РОЗРОБКА МЕТОДУ ПіДТРИМКИ СПіВВіДНОШЕННЯ ВИРОБНИЦТВА ТА СПОЖИВАННЯ ЕНЕРГії Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

УДК 621.182.2.001.57 Б01: 10.15587/2312-8372.2014.27944

Чайковська Е. Е. Р03Р0БКА МЕТОДУ ШДТРИМКИ

СШВВ1ДНОШЕННЯ ВИР0БНИЦТВА ТА СПОЖИВАННЯ ЕНЕРГН

Запропонована тдтримка стввгдношення виробництва та споживання електричног енергп та теплоти на основг ¡нтелектуальног системи, основу яког складае ¡нтегрована динамгчна подсистема з використанням когенерацшног установки, акумуляторног батарег та теплоелектро-акумулятора. Прогнозування змгни параметргв технологгчного процесу дозволяе знизити собг-вартгсть виробництва енергп та штдливг викиди двоокису вуглецю до 10-15 %.

Клпчов1 слова: ттелектуальна система, електрична енерг1я, теплота, акумуляторна батарея, теплоелектроакумулятор, прийняття ршень.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

1. Вступ

Основними перевагами когенерацшних систем в умовах ресурсо- та енергозбереження е збшьшення ефективносп за рахунок використання утилiзованоi теплоти, зменшення витрат на передачу енергп, можливкть використання бю-палива й шших альтернативних видiв палива, зниження шкщливих викидiв двоокису вуглецю, т. щ. Однак, умови когенерацп ускладнеш необхщшстю регулювання ств-вiдношення виробництва електроенергп та теплоти при непостшносп iх споживання. Збитковiсть же виробництва електроенергп в години найменшого споживання не дозволяе використання когенерацшних установок в повнш мiрi. Цим обгрунтовуеться актуальнiсть даноi роботи.

2. Анал1з л1тературних даних та постановка проблеми

Вiдомi методи оптимiзацii енергетичних систем — економiчний, ексергетичний, термоекономжи дозволяють визначати оптимальнi умови iх експлуатацii на статичному рiвнi, що ускладнюе узгодження виробництва та споживання енергп в реальних умовах функцюнування енергетичних систем, у тому чи^ й когенерацшних. Так, в робот [1] представлено методику розрахунку вiдносноi економп палива в когенерацшних та коге-нерацiйно-теплонасосних установках у порiвняннi iз роздiльними засобами виробництва електричноi енер-гii та теплоти. Здобут на основi методики штегральш характеристики економiчностi в широкому дiапазонi змiни головних теплотехнiчних параметрiв дозволяють проводити аналiз ефективностi теплових схем щодо вибору оптимального енергетичного обладнання у 1х складi, але тшьки у статичних режимах. В робот [2] проведено ексергетичний аналiз на основi визначення ексергетичних втрат в елементах когенерацiйноi установки. При проведенш ексергетичного аналiзу прийнято допущення щодо функцiонування когенерацiйноi системи за електричним чи тепловим графжом навантаження без узгодження iз споживанням. В робот [3] викладено методику оптимiзацii технiко-економiчних параметрiв тепловоi схеми на основi ексергоекономiчного аналь зу. Отримано залежност для оцiнки термодинамiчноi й економiчноi ефективностi основних компонентв систе-

ми. На основi статичноi оцiнки параметрiв технологiчного процесу когенерацп не завжди можливо забезпечити тдтримку ствввдношення виробництва електричноi енергii та теплоти в складних умовах не збну 1х споживання. Тому, з щею цiллю використовують ускладне-нi тепловi схеми за рахунок встановлення додаткових теплообмшниюв, теплоакумуляторiв, т. ш. [4]. Так, на-приклад, стацюнарш системи гарячого водопостачання на основi когенерацiйно-теплонасосних технологiй мають у своему складi значний комплекс енергообладнання. У якост низькопотенцiйного джерела енергп запропо-новано використання колектора стчних вод, що також потребуе додаткових катталовкладень [5]. Так, передова когенерацшна технологiя використовуе дороговартiстнi експертнi дiагностичнi системи щодо пiдтримки виробництва енергп, але без можливост узгодження iз споживанням для прогнозування змши параметрiв тех-нологiчного процесу [6]. А, в робот [7] запропоновано регулювання стввщношення виробництва теплоти та електричноi енергii з використанням теплоакумулятора, що на основi розробленого алгоритму вдовольняе на-вантаження опалення в години найменшого споживання електроенергп з щллю зниження 11 виробництва, але без узгодженням iз споживанням теплоти.

