Важность и необходимость повышения энергоэффективности хозяйственного комплекса государства является мировой проблемой. Её решение тесно связано с устойчивым развитием сообщества и этому в настоящее время уделяется пристальное внимания во многих международных программах, принятых ООН: «Повестка дня на XXI век», «Повестка дня Хабитат», «Киотский протокол» и ряд других. В этих документах государствами взяты обязательства по повышению энергоэффективности экономики в целом и защите окружающей среды [41].
В России эффективное энергообеспечение является одной из наиболее значимых экономических и социальных проблем. Практика показывает, что эффективность вложения средств в повышение энергоэффективности и в энергосбережение значительно выше, чем в развитие новых энергетических мощностей [8, 47, 55]. Поэтому энергосберегающая политика признана главным приоритетом энергетической стратегии, а вопросы энергосбережения и энергоэффективности вошли в ранг основных направлений государственной политики России [41].
Низкопотенциальная энергетика, являясь актуальным направлением холодильной техники, вносит свой вклад в решение мировой проблемы энергосбережения. Анализ выполненных ранее работ показал, что в определённых условиях абсорбционные преобразователи теплоты (АБПТ) различных схем могут быть использованы для создания энергосберегающих систем. Особая роль в применении новых энергосберегающих технологий на базе АБПТ принадлежит предприятиям энергетики и теплоснабжения. Применение АБПТ, использующих в качестве внешней энергии тепловые сбросы объектов энергоснабжения, позволяет повысить степень термодинамического совершенства систем преобразования энергии [14].
Особого внимания заслуживают автономные системы тригенерации. В качестве энергетических установок в данных системах используются автономные ПТУ средней производительности, обеспечивающие выработку электроэнергии и тепла [44]. К особенностям их работы в числе других относится снижение выработки электроэнергии в теплое время года из-за уменьшения теплового отбора и повышения температуры окружающей среды [62].
Абсорбционные бромистолитиевые холодильные машины (АБХМ) получили широкое применение благодаря возможности использовать в качестве источника энергии вторичные тепловые ресурсы, незагруженные отборы паровых турбин в неотопительный период и др. [80, 79, 64].
На основе проведённого в работе анализа отечественных и зарубежных энергосберегающих систем тригенерации выбрана автономная схема для комплексной выработки электроэнергии, тепла и холода на базе парогазовой установки средней мощности и АБХМ нового поколения.
При проведении исследования совместной работы ПГУ и АБХМ в составе энергосберегающей системы были проанализированы научные труды по исследованию и расчётам парогазовых установок учёных Московского энергетического института (технический университет) [70, 71] и результаты исследований и испытаний абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин нового поколения, проведённых на кафедре холодильных машин и низкопотенциальной энергетики СПбГУНиПТ и ООО «ОКБ ТЕПЛОСИБМАШ» г. Новосибирск. Основные технические характеристики промышленных парогазовых установок и АБХМ использованы в дальнейшем при разработке алгоритмов и программного обеспечения.
Возможность эффективного использования абсорбционных холодильных машин в различных условиях эксплуатации энергосберегающей системы доказана на основе моделирования.
Методика научно-технического обоснования эффективного применения АБХМ в автономных системах тригенерации была разработана на основе системного метода исследования сложных схем с использованием кибернетической модели происходящих процессов и эксергетического и экономического методов оценки их эффективности.
На основе разработанной программы могут быть получены основные энергетические, термодинамические и экономические характеристики элементов и системы в целом с учётом различных видов и сочетаний действующих факторов, в составе которых выделены внешние и внутренниепоказатели степени термодинамического совершенства процессов преобразования энергии затраченного топлива. Анализ результатов численного экспернимента дал возможность определить характер связей между характеристиками ПГУ и АБХМ и сделать выводы об эффективногсти их совместной работы.
Использование методики рационального планирования численного эксперимента по определению зависимости эксергетического КПД АБХМ от температурных напоров в аппаратах позволило оценить возможности повышения её эффективности.
Программа разработана на языке Visual Basic.
Комплексная оценка эффективности разрабатываемой энергосберегающей системы обеспечена путём раздельного последовательного анализа. Вначале на основе эксергетического метода определялась и оценивалась степень термодинамического совершенства с помощью эксергетических КПД элементов и системы в целом, затем экономический анализ подтвердил её целесообразность.
Цель и задачи исследования
Целью проводимых исследований является комплексный анализ эффективности применения АБХМ нового поколения в автономных системах тригенерации.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи: 1. Изучение современного состояния вопроса об эффективности использования АБХМ в автономных энергосберегающих системах по производству электроэнергии, тепла и холода;
2.Создание алгоритмов и программного обеспечения, используемого при постановке численного эксперимента по определению энергетических, термодинамических и экономических показателей работы системы и обработке полученной информации;
3.Анализ результатов исследования системы тригенерации при изменении внешних и внутренних параметров её работы, определение направлений уменьшения эксергетических потерь.
