МЕТОД КПД В ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ Стенин В.А.

Северный Арктический федеральный университет


Номер: 4-3
Год: 2017
Страницы: 74-76
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

коэффициент полезного действия, энергосбережение, первый закон термодинамики, компрессорная установка, coefficient of performance, energy saving, the first law of thermodynamics, compressor installation

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В работе предлагается использовать коэффициент полезного действия не только как показатель энергоэффективности, но и как метод аналитического обоснования энергосберегающих технических решений. Показано практическое применение метода КПД при рассмотрении процессов преобразования электрической энергии в энергию сжатого воздуха в турбокомпрессорной установке.

Текст научной статьи

В стандарте [1,6] рекомендуется применять в качестве показателя эффективности использования топливно-энергетических ресурсов коэффициент полезного действия (КПД), величина которого характеризует совершенство процессов превращения, преобразования или передачи энергии. Однако метод КПД, основанный на первом законе термодинамики и являющийся энергетическим методом анализа, имеет более широкий термодинамический смысл. Эксергетический и термический коэффициенты полезного действия позволяют оценивать термодинамическое совершенство протекающих в тепловом аппарате процессов с разных сторон. Термический КПД, а также связанный с ним метод тепловых балансов позволяют проследить за потоками теплоты, в частности рассчитать, какое количество теплоты превращается в том или ином аппарате в работу, а какое выбрасывается неиспользованным [2,60]. Рассмотрим методологию решения проблем энергосбережения в технических системах (в энергетических установках), основанную на использовании термодинамического метода. Полагаем, что задачи энергосбережения являются оптимизационными. В установках для трансформации энергии энергосберегающий эффект достигается за счет использования принципов комбинированного преобразования энергии. Критерии оптимизации устанавливаются методом системы КПД, а экономическая эффективность оценивается по стоимости преобразованной энергии. В качестве примера рассмотрим процесс преобразования электрической энергии в энергию сжатого воздуха в турбокомпрессорной установке (ТКУ). Как правило, система охлаждения ТКУ представляет из себя водооборотную систему. Однако использование в таких системах градирен, в которых охлаждается оборотная вода, приводит не только к потерям теплоты, но и тепловому загрязнению окружающей среды. К примеру, компрессор типа К-500-61-1, вырабатывающий воздух низкого давления, в соответствии с паспортными данными охлаждается водой в количестве 600 м3/час. При этом вода, снижая температуру оборудования компрессорной станции, нагревается на 8С, а затем отдает свое тепло окружающему воздуху в башенной градирне. Годовые потери теплоты в среднем на компрессоре составляют 27 000 Гкал. Одним из возможных перспективных направлений рационального использования энергетических ресурсов является применение теплонасосной установки (ТНУ) в системах оборотного водоснабжения, где применение тепловых насосов (ТН) для охлаждения оборотной воды турбокомпрессорных установок (ТКУ) позволяет снизить ее температуру независимо от внешних условий и отказаться от дорогостоящих градирен [3,27]. Однако при комбинированном преобразовании энергии в ТКУ с ТНУ следует установить условия термодинамической оптимизации и определить границы энергетической целесообразности совместной их работы, в частности, оценить влияние коэффициента преобразования ТНУ на изотермический КПД ТКУ. Для рассмотрения такого рода задачи тепловую мощность Q теплового насоса и мощность электропривода N компрессора определим как функцию расхода охлаждаемой оборотной воды в испарителях теплового насоса (ТН) [4,34]: , (1) , (2) где G - расход охлаждаемой оборотной воды; H - снижение энтальпии оборотной воды в испарителе ТН; - коэффициент преобразования ТН; - коэффициент, учитывающий электрические и механические потери в электроприводе компрессора ТН. При применении парокомпрессионных ТН коэффициент преобразования составляет в среднем 3...8. Выбор ТНУ обычно осуществляется исходя из заданной тепловой производительности и допустимого коэффициента преобразования теплового насоса. В соответствии с уравнениями (1)-(2) энергетическая целесообразность применения ТН в системе оборотного водоснабжения определится из следующего соотношения: , (3) где - КПД электростанции, вырабатывающей электроэнергию. Оценку изотермического КПД компрессорной установки с тепловым насосом проведем следующим образом. Изотермический КПД ТКУ равен [2,224]: , (4) . (5) Изотермический КПД ТКУ с тепловым насосом имеет вид: . (6) Коэффициент преобразования теплового насоса: , . (7) Подставляя (5), (7) в (6) и преобразуя, получим: . (8) Результаты решения задачи математического программирования, (максимизирование изотермического КПД ТКУ с тепловым насосом в соответствии с формулой (8) и ограничениями: ) показывают, что использование ТНУ для преобразования энергии в ТКУ целесообразно, если коэффициент преобразования ТН будет больше двух: . Учет параметров зависимости (3) существенно изменяет область рационального использования ТНУ в схеме турбокомпрессорной установки.. Если принять для тепловой электростанции = 0,4, а для ТН = 0,7, то совместная работа ТКУ с ТНУ целесообразна энергетически при . Экономическая значимость предлагаемого энергосберегающего мероприятия определяется периодом его окупаемости. Энергосберегающий эффект комбинирования циклов ТНУ и ТКУ достигается за счет использования бросовой теплоты охлаждающей воды турбокомпрессорной установки, низкопотенциальная энергия которой преобразуется тепловым насосом в высокопотенциальную энергию воды системы горячего водоснабжения. Если учесть капитальные затраты, стоимость потребляемой тепловым насосом электроэнергии, эксплуатационные затраты при использовании в схеме турбокомпрессорной установки ТНУ, а затем сопоставить их со стоимостью комбинированно произведенной теплоты, то период окупаемости такого энергосберегающего мероприятия составит в среднем 2…2,5 года.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.