Для тдтримки функцiонування когенерацiйних систем необхщно здобути функцiональну оцiнку сшввщ-ношення виробництва та споживання енергп в единому шформацшному просторi для можливост прогнозування змiни параметрiв технолопчного процесу, а не лiквiдацii наслщюв 1х змiни [8].

3. Щль та задач1 дослщження

Цiллю роботи е розробка методу штегрованого прийняття ршень на тдтримку стввщношення виробництва та споживання електрично! енергп та теплоти.

Ввдповщно до поставленоi цiлi поставленi наступнi задачi дослщження:

— провести аналiз оптимiзацii когенерацшних тех-нологiй та обгрунтування необхщност функцюналь-но'1 оцiнки спiввiдношення мiж виробництвом та споживанням енергii;

— запропонувати архитектуру iнтелектуальноi системи, основу яко! складае iнтегрована динамiчна

ТЕСНЫОЮСУ AUDiT АЫП PR0DUCTi0N RESERVES — № 5/3(19], 2014, © Чайковська Е. Е.

п1дсистема, що включае когенерац1ину установку, акумуляторну батарею та теплоелектроакумулятор;

— виконати математичне моделювання динамжи електроакумулятора та теплоелектроакумулятора;

— виконати контроль працездатност та щентифь кащю стану електроакумулятора та теплоелектро-акумулятлора щодо здобуття шформацп на р1вш приИняття ршень;

— розробити метод штегрованого приИняття ршень на тдтримку стввщношення виробництва та спожи-вання енергп у склад1 запропоновано! штелектуально! системи.

4. Шдтримка ствв1дношення виробництва та споживання електроенерги та теплоти на р1вш прийняття ршень

Так, на основ1 методолопчного та математичного обгрунтування архиектури штелектуальних систем запро-понована система акумулювання [9, 10], що дозволяе прогнозувати змшу напруги заряду та розряду з викорис-танням аналиично! ощнки змши температури електролиу в порах пластин та над пластинами електроакумулятора, що змшюеться за часом рашше, шж щшьтсть електролиу та напруга. Використання теплово! акумулюючо! емност електролиу зменшуе час заряду до 30 %. На основ1 аналиично! ощнки змши температури води в теплоелектроакумулятор! впродовж заряду здобута штегро-вана система змши температури води, що нагр1ваеться, при виконанш ршень на змшу витрати води продовж заряду. Визначено, що приИняття прогнозуючих ршень на змшу р1вня акумулювання теплоти за рахунок змши витрати води, що нагр1ваеться, надае можлив1сть скоро-тити термш заряду до 30 % та додатково акумулювати яюсну енерпю в електроакумуляторних батареях [10].

На основ1 методолопчного та математичного обгрунтування архиектури штелектуальних систем [8] можливо запропонувати архиектуру системи тдтримки ствввдношення виробництва та споживання енергп, основою яко! е штегрована динам1чна тдсистема, що включае когенерацшну установку, акумуляторну батарею та теплоелектроакумулятор (рис. 1).

т — час, с; х — умови; / — параметри, що д1агностуються; К — коеф1щенти математичного опису; у — вихщш параметри; d — динам1чш параметри; R — вщносини в ^. 1ндекси: i — число елеменпв штелектуально! системи; 0, 1, 2 — початковий режим, зовшшнш, внутршнш характер вплив1в.

З використанням математичних моделей динашки електроакумулятора та теплоелектроакумулятора [9, 10] на основ1 графа причинно-наслщкових зв'язюв [8] (рис. 2) виконано контроль працездатносп та щентифжащю стану електроакумулятора та теплоелектроакумулятора [9, 10] щодо здобуття тдсумково! шформацп на р1вт приИняття ршень. На основ1 здобуто! шформацп можливо запропонувати використання штегровано! лопчно! модел1 — методу штегрованого приИняття ршень щодо пщтримки стввщношення виробництва та споживання електрично! енергп та теплоти у склад1 штелектуально! системи.

