VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Федеральным Законом «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» установлены конкретные законодательные нормы повышения энергоэффективности в Российской Федерации.

В повышении энергоэффективности энерготехнологических процессов (ЭТП) в АПК большое значение имеет не только использование нового оборудования, передовой технологии, модернизация существующего оборудования, использование местных и вторичных ресурсов, но и правильная организация управления энергосбережением, то есть энергоменеджмент и энергоаудит.

Энергетический менеджмент представляет собой совокупность технических и организационных мероприятий, направленных на повышение эффективности использование энергоресурсов. Он является частью общей структуры управления предприятием и играет значительную роль в повышении экономической эффективности и экологической безопасности. Энергетический менеджмент преследует цель обеспечения эколого-экономической стабилизации, который должен быть реальным и достижимым.

Основная задача энергетического менеджмента заключается в проведении комплексного анализа энергопотребления и на его основе - проведение энергосберегающих мероприятий на предприятии. Энергетический баланс достоверно отражает количественное соответствие между потребностью и поступлением топливно-энергетических ресурсов в определенный период времени.

С целью определения путей эффективного снижения потерь энергии, и во избежание неоправданных затрат на проведение мероприятий энергосбережения необходимо проводить энергоаудит. Основным требованием является правильная постановка целей и задач проведения энергоаудита. Следует отметить, что приприборном энергоаудитеобъем работ могут выполнить специалисты предприятия, которые имеют знания и опыт работы на существующем объекте.

Программа мероприятий по энергосбережению, составленная по результатам энергоаудита, должна содержать систему мер организационного, правового и технического характера, которые направлены на снижение энергоемкости производимой продукции при улучшении условий жизнеобеспечения работающих и экологических показателей предприятия.

Для осуществления оперативного контроля и управления процессами передачи и преобразования энергии в элементах потребительской энергетической системы (ПЭС) в АПК, контроля и управления эффективностью процессов получения продуктов вЭТП разработан способ контроля и управления энергопотреблением. Контроль и управление осуществляется на основе единого параметра - относительной энергоемкости любого энергетического процесса и повышение энергоэффективности по результатам анализа величин относительной энергоемкости по всем ЭТП в ПЭС [1, 2].

Использование данного способа в ПЭС возможно только при наличии специальной информационно-измерительной системы (ИИС), в которой измерение параметров сопровождается программной обработкой данных по алгоритмам метода конечных отношений (МКО) [3, 4]. ИИС - совокупность функционально объединенных измерительных, вычислительных и других вспомогательных технических средств, для получения измерительной информации, ее преобразования, обработки с целью представления потребителю (в том числе для ввода в АСУ в требуемом виде либо автоматического осуществления логических функций измерения, контроля, диагностирования и идентификации) [5].

Мировая практика может предложить множество вариантов ИИС, которые успешно работают во многих областях, как производства энергии, так и производства полезной продукции. Как правило, все они специально разработаны для получения информации о текущем состоянии конкретного процесса и не могут быть без серьёзных изменений модификаций использованы в ПЭС, где используется различные виды энергии[6, 7].

Недостатками существующих ИИС являются: отсутствие возможности измерять величину различных видов энергии на элементах и ЭТП, которые образуют энергетическую линию, и возможность сравнения измеренных и вычисленных параметров с архивированными паспортными и результатами предыдущего энергоаудита.

Для оперативного контроля и управления энергоэффективностью при комбинированном энергоиспользованияпо алгоритмам МКО нами разработано устройство для контроля эффективности энергоиспользования в ПЭС (как на стационарных, так и на мобильных), которое позволяет проводить измерение величины мощности (энергии) на входе и на выходе каждого элемента и ЭТП, а также величину выпускаемой продукции[8].

При проведении приборного энергоаудита с целью определения энергоэффективности ЭТП необходимо проведение измерения энергетических параметров ЭТП и на основе полученных данных измерения определение режимных изменений, потерь энергии и относительной энергоемкости работы каждого элемента и ЭТП.

На рис.1 и2 приведены функциональная блок-схема разработанного устройства и пример ПЭС, которая состоит из линий, включающих:

-ЭТП1(например, розлив воды в бутылки и ее реализация (выпускаемая продукция)). С выхода трансформаторной подстанции электрическая энергия поступает на асинхронный двигатель, на валу которого установлен насос, подающий воду на рабочую машину для розлива;

-ЭТП2 – обеспечивающий подготовку производственного процесса путем, например, подачи пластмассовых бутылок на рабочую машину для розлива в них воды.С выхода трансформаторной подстанции при помощи кабельной линии подается электрическая энергия на закаточную машину, которая подает бутылки и после их заполнения водой при помощи рабочей машины производит закатку. В результате чего на выходе получаем произведенный продукцию - бутилированную воду;

-ЭТП3 – обеспечивающие условия жизнедеятельности - освещение помещения. С выхода трансформаторной подстанции электрическая энергия поступает на осветительную установку, где электрическая энергия преобразуется в световую.

