VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Условия рыночных отношений востребовали необходимость повышения эффективности использования энергии в производстве продукции. Принципы существования предприятий (в их числе и предприятий АПК) не предполагают ослабления и тем более отказа от этой востребованности. Реакция на усиливающуюся конъюнктуру и рост потребности в материальной продукции должна для энергетики АПК РФ заключаться в фундаментальном пересмотре всех этапов ее создания и эксплуатации, начиная с проектирования и заканчивая постоянным контролем энергетической эффективности. Это потребует введения ряда новых понятий, методов, принципов в дополнение к существовавшим ранее и не обеспечившим готовность энергетики АПК к эффективной работе в новых условиях. К числу таких понятий относится потребительская энергетическая система (ПЭС) [1].

Для обоснования необходимости такого понятия достаточно сказать, что только в потребительских системах энергия используется и только в них образуется универсальный (по валовому продукту) и сравнимый показатель (или показатели) эффективности её использования.

Понятие потребительская энергетическая система (ПЭС), разработанная профессором Карповым В.Н., не имеет столь широкого распространения как, например, система энергоснабжения, содержание которого вполне сложившееся. Требование энергосбережения и особенно основной параметр эффективности энергоиспользования - энергоемкость продукции предопределяют анализ потребительской структуры как совокупность элементов, эффективность которой зависит от эффективности энергетических процессов в каждом из них. Поэтому, прежде всего, необходимо рассмотреть общие системные положения и признаки, определить целевое назначение ПЭС и качество целевого функционирования. Подчинение разрабатываемых методов управления качеством с самого начала должно быть согласовано с принципами международных стандартов ИСО, что позволит энергетике АПК органично войти в складывающуюся в РФ организационную систему обеспечения энергоэффективности, сверяющую правовые основы с энергосервисными Директивами ЕС.

При проектировании производства существует этап, называемый выбором энергетического оборудования. Осуществляется выбор специалистами, профессионально подготовленными по основным видам энергии и соответствующему оборудованию (в основном, это электрическая и тепловая энергии). Практически до сих пор умение правильно выбрать оборудование является целью подготовки специалиста. Общепринятый принцип выбора – по максимальной расчетной нагрузке (мощности) с различными вариациями уточнения расчета. Параметр, по которому выбирается оборудование – номинальная мощность, соответствующая его наивысшей энергетической эффективности. Такой принцип выбора гарантирует высокую надежность энергообеспечения приемников энергии, имеющих переменную нагрузку, путем создания ресурса мощности. Так как наибольшая энергетическая эффективность соответствует только номинальной мощности, то и вариации ухудшения эффективности за какой-либо период времени будут зависеть как от свойств оборудования, так и от изменения нагрузки за это время. Кроме этого, выбранное оборудование может быть с постоянной мощностью (например, нагреватели, лампы), с пластичной (например, асинхронный электродвигатель) и с управляемой мощностью (например, группа нагревателей с индивидуальным подключением, группы ламп с групповым отключением).

Очевидно, если оборудование оснащено автоматическим управлением с учетом нагрузки, то это создает условия для улучшения использования энергии, но не служит гарантией высокой эффективности, т.к. энергетическая эффективность является многофакторной функцией, а усложнение автоматизации приемлемо не для любого производства.

Таким образом, необходимость контроля энергетической эффективности ПЭС закладывается при ее синтезе (при выборе оборудования) и связано это с различным номинальным КПД оборудования (от 1% у ламп накаливания до почти 100% у элементных нагревателей воды), с различной зависимостью КПД от нагрузки и от наличия, отсутствия и сложности системы автоматического управления.

Необходимо отметить, что совокупность, образованная выбранным для производственного процесса оборудованием, не образует систему, связанную с энергоемкостью продукции. Об энергетической системе можно говорить только после того, как схема, включающая все оборудование, будет дополнена энерготехнологическими процессами (ЭТП), потребляющими энергию с целью получения необходимого для производства результата. Такое дополнение превращает обычную схему размещения оборудования в энергетическую, более информативную, т.к. она отражает производственные цели потребления энергии, достигаемые в определенных процессах, происходящих, как правило, не только в выбранном энергетическом оборудовании, но и в технологическом.

Введение ЭТП дает возможность рассматривать и анализировать процессы в оборудовании как относящиеся к общей искусственной сфере (одной из семи сфер взаимодействия, принятых к системному рассмотрению) – технологической сфере. Именно ЭТП позволили рассматривать энергетическую систему предприятия во взаимодействии с другими сферами, прежде всего, с биосферой, экономической и социальной. Поэтому ПЭС, включающая ЭТП, представленная на рис. и описанная в [2], может считаться достаточно адекватным отображением ПЭС.

Рис. Потребительская энергетическая система

ПЭС предприятия состоит из энергетических линий с соответствующими энергетическими процессами. Определяющим является назначение потребленной энергии. Можно назвать три основных назначения энергии, обусловленные технологией производства:

-основное - выпуск продукции П, как частный случай результата R;

-вспомогательное - подготовка производственного процесса путем, например, предварительного нагрева, сушки, увлажнения, дробления и других воздействий на материальные компоненты производственного процесса - результатом R1 является изменение свойств материальных компонентов производственного процесса;

-обеспечение условий жизнедеятельности - например, обогрев, освещение, вентиляция, кондиционирование помещений и др. – результатом R2 могут являться температура помещения, освещение помещения и др.