рис. 1. 1нтелектуальна система виробництва та споживання енергц: 1 — штегрована динамчна п1дсистема (когенерац1йна установка, акумуляторна батарея, теплоелектроакумулятор); 2 — блок заряду; 3 — блок ощнки функцшнально! ефективносп; 4 — блок розряду

рис. 2. Граф причинно-наслщкових зв'язтв динам1чно'1 п1дсистеми: СТ — контроль поди; Z — лопчш вщносини; ST — 1дентиф1кац1я

поди. 1ндекси: 1 — впливи; 2 — внутршш параметри, що даагностуються; 3 — коеф1ц1снти р1внянь динам1ки; 4 — 1стотн1 параметри, що даагностуються; 5 — динам1чн1 параметри; с — контроль працездатносп; s — стан

Так, наприклад, при розряд1 когенерацшно! установки на основ1 контролю працездатност та щентифшаци стану електроакумулятора з використанням передатно! функцп, що ощнюе змшу температури електролиу в порах пластин та над пластинами при змш1 температури електролиу об'ему електроакумулятора можливо здобути таку аналиичну ощнку змши температури електролиу в порах пластин та над пластинами при заряд1 [9, 10]:

Математичне обгрунтування архиектури штелектуально! системи виробництва та споживання енергп:

IS =

|[ДР(т)( Xo(T), Xi(T), Х2(Т), f (т), K (т), у(т), d (т)>, [R(t),P(t))], R(t),(P,(T^xi(T),f (т),K(т),у(т)»,

(CTc(т)(At(т) / AtCT. розр. зар.(т) <

< ^розр.(т) / Atст. розр. зар. (т))),

(1)

що дозволяе прииняти своечасне рiшення на розряд аку-муляторно! батаре! (рис. 3):

де IS — штелектуальна система; D — динамiчна тдсисте-ма; P — властивост елементiв iнтелектуальноi системи;

С

(Р(т)^е(т)(-))), Zcc(т),

(2)

32

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 5/3(19], 2014

ISSN 222Б-3780

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

для виконання заряду теплоелектроаумулятора на основ1 пiдсумковоï шформацп:

на основi аналiтичноl оцiнки змiни температури електро-лiту в порах пластин та над пластинами при розрядi [9-10]:

(CTc (x),(At (т) >Atp,

,(т)),

(3)

здобутоï на основi контролю його працездатностi з використанням передатноï функцп, що оцшюе змiну температури води, що на^ваеться при змiнi ïï витрати [9, 10].

(Р(т)(Св(т)(+))), Zcc(т),

Час, т, год., °С 1 2 3 4 5 6 7

Пуск ЙВ = 0,0055 кг/с 30

Заряд ЙВ = 0,0055 кг/с — 66,9 69,14 — — — —

Прийняття ршання Заряд ЙВ 0,0063 кг/с — — — 75,96 78,5 79,4 —

Прийняття ршання Заряд ЙВ = 0,014 кг/с 82,4

Час, т, год., °С 8 9 10 11 12 13 14

Заряд ЙВ = 0,014 кг/с 84,5 86 87,1 87,9 88,5 89 89,3

Час, т, год., °С 15 16 17 18 19 20 21

Заряд ЙВ = 0,014 кг/с 89,5 89,6 89,7 89,8 89,9 90 90

(CTc (T)(-At (т)/ -Atст . розр. роз. (т) > > — Арозр(т)/ Atст. розр. роз.(т))),

(6)

та на заряд теплоелектроакумулятора з використання пiдсумковоï iнформацiï (3) щодо подальшого використання теплоти при розрядi когенерацiйноï установки, де G — витрата речовини, кг/с; t — температура робочого тша, К; т — час, с. 1ндекси: c — контроль працездатностi; в — вода, що на^ваеться; е — електролгг об'ему електро-акумулятора; низ. — низький рiвень функцiонування; розр., ст. — розрахункове, стале значення параметра; зар., роз. — заряд, розряд.

