Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Оптимізацію досліджуваних явищ потрібно засновувати на методі системного аналізу, який орієнтує дослідження на розкриття цілісності об’єкта і взаємозв’язку його основних елементів. Слід підкреслити, що властивості елементів можуть змінюватися в про­цесі дії системи в цілому. Тому вивчення складної системи, якою є енергозберігаюча установка, передбачає її представлення у вигляді моделі, що дозволяє виконати аналіз поведінки системи при різних зовнішніх впливах.

При проведенні системного аналізу доцільно звернутися до методів теорії графів. Теоретико-графові методи досить результа­тивні при аналізі і синтезі систем енергозбереження [439].

Рішення цих задач неможливо без математичного моделюван­ня. Реалізація відповідних математичних моделей на ЕОМ дозволяє проводити аналіз і пошук найбільш обґрунтованих проектних рі­шень.

Технологічну схему системи енергозбереження в нашому при­кладі біоенергетичної установки можна представити у вигляді по­токового графа G(A, Г), де вершини — це елементи схеми, а дуги — фізичні потоки (термодинамічні параметри, потоки маси, теплоти, енергії) між елементами.

Для аналізу енергозберігаючих систем звернемося до параме­тричного потокового графа (ППГ) і до ексергетичного потокового графа (ЕПГ).

Параметричний потоковий граф є топологічною моделлю сис­теми. При побудові ППЕ створюється інформаційна схема по тех­нологічній схемі і далі представляється в цифровій формі. Цифро­вим описом виступає матриця інциденцій, яка повністю відображає топологічну структуру інформаційної схеми і дозволяє перенести цю структуру на мову алгебри або теорії множин.

Ексергетичний потоковий граф враховує не тільки параметри системи, але і потоки ексергії. Під ЕПЕ слід розуміти граф Е(А, Е) = Е(А, U), множину А={(Хі, а2,…, oik}, вершина якої відповідає ексе — ргетичним втратам в окремих елементах системи, а безліч дуг

U={ub…,Ui}, кф — розподілу ексергетичних потоків у системі; Г — багатозначне відображення множини А в себе. ЕПГ за аналогією із ППГ представляють у матричному виді.

Оптимізація біогазової системи має за мету вибір структури технологічної схеми і складу обладнання, параметрів системи (конструктивних, термодинамічних, тепломасообмінних та ін.), які забезпечили б оптимальне або близьке до оптимального значення критерію ефективності.

Для оцінки критерію оптимізації служать показники [446]: максимальна продуктивність по виходу біогазу:

i|/,=JP6dT; (8.49)

максимальна продуктивність по виходу метану:

V2 = j4eTdT; (8.50)

максимальна продуктивність по виходу мулу:

У3=|Рмул<1т;

енергетична ефективність:

(8.52)

максимальний прибуток від біоенергетичної установки:

v.=KZ4ipi-Zcixi)*. (8-53)

де Рб, Рм, Рм — обсяги відповідно біогазу, метану, мулу;

Евихд — енергоємність продукції;

Ebxj — сумарні витрати енергії на виробництво продукції; Ці — ціна про­дукції;

Cj — вартість j-ro ресурсу;

Xj — об’єм j-ro ресурсу.

Складність і багатогранність процесів, що протікають у біога — зовій установці, складають певні труднощі під час вирішення задачі оптимізації. У зв’язку з цим доцільно звернутися до методів теорії графів [439].

Розглянемо схему складної біогазової установки (рис.8.4), на якій дана нумерація елементів системи. Цією нумерацією ми скори­стаємося при побудові відповідних топологічних графів.

п	ш	І	V

На рис. 8.5 наведено топологічний параметричний граф для схеми, що зображена на рис. 8.4, і відповідна матриця інціденцій.

У біогазовій установці суттєве питання розподілу вихідної ре­човини (субстрату) на біогаз і на шлам, що отримуються. Тому ста­новить інтерес матеріальний баланс розглянутої системи. Матеріа­льний потоковий граф і відповідну матрицю інціденцій (рис. 8.6) біоенергетичної установки, зображеної на рис. 8.4. Для енергетич­ної оцінки ексергетичний потоковий граф і матрицю інціденцій (рис.8.7). Наведені вище потокові графи і відповідні їм матриці ін­ціденцій використовуються наступним чином. Скануючи по матри­ці інціденцій для параметричного потокового графа і визначаючи булеву змінну на своєму шляху, за допомогою ЕОМ визначають всі необхідні дані і знаходять значення параметрів у кожній вузловій точці графа, значення теплових і масових потоків і, тим самим, умови оптимальної топології схеми. Аналогічно скануючи по мат­риці ексергетичного потокового графа, ЕОМ обчислює значення ексергії, ексергетичних потоків і, отже, визначає ступінь енергети­чної досконалості даного варіанту системи. Аналізуючи декілька варіантів структурних і параметричних рішень схеми установки, визначають оптимальний варіант по обраному критерію оптималь­ность

б)

Рисунок 8.5 — Топологічний параметричний потоковий граф а) і матриця інціденцій схеми БГУ по рис.8.4 б)

У якості техніко-економічного критерію ефективності зазви­чай приймають наведені та експлуатаційні витрати. Більш обґрун­тованими у теперішній час є наведені витрати Пе, які враховують витрачену на здійснення процесу енергію [439]:

де Ен — нормативний коефіцієнт ефективності капіталовкладень, 1/рік;

Ке — питомі капіталовкладення, віднесенні до витраченої енергії, грн/(кВт-год);

N — кількість енергії, витраченої в процесі, кВт-год;

Се — вартість одиниці енергії, грн/(кВт-год);

тг — число годин роботи установки, год/рік;

т) — ККД процесу;

З рівняння (8.54) можна отримати залежність для енергетич­них наведених витрат:

F к с

Пе, нав = _2——— ^ + — . (8.55)

тг ц

Експлуатаційні витрати рекомендується визначити пропор­ційно витратам енергії [447]:

Пе — EH-KyV + АЕ-Се-тг,

де Kv — питомі капіталовкладення, віднесені до одиниці об’єму установ-

V — об’єм установки, м3;

ДЕ=ЕВХ-ЕВИХ — кількість ексергіі, витраченої на процес, кВт; Се — вартість одиниці енергії, грн/(кВт-год).

Комментарии запрещены.