5 Практическое определение ресурса энергосбережения на действующем производстве и опенка экономической эффективности энергопотребления 105
5.1 Определение потерь энергии и ресурса энергосбережения на предприятиях с развитым электросетевым хозяйством 105
5.2 Испытания ИИС на пригодность к определению ресурса энергосбережения на предприятиях АПК 123
5.2.1 Описание ИИС 123
5.2.2 Методика измерений и алгоритм расчета параметров энергетической характеристики двигателя 129
5.2.3 Методика построения характеристики двигателя для определения относительной энергоемкости 131
5.2.4 Оценка экономической эффективности энергопотребления по регистрационным данным 147
Выводы по работе 151
Список литературы 154
Приложение (документы о внедрении, результаты расчетов, схемы) 162
- Состояние методического обеспечения энергосбережения
- Энергия и мощность как основные параметры системы. Их математическая и системная связь
- Задачи ИИС для реализации метода конечных отношений
- Технические меры по снижению ресурса энергосбережения
Введение к работе
Актуальность работы. Энергосбережение как направление деятельности
существует сравнительно непродолжительное время, многогранно по
содержанию (правовые, организационные, научные, производственные,
технические и экономические меры) и имеет цель - повышение
эффективности использования энергии. Возрастающая востребованность
энергосбережения диктует необходимость конкретизации возможностей
достижения указанной цели применительно к определенному объекту путем
разработки метода реализации этих возможностей и их предельного уровня.
В качестве объектов приняты потребительские установки предприятий и
сети, обеспечивающие их электроснабжение. Ограничение принято в виде
технически и технологически достижимого уровня повышения
эффективности использования энергии в производстве, образующего при сравнении с существующим ресурс энергосбережения. Предварительный анализ состояния вопроса был посвящен поиску методики энергосбережения, соответствующей указанной задаче. Прежде всего анализу подверглись стандарты по энергосбережению. Кроме терминологического содержания ими определены методические требования к методической стандартизации энергосбережения в виде соблюдения восьми принципов, основные из которых - энергетическая системность, функциональная взаимосвязанность, рыночная конъюнктурность. Только использование этих принципов при анализе многочисленных научных и методических публикаций сделало возможным обобщение достижимого ресурса энергосбережения применительно к теме настоящего исследования. В диссертации показано, что в публикациях даже последних лет как по промышленным предприятиям, так и по агропромышленным далеко не в полной мере и не комплексно учтены принципы стандартизации энергосбережения. Для диссертационного исследования выбран разработанный в СПбГАУ метод конечных отношений (МКО) как в большей степени соответствующий принципам стандартизации.
5 Цель и задачи исследования. С целью разработки методов определения технически достижимого ресурса энергосбережения необходимо решить следующие задачи.
Обосновать положения теории, соответствующие анализу получаемой по показаниям счетчика энергии, связывающему интегральный и дифференциальный (мощности) параметры в функциональном- (для элемента) процессе при отсутствии заданной функции.
Ввести понятие ресурса энергосбережения для потребительских энергетических систем, составленных из единиц оборудования, выбранного по максимальной нагрузке, как максимально достижимого результата при энергосбережении.
На основе теоретических положений МКО сформулировать требования > к информационно-измерительной системе и испытать ее опытный образец на оборудовании производственного объекта АПК.
Обобщить по литературным источникам возможность и эффективность использования МКО'в характерных для АПК энерготехнологических процессах и их режимах.
Провести экспериментальную проверку эффективности применения МКО на предприятиях АПК Крайнего Севера и сопоставить их результаты с результатами и методами ранее проведенных исследований энергосбережения в сетевых объектах промышленного предприятия.
Обосновать метод оценки экономической эффективности энергосбережения по экспериментальным данным МКО.
' Объект исследования - процессы в энергетической структуре предприятия и интегративный параметр, идентифицирующий структуру как систему, унифицированный относительный параметр энергоемкости, определяющий энергоемкость продукции и ресурс энергосбережения.
Предмет исследования - энергетические и энерготехнологические процессы, теория линейных и нелинейных интегральных и функциональных
приращений и ограничений, накладываемые на них техническими характеристиками энергетического и технологического оборудования, определяющие ресурс энергосбережения.