Рис. 3. Змша загальна!' напруги U3ar 48 В впрадавж часу разряду, де изаг — загальна напруга, В; т — час, с

Прийняття рiшення (2) та використання пiдсумковоï iнформацiï (3) надають можливкть збiльшити потужнiсть теплоелектроакумулювання, впливаючи на збшьшення витрати води, що на^ваеться:

(4)

з використанням штегровано1 системи ощнки пiдтримки процесу заряду теплоелектроакумулятора (табл. 1).

Таблиця 1

Пiдтримка працесу заряду теплаелектраакумулятара

При зарядi когенерацiйноi установки на основi контролю працездатност та iдентифiкацii стану електроакуму-лятора з використанням передатноi функцп, що оцiнюе змiну температури електролиу в порах пластин та над пластинами при змш температури електролиу в об'ему електроакумулятора можливо прийняти своечасне рь шення на заряд акумуляторноi батареi (рис. 4) [9, 10]:

(Р(т)(ит)(+))), Zcc(т),

(5)

3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33

T lO3, с

Рис. 4. Змша загальна!' напруги Пзаг 48 В впрадавж часу заряду де изаг — загальна напруга, В; т — час, с

5. Висновки

1. Розроблено метод штегрованого прийняття рь шень в умовах не збну виробництва та споживання енергп; розроблена лопчна модель.

2. При змш споживання електричноï енергп в межах рiвня потужностi когенерацiйноï установки можливо приймати попереджувальш рiшення на змшу рiвня ви-робництва теплоти щодо подальшого використання тепло-носiя у складi когенерацiйноï установки. Прогнозування змiни напруги заряду та розряду акумуляторноï бата-реï дозволяе забезпечувати не тшьки функцюнування теплоелектроакумулятора, а й своечасно виконувати економне електроакумулювання як в години збитко-вого виробництва електроенергп, так i при зниженш споживання.

3. У зв'язку iз збитковiстю виробництва електрич-ноï енергп в години найменшого споживання, тобто в нiчнi часи, когенерацшш установки функцiонують 6000 годин на рж. Розроблений метод штегрованого прийняття ршень щодо пiдтримки ствввдношення виробництва та споживання енергп дозволяе за рахунок додаткового використання когенерацiйноï установки до 2000 годин на рж додатково акумулювати до 30 % виробленоï електричноï енергiï, що надае можливiсть зменшити собiвартiсть виробництва енер-гiï та шкiдливi викиди двоокису вуглецю до 10-15 % з урахуванням збшьшення сервшного обслуговування когенерацiйноï установки за рахунок тдключення електроакумуляторiв.

TECHNOLOGY AUDiT AND PRODUCTiON RESERVES — № 5/3(19], 2014

33-J

Литература

1. Билека, Б. Д. Экономичность когенерационных и комбинированных когенерационно-теплонасосных установок с газопоршневыми и газотурбинными двигателями [Текст] / Б. Д. Билека, Р. В. Сергиенко, В. Я. Кабков // Авиационно-космическая техника и технология. — 2010. — № 7(74). — С. 25-29.

2. Горобець, В. Г. ЕксергетичниИ анал1з ефективносп енерге-тичних систем для комплексного виробництва електрично! та теплово! енергп з використанням поновлювальних дже-рел енергп [Текст] / В. Г. Горобець, Б. Х. Драганов // Вщновлювальна енергетика. — 2010. — № 3(22). — С. 5-12.

3. Баласанян, Г. А. Оптим1зацш параметр1в теплово! схеми штегровано! системи енергоспоживання [Текст] / Г. А. Баласанян, А. С. Мазуренко // Труды Одесского политехнического университета. — 2006. — № 1(25). — С. 59-65.

4. Басок, Б. И. Перспективные когенерационные теплонасосные схемы геотермальноИ енергетики [Текст] / Б. И. Басок, Т. А. Резакова, Д. М. Чалаев // Промышленная теплотехника. — 2006. — № 2, Т. 28. — С. 36-40.

