CC BY
17
УДК 631.371:621.311.004.18
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПРИКЛАДНОЙ ТЕОРИИ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССАХ АПК
С .А. РАКУТЬКО
ФГОУ ВПО Дальневосточный государственный аграрный университет
Предложена прикладная научная теория, ориентированная на обеспечение энергосбережения в энерготехнологических процессах (ЭТП) агропромышленного комплекса. На основе предлагаемой теории возможно проектирование и оценка эффективности энергосберегающих мероприятий; обоснование режимов проведения ЭТП; формирование энергосберегающего алгоритма управления ЭТП.
Ключевые слова: энергосбережение, прикладная научная теория, энерготехнологический процесс.
Проблема энергосбережения в агропромышленном комплексе является одной из важнейших проблем отраслевой энергетики. Целью настоящей работы является изложение основных положений новой прикладной научной теории, разработанной автором, - прикладной теории энергосбережения в энерготехнологических процессах (ПТЭЭТП).
I. В подсистему языка теории входит алфавит, словарь и формулизм теории.
Алфавит представляет собой список букв и знаков, которые могут быть использованы для написания текстов на некотором математическом языке. Алфавитом ПТЭЭТП являются общепринятые символы и знаки, обозначающие математические действия над ними.
Словарь теории представляет собой список имен всех объектов, входящих в состав теории. Все термины должны описываться символами, предъявленными в алфавите. Словарь ПТЭЭТП составляют следующие понятия (здесь же даны основные определения).
1. Искусственная биоэнергетическая система (ИБЭС) - модель, представляющая в рамках ПТЭЭТП энергетику сельскохозяйственного предприятия с учетом биологического характера объектов воздействия применяемых энерготехнологий.
2. Объекты ИБЭС - характерные элементы, выделяемые в ее структуре.
3. Энерготехнологический процесс (ЭТП) - технологический процесс, в ходе которого производится энергетическое воздействие на объекты ИБЭС.
Структура ИБЭС показана на рисунке.
Рис. Структура искусственной биоэнергетической системы
© С.А. Ракутько
Проблемы энергетики, 2009, № 5-6
Важнейшими объектами ИБЭС и соответствующими им ЭТП являются:
- непосредственно сельскохозяйственный биологический объект (СБО). Назначение потребляемой энергии является непосредственное проведение основного технологического процесса производства продукции для реализации (ЭТП О);
- технические средства обеспечения микроклимата (ТСМ). Потребляемая энергия идет на обеспечение условий жизнедеятельности - обогрев, освещение, вентиляция, кондиционирование и т.п. (ЭТП м );
- биологические и технические средства (БТС) подготовки ЭТПд
обработки СБО. Затраты энергии здесь обусловлены необходимостью предварительной подготовки условий для осуществления основного производственного процесса ( ЭТПп );
- вектор внутреннего состояния Xj (размерностью т ) - набор параметров,
численно характеризующих создаваемые условия жизнедеятельности СБО;
- обобщенные координаты: | - £ - координаты, в которых описываются
изменения составляющих вектора Xj ;
- энергетический блок - абстракция ЭТП или его отдельного этапа;
- характеризующие энергетический блок параметры: энергия на его входе (Qн), выходе (йк), потери (Дй), энергоемкость в ;
- энергосберегающее мероприятие (ЭСМ) - мероприятие любой природы, направленное на эффективное использование энергетических ресурсов;
- коэффициент эффективности ЭСМ кэсм (или I -го этапа ЭСМ кэсм i) -
величина, являющаяся численной мерой эффективности мероприятия;
- продуктивность ИБЭС Р - количество продукта, производимого системой;
- прибыль П - денежное выражение разницы между доходом, получаемым при реализации продукции ИБЭС, и затратами на ее получение.
Формулизм теории (утверждения, формулы и соотношения) связывает понятия, входящие в словарь, с помощью знаков, определенных алфавитом теории. Формулизм ПТЭЭТП составляют следующие соотношения;
1. Уравнение энергетического баланса блока
йн = йк + Л2 .
2. Выражение для энергоемкости в абсолютных единицах
йн, £=—.
й к
Индекс «|» является показателем того, что состояние энергетического блока рассматривается при данных значениях обобщенных координат.
3. Выражение для энергоемкости в относительных единицах
£ = к£8н,
где к £ - коэффициент отклонения энергоемкости; £ н - номинальное значение энергоемкости.