Методика исследования - интегральное и дифференцированное исчисление, теоремы о приращениях применительно к функциям и их первообразным, полученных с помощью измерительных приборов в энергетических системах производственного потребителя.
Научная новизна:
использование теоретических положений математического анализа (теоремы приращений) к процессам в энергетической системе потребителя;
обоснование ресурса энергосбережения для конкретных случаев использования энергии;
- учет в ресурсе энергосбережения не только технических характеристик
оборудования, но и энергетических характеристик технологического
процесса;
содержание понятия "структура ресурса энергосбережения", учитывающего специфику каждого конкретного производства;
обобщение и анализ нереализованных инновационных энергосберегающих решений для типичных электротехнологических процессов в АПК как существенной составляющей ресурса;
- данные практического мониторинга энергетических систем предприятий
АПК Мурманской области (в приложении к диссертации) и
практическое построение и использование "паспортной" энергетической
характеристики оборудования для контроля динамики ресурса
энергосбережения;
математическое доказательство правомерности введения и использования понятия частной доходности энергии при энергосбережении на предприятии.
Достоверность основных результатов по методике определения ресурса энергосбережения обеспечена применением теорем математического анализа о приращениях к кривым измеряемых энергетических процессов, подтверждена использованием имеющейся энергетической информации по электродвигателям.
Внедрение результатов исследования осуществлено в учебном процессе Мурманского государственного технического университета, на фермах КРС ГОУСП "Тулома" (19 регистрации) и на "Свинокомплексе Пригородный" (24 регистрации) Мурманской области.
Положения, выносимые на защиту:
- теоретическое обоснование пригодности метода конечных отношений
для анализа приборных данных по процессам в потребительских
системах;
- методика определения ресурса энергосбережения в потребительских
системах АПК;
методика обработки данных ИИС для определения ресурса энергосбережения;
- методика анализа объемной энергетики технологических процессов для
обоснования инновационных энергосберегающих решений.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на секции НСАНСССР, г.Аппатиты в 1989 г., г.Норильск, в 1989 г.; на отраслевой научно-технической конференции, г.Москва в 1990 г., на 9-1 научно-технической конференции МГТУ, г.Мурманск, в 1998 г., на международной научно-технической конференции МГТУ, г.Мурманск, в 2004 г., на международной научно-технической конференции Бел.ГАТУ, г.Минск, в 2007 г., на международной конференции, г.Харьков, в 2007 г.
Публикации. Результаты исследований отражены в 15 научных публикациях в ведущих журналах и сборниках научных трудов.
Состояние методического обеспечения энергосбережения
Потери в электрических сетях стали научной и методической проблемой с момента их масштабного строительства и эксплуатации. Особенно остро она проявилась в период реформирования как самой энергетической системы, так и хозяйственного механизма потребителей. Практически во всех отраслях производства отмечалось увеличение потерь в сетях как в абсолютном выражении, так и в процентах от передаваемой энергии при снижении количества потребляемой энергии. Это не могло быть объяснено износом сетевого оборудования. Поэтому имеющийся опыт методического обеспечения эффективности передачи энергии должен быть учтен при решении аналогичной задачи в системах потребителей.
Обобщающим источником методического состояния снижения потерь в сетях принята монография [3], изданная в 2006 году. В ней приведено обоснование (логическое) потерь энергии в сетях как необходимого ее расхода на передачу, называемого "технологическим расходом". Вместе с тем указано, что "фактические (отчетные) потери электроэнергии определяют как разность электроэнергии, поступившей в сеть, и электроэнергии, отпущенной из сети потребителям. Эти потери включают в себя составляющие различной природы: потери в элементах сети, имеющие чисто физический характер, расход электроэнергии на работу оборудования, установленного на подстанциях и обеспечивающего передачу электроэнергии, погрешности фиксации электроэнергии приборами ее учета и, наконец, хищения электроэнергии, неоплату или неполную оплату показаний счетчиков и т.п." Полная структура отчетных потерь приведена рис. 1, отражающем принципы структурно-процессовой системности и рыночной конъюнктуры.
