СПОСОБ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ В ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
METHOD OF SAVING ENERGY IN ENERGOTECHNOLOGICAL PROCESSES

Изобретение относится к энерготехнологическим процессам (ЭТП) получения продукции, основанным на получении и преобразовании энергии на различных этапах ЭТП, и может быть использовано для энергосбережения в этих процессах.
Известно понятие энергосбережения [Российская Федерация. Законы. Об энергосбережении: федер.закон: [принят Гос. Думой 13 марта 1996 г.: одобр. Советом Федерации 20 марта 1986 г.: в ред. Федерального закона от 05.04.2003 N 42-ФЗ]], в соответствии с которым энергосбережение - это реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов.
Известен способ энергосбережения, предусматривающий соблюдение показателей энергетической эффективности оборудования [ГОСТ Р 51749-2001. Энергосбережение. Энергопотребляющее оборудование общепромышленного применения. Виды. Типы. Группы. Показатели энергетической эффективности. Идентификация. Введ. 2002-01-01].
Недостатком этого технического решения является невозможность воспользоваться установленными для различных видов оборудования показателями его общей энергетической эффективности для проведения анализа энергопотребления на отдельных этапах или стадиях технологического процесса, выполняемого данным оборудованием.
2
Известен способ энергосбережения в технологическом процессе [А.с. 535553 СССР, М. Кл. G02D 23/19. Способ управления технологическим процессом / Люлин Н.Р., Макаревич О.Я, Пономарев В.Е. №2089159/24; заявл. 30.12.74; опубл. 15.11.76. Бюл.42.], в котором для многостадийного процесса измеряют расходы потока сырья на входе и выходе каждой стадии технологического процесса. Управление эффективностью ТП производится на основании единого параметра - расходного коэффициента сырья, представляющего собой отношение количества сырья на начале каждой стадии к количеству сырья на выходе каждой стадии.
Недостатком данного технического решения является отсутствие учета энергосодержания материального носителя на стадиях технологического процесса, что не позволяет в полной мере добиться энергосбережения.
7
Наиболее близким техническим решением является способ энергосбережения [Пат.2212746 Российская Федерация, МПК H02J 2/06. Способ контроля и управления энергопотреблением / Карпов В.Н., Беззубцева М.М., Петров В.Ф.; заявители Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Карпов В.Н., патентообладатели Санкт-Петербургский государственный аграрный университет, Карпов В.Н. №2001118101/09; заявл. 29.06.2001; опубл. 20.09.2003.] за счет контроля и управления энергопотребления, в котором разбивают всю энергетическую систему потребителя по видам энергии на элементы (в качестве которых могут быть энерготехнологические процессы получения продукта, энергетические линии, узлы энергетической сети); устанавливают измерители энергии перед каждым элементом и измеряют энергию на каждом элементе; определяют относительную энергоемкость элементов; определяют удельную энергоемкость продукта; минимизируют ее за счет регулирования режимов или замены элементов.
Недостатком известного технического решения является необходимость вычисления удельной энергоемкости продукта, а также тот факт, что при регулировании или замене элемента, из-за увеличения относительной энергоемкости которого произошло возрастание энергоемкости продукта, влияет также на энергоемкость других продуктов. Кроме того, многостадийный энерготехнологический процесс получения продукта при таком подходе описывается одним элементом, что не позволяет оптимизировать проведение всех этапов этого процесса.
Техническим результатом изобретения является обеспечение энергосбережения на основе оптимизации энергосберегающих мероприятий по всем этапам ЭТП.
Способ энергосбережения в энерготехнологических процессах заключается в следующем: разбивают весь энерготехнологический процесс на этапы его проведения; устанавливают измерители энергии и измеряют или вычисляют энергию на каждом этапе; определяют энергоемкость этапов в исходном варианте проведения ЭТП; намечают энергосберегающие мероприятия, в качестве которых могут выступать регулирование параметров, изменение режимов, замена элементов, прочие технические, технологические, производственные, организационные меры, направленные на повышение эффективности данного этапа ЭТП; определяют энергоемкости этапов при внедрении намеченных ЭСМ; вычисляют коэффициенты эффективности j-го варианта ЭСМ для i-го элемента ЭТП по формуле:
,
i
где ε - энергоемкость i-го этапа в исходном варианте его проведения;
- энергоемкость i-го этапа после внедрения j-го варианта ЭСМ.
ЭТП проводят применением таких ЭСМ на каждом этапе, чтобы его общий коэффициент эффективности, вычисляемый по формуле
,
принимал максимальное значение.
