Научная статья на тему 'Моделирование энергосберегающих теплофикационных систем'

Моделирование энергосберегающих теплофикационных систем Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

CC BY
115
35
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ТЕПЛОФИКАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ / COGENERATION SYSTEM / СБЕРЕЖЕНИЕ ЭНЕРГИИ / ENERGY CONSERVATION / ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ / THERMODYNAMIC EFFICIENCY / ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ / HEAT PUMPS / ФОРМАЛИЗОВАННЫЙ ТЕПЛОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ / FORMALIZED HEAT ENGINE / ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ ПАРАМЕТРЫ / KEY PARAMETERS / ЭКОНОМИЯ ТОПЛИВА / FUEL ECONOMY / ИНВЕСТИЦИИ / INVESTMENT / ЧИСТАЯ ПРИВЕДЕННАЯ СТОИМОСТЬ / NET PRESENT VALUE / ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ РЕКОНСТРУКЦИИ / COST-EFFECTIVENESS OF RECONSTRUCTION

Аннотация научной статьи по экономике и бизнесу, автор научной работы — Андреев Александр Сергеевич, Синицын Николай Николаевич

В статье на основе эксергетического анализа и экономической оценки инвестиций проведена разработка математической модели для оперативного прогнозирования модернизации теплофикационных систем за счет включения в них энергосберегающих элементов тепловых насосов. В основу моделирования заложена концепция формализованного теплового двигателя и использование обобщенного показателя экономической эффективности инвестиционных проектов чистой дисконтированной стоимости.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Моделирование энергосберегающих теплофикационных систем»

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

УДК 66.011

А. С. Андреев, Н. Н. Синицын

Череповецкий государственный университет

МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕПЛОФИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

В статье на основе эксергетического анализа и экономической оценки инвестиций проведена разработка математической модели для оперативного прогнозирования модернизации теплофикационных систем за счет включения в них энергосберегающих элементов - тепловых насосов. В основу моделирования заложена концепция формализованного теплового двигателя и использование обобщенного показателя экономической эффективности инвестиционных проектов - чистой дисконтированной стоимости.

Теплофикационные системы, сбережение энергии, термодинамическая эффективность, тепловые насосы, формализованный тепловой двигатель, определяющие параметры, экономия топлива, инвестиции, чистая приведенная стоимость, экономическая эффективность реконструкции.

On the basis of exergic analysis and economic evaluation of investments a mathematical model for operational forecasting of heating systems upgrade by integrating them into energy- conservation elements - heat pumps was developed. The modeling is based on the concept of a formalized heat engine and the use of a composite index of economic efficiency of investment projects - the net present value.

Cogeneration system, energy conservation, thermodynamic efficiency, heat pumps, formalized heat engine, key parameters, fuel economy, investment, net present value, cost-effectiveness of reconstruction.

Введение.

В традиционных системах теплофикации потребляемая тепловая энергия в конечном итоге необратимо рассеивается в окружающей среде. Эксергия (работоспособность) тепловой энергии в подобных системах не используется и полностью теряется. При этом уровень сбережения коммерческой тепловой энергии в основном определяется качеством теплоизоляции технологических элементов системы. Вместе с тем существенного сбережения тепловой энергии можно достигнуть за счет повышения эксер-гетической эффективности используемых в системе тепловых двигателей.

При моделировании предполагается решенной проблема качества теплоизоляции теплопередающих трасс, отапливаемых зданий и сооружений. Поэтому в статье речь идет о включении в системы отопления энергосберегающих тепловых двигателей (тепловых насосов), способных осуществлять возврат в процессы теплофикации части рассеянного тепла окружающей среды.

Основная часть.

Концепция формализованного теплового двигателя предполагает при моделировании сведение исследуемой системы теплофикации к формализованной термодинамической системе, которая описывается минимальным количеством определяющих параметров, учитывающих наличие и степень необра-

тимости энергетических взаимодействий в реальных тепловых двигателях.

Любая необратимость всегда связана с потерями эксергии. Поэтому в качестве обобщающей единицы измерения энергетических потерь, связанных с необратимостью, целесообразно принять эксергию тепла [1], [2]. При этом стоимость эксергии можно выражать коммерческой стоимостью электроэнергии. Количественное выражение для эксергию тепла Е целесообразно представить в виде:

E = Gy • q у • n • Пэ

(1)

где: ОУ - расход условного топлива; ду - теплотворная способность условного топлива; п - термодинамический КПД преобразования тепла в работу для идеального теплосилового двигателя; пэ - достигнутый в термодинамической системе эксергетический КПД на стадии производства электроэнергии.