В той же схеме отражен механизм выявления резервов энергосбережения и направления его реализации. В принципе потери могут быть рассчитаны по данным систем телеизмерений, основанных на счетчиках энергии. Однако средствами телеизмерений в настоящее время оснащены далеко не все, даже основные сети энергосистем. Тем более, нет оснований ожидать оснащения ими в ближайшем будущем радиальных сетей 35 кВ и ниже.
Расчет и анализ потерь электроэнергии осуществляется со следующими целями: - выявления зон и конкретных элементов с повышенными техническими потерями; - выявления фидеров 6-20 кВ и линий 0,4 кВ с повышенными коммерческими потерями; - оценки влияния на технические потери основных параметров поступления и отпуска электроэнергии из сети на основе сопоставительных расчетов потерь при различных значениях параметров или по нормативной характеристике потерь; - определения количественных показателей по снижению потерь для различных служб и подразделений энергоснабжающей организации.
В первом приближении к элементам нагрузочных потерь относят линии с плотностью тока более 1 А/мм , а потерь холостого хода - трансформаторы, загруженные в режиме максимальных нагрузок менее чем на 50 % на однотрансформаторных подстанциях и менее чем на 35 % - на двухтрансформаторных подстанциях.
В [3] показано, что решение задач энергосбережения существенно отличается от диспетчерских задач. Наглядность представления результатов расчета диспетчерских задач — это текущая схема сети с потокораспределением и положением коммутационных аппаратов, наглядность же представления результатов расчета потерь - это структура потерь за длительный период, возможные резервы их снижения, нормативные характеристики потерь, а также численные характеристики достоверности рассчитанных значений.
Список научных источников, содержащих материал по энергосбережению в потребительских установках, весьма велик [4-25]. Их анализ с позиций, изложенных в предыдущем разделе, приводит к следующим выводам: - в большинстве публикаций в основу анализа состояния энергетики потребительской системы положен энергетический баланс, позволяющий судить о полезно используемой энергии и потерях, но не включающих, как правило, оценку эффективности всех процессов, происходящих с участием потребленной энергии; - характерна разобщенность рассмотрения энергетической эффективности отдельных видов оборудования без обобщения на всю систему потребления; - в качестве основного критерия эффективности мероприятий по энергосбережению используется экономия энергии, определяемая отдельными энергосберегающими мерами; - расчетный аппарат для определения энергетических параметров, как правило, заимствован из методик расчета и выбора оборудования без объединения в специальную методику для энергосбережения; - вопросы управления энергетическими процессами с целью повышения эффективности использования энергии достаточно глубоко в методическом и техническом аспектах рассмотрены только для электроприводов вентиляторов и насосов (частотное управление); - экономическая оценка мероприятий по энергосбережению строится на сравнении стоимости сэкономленной энергии и затрат на энергосбережение, но постепенно расширяется использование таких критериев как расчетный срок окупаемости, расчетная прибыль и т.п. Предлагаемые меры по энергосбережению сводятся в основном к использованию энергетически эффективного оборудования, более активному вовлечению в энергетику потребителя энергии возобновляющихся источников и вторичных ресурсов, использованию более совершенных технологий.
Наиболее полная обобщающая оценка негативных тенденций (на 2004 г.) дана в [26]: - возрастание неконтролируемого объема электропотребления на фоне учитываемого объема электропотребления; - увеличение потерь электроэнергии в распределительных сетях высокого и низкого напряжения из-за износа электрооборудования; - устранение эксплуатационных служб предприятий и организаций от решения конкретных задач по оптимизации режимов работы технологического оборудования с целью снижения электропотребления; - неоправданная экономия затрат на совершенствование и модернизацию технических средств контроля и управления электропотреблением; - рост удельного расхода электроэнергии на единицу выпускаемой продукции практически на большинстве промышленных предприятий из-за значительного (до 80 %) износа технологического оборудования; - несвоевременное и не в полном объеме ремонтно-профилактическое обслуживание технологического оборудования; - увеличение потерь электропотребления на тех производствах, где была проведена частичная или полная переориентация на выпуск другой продукции без реконструкции системы энергоснабжения.