В работе [3] предложен способ контроля и управления энергопотреблением, сущность которого заключается в измерении значения энергии на входе к потребительскую энергетическую систему (ПЭС), контроле режима работы энергического оборудования и архивировании их параметров.

Для реализации способа контроля и управления энергопотреблением ПЭС разбивают по видам энергии от входного счетчика на элементы с определенным функциональным назначением, включая ЭТП получения продукта, энергетические линии, образованные последовательно соединенными элементами, узлы, от которых отходят два и более элемента, образующих в совокупности энергетическую сеть. Перед каждым элементом или перед частью линии из однотипных элементов устанавливают измерители энергии, измеряют значение энергии на элементах и ЭТП и полученный продукт. По результатам измерений по алгоритмам метода конечных отношений (МКО) определяют относительную энергоемкость ЭТП как элементов энергетической линии и удельную энергоемкость каждого продукта по потребленной на его получение энергии. За счет регулирования параметров, измерения режимов работы или замены элементов на элементы с лучшими энергетическими показателями и ЭТП получения продукта, составляющих ПЭС минимизируют энергоемкость продукта.

Данный способ не дает возможности сравнивать полученные энергетические показатели с проектными нормативными данными и определения отклонения проекта от действующих нормативных показателей.

В научной школе «Эффективное использование энергии» под руководством профессора В.Н. Карпова для определения значения перерасхода энергии в ЭТП ПЭС (по сравнению с расчетным минимальным значением) и возможного его уменьшения разработана методика энергетической экспертизы ПЭС предприятия, которая проводится на стадии проектирования предприятия, монтажа и эксплуатации оборудования, а также на действующем предприятии [4,5,6].

Сущность разработанной методики энергетической экспертизы заключается в следующем. По результатам измерений и расчетов значений энергии в ЭТП ПЭС составляют экспертный энергетический паспорт предприятия по проектному варианту с указанием установленных отклонений от варианта с наилучшими энергетическими показателями и соответствующего им отклонениям от минимального значения энергоемкости продукции и количества энергии, необходимого для производства продукции в проектном объеме, и обеспеченного относительного потенциала повышения энергетической эффективности.

В экспертном энергетическом паспорте предприятия приводятся все расчетные энергетические показатели, определенные при экспертизе проекта. Также указывается выделенные энергетические линии, которые имеют низкие энергетические показатели и отклонение показателей энергетических линий, элементов и ЭТП от паспортных значений, а также указывается наименование аналогичных элементов и ЭТП современных перспективных технологий как отечественного, так и зарубежного производства.

При значимом превышении фактической энергоемкости продукции над расчетной проектной проводят полный энергетический аудит, при котором определяется относительная энергоемкость каждого элемента и ЭТП каждой линии любым из известных способом.

Литература

1. Карпов В.Н. Показатели энергетической эффективности действующих агроинженерных (технических) систем: монография / В.Н. Карпов, З.Ш. Юлдашев. -СПб.: СПбГАУ, 2014. -160 с.

2. Карпов В. Методы повышения эффективности использования энергии / В. Карпов, З. Юлдашев, Н. Карпов. -Saarbrucken, Deutshland (Германия): Lambert Academic Publishing, 2013. -174 с.

3. Пат. № 2212746 РФ. МПК 02 J 3/06. Способ контроля и управления энергопотреблением / Патентообладатели: СПбГАУ и Карпов В.Н. Авторы: В.Н. Карпов, М.М. Беззубцева, В.Ф. Петров, Н.В. Карпов. -№2001118101/09; заявл.29.06.2001; опубл. 20.09.2003. -Бюл. № 26. -7 с.

4. Пат. №2411453 РФ. МПК⁶ G 01 D 9/28; G 06 F 17/40. Многоканальный электронный регистратор / Патентообладатель и заявитель: Карпов В.Н: Авторы: Карпов В.Н., Халатов А.Н., Юлдашев З.Ш., Котов А.В., Старостенков Ю.А.;. -№2009139168/28; заявл. 15.10.09; опубл. 10.02.2011. Бюл. №4. -6 с.

5. Пат. №2438445 РФ. МПК⁶ H 02 J 3/24. Устройство для контроля эффективности энергоиспользования в потребительских энергетических системах / Заявитель и патентообладатель: СПбГАУ и Карпов В. Н. Авторы: Карпов В.Н., Юлдашев З.Ш., Карпов Н. В., Халатов А.Н., Юлдашев Р.З.; -№2011112532; заявл. 01.04.11; опубл. 10.08.12. Бюл. №22. -14 с.

6. Пат. №2474942 РФ. МПК⁶ H 02 J 3/00, H 02 J 13/00. Способ диагностики состояния энергетических элементов, контроля и управления энергетической эффективностью потребительских энергетических систем / Заявитель и патентообладатель: СПбГАУ и В.Н. Карпов. Авторы: В.Н. Карпов, З.Ш. Юлдашев, Р.З. Юлдашев, Н.В. Карпов, Ю.А. Старостенков. -№2010132618; заявл. 03.08.10; опуб. 10.02.13.

Код для цитирования: Скопировать