4. Критерий оптимизации функционирования ИБЭС
т mш
-= U ; >--> min .
dXj М X
5. Условие оптимизации
Ö8 m 08 -= 0; М--► min .
dXj j=i dXj
6. Коэффициент эффективности i -го этапа ЭСМ
k эсм i = —, t £ i
где Sj - энергоемкость этапа в базовом варианте его проведения; 8i -энергоемкость этапа при проведении ЭСМ.
7. Функциональные зависимости 8 = f ^ (Z), характеризующие зависимость энергоемкости этапа с параметром | от величины параметра Z.
II. Подсистема аксиом реализует функцию фиксации утверждений формулизма теории как истинных высказываний (постоянные аксиомы) и задает начальные, краевые, граничные условия и ограничения (переменные аксиомы).
Основными аксиомами ПТЭЭТП следует считать следующие.
1. Действие закона оптимума. В соответствии с этим законом любой фактор X, воздействующий на живые организмы, имеет лишь определенные пределы положительного влияния. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности организмов. Функция отклика живого организма от величины воздействующего на организм фактора Px имеет более или менее четко выраженный максимум.
2. Нелинейность функциональной зависимости величины формируемого фактора X от интенсивности энергетического воздействия Q, причем для достижения одинаковых приращений величины формируемого фактора необходимо прилагать все большие приращения интенсивности воздействия. Такая закономерность характерна для процессов, потери энергии в которых увеличиваются с увеличением интенсивности энергетического воздействия.
3. При функционировании ИБЭС соблюдается закон сохранения энергии.
4. Для любого состояния ИБЭС может быть измерена или вычислена энергоемкость ее любого энергетического блока.
5. Зависимость энергоемкости энергетического блока от внешних воздействий однозначно определяется некоторой функциональной зависимостью.
6. В рыночной среде функционирования ИБЭС определяющим параметром ее эффективности является прибыль.
III. Подсистема правил вывода представляет собой список формул, которые являются эквивалентными. В ПТЭЭТП такими правилами являются следующие.
1. Значение энергоемкости n последовательно соединенных энергетических блоков подчиняется мультипликативному закону:
п
в = П в г .
I=1
2. При параллельном соединении п энергетических блоков (с долей потребляемой энергии а г каждым) выполняется аддитивный закон для обратных величин:
1 п а г
-=Е -.
в I=1 в I
3. Коэффициент общей эффективности из п ЭСМ вычисляется по мультипликативному закону:
п
к эсм =П к эсм i .
I=1
IV. Выводы и следствия ПТЭЭТП определяют практическую значимость теории и формы ее реализации в сельскохозяйственном производстве.
1. Проектирование и оценка эффективности отдельных ЭСМ производится на основе энергетического анализа, основой которого является метод конечных отношений (МКО), предложенный и обоснованный д.т.н., проф. В.Н.Карповым [1].
2. Энергосберегающий алгоритм управления ЭТП формируется по критерию поддержания минимального значения энергоемкости ИБЭС в любой момент времени по результатам постоянного мониторинга параметров ЭТП [2].
3. Обоснование режима ЭТП производится по функциональным зависимостям в = /^ (^) путем проведения соответствующих организационно-технических мероприятий [2].
Выводы
Таким образом, прикладная теория энергосбережения в энерготехнологических процессах представляет собой систему поддающихся доказательству универсальных высказываний, позволяющих объяснять энергетическую сущность, устройство и механизмы работы искусственных биоэнергетических систем агропромышленного комплекса, прогнозировать ее поведение, формулировать рекомендации по оптимизации режимов проведения энерготехнологических процессов.
В заключение автор выражает искреннюю признательность своему учителю, д.т.н., профессору В.Н.Карпову (СПбГАУ, г.Пушкин), личные беседы с которым помогли сформулировать изложенные выше положения.
Summary
Applied scientific theory oriented to provision of energy saving in agribusiness power-technological processes (PTP) is offered. On the base of offered theory it is possible: designing and estimation of efficiency of energy saving actions; motivation of mode of undertaking PTP; formation of energy efficiency PTP control algorithm.
Key words: energy saving, applied scientific theory, power-technological process.
Литература
1. Карпов В.Н. Энергосбережение: метод конечных отношений. СПб, 2005.
138 с.
2. Ракутько С.А. Общие принципы энергетического анализа прикладной теории энергосбережения и их практическое применение // Энергетический вестник. СПб: СПбГАУ, 2009. С.90-96.
Поступила в редакцию 13 апреля 2009 г.
Ракутько Сергей Анатольевич - канд. техн. наук, профессор Дальневосточного государственного аграрного университета. Тел. 8-914-5550312. E-mail: [email protected].