Энергия и мощность как основные параметры системы. Их математическая и системная связь
В энергетике используются два основных энергетических параметра -энергия Q и мощность Р. Они связаны математическим выражением Q = JP(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 функции, то необходимо рассмотреть особенности применительно к энергосбережению.
По содержанию производная Q(T) является средней и постоянной, поэтому на рисунке представлена наряду с фактической функцией Q(j,(t) линейная функция Qcp(t). Отметим, что значение приращения в интервале времени (t2 - tj) для обоих вариантов функции одинаково. На нижнем рисунке показаны обе производные в том же интервале времени. Площади под соответствующими линиями одинаковы. Приведенная ранее энергетическая схема потребителя представляет собой совокупность элементов (технических устройств), процесс прохождения энергии через каждый из которых если и может быть интерпретирован какой-либо формулой, 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 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. Из наиболее важных особенностей линеаризации отметим по рис.6, что равные отношения фактической энергии к линейной и фактической производной к средней (линейной) не совпадают по времени. В частности, из рисунка Q Q следует, что —— = 1 соответствует моменту t2, а отношение —у- = ср2 Qcp соответствует моменту Т. Важно также отметить, что точка Т делит весь интервал (t2 - ti) на части (Т - ti) 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. Не вызывает сомнений следующий шаг в линеаризации - разделение на два интервала каждого из предыдущих и определение средней мощности для каждого из них. Теперь мы получим четыре интервала. Этот процесс можно продолжить, увеличивая на каждом шаге число интервалов до 2П, где п - порядковый номер шага. Отметим, что в каждом интервале приращение будет определяться произведением средней производной на величину интервала, а полное приращение - суммой этих произведений.
Если принять во внимание, что с каждым шагом величина интервалов будет уменьшаться, а сумма приращений будет оставаться постоянной, то такая сумма как в пределе (при стремлении интервала к нулю) так и на любом шаге точно равна значению интеграла для полного исходного интервала. Таким образом, этот способ определения интеграла более убедителен, чем классический, основанный на верхних и нижних суммах Дарбу. За этим достоинством должны быть и другие. В частности, с увеличением числа шагов растет количество информации в соответствии с числом 2". И эта информация относится, прежде всего, к сбалансированности положительных и отрицательных приращений (по отношению к общей линейной функции). По-существу этот метод линеаризации является методом дифференцирования фактической кривой относительной средней производной. Поскольку предельными значениями производных в этом методе являются начальная производная (в момент ti) и конечная (в момент t2), то можно утверждать, что метод дает сбалансированную последовательность парных производных на фактической кривой. Покажем, что любая фактическая производная может быть оценена через общую среднюю производную.
Расхождение приращения к моменту Т между фактической кривой и линейным процессом на рис.6 показано вертикальным отрезком AQ. Эта разница определяется через линейные приращения фактического процесса и по средней производной Q -(T1)-Q:p-(T1) = AQ (2-2) Приняв для упрощения выводов ti=0 и введя интервал At, в течение которого приращение линейного процесса станет равным приращению фактического в момент Т, получим равенство относительных величин Qk = I± = 1 + (2.3) Q:P Т Т 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 с отношением временных интервалов через обратнопропорциональную зависимость. Важно отметить также и то, что развитие этого метода анализа процессов путем построения последующих интервалов At будет приводить к разным результатам в зависимости от того, какое в начале каждого последующего интервала At будет расхождение приращений по отношению к предыдущему расхождению. Если оно будет оставаться постоянным, то интервалы At 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 AQ на каждом интервале At будет уменьшаться, то сам интервал также будет уменьшаться и отношение производных в выражении (2-3) будет приближаться к единице. Наоборот, при росте расхождения AQ интервал будет расти быстрее чем исходный интервал (Ti) 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.7 представлены зависимости от времени производных Q ,j,(t) и Q cp(t), разности интегральных значений AQ(t) и разности производных AQ (t). Анализ кривых раскрывает причину проявления указанного механизма. Она кроется в том. что дифференциальная связь (т.е. разность) производных Q ,j, и Q cp после точки Лагранжа Т становится отрицательной, что и приводит к сбалансированному схождению процессов к общему интегральному значению к кону интервала. Можно сделать заключение о том, что при линеаризации в интервале времени конечное значение интеграла не зависит от пути.