Основную долю тепловой энергии, используемой в реальной экономике, традиционно получают путем сжигания добываемого углеводородного топлива. Снижение потерь эксергии тепла в системах теплофикации можно рассматривать как генерацию эксер-гии ДБ, что в соответствии с (1) тождественно экономии топлива.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

При использовании тепловых насосов сгенерированная в системе эксергия описывается следующим уравнением:

ЫРУ = -1 _ + РУ > 0.

(7)

ДЕ = °у ■ Чу-П-Пэ 'V-(е-1)!

(2)

где: у - доля тепловой энергии, потребляемая в тепловых насосах; е - отопительный коэффициент.

Введем в рассмотрение обобщенный показатель термодинамической эффективности использования тепловой энергии в теплофикационной системе ю.

и = П • Пэ • V •(е -1).

(3)

Произведение ОУ • ду представляет собой потребленную в системе тепловую энергию QT. С учетом сказанного модель генерируемой в теплофикационной системе эксергии представляется итоговым уравнением:

ДЕ = а • QT

(4)

Модельные уравнения (2)-(4) позволяют оценивать и сравнивать теплофикационные системы по достигнутому в них уровню энергосбережения и экономии топлива. Вместе с тем реализация энергосберегающих систем в условиях рынка может оказаться экономически нецелесообразной, так как при этом необходима разработка и внедрение в теплофикационные системы специальных технических устройств, требующих значительных инвестиций 1п.

Для того чтобы при планировании энергосбережения объективно обосновать целесообразность и возможность изъятия необходимых денежных средств из других системных источников, необходимо в разработанную термодинамическую модель (2)-(4) включить формализованный показатель экономической эффективности инвестиционных проектов. В качестве такого показателя целесообразно принять чистую дисконтированную стоимость инвестиционного проекта КРУ.

При оперативном моделировании период окупаемости проекта в годах можно определить из уравнения:

Е

* =-. (5)

ДЕ

Ежегодный возврат эксергии в денежном выражении принимается постоянным и определяется выражением (4). В рассмотрение необходимо ввести приведенную стоимость возвратных сумм РУ.

РУ = |

ДЕ 1

• ё х,

(6)

где: г - процентная ставка банка, доли.

Максимально допустимые инвестиции /тах при заданных параметрах определяется из условия положительности моделируемого значения чистой приведенной стоимости:

В результате возможность технической модернизации системы теплофикации определяется выполнением следующего экономического условия:

(8)

где: 1п - требуемые инвестиции для технической реализации реконструкции системы, у. е.

Для примера проведено моделирование условной теплофикационной системы с исходными данными, представленными в таблице и при различных процентных ставках г.

Таблица

Вариант исходных данных для моделирования теплофикационной системы

е V П • Пэ Е, у. е. ДЕ, у. е. лет Imax, у. е.

2 0,3 0,33 1 0,1 10 0,52

Зависимость расчетных максимально допустимых инвестиций /тах от процентной ставки представлена на рисунке.

0,4 . 0,3

(и ' ^ 0,2

I 0,1 ^ 0 -0,1

10

13

16

г, %

Рисунок. Зависимость приведенной стоимости от процентной ставки

Полученный график позволяет визуально разделить область значений процентных ставок на две зоны. Так, при процентных ставках меньше 14,5 % инвестиционный проект может быть принят. При процентных ставках 14,5 % и более инвестиционный проект должен быть отклонен.

Выводы.

Разработанная математическая модель в виде системы уравнений (2)-(8) позволяет оперативно прогнозировать возможность модернизации теплофикационных систем за счет включения в них энергосберегающих тепловых насосов.

Литература

1. Бродянский, В. М. Эксергетический метод и его приложения / В. М. Бродянский, В. Фратшер, К. Михалек. - М., 1988.

2. Андреев, А. С. К вопросу выбора эколого-эконо-мического показателя эффективности энергопотребляющих систем / А. С. Андреев, Н. Н. Синицин // Ученые записки Череповецкого государственного университета. -2011. - №1. - С. 80-81.

1тах > 1П

1

4

7

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.