Научно обоснованный анализ всей последовательности энергетических превращений в промышленности существенно важен для успешного проведения активной энергосберегающей политики.
Этот анализ должен начинаться от первичных энергоресурсов и сырья, а завершаться на стадии вторичных ресурсов и отходов с учетом их экологических воздействий.
Большое внимание, уделяемое в последнее время энерго - и ресурсосбережению, вызвано, в первую очередь, тем, что выявились проблемы, связанные с ограниченностью природных ресурсов. К тому же имеет значение неравномерность расположения топливно - энергетических ресурсов в различных регионах, истощение наиболее богатых месторождений топлива, общее повышение цен на мировом топливном рынке.
В среднем по нашей стране потенциал энергосбережения составляет 30-35% потребления различных видов энергии, а затраты на любое энергосберегающее мероприятие в 2-3 раза меньше, чем на добычу и производство энергоресурсов. Этим объясняется актуальность проблемы энерго-и ресурсосбережения.
Энерго- и ресурсосбережение - это возможность получения дополнительного эффекта за счет более полного использования исходного продукта. Оно может способствовать увеличению выпуска продукции, повышению его качества, улучшению условий труда. Энергосбережение должно быть основой процессов выработки, передачи и использования энергии. Наиболее технически сложным является энергосбережение при выработке энергии, т.к. требует создания специальных энергосберегающих технологии и оборудования.
Возможность и эффективность использования энерго- и ресурсосберегающих мероприятий определяется на основе результатов комплексного анализа технических систем.
В современной технике важное место занимают объекты и схемы, создание и усовершенствование которых требует использования термодинамических методов исследования.
В термодинамике применяются два подхода к исследованию энергетических превращений в технических системах.
Первый подход связан с различными методами использования прямых и обратных циклов. Эти методы позволяют на основе баланса системы, в которой совершается цикл, вычислить характеризующие его коэффициенты преобразования энергии (термический КПД, холодильный или тепловой коэффициенты и т.д.) и сопоставить их с коэффициентами соответствующих идеальных циклов или цикла Карно. Сопоставление циклов позволяет также представить направление, в котором нужно менять форму цикла, чтобы повысить его энергетическую эффективность.
Существенным недостатком данных методов является то, что каждый раз специально для данного случая должен быть выбран соответствующий цикл.
Второй подход основан на использовании термодинамических потенциалов для анализа процессов превращения энергии в различных системах. Применяя понятие потенциала, можно оценить работоспособность вещества и энергии в любой точке рассматриваемой системы независимо от ее вида, структуры и сложности.
Для решения задачи использования потенциалов применительно к анализу технических систем нужно располагать термодинамическими функциями, которые бы однозначно характеризовали работоспособность, энергетическую ценность потоков вещества и энергии при заданных внешних условиях.
Для технических приложений термодинамики важны не только параметры процессов внутри системы, но и результаты взаимодействия потоков энергии и рабочих тел с ее внешним окружением.
Нахождение термодинамических потенциалов в общем случае должно производиться по отношению к равновесной части окружающей системы - окружающей среде, которая играет роль уровня отсчета для любых потенциалов. Равновесной частью окружающей среды могут быть атмосфера, морская вода, грунт, космическое пространство.
Соответственно и термодинамические функции, предназначенные для проведения анализа в заданных условиях, должны включать в себя наряду с параметрами рабочего тела или потока энергии еще и параметры равновесной окружающей среды. Тогда эти функции могут выполнять роль потенциалов, позволяющих в любом случае определить энергетические ресурсы системы или ее части, пригодные для получения работы в данных условиях окружающей среды.
Величина, определяющая пригодность к действию (работоспособность) ресурсов вещества и энергии, была названа эксергией, а функции, определяющие ее значение, - эксергетическими функциями.
Понятие «работоспособность» и «эксергетический метод анализа» были впервые упомянуты в литературе ещё в 1870 году, и только начиная с 50гг.прошлого века в термодинамике выделился в самостоятельное направление специальный раздел, связанный с понятием эксергии.
В отличие от понятия энергии, связанного с фундаментальными свойствами материи, понятие эксергии является частным, характеризующим одну из сторон энергии - ее превратимость, пригодность в данных условиях окружающей среды, параметры которой не зависят от воздействия рассматриваемой системы. Эксергия позволяет решать широкий круг технических и технико-экономических задач на основе единой, логически последовательно построенной методики термодинамического анализа.
Термодинамический анализ технических систем, как объектов, представляет собой метод термодинамического исследования систем как в целом, так и посредством расчленения их на составные части с целью получения наиболее полной информации о процессах преобразования энергии, происходящих в таких системах.
Технические системы, для которых целесообразно проведение термодинамического анализа, имеют следующие особенности:
1.Это системы, в которых энергетические превращения изучаются посредством второго закона термодинамики т.е., характеризуются энтропией. Технические системы типа механических, электромеханических и электрических не изучаются методами термодинамического анализа.
2.Действие технических систем должно происходить в условиях взаимодействия с равновесной окружающей средой, параметры которой (состав, температура, давление), не зависят от действия системы. Вместе с тем, эти параметры оказывают определяющее влияние на характеристики системы.
Термодинамические параметры системы, необходимые для проведения анализа, получают либо в эксперименте, либо расчетным путем. Минимальное число этих параметров должно быть таким, чтобы для изучаемой системы и любой анализируемой её части можно было составить материальный, энергетический и эксергетический балансы. Последний вид баланса основан на первых двух.
Метод термодинамического анализа сводится, в конечном счете, к операциям, проводимым в 2 этапа:
– путем логической абстракции в зависимости от целей исследования для анализа выделяют любую часть, включающую элемент или группу элементов рассматриваемой системы, и составляют соответствующие эксергетические балансы;
– для каждой анализируемой части системы в целом на основе эксергетических балансов составляются термодинамические характеристики двух видов – абсолютные и относительные. Первые дают величины эксергии различных видов на входе (расход) и на выходе (производительность), а также значения потерь; вторые – показывают степень термодинамического совершенства (КПД всех видов) и относительные значения данной части во всей системе.
Для нахождения перечисленных характеристик разработан комплекс как аналитических, так и графических приемов, составляющих основную часть методики анализа.
Результаты проведенного анализа могут быть использованы не только для характеристики энергетических превращений системы, но и еще, по крайней мере, в двух направлениях:
- первое основано на том, что термодинамический анализ непосредственно связан с синтезом. Методы термодинамического анализа позволяют решать некоторые задачи, включающие элементы синтеза новых процессов, а также термодинамической оптими- зации;
-второе опирается на то, что между термодинамическими и экономическими величинами имеются определенные объективные связи. Эти связи носят сложный характер. В частности, экономический оптимум, как правило, не совпадает с оптимумом термодинамическим. Лучшая установка не всегда та, которая в термодинамическом отношении наиболее совершенна.
В целом, связи между термодинамическими и экономическими характеристиками могут быть использованы для решения сложных технико-экономических задач.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему