Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

В останній чверті XX століття для економічної і екологічної оцінки технічних систем почали використовувати методи ексергое — кономічних досліджень. Цей напрямок наукових досліджень став можливим завдяки роботам R. Guggiolli [383], М. Tribus і R. Evans [399], Y. El-saed [400], A. Bejan, G. Tsatsaronis, M. Moran [419], T. B. Морозюк [442

Оптимізація будь-якої енергозберігаючої системи означає ва­ріацію структури і параметрів з метою мінімізації капітальних і експлуатаційних витрат при відповідних технічних і ресурсних об­меженнях, забезпеченні захисту навколишнього середовища, при доступності матеріалів, створенні умов експлуатаційної надійності і невисокої вартості ремонту. Методи ексергоекономіки показують шляхи рішення цих питань [443].

На рис. 8.1 наведена логічна структура методології оптиміза­ції, з позиції ексергоекономіки [444]. Розглянемо концепції «інфо — рмаційно-оптимізаційної стратегії», сформульовані у вигляді уза­гальнення принципів і постулатів термоекономіки за 40-літню істо­рію її розвитку [399-400]. Будь-яка спроба вдосконалити систему повинна бути охарактеризована об’єктивною функцією, критеріями рішення, які є ступенями свободи для вдосконалювання системи, і пі. входом до проведення її декомпозиції. Ці особливості не завжди незалежні друг від друга. їх необхідно розглядати одночасно, що і є реальним втіленням «інформаційно-оптимізаційної стратегії».

Рисунок 8.1 — Логічна структура оптимізації енергозберігаючої системи в термінах ексергоекономіки

Об’єктивна функція (у грошових одиницях) на стадії проекту — це вартість продукції:

J= Zcf-F + Xcz-z + CR, (8.17)

або чиста вартісна функція:

J= Scp’F + DczZ — Уср-Р +Cr, (8.18)

де J — вартість (для рівняння (8.18) величина J — дохід);

Ср і Ср — тарифи на одиницю палива F і продукту Р, сформовані ринком;

cz — дисконтовані капітальні витрати від Z;

Cr — постійна вартість залишку як функція від досконалості проекту.

Коли предпроектна стадія переходить у проектну, CR може стати змінною для порівняння з іншими рішеннями, не залежними від проекту. Рівняння (8.17) застосовується при аналізі систем, ви­робляючих більш одного продукту, отже, необхідним є визначення вартості кожного з корисних продуктів системи через розподіл вар­

тості всього виробництва по кожному із продуктів. Рівняння (8.18) передбачає використання ринкових цін на одержувані від системи продукти, а об’єктивна функція може бути мінімізована (дохід ма — ксимізований) виключно технічним удосконалюванням системи. Необхідно відмітити, що мінімуми (максимуми) по рівняннях (8.17) і (8.18) не завжди збігаються.

У задачі мінімізації вартості енергетичної системи задіяні принаймні чотири складові: термодинаміка {F, Р}, проектування і виробництво {Z}, економіка {cF, ср, cz}. Кожна складова має власні методи формування наведених величин, отже, вони повинні бути представлені відповідними моделями.

«Інформаційно-оптимізаційна стратегія» покликана розділити систему по двом рівням: рівню дисциплін і рівню компонентів, що полегшить, у цілому, процедуру визначення і ухвалення оптималь­ного рішення. У якості характеристики енергетичної системи реко — мендується приймати відношення вартості отриманої ексергії ZE, закладеної в первісній вартості введеної енергії (палива або елект­роенергії), до суми всіх витрат на вироблення позитивного ефекту ZEE:

(8.19)

Якщо записати

Z

BHX у ех.

F

ср = ———- —,

‘ гуЕХ гу 7

то коефіцієнт ср можна сформулювати наступним чином:

Ср = Лех’ V,

ilex = 1 — Ші/ Евх,

де ііех — ексергетичний ККД;

Ші — сума втрат ексергії;

Евх — введена в систему ексергія; н — енергетична складова витрат.

Коефіцієнт ер може відноситись також до окремого елемента системи:

zr-^n,

ІЖ+кГ

де ЕіКі — змінна складова внутрішньої економіки системи;

Ко1 — постійна складова внутрішньої економіки, яка в першому набли­женні відповідно до робіт [444] повинна бути прийнята рівною нулю.

Необоротність Пі у системі описується теоремою Гюі-Стодола як ексергетичні втрати:

Zn^T^yAS,, (8.24)

і=1 і=1

де ASi — зростання ентропії.

Розглянемо багатокритеріальну оптимізацію [444]. Приймемо, що оптимізуєма функція Ф має вигляд:

Ф = (ХЬХ2,…,ХП). (8.25)

Функція Ф гладка, тобто безперервна і має похідні в кожній точці. Отже, можна записати:

Умова екстремуму визначається тим, що незалежно від обра­ної змінної Хп

6Ф = 0. (8.27)

Беручи до уваги, що не всі змінні Хп є незалежними, слід за­писати систему рівнянь:

ф1(Х1,Х2,…,Хп) = 0; фг(Хі, Х2,… ,ХП) = 0;

‘|Ап(Х|, Х2,… ,ХП) = 0,

де ш — число рівнянь зв’язку;

п — число змінних;

п-ш — ступінь свободи системи.

Якщо свободи нема, тобто всі змінні визначені, то нема сенсу розглядати задачу оптимізації. Для того щоб визначити, які m є за­лежними і які n-m незалежними, використовується метод Лагран­жа. При цьому система m рівнянь прийме вид:

Оскільки маємо п рівнянь, можна одержати значення т вели­чин Аі із т рівнянь. Рівняння n-m, які залишились разом з вихідними т утворюють п рівнянь, достатніх для визначення п значень Xj.

В останні роки методи ексергоекономічного аналізу розвива­ються на базі теорії інформації. У цьому випадку функція розподілу ймовірностей визначається по заданих середніх значеннях величин. При цьому використовуються наступні рівняння: сума ймовірнос­тей, пов’язаних з певними можливими станами, яка завжди повинна бути рівною одиниці; математичне очікування або його середнє значення передбачається відомим. Особливий інтерес представляє геометричний апарат оптимізації. Цей метод наглядний і тому зру­чний для рішення оптимізаційних задач [444].

Приведемо основи теорії С-кривих. Приймемо, наприклад, що критерієм оптимізації є витрати ексергії. Функція Z=f(EX) має мі­німуми по відношенню до кожної з осей: ЕХП1ІП і Zmn (рис. 8.2).

Оптимальне значення витрат (точка А) можна визначити, при­пустивши лінійну залежність між витратами ексергії АЕХ і витра­тами AZ:

де к — капіталовкладення на приріст первинної енергії.

При багатокритеріальній оптимізації використовують метод С-поверхонь. На рис. 8.3 наведена поверхня, утворена С-кривими по двохкритеріальному аналізу: термоекономіки і термоекології. При цьому проекція еколого-економіки отримана як замикаюча між термоекономікою і термоекологією.

Рисунок 8.3 — С-поверхні

Оптимальне значення аналізованої системи методами С — кривих і С — поверхонь може бути визначене графічним диференці­юванням у границях розглянутої ділянки або побудовою дотичної до кривих (поверхонь) а= arctg k і визначенням відповідної точки (на рис. 1.2 позначене через min). Графічний спосіб легко перево­диться в аналітичний.

Комментарии запрещены.