Рис.1. Функциональная блок-схема устройства для контроля эффективности энергоиспользования в ПЭС:1…10- измерительные преобразователи; 11- коммутатор; 12- блок памяти; 13- вычислитель; 14- электронный индикатор; 15- устройство управления; 16- блок принятия решений; 17- интерфейсное устройство; 18- сенсорный экран; 19- таймер

Устройство состоит из комплекта датчиков измеряемых параметров величин (например, напряжения, тока, крутящего момента, скорости вращения, освещенности, количества продукции и т.п.) (на рис. 1 не показан), выходы которых соединены с входами измерительных преобразователей, количество которых в зависимости от исследуемой ПЭС могут быть два (если измерения проводятся на одном элементе) и более.

Рис. 2. Пример потребительской энергетической системы: 1…10- измерительные преобразователи; 20- трансформаторная подстанция; 21- электродвигатель; 22- насос; 23- рабочая машина; 24- кабельная линия; 25 - закаточная машина; 26- осветительная установка. А- места установки измерительных преобразователей; В- точка разветвления; П- выпускаемая продукция; R2- результат выполнения ЭТП2; R3 - результат выполнения ЭТП3

Измерительный преобразователь, который измеряет высокое напряжение и ток, устанавливается на входе трансформаторной подстанции (на рис.2 места установки измерительных преобразователей 1…10 отмечены буквой А). Измерительный преобразователь 2, который измеряет низкое напряжение и ток, установлен на выходе трансформаторной подстанции.Точка разветвления электрической сети отмечена буквой В. Измерительный преобразователь 3, который измеряет низкое напряжение и ток, установлен на входе асинхронного двигателя. Измерительный преобразователь 4, который измеряет крутящий момент и скорость вращения, установлен на выходе асинхронного двигателя. Измерительный преобразователь 5, который измеряет напор и расход воды, установлен на выходенасоса.

Измерительный преобразователь 6, который измеряет количество (объем) производимой продукции П, установлен на выходе рабочей машины. Измерительный преобразователь 7, который измеряет напряжение и ток, установлен на входе кабельной линии. Измерительный преобразователь 8, который измеряет напряжение и ток, установлен на входе закаточной машины. Измерительный преобразователь 9, который измеряет напряжение и ток, установлен на входе осветительной установки. Измерительный преобразователь 10, который измеряет освещенность и площадь помещения, установлен на выходе осветительной установки (по величине освещенности и площади помещения рассчитывается мощность, потраченная на освещение).

Устройство для контроля эффективности энергоиспользования в потребительских энергетических системах работает следующим образом.

При работе ПЭСизмерительные преобразователи 1…10 измеряют параметры в соответствующих местах их установки и вычисляют величину мощности по измеренным величинам. Значения измеренных и вычисленных параметров поступают через коммутатор в блок памяти, где хранятся результаты измерений и вычислений, а также паспортные архивированные данные энергоемкости элементов и ЭТП.

Блок памяти состоит из оперативного запоминающего устройства, постоянного запоминающего устройства и перепрограммируемого запоминающего устройства (EPROM) (на рис. не показаны). Таймер вырабатывает сигналы синхронизации для работы всех узлов устройства. При необходимости для вывода требуемых параметров вычислений на электронном индикаторе оператор через сенсорный экран может визуализировать нужную информацию.

Измеренные и вычисленные значения поступают на вход электронного индикатора для визуализации и контроля со стороны оператора. Вычисленные значения мощности из блока памяти поступают ввычислитель, где производится вычисление значения израсходованной энергии на каждом элементе и ЭТП.Значения израсходованной энергии на каждом элементе и ЭТП обратно поступают в блок памяти для хранения. Результаты измерений и вычислений из блока памяти и вычислителя поступают на блок принятия решений, где задается уставка на каждый измеренный и вычисленный параметр. При превышении значения какого-либо параметра больше значения уставокблок принятия решений фиксирует время, измеренные и вычисленные значения параметра, значение уставки и название элемента, где произошло данное превышение. Все перечисленные параметры поступают на электронный индикатор.На электронном индикаторе появляется сообщение об элементе, где произошли изменения в сторону ухудшения показателей энергоэффективности ПЭС и визуализированы те параметры, значение которых превысили значения уставок. Таким образом, определяются элементы линий, на которых происходит повышение относительной энергоемкости, что соответствует повышению потери энергии. Определяются режимы работы ПЭС, при которых показатель энергоэффективности будет иметь максимальное значение (энергоемкость единицы выпускаемой продукции будет иметь минимальное значение, равное паспортному значению).