Новые существенные признаки:
1. Намечают энергосберегающие мероприятия, в качестве которых могут выступать регулирование параметров, изменение режимов, замена элементов, прочие технические, технологические, производственные, организационные меры, направленные на повышение эффективности данного этапа ЭТП; определяют энергоемкости этапов при внедрении намеченных ЭСМ.
2. Вычисляют коэффициенты эффективности j-го варианта ЭСМ для i-го элемента ЭТП по формуле:
,
i
где ε - энергоемкость i-го этапа в исходном варианте его проведения;
- энергоемкость i-го этапа после внедрения j-го варианта ЭСМ.
3. ЭТП проводят применением таких ЭСМ на каждом этапе, чтобы его общий коэффициент эффективности, вычисляемый по формуле
,
принимал максимальное значение.
Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными позволяют получить технический результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.
На фиг.1 в общем виде показана типичная схема последовательного энерготехнологического процесса, разбитого на n этапов. На фиг.2 показана схема такого же энерготехнологического процесса с примерами численных значений энергоемкостей этапов.
i
Измерением или вычислением на основании уравнений энергетического баланса определяют значения энергоемкостей ε для каждого i-го этапа при исходном варианте его проведения.
Намечают энергосберегающие мероприятия различной природы, которые позволяют провести отдельные этапы ЭТП с большей эффективностью, чем в исходном варианте его проведения.
Измерением или вычислением определяют значения энергоемкости  для каждого i-го этапа после внедрения j-го варианта ЭСМ.
Вычисляют коэффициенты эффективности j-то варианта ЭСМ для i-го элемента ЭТП по формуле:
,
i
где ε - энергоемкость i-го этапа в исходном варианте его проведения;
- энергоемкость i-го этапа после внедрения j-го варианта ЭСМ;
Множество альтернативных вариантов проведения i-ых этапов ЭТП образует направленный граф j-ых вариантов. Характеристикой каждой ветви графа являются значения найденных коэффициентов эффективности ЭСМ. ЭТП проводят применением таких ЭСМ на каждом этапе, чтобы его общий коэффициент эффективности, вычисляемый по формуле
,
принимал максимальное значение.
Таким образом, задачей оптимизации ЭТП является нахождение оптимального маршрута на графе альтернативных вариантов проведения ЭСМ. Данная задача не сводится к последовательному выбору на каждом этапе ЭТП элемента с наименьшим значением энергоемкости (т.е. обеспечения ЭСМ путем регулирования параметров, изменения режимов, замены элементов и т.д), т.к. при дальнейшем движении по графу в общем случае на других этапах за этой ветвью могут следовать элементы, вклад которых в общую энергоемкость процесса превышает эффект от снижения энергоемкости на рассматриваемом этапе.
I
II
III
Пример. На основании анализа технологии получения конечного продукта некоторый ЭТП представлен последовательностью трех этапов (фиг.2). Измерением или вычислением находят значения энергоемкости каждого этапа в исходном варианте проведения ЭТП, например ε=1,5; ε=1,7; ε=1,6. Намечают ряд энергосберегающих мероприятий (A…Q): на первом этапе - А, В, С; на втором этапе - D, Е, F, G; на третьем этапе - Н, К, L, Р, Q. Вычисляют значения величин энергоемкости этапов при проведении соответствующих ЭСМ, например: ; ; . Вычисляют коэффициенты эффективности вариантов проведения ЭСМ (на фиг.2 они показаны справа от соответствующего варианта ЭСМ). Вычисляют общий коэффициент эффективности для различных ветвей графа. Максимальное его значение  наблюдается при реализации последовательности вариантов А→Е→К. Таким образом, для достижения наибольшего энергосбережения на первом этапе следует применять мероприятие А, на втором - мероприятие Е, на третьем - мероприятие К.
Численный пример наглядно показывает, что задачей оптимизации ЭТП является нахождение оптимального маршрута на графе альтернативных вариантов проведения ЭСМ. Данная задача не сводится к последовательному выбору на каждом этапе ЭТП элемента с наименьшим значением энергоемкости (т.е. обеспечения ЭСМ путем регулирования параметров, изменения режимов, замены элементов и т.д). Так, на первом этапе минимальное значение энергоемкости наблюдается при выборе варианта В. Однако при дальнейшем движении по графу на других этапах за этой ветвью следуют элементы, вклад которых в общую энергоемкость процесса превышает эффект от снижения энергоемкости на первом этапе. Общий коэффициент ЭСМ при этом равен 1,75, что меньше максимально возможного значения 2,02.