Целевые функции и показатели эффективности системы

1). КПД системы

В общем случае для схемы, изображенной на рис. 1.1, КПД системы может быть представлен следующим соотношением:

, (1.1)

где: - сумма эксергии генерируемого в «n» генераторах энергоносителя, в общем случае параметры и эксергии энергоносителя могут отличаться;

- сумма эксергий ВЭР, производимых системой С и утилизируемых внешними системами С1-С4;

- сумма эксергий привода, затраченная в генераторах, в общем случае виды энергии привода могут отличаться;

- эксергии потоков, которыми система С обменивается с системами С1 и С2.

Величина дает возможность термодинамической оценки эффективности системы и ее термодинамической оптимизации.

В зависимости от необходимости анализа КПД системы может быть записан и определен по сечениям I, II и III, показывая совершенство системы по отдельным ее участкам (сечениям).

Располагая информацией по отдельным участкам системы, КПД может быть представлен как:

, (1.2)

где: - КПД генератора, коммуникаций и потребителя.

Для границы системы, показанной на рис.1.1., включает только потери в распределительных устройствах энергоносителя у потребителя.

2). Удельный расход энергии на единицу количества энергоносителя , кВт×ч/м³ или кВт×ч/кг,

, (1.3)

где: - расход энергии на производство энергоносителя, кВт×ч;

- объемный (как правило, отнесенный к нормальным условиям) м³/ч, или массовый расход энергоносителя, кг/ч.

В современной практике величина чаще всего определяется по сечению на выходе из генератора без учета материальных и эксергетических потерь в коммуникации и распредустройствах потребителя. При анализе и оптимизации параметров системы с учетом названных потерь, составляющих от 20 до 40%, величина должна определятся по сечению на входе у потребителя.

Используется как среднее значение по всем генераторам, особенно если энергоноситель сколлектирован, так и локальные значения для каждого генератора.

3). Норма расхода энергоносителя на единицу продукции

, (1.4)

где: и - соответственно количество энергоносителя и конечного продукта, отнесенные к одинаковому промежутку времени, например, год, час, минута и т.д.

Величина обычно задается технологическим потребителем по статистическим данным и данным испытаний.

4). Приведенные затраты в системе

Приведенные затраты П в СПРЭ определяются из соотношения, руб./год:

, (1.5)

где: К - суммарные капиталовложения в системе, руб.;

Э - ежегодные суммарные издержки на производство энергоносителя, руб./год;

- нормативный коэффициент эффективности, 1/год.

Величина П используется для технико-экономической оценки и оптимизации как системы в целом, так и ее элементов, в частности станций и установок, генерирующих энергоноситель. П - наиболее часто используемая для оптимизации систем целевая функция, а ее минимум определяет оптимальное количество установок, агрегатов, параметров и режимов энергоносителя.

5). Распределение затрат на производство энергоносителя

Задача распределения затрат возникает в системах СПРЭ при производстве энергоносителя одного типа, но разных параметров (например, сжатый воздух разных давлений и температур), производстве одним генератором нескольких различных энергоносителей (воздухоразделительная установка), и выработке утилизируемых в других системах ВЭР в процессе производства энергоносителя.

Во всех этих случаях из всех существующих методов распределения затрат наиболее целесообразен и удобен метод распределения затрат в соответствии с эксергией потоков энергоносителей, поскольку в их производстве существенную роль играют энергетические затраты.

Задача распределения любой суммарной величины на входе в систему (первичной энергии, капитальных затрат) состоит в определении доли эксергии данного энергоносителя в сумме эксергий энергоносителей системы :

, (1.6)

где: - эксергия энергоносителя из общего количества энергоносителей в системе (включая утилизируемые потоки ВЭР);

- сумма эксергий всех потоков произведенных энергоносителей.

В соответствии с величиной могут быть распределены следующие затраты:

затраты первичной энергии на производство энергоносителя , кВт×ч/ед. количества энергоносителя:

, (1.7)

где: - суммарные затраты энергии на производство энергоносителей в системе;

капитальные затраты :

, (1.8)

где: - суммарные капитальные затраты на производство энергоносителей в системе;

себестоимости отдельных потоков энергоносителей, руб./ед. кол. энергоносителя:

. (1.9)

Во всех предыдущих случаях предполагалось, что КПД процессов производства энергоносителей одинаковы и равны некоторому общему КПД . В большинстве случаев такое обобщение вполне правомерно, к тому же процессы преобразования энергоносителей осуществляются совместно и их раздельный анализ затруднен. Однако в некоторых случаях КПД отдельных процессов различны и могут быть выделены. В этом случае коэффициенты, аналогичные , должны быть определены по величине эксергии , учитывающей потери в процессе преобразования -го энергоносителя. Методика такого распределения затрат для сложных многоцелевых систем описана подробно в [2].