Задачи ИИС для реализации метода конечных отношений
Как уже указывалось, существует огромное количество ИИС. Все они ориентированы на решение конкретных задач для контроля процессов, протекающих в конкретных объектах. Величина контролируемых объектов может изменяться в больших пределах: от размеров, например, микросхемы (1x1мм) до масштабов страны (системы контроля энергетических сетей). В нашем случае величина контролируемого объекта животноводства может быть как одна мясомолочная ферма, так и всё агропромышленное предприятие, включая пастбища. ИИСМКО, существенно отличается от АСУТП и АСКУЭ. Задача АСУТП - контроль и управление производством, исходя из требований технологического процесса, задача АСКУЭ — учёт поставленной и потреблённой электроэнергии. Соответственно, в АСУТП основные средства измерения ориентированы на измерение таких величин как линейные размеры, объем вещества, температура, влажность, количество изделий и пр. АСКУЭ, в свою очередь, основана на измерении токов, напряжения в сетях подвода электроэнергии и её расхода. ИИСМКО предназначена для контроля производственных элементов объекта с целью оптимизации расхода энергии за счёт управляемого снижения её потрь на всех уровнях технологического процесса (ТП). Здесь, под понятием "энергия" подразумеваются все виды энергии, используемые в ТП (электрическая, тепловая, световая и пр.) при производстве продукции. Таким образом, ИИСМКО должна сочетать в себе свойства АСУТП и АСКУЭ. Особенно важным свойством ИИСМКО является измерение параметров окружающей среды. Конструктивно или функционально выделяемая часть ИС, выполняющая законченную функцию от восприятия измеряемой величины до получения результата ее измерений, выражаемого числом или соответствующим ему кодом, или до получения аналогового сигнала, один из параметров которого — функция измеряемой величины.
Он представляет собой последовательное соединение средств измерения (СИ), образующих ИИС (некоторые из этих СИ сами могут быть многоканальными, в этом случае следует говорить о последовательном соединении ИК указанных СИ). Такое соединение СИ, предусмотренное алгоритмом функционирования, выполняет законченную функцию от восприятия измеряемой- величины до индикации или регистрации результата измерений включительно, или преобразование его в сигнал, удобный для дальнейшего использования вне ИС, для ввода в цифровое или аналоговое вычислительное устройство, входящее в состав ИС, для совместного преобразования с другими величинами, для воздействия на исполнительные механизмы.
Типовая структура ИК включает в себя первичный измерительный преобразователь, связующий компонент измерительной системы (техническое устройство или часть окружающей среды, предназначенное или используемое для передачи с минимально возможными искажениями сигналов, несущих информацию об измеряемой величине от одного компонента ИС к другому, - проводная линия связи, радиоканал, телефонная линия связи, высоковольтная линия электропередачи с соответствующей каналообразующей аппаратурой, а также переходные устройства - клеммные колодки, кабельные разъемы и т. п.), промежуточный (унифицирующий) измерительный преобразователь, аналого-цифровой преобразователь, процессор, цифро-аналоговый преобразователь.
