Введение к работе
Актуальность работы. Значительные территории и относительно невысокая плотность населения сельских районов России обусловливают свойственную рыночной экономике тенденцию к развитию малых населенных пунктов (МНП), сопутствующих им объектов агропромышленного комплекса (АПК) и социальной инфраструктуры.
В современной отечественной и зарубежной практике все большее применение находят системы энергоснабжения потребителей с использованием сжиженного углеводородного газа (СУГ). Применение последнего в качестве энергоносителя для бытовых и хозяйственных нужд, технологических процессов и установок в полной мере отвечает социальным, экологическим и санитарно-гигиеническим требованиям. Указанное обстоятельство в сочетании с высоким уровнем автономности и инженерного сервиса обусловливает широкие перспективы применения СУГ в качестве первичного энергоресурса для МНП и сопутствующих им объектов АПК, удаленных от опорных пунктов энергоснабжения. Применительно к России с ее суровыми климатическими условиями, широким диапазоном изменения географических, энергоэкономических, социальных и других аспектов постановка задачи оптимального функционирования и развития сельских систем энергоснабжения на базе СУГ является особенно актуальной.
Осуществляемый в настоящее время переход на СУГ с повышенным содержанием бутана предъявляет специфические требования к проектированию и эксплуатации систем газоснабжения, обусловливает внедрение новых технологических схем, процессов, установок. Это обстоятельство выдвигает ряд задач по необходимости теоретического обоснования новых технических решений, их оптимизации и выбору рациональной области применения.
В соответствии с изложенным, цель работы заключается в разработке и оптимизации сберегающих систем газоснабжения малых населенных пунктов и сопутствующих им объектов АПК на базе сжиженного углеводородного газа и реализуется путем оптимизации структуры и параметров сберегающих систем резервуарного газоснабжения, выбора компонентного состава СУГ в различных климатических районах его использования, определения оптимальной централизации систем газоснабжения на базе сетевого и сжиженного газа, экономического обоснования масштабов и зон применения СУГ при газификации МНП и объектов АПК.
В работе предусматривается решение следующих задач исследования:
-
Разработка и обоснование мероприятий по сбережению газообразного топлива в системах энергоснабжения малых населенных пунктов и объектов АПК.
-
Выбор рационального состава СУГ, поставляемого на бытовые и технологические нужды потребителей с учетом ресурсных ограничений и климатических условий использования продукта.
-
Теоретическое обоснование и оптимизация схемных и параметрических решений подземных резервуарных установок с естественной регази-фикацией (РУЕР) сжиженного углеводородного газа.
-
Определение оптимальных размеров централизации систем газоснаб
жения МНП на базе СУГ и сетевого природного газа.
5.Выбор рациональной области применения СУГ при газификации МНП и объектов АПК.
Положения, выносимые на защиту:
- алгоритм обоснования компонентного состава сжиженного углеводородного газа для использования в различных климатических зонах России; -экономико-математическая модель оптимизации схемно-параметричес-ких решений подземных РУЕР;
-результаты выбора оптимальных размеров централизации резервуар-ных систем снабжения сжиженным газом с естественной и искусственной регазификацией и систем газоснабжения сетевым природным газом;
-методика определения удельных экономических показателей по отдельным элементам систем газоснабжения;
-экономико-математическая модель обоснования выбора рациональной области применения СУГ при газификации МНП и объектов АПК.
Методы исследований. В качестве методической базы исследований в работе используются основные принципы системного анализа, математическое и экономико-математическое моделирование, методы исследования функции на экстремум с использованием ЭВМ, элементы математической статистики.
Научная новизна работы:
-
Методические рекомендации и алгоритм обоснования рационального состава СУГ, позволяющие обеспечить экономию дефицитных пропа-новых фракций при их. минимальном содержании в поставляемой смеси за счет одновременного увеличения доли сопутствующих этановых фракций и доли недефицитных бутановых фракций.