5. Билека, Б. Д. Когенерационно-теплонасосные технологии в схемах горячего водоснабжения большоИ мощности [Текст] / Б. Д. Билека, Л. К. Гаркуша // Промышленная теплотехника. — 2012. — № 4, Т. 34. — С. 52-57.

6. Федулов, С. П. Когенерация агропромышленного комплекса. Передовые проекты [Текст] / С. П. Федулов // Турбины и дизели. — 2013. — № 2. — С. 18-22.

7. Колесниченко, Н. В. Использование бака-аккумулятора для регулирования нагрузок мини-ТЭЦ [Текст] / Н. В. Колесниченко, М. Ю. Водолазская // Наутв пращ Донецького нацюнального техшчного ушверситету. — 2011. — № 10(180). — С. 67-72.

8. ЧаИковская, Е. Е. Оптимизация энергетических систем на уровне принятия решениИ [Текст] / Е. Е. ЧаИковская // Промышленная теплотехника. — 2013. — № 7, Т. 35. — С. 169-173.

9. ЧаИковська, 6. 6. Шдтримка електроакумулювання на р1вш приИняття ршень [Текст] / 6. 6. ЧаИковська // Вюник НТУ «ХП1». Сер1я «Нов! ршення в сучасних технолопях». — 2012. — № 50(956). — С. 124-127.

10. Чайковська, 6. 6. Шдтримка акумулювання на piBHi прийнят-тя ршень [Текст] / 6. 6. Чайковська // Вюник НТУ «ХП1». Серiя «Енергетичш та теплотехшчш процеси й устаткуван-ня». — 2013. — № 14(988). — С. 127-133.

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПОДДЕРЖАНИЯ СООТНОШЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ПОТРЕБЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ

Предложено поддержание соотношения производства и потребления электрической энергии и теплоты на основе интеллектуальной системы, основу которой составляет динамическая подсистема с использованием когенеционной установки, аккумуляторной батареи и теплоэлектроаккумулятора. Прогнозирование изменения параметров технологического процесса позволяет снизить себестоимость производства энергии и вредные выбросы двуокиси углерода до 10-15 %.

Ключевые слова: интеллектуальная система, электрическая энергия, теплота, аккумуляторная батарея, теплоэлектроакку-мулятор, принятие решений.

Чайковська €вгетя Свстафпвна, кандидат техтчних наук, старший науковий ствробтник, доцент, кафедра теоретичног, загальног та нетрадицшног енергетики, Одеський нащональний полтехтчний утверситет, Украгна, e-mail: [email protected].

Чайковская Евгения Евстафиевна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, доцент, кафедра теоретической, общей и нетрадиционной энергетики, Одесский национальный политехнический университет, Украина.

Chaikovskaya Eugene, Odessa National Polytechnic University, Ukraine, e-mail: [email protected]

УДК 664.28

Б01: 10.15587/2312-8372.2014.27941

Прохорова И. А. ЭКСПЕРТНЫЕ АСПЕКТЫ

ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ОЦЕНКИ СПЕКТРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Предложено путем применения компьютеризованных комплексов измерения, описания и воспроизведения цвета оценивать влияние измененной структуры поверхности ткани на интенсивность окрасок и корректировать функцию Гуревича-Кубелки-Мунка на поверхностное отражение субстрата. Рекомендовано при экспертном анализе высокоточного воспроизведения цвета текстильных материалов учитывать отклонения не только в единицах ЫВ5, а принимать во внимание также отклонение по цветовому тону.

Ключевые слова: информационные технологии, экспертая оценка, характеристики цвета.

1. Введение

Колористика текстильных материалов является одним из важнеИших элементов создания конкурентоспособного изделия, а надлежащее использование цвета — необходимым условием квалифицированноИ работы на

международном рынке. Именно поэтому спектральные характеристики окрасок являются наиболее важным потребительским своИством колорированных текстильных материалов. МировоИ уровень развития информационных технологиИ и производства текстильных материалов, достигнутыИ к настоящему времени, требует разработки

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ АУДИТ И РЕЗЕРВЫ ПРОИЗВОДСТВА — № 5/3(19], 2014, © Прохорова И. А.