Различают простые ИК, реализующие прямые измерения какой-либо величины, и сложные ИК, реализующие косвенные, совокупные или совместные измерения, начальная часть которых разделяется на несколько простых ИК. Например, при измерениях мощности в электрических сетях начальная часть ИК состоит из простых каналов измерений напряжения и тока. Учитывая многоканальность систем и использование одних и тех же устройств в составе различных ИК, последние можно выделить зачастую только функционально и их конфигурация реализуется программным путем. Моделирование является начальной позицией, с которой начинается управление энергосбережением в ЭТП. Технические процессы, как правило, являются комплексными. Их нельзя описать с помощью одной лишь переменной. Необходимо многократно характеризовать поведение многих параметров, таких как: параметры сырья, параметры состояния (температура, давление и пр.), уровень освещённости. Взаимные связи и зависимости обобщаются в модели объекта, которая строится после его анализа. При анализе конкретного ЭТП следует обратить особое внимание на соответствие действующего оборудования реальной нагрузке и оценить эффективность участвующих в ТП преобразователей энергии, выявить участки производственного процесса, вносящие основной вклад в величину энергетических потерь. Результаты моделирования позволят оптимизировать ИИСМКО, снизить затраты на её разработку и изготовление, повысят надёжность её работы. Таким образом, перед тем, как приступить к разработке ИИСМКО, следует произвести моделирование объекта, по возможности полно описать протекающие в нём процессы. При разработке ИИСМКО, на этапе моделирования, возможно, также, проведение экспертизы или технического аудита для проверки выбранных решений или выявления виновников неучтённых в модели потерь. 3.6 ИИС для реализации метода конечных отношений (ИИСМКО). Метод конечных отношений основан на. контроле процессов, протекающих в наиболее энергоёмких элементах объекта и управлении ими. Сравнение величины подводимой энергии с результатом преобразования и выработка решений, направленных на оптимизацию процесса, производятся на основании алгоритмов, учитывающих данные как одного, так и всех процессов в объекте. Задача ИИСМКО объединить данные основных параметров объекта и создать, тем самым, достаточно полное, совокупное его описание. Как и любая ИИС, ИИСМКО имеет в своём составе набор измерительных каналов, систему сбора данных, систему первичной обработки данных и систему передачи данных (рис.20). ИИСМКО присущи: одновременное измерение многих параметров объекта (т. е. многоканальность) и передача измерительной информации в единый центр; представление полученных данных (в том числе их унификация) в виде, наиболее удобном для последующей обработки получателем.
Технические меры по снижению ресурса энергосбережения
Традиционно применяемая технология - облучение слоя сыпучей среды на транспортере или барабане, жидкой - в открытом канале (рис.22). Значение удельной мощности или удельной энергии (дозы) имеется и зависит от конкретной цели облучения. Энергетическое несовершенство технологии заключается в том, что поток энергии по толщине слоя, описываемый законом Бучера потоки на нижней и верхней границах слоя толщиной h, а — показатель ослабления потока в технологической среде, убывает с ростом глубины, поэтому условие Фф = Фуд, не может быть удовлетворено по всей толщине h. Если обеспечить это условие на поверхности, т.е. сделать Ф0 = Фуд, то это решение приведет либо к значительному уменьшению толщины либо к образованию нерезультативной зоны. Если обеспечить условие в нижней поверхности слоя, т.е. сделать Ф= Фуд, то это решение приведет к перерасходу (потерям) энергии во всей толщине слоя. Энергосберегающее решение предложено в [43]. Оно заключается в том, что создается специальный объем для ЭТП (рис.23), в котором среда движется коллинеарно облучающему потоку, а глубина объема среды рассчитывается так, чтобы в ней падающий поток Рн полностью поглощался (это служит гарантией полного использования энергии облучения). Для расчета скорости v движения среды она разбивается на слои равной высоты пІ5 которая должна быть наименьшей, но она должна позволить снимать слой такой высоты в верхней части объема. Очевидно, что энергия в каждом слое будет вырастать от нуля (нижний слой) до максимального значения в верхнем слое по мере его движения вверх. Скорость надо рассчитать так, чтобы в верхнем положении обеспечивалось равенство )слоя = Руд t.
Известная гидропонная технология выращивания растений в теплицах при размещении их ярусами по высоте обладает значительными технико-экономическими достоинствами, в том числе сниженной энергоемкостью продукции по сравнению с технологией при размещении растений по плоскости пола [48, 49]. Однако, нельзя считать, что потери энергии снижены до минимума, т.е. ресурс энергосбережения реализован полностью. В частности, нет оснований утверждать, что расположение ярусов по высоте на наклонной плоскости обеспечено методом выбора мощности источника света при его размещении между наклонными плоскостями выше верхних ярусов (см.рис.25). Светораспределение светильников классифицировано под задачи освещения точек на горизонтальной поверхности с учетом разной высоты подвеса. При ярусном расположении растений расчетные плоскости по-прежнему остаются горизонтальными, но они распределены по высоте. Удельная мощность в данном случае представлена нормированной облученностью в Вт/м2 и должна быть одинаковой для всех пяти ярусах. Возникает вопрос, могут ли стандартные светильники удовлетворить эти требования. Для ответа на этот вопрос взяты из справочника [50] данные по трем типовым кривым силы света, раскрывающие тенденцию светораспределения в соответствии с возникшей задачей.
