Введение к работе
Актуальность темы. Энергосбережение является составной частью политики государства по повышению эффективности экономики страны в целом.
Энергосберегающие мероприятия можно условно разделить на две группы: технические мероприятия, позволяющие снижать энергопотребление за счет изменения устройства или комплектности технологических установок; организационные мероприятия, позволяющие снижать энергопотребление за счет изменения режимов работы технологического оборудования. Максимальный энергосберегающий эффект достигается при внедрении как технических так и организационных мероприятий.
Внедрение организационных мероприятий, как правило, не требует капитальных затрат, что позволяет получать экономическую выгоду непосредственно после их внедрения, а не по истечению срока окупаемости капитальных затрат на технические мероприятия. Следовательно, внедрение энергосберегающих мероприятий целесообразно начинать с организационных с последующим внедрением технических, финансируемых за счет экономии средств, полученных после внедрения организационных мероприятий. Это обосновывает актуальность выбранного направления исследования по разработке энергосберегающих режимов, как организационных энергосберегающих мероприятий.
В качестве объекта исследования для разработки энергосберегающих режимов при выпуске заданного объема продукции, отличного от номинального, был выбран электротехнический комплекс «Линия разливки металла – дуговая сталеплавильная печь» (ЭТК ЛРМ-ДСП).
Краткое описание объекта исследования. ЭТК ЛРМ-ДСП состоит из основного элемента – линии разливки металла (ЛРМ), выпускающего отливки различного назначения, и вспомогательного элемента – дуговой сталеплавильной печи (ДСП), обеспечивающего ЛРМ жидким металлом. В исследовании рассматривается ЛРМ с опочным формованием, а также ДСП малой и средней емкости и производительности.
Целью исследования является повышение энергоэффективности электротехнического комплекса «линия разливки металла – дуговая сталеплавильная печь» за счет регулирования режимных параметров.
В соответствии с заявленной целью поставлены и решены следующие задачи исследования.
Задачи исследования
-
Разработать математическую модель электропотребления линии разливки металла (ЛРМ) на основе анализа расходов электроэнергии ее технологическими элементами (ТЭ) при регулировании ее режимных параметров и объема выпускаемой продукции;
-
Выполнить анализ влияния основных производственных факторов ЛРМ, отражающие номенклатуру выпускаемой продукции с целью оценки их влияние на параметры электропотребления ТЭ ЛРМ;
-
Выполнить исследование вероятностных характеристик случайного графика электрической нагрузки ЛРМ;
-
Разработать математическую модель расходов электроэнергии плавок металла в ДСП на основе выбора рациональных режимов электропотребления и продолжительности простоев;
-
Разработать энергосберегающие режимы работы электротехнического комплекса «ЛРМ-ДСП» на основе анализа влияния режимных параметров ЛРМ и ДСП на электропотребление комплекса с учетом заданного объема продукции.
Основные методы научных исследований. При выполнении работы использовались основные положения математической статистики и теории случайных процессов, методы корреляционно-регрессионного анализа, методы расчета электрических и рабочих характеристик ДСП, методы оптимизации, алгоритмы математического моделирования с использованием ЭВМ на основе экспериментальных данных, полученных на действующих ЛРМ и ДСП промышленных предприятий. и др.
Научная новизна
-
Разработана модель электропотребления ЛРМ на основе проведенного анализа графиков активной мощности технологических элементов (ТЭ) действующей ЛРМ при регулировании ее режимных параметров и объема выпускаемой продукции;
-
Выполнен регрессионный анализ влияния основных производственных факторов ЛРМ, отражающих номенклатуру выпускаемой продукции, на параметры электропотребления ТЭ ЛРМ;
-
Получены вероятностные характеристики суммарного ГЭН действующей ЛРМ в виде закона распределения активной мощности, ее коэффициента вариации, нормированной автокорреляционной функции;
-
Разработана модель электропотребления ДСП за плавку металла при регулировании ее продолжительности на основе выбора рациональных режимов электропотребления и продолжительности простоев;
-
Разработаны энергосберегающие режимы работы ЭТК ЛРМ-ДСП на основе анализа влияния режимных параметров ЛРМ и ДСП на электропотребление комплекса с учетом заданного объема продукции.
Практическая полезность
1. Разработанные математические модели ЛРМ и ДСП, уравнения регрессии производственных факторов целесообразно использовать для планирования электропотребления литейного производства;
2. Предложенные рациональные режимы работы ЭТК ЛРМ-ДСП целесообразно использовать для определения обоснованной энергетической себестоимости выпускаемой продукции;
3. Вероятностные характеристики ГЭН технологических элементов ЛРМ, а также коэффициенты использования их установленной мощности целесообразно использовать для проектирования системы электроснабжения литейных цехов.
Результаты диссертационной работы рекомендованы к внедрению в практику нормирования электропотребления металлургического производства ОАО «АвтоВАЗ», в практику проектирования систем электроснабжения проектного управления ОАО «АвтоВАЗ». Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе кафедры «Автоматизированные электроэнергетические системы» СамГТУ при чтении спецкурса «Электроснабжение» - «Энергосберегающие технологии в проектировании систем электроснабжения».
Результаты работы были внедрены на действующем ЭТК ЛРМ-ДСП чугунно-литейного корпуса ОАО «АвтоВАЗ», получена существенная экономия электроэнергии 6,5%, что подтверждается соответствующим актом.
Достоверность полученных результатов определяется корректным использованием соответствующего математического аппарата, модельных исследований, и подтверждается удовлетворительным совпадением результатов расчета и экспериментальных данных.
Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены на металлургическом производстве ОАО "АвтоВАЗ", г. Тольятти, в учебном процессе кафедры «Автоматизированные электроэнергетические системы» ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет».
Основные положения, выносимые на защиту.
-
Модель электропотребления ЛРМ, основанная на суммировании расходов электроэнергии ее технологически связанных элементов при регулировании объема выпуска продукции и основного режимного параметра – продолжительности цикла работы ЛРМ;
-
Уравнения регрессии основных производственных факторов, отражающие влияние номенклатуры выпускаемой продукции на активную мощность охладителя залитых форм, гидростанции и на время работы в цикле смесителя;
-
Вероятностные характеристики суммарного ГЭН действующей ЛРМ в виде нормального закона распределения активной мощности, низкого коэффициент вариации, экспоненциально-косинусный вида НКФ;
-
Модель расхода электроэнергии ДСП за плавку на основе выбора рационального режима расплавления металла в пределах граничных режимов максимальной производительности и минимального удельного расхода электроэнергии и рациональной продолжительности простоя при регулировании основного режимного параметра - продолжительности плавки;
-
Энергосберегающие режимы работы ЭТК ЛРМ-ДСП: максимальной производительности, равномерный, комбинированный, отражающие разнонаправленное изменение электропотребления ЛРМ и ДСП при регулировании режимных параметров ЛРМ.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и были одобрены на IX международной научно-практической конференции «Современные энергетические системы и комплексы и управление ими» (г. Новочеркасск, 2009), на VIII международной молодежной научно - технической конференции «Будущее технической науки» (г. Нижний Новгород, 2009); на III научно-технической конференции с международным участием «Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии" (г. Тольятти, 2007).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 5 - в изданиях, включенных в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ [1-5].
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка, используемой литературы, приложения и содержит 136 страниц основного текста, включая 29 рисунков. Список литературы включает 106 наименований. Общий объем работы 145 страниц машинописного текста.