-
Экономико-математическая модель оптимизации подземных РУЕР СУГ, комплексно учитывающая собственную испарительную способность сосудов, взаимное тепловое влияние резервуаров, временную динамику и неопределенность конвертирования стоимостных факторов и позволяющая выявить оптимальные технологические параметры РУЕР: объем одиночного резервуара, количество резервуаров в групповой резервуарной установке, расчетный уровень заполнения резервуаров газом перед очередной заправкой в зависимости от величины расчетного газопотребления.
-
Экономико-математические модели оптимальной централизации систем газоснабжения на базе СУГ и сетевого природного газа, комплексно учитывающие вид газообразного топлива, плотность населения газо-снабжаемой территории, характер застройки населенного пункта, климатические условия эксплуатации систем газоснабжения, способ регазифи-кации СУГ, использование газа в квартирных условиях на все хозяйственные и бытовые нужды, неопределенность исходной экономической информации в условиях перехода к рыночной экономике.
-
Методика выбора удельных технико-экономических показателей по отдельным элементам систем снабжения сетевым природным и сжиженным углеводородным газами в условиях оптимальной централизации систем газоснабжения.
-
Экономико-математическая модель обоснования выбора вида и зон применения газообразного топлива в условиях постоянного и временного
использования СУГ, комплексно учитывающая удаленность потребителя от опорного пункта газоснабжения, годовой объем потребления газа, продолжительность его использования, плотность населения газоснабжаемок территории, соотношение промышленного и бытового газопотребления.
Практическая ценность. Разработанные теоретические и практические положения обеспечивают научно обоснованноеразвитне сберегающих систем энергоснабжения МНП и сопутствующих им объектов А11К на базе СУГ путем реализации и внедрения научно обоснованных мероприятий и .технических решений по сбережению газообразного топлива в децентрализованных системах энергоснабжения зданий; предложений по рациональному составу сжиженного газа, поставляемого в различные климатические зоны России; рекомендаций по вцбрру схемно-параметрических решений подземных РУЕР сжиженного газа; выбору оптимальных размеров централизации систем газоснабжения сжиженным и сетевым природным газами; рекомендаций по выбору рациональной области применения двух конкурирующих вариантов систем газоснабжения в условиях постоянного и временного использования СУГ.
Работа выполнялась в соответствии со следующими планами и программами: по плану гранта Министерства образования России за 1998-1999 годы, раздел С-098, направление 06, проект «Разработка методов экономии природного газа при создании децентрализованных источников и систем энергоснабжения малых промышленных предприятий и населенных пунктов»; по хоздоговору НТП «Волга-техника» СГТУ «Разработка рекомендаций по определению паропроизводигельности подземных индивидуальных резервуаров сжиженного газа».
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались: на ежегодных научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Саратовского государственного технического университета (г. Саратов, 199 8,1999,2000); на Международной научно-практической конференции «Современное строительство» (г. Пенза, 1998); на научно-техническом совете АК Росгазстрой (г. Москва, 1999); на научной конференции профессорско-преподавательского состава и аспирантов Саратовского государственного аграрного университета (г. Саратов, 2000); на Международной научно-практической конференции Ростовского государственного строительного университета «Строительство-2000» (г. Ростов -на- Дону, 2000).
Реализация результатов работы. Рекомендации по выбору оптимальных параметров подземных резервуарных установок, а также по определению оптимальных размеров централизации резервуарных систем снабжения сжиженным газом, приведенные в третьей и четвертой главах диссертационной работы, включены в окончательную редакцию Свода Правил СП 42-101-00 по разделу 7 «Резервуарные и баллонные установки СУГ». Публикации. По теме диссертации опубликовано восемь печатных работ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов. Список использованной литературы включает 223 наименования. Общий объем диссертационной работы 227 страниц, включая 31рисунок,23 таблицы, 6 приложений.