По изменению значения К0 можно сделать вывод о том, что при широкой КСС мощность источника распределена в пространстве так, что примерно треть ее будет направлена на верхний ярус, а на четыре остальные яруса в среднем будет приходиться по 15 %, хотя должно быть равномерное распределение. Выполненный расчет в [48] показал, что если начать обеспечивать необходимой мощностью по норме верхний ярус, то на него также пойдет более 30% мощности. Это говорит о том, что попытки использования светильников, адаптированных к горизонтальному расположению растений для равномерной освещенности ярусов окажутся безрезультатными (обязательно будет превышение мощности либо на верхнем, либо на нижнем ярусе). Это позволяет говорить о специфичной задаче для тепличного производства, возникшей в связи с переходом на ярусы. Наиболее привлекательным является использование поярусного освещения растений, т.е. применение не общего светильника, а отдельных одинаковых на каждый ярус. Это будет означать, что возникшее несоответствие требованиям пространственного распределения световой энергии разрешено распределением электрической энергии, которое способно минимизировать потери.
Обогрев помещений осуществляется подводом тепла непосредственно в объем воздушной среды. Цель энергетического процесса - поддержание на определенном уровне температуры внутри помещения tBH при изменении температуры наружного воздуха. Механизм потерь - диффузионный, величина потерь определяется теплопроводностью ограждения.
Это выражение показывает, что удельный фактический подвод энергии Р„уд полностью определяется значение Т„. Только при абсолютном нуле выравниваются удельные значения. При абсолютной изоляции, когда потери через ограждение равны нулю (что равносильно равенству ТН=ТВН) Рнуд=0. Из этого же выражения следует также вывод о том, что при ТН ТВН правая часть приобретает знак минус, что означает необходимость отвода тепла из помещения в количестве, определяемом через 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=АРуд должна рассматриваться как ресурс энергосбережения, реализуется который путем усиления теплоизоляции здания.
Известно; что растения обладают определенной сложной чувствительностью к спектру облучающего их потока [51]і Для упрощения выбора источников- излучения для; растений введено условное разделение видимого спектра ламп на три; участка примерно равной ширины (по 100 нм) с условными названиями участков- синий (с), зеленый (з), красный (к)- По результатам экспериментов определялось наиболее приемлемое сочетание частей с:з:к в общем потоке излучения; для определенных видов растений [49]. Под эти требования даже изготавливались специальные лампы, предназначенные, например, для, томатов или. огурцов. Естественно; требуемое сочетание спектральных участков соответствовало номинальному напряжению на источнике. Однако, практически незамеченным в отрасли АПК оказалось экспериментально обнаруженное и исследованное явление -влияние отклонения напряжения на спектр газоразрядных ламп высокого давления с несколькими наполнителями (особенно это присуще лампам типа ДРИ). Оказалось, что реакция линий ртути и линий добавок существенно различна даже по знаку на отклонение напряжения в пределах, допускаемых стандартом на качество (±5 %). Поэтому в реальных условиях эксплуатации тщательно подобранная по спектру лампа при незначительном изменении , интегрального потока может иметь существенно отличное от номинального соотношение с:з:к [52-59]. Для сельского хозяйства это особенно важно из-за большой единичной мощности ламп, используемых для растений, и из-за неопределенности изменения результата (урожайности, интенсивности роста, качества урожая, -селекционной достоверности и др.). Поэтому невозможно точно оценить влияние на эффективность использования энергии, но совершенно определенно можно сказать о том, что кроме ранее названных нерезультативных объемных зон существуют и нерезультативные временные зоны. В качестве мер, устраняющих отрицательное воздействие на растения этого явления были разработаны предложения по стабилизации мощности ламп и система автоматизированного предэксплуатационного контроля газоразрядных ламп. Несмотря на то, что по этим работам защищены диссертации и получены патенты, (в 1989 - 1992 гг.) они оказались невостребованными.