Научная новизна. Получены аппрроксимационные зависимости для определения термодинамических свойств водного раствора бромистого лития для условий работы энергосберегающей системы. Разработано программное обеспечение для определения энергетических характеристик, показателей термодинамической и экономической эффективности процесса получения холода для АБХМ, работающей на сбросном тепле ПГУ. Впервые определены связи между характеристиками абсорбционной бромистолитиевой холодильной машины и парогазотурбинной установки, коэффициент эффективности применения АБХМ в составе энергосберегающей системы, определены направления снижения потерь. Получено «Свидетельство о государственной регистрации программы для расчёта энергосберегающей системы».
Актуальность работы. В настоящее время известны отечественные и зарубежные автономные схемы тригенерации на базе эффективных энергетических установок и абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин (АБХМ), основанные на современном промышленно выпускаемом оборудовании, однако комплексного исследования эффективности, оценки максимальных термодинамических возможностей систем для различных режимов работы не проводилось. Основными положительными качествами отечественных схем являются возможность более полного использования энергии сжигаемого газа и лучшие экологические характеристики. Поэтому к числу актуальных научных проблем, подлежащих решению в области низкопотенциальной энергетики и энергосбережения, относятся: исследование характеристик АБХМ, работающей в совокупности с энергетической установкой, для условий предполагаемого использованияразработка метода и оценка степени термодинамического совершенства системы преобразования энергии топлива и тепловых сбросов парогазовой установкирасчёт показателей эффективности инвестиций в создание энергосберегающей системы, основанной на отечественном оборудовании.
4.5. Выводы к главе 4.
1. На основании численного эксперимента получены различные характеристики энергосберегающей системы, позволяющие оценить её работоспособность при изменеии внешних параметров, в качестве которых выбраны температура окружающей среды и влажность воздуха.
2. При обработке результатов численного эксперимента были определены основные энергетические, термодинамические характеристики и относительные значения величин, связывающих показатели работы АБХМ и ПГУ, проведён их анализ в зависимости от внешних и внутренних параметров, характеризующих работу энергосберегающей системы в целом.
3. При совместной работе АБХМ и ПГУ улучшаются энергетические характеристики энергосберегающей системыстепень термодинамического совершенства системы преобразования эксергии топлива (сбросного тепла) ПГУ в эксергетическую холодопроизводительность АБХМ в заданном интервале изменения внешних факторов 0< г|абхм <1, что характеризует реальные процессыкоэффициент эффективности применения АБХМ в составе автономной системы тригенерации находится в пределах 17.27%.
4. Углублённый эксергетический анализ АБХМ был проведён с использованием методики рационального планирования эксперимента. Эксергетический анализ АБХМ по температурным перепадам в аппаратах показал, что при поддержании минимальных рекомендуемых значений эксергетический КПД АБХМ может быть увеличен на 15%, что приведёт к повышению степени термодинамического совершенства системы преобразования энергии.
5. Оценка эффективности инвестиционных вложений в создание энергосберегающей системы для Астраханской области отражается следующими показателями: чистый дисконтированный доход проекта, равный 346 112 т.р., внутренняя норма доходности, равная 47%, индекс доходности дисконтированных инвестиций, равный 2,97 и дисконтированный срок окупаемости, равный 5 годам.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
Обобщение и анализ результатов исследования позволили оценить эффективность использования АБХМ в составе энергосберегающей системы тригенерации.
1. В работе обосновано применение абсорбционных бромистолитиевых холодильных машин нового поколения, выпускаемых фирмой ООО ОКБ «Теплосибмаш», использующих для обогрева генератора сбросное тепло ПТУ (Патент РФ № 92 095 от 10 марта 20 Юг).
2. Возможность эффективного использования абсорбционных холодильных машин в системах энергосбережения доказана на основе результатов системного анализа и моделирования.
3. Разработанная модель, комплексная программа и численный эксперимент позволяют определить основные энергетические, термодинамические и экономические характеристики элементов и системы в целом с учётом различных видов и сочетаний влияющих факторов и коэффициент эффективности использования АБХМ в составе системы тригенерации.
4. Присоединение АБХМ к ПТУ с целью осуществления принципа тригенерации во всей назначенной области работы системы улучшает показатели работы ПТУ и обеспечивает одновременную выработку электроэнергии, тепла и холода с достаточной степенью термодинамического совершенства.
5. Коэффициент эффективности применения АБХМ совместно с ПТУ в составе автономной энергосберегающей системы в исследуемом интервале изменёния влияющих факторов изменяется в пределах 17 до 28%.
6. Автономная энергосберегающая система, включающая ПТУ мощностью 18,5МВт и АБХМ холодопроизводительностью 3МВт может удовлетворить запросы потребителя по эффективному производству электроэнергии, тепла и холода для различных условий ее использования.
7. Оценка эффективности инвестиционных вложений в создание энергосберегающей системы для Астраханской области отражается следующими показателями: чистый дисконтированный доход проекта, равный 346 112 т.р., внутренняя норма доходности, равная 47%, индекс доходности дисконтированных инвестиций, равный 2,97 и дисконтированный срок окупаемости, равный 5 годам.