Устройство управления передает результаты анализа изблока принятия решений при помощиинтерфейсного устройства по каналам связи на систему управления высшего уровня.

Разработанное устройство может заменить стандартные регистрирующие приборы, которые имеют ограниченную память для записи и ограниченное количество каналов записи, и измерители мощности (энергии) (в том числе счетчики электрической энергии).

Измеряемые различные виды энергии, которые участвуют при производстве выпускаемой продукции, отличаются большим разнообразием, например, электрические, механические, тепловые, световые, химические и др.

Использование соответствующих измерительных преобразователей позволяет оперативно измерять параметры различных видов энергии и вычислять значение потребляемой мощности на входе и выходе каждого элемента линий, а также представлять измеренные параметры и значения мощности (энергии) в цифровом виде для передачи на систему управления высшего уровня. Режим работы ЭТП при производстве продукции задает режим работы предшествующим элементам, которые образуют линию.Появляется возможность контролировать эффективность энергетических процессов в каждом элементе и определять путем сравнения результатов измерений и вычислений параметров с архивированными паспортными данными номинальные энергетические характеристики элементов, а также проводить энергетическую экспертизу технических решений при проектировании. На ПЭС при помощи разработанного устройства можно определить относительные энергоемкости элементов и ЭТП, на основании которых производится подбор (выбор) элементов линии, а такжеможно определять режимные изменения на элементе. Например, при уменьшении нагрузки на валу асинхронного двигателя также снижаютсяего энергетические показатели (КПД и коэффициент мощности), что приводит к изменению потребляемой мощности (энергии) из сети [6].

Вычисленные значениямощности (энергии) на входе и выходе элементов и потери мощности (энергии) при известном значении нагрузки (выпущенной продукции) сравниваются с архивированными ранее данными при этой же нагрузке. По полученной разности судят об увеличении фактических потерь на элементе.

Определяется значение нагрузки и время ее действия, создающие максимальные потери энергии на элементе, и минимизируют их за счет изменения их режимов работы, восстановления состояния элемента или замены на более энергоэффективый элемент.

На основе приборного энергоаудита при использовании разработанного устройства появится возможность получения необходимых данных для разработки долгосрочного проекта энергосберегающих мероприятий по энергосбережению как на конкретном предприятии, так и на более масштабном производственном объекте (объединение, район, регион).

При проведении последующего энергоаудита фактические характеристики должны сравниваться с уточненной паспортной характеристикой для определения отклонений параметров эффективности и для определения их причин.

В заключение следует отметить, что использование разработанного устройства позволит увеличить число одновременно регистрируемых параметров и организацияих автоматизированной обработки, согласно алгоритмам МКО, с применением современных математических методов корреляционного и факторного анализа и существенно повысить скорость обработки, качество и точность измерений, и количество диагностируемых параметров ЭТП в ПЭС.

Литература

1. Карпов В.Н., Юлдашев З.Ш. Показатели энергетической эффективности действующих агроинженерных (технических) систем:монография / В.Н. Карпов, З.Ш. Юлдашев.-СПб.: СПбГАУ. -2014. -159с.

2. Карпов В.Н. Новаторство в высшем энергетическом образовании АПК и решение отраслевой энергетической проблемы / В.Н. Карпов, З.Ш. Юлдашев // Успехи современного естествознания. 2012. № 12. С. 133-134.

3. Карпов В.Н., Юлдашев З.Ш., Юлдашев Р.З. / Задачи и метод энергосбережения в потребительских установках АПК / В.Н. Карпов, З.Ш. Юлдашев, Р.З. Юлдашев // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2010. № 4. С. 144-149.

4. Юлдашев З.Ш. Методика и результаты экспериментальных исследований по определению относительной энергоемкости работы насосных агрегатов в предприятиях АПК/ З.Ш. Юлдашев, В.Н. Карпов, Ю.А. Слепухин, П.С. Панкратов // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2011. № 22. С. 320-325.

5. Карпов В.Н., Юлдашев З.Ш.Энергосбережение. Метод Конечных Отношений / В.Н. Карпов, З.Ш. Юлдашев // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2013. № 2. С. 74-75.

6. Юлдашев З.Ш.Методика определения энергетических параметров электродвигателей на испытательном стенде / З.Ш. Юлдашев // Доклады Таджикской академии сельскохозяйственных наук. 2011. № 1 (27). С. 53-57.

7. Пат. №2438445РФ. МПК⁶H 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.: ил.

8. Пат. №2474942 РФ. МПК⁶H 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