Ефективність перспективних інтегрованих систем енергозабезпечення на базі установок когенерації малої потужності - Автореферат

Одним із шляхів підвищення ефективності використання первинного палива є впровадження сучасних когенераційних технологій сумісно з альтернативними джерелами тепла, що дозволяє підвищити ефективність і надійність систем енергоспоживання за рахунок комплексного використання різних відновлюваних джерел енергії. Це зумовлено невідповідністю графіків електричного і теплового навантаження споживача відповідним графікам когенераційної установки, їх значною добовою і сезонною нерівномірністю та низькою ексергетичною ефективністю системи в цілому. Вирішити задачу ефективного використання когенераційних технологій і підвищення конкурентоспроможності систем альтернативного теплопостачання можливо за рахунок впровадження інтегрованих систем енергозабезпечення (ІСЕ), що поєднують когенераційні установки малої потужності і додаткові (альтернативні) джерела тепла. Таким чином, можна сформулювати науково-технічну проблему - підвищення ефективності використання когенераційних установок малої потужності та альтернативних джерел енергії шляхом інтеграції їх до єдиної системи та визначення умов і режимів ефективного функціонування інтегрованої системи. Автором виконано критичний аналіз сучасних методів аналізу систем енергозабезпечення на базі установок когенерації і альтернативних джерел енергії; розроблено принципи побудови раціональних теплових схем інтегрованих систем комплексного енергозабезпечення, методику дослідження і теоретичне обґрунтування технічної можливості створення ефективних систем енергозабезпечення на базі установок когенерації та альтернативних джерел енергії; створено математичну модель елементів і режимів роботи інтегрованої системи, яка дозволяє оптимізувати режими функціонування системи і обрати її оптимальну конфігурацію; виконано постановку задачі, розроблено методику і програми чисельного моделювання з урахуванням вигляду і конфігурації ІСЕ; визначено діапазон оптимальних параметрів функціонування системи; розроблено практичні рекомендації щодо використання ІСЕ різних класів, сформульовано напрямки подальших досліджень і висновки по роботі.Для комплексної оцінки ефективності інтегрованих систем енергозабезпечення було проведено аналіз та теоретично обґрунтовано вибір найбільш важливих критеріїв: - ефективність ІСЕ за методом енергетичного балансу:, де - електроенергія, тепло або інший вид енергетичної продукції, що виробляються системою; --й енергетичний потік на вході в систему; В другому розділі визначено основні положення, що визначають принципи побудови математичної моделі ІСЕ, розроблено математичні моделі складових частин ІСЕ, що враховують різні варіанти конфігурації і типи ІСЕ, джерела і споживачів енергетичної продукції, визначено основні фактори, що впливають на ефективність роботи складових частин ІСЕ і системи в цілому. ІСЕ на базі когенераційних установок залежно від виду джерел первинної енергії і споживачів характеризуються широкою різноманітністю схем і режимів роботи, проте їх умовно можна розділити на чотири основні групи, на основі яких буде проведено аналіз ефективності режимів роботи систем, а саме: - ІСЕ, які не використовують додаткові джерела енергії, але мають на виході енергетичні продукти, використання яких повязане з трансформацією їх енергетичного потенціалу (установки, що працюють в режимі тригенерації); Результатом оптимізації для ІСЕ різних конфігурацій є добові графіки електричного навантаження когенераційної установки, графіки постачання і придбання електроенергії з енергосистеми, утилізованого тепла, тепла від додаткового джерела і динаміка акумуляції тепла, що забезпечує мінімум витрат. В результаті задача вибору оптимальної структури ІСЕ представляється у вигляді де - цільова функція, яка дорівнює сумарній вартості енергетичних продуктів для системи з конфігурацією, що визначається графом; - вартість-го виду енергетичного продукту в інтервалі часу для системи, що функціонує за період часу; - вектор внутрішніх змінних для-го елементу теплової схеми; - вектор зовнішніх змінних для-го елементу теплової схеми; - співвідношення між внутрішніми та зовнішніми змінними в-му елементі, які виражаються системою балансових рівнянь; - рівняння балансу вартості потоків ексергії та додаткові рівняння вартості для-го елементу теплової схеми; - матриці, що визначають топологію-й конфігурації з можливих варіантів теплової схеми; - відповідно мінімальні та максимальні значення внутрішніх та зовнішніх змінних-го елементу теплової схеми; - число елементів теплової схеми; - кількість енергетичних продуктів в системі; - відповідно кількість внутрішніх і зовнішніх змінних-го елементу теплової схеми.Дослідження ІСЕ, що реалізовані на основі геліоколекторів, геотермальних джерел тепла, теплових насосів компресорного або абсорбційного типу, дозволили на основі чисельного аналізу визначити оптимальні умови їх роботи з погляду найефективнішого використання енергетичного потенціалу альтернативних та низькопотенційних джерел енергії. Розроблена математична модель ІСЕ і результати чисельного мо

Основний зміст роботи