Опыт применения энергосберегающих технологий на объектах теплопотребления и анализ их эффективности

Виноградов А.Н.

ИПУ ДВО РАН

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ОБЪЕКТАХ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ И АНАЛИЗ ИХ ЭФФЕКТИВНОСТИ

Чрезвычайно острые и широко известные проблемы топливно-энергетического комплекса страны, а так же постоянный рост тарифов побуждают теплопотребляющие организации искать способы энергосбережения, позволяющие снизить оплатуза потребляемые энергоресурсы. В последние годы идет прогрессирующий процесс установки приборов учета тепловой энергии, которые позволяют количественно оценить теплопотребление, но не приносят энергосберегающего эффекта.Существует целый ряд энергосберегающих мероприятий,которые уже многократно апробированы и не вызывают сомнений в их эффективности. Одним из них является применение автоматизированных систем погодозависимого регулирования отопительной нагрузкой(рисунок 1). Энергосбережение в такой системе достигается регулированием сетевого расхода теплоносителя на отопление в зависимости от температуры наружного воздуха при сохранении комфортной температуры в помещениях за счет циркуляционного насоса.

С постоянным ростом интеграции вприборостроении усовершенствуются и контроллеры, в них добавляются новые настроечные параметры, позволяющие оптимально адаптировать систему к объекту, на котором она эксплуатируется. В большинстве случаев тепловые процессы имеют определенную инерционность, поэтому результаты настройки режима работы системы не всегда возможно отследить за короткий промежуток времени. Использование подобных систем автоматического регулирования совместно с информационно-аналитической системойпозволяет, помимо оптимизации процессов регулирования, решать и другие немаловажные задачи, такие как контроль за технологическими процессами, работой оборудования, оценка эффективности энергосбережения и др.

Рисунок 1

Рассмотрим некоторые примеры адаптации режимов работы распределенных систем погодного регулирования теплопотреблением объектов завода «Дальприбор»с использованием программных модулей информационно -аналитическойсистемы.

Функциональная схема программно-аппаратного комплекса представлена на рисунке 2. Завод представляет собой комплекс зданий, оснащенных системами измерения и автоматического погодного регулирования. Объекты, входящие в состав завода, имеют три независимых тепловых ввода подключения к тепловой сети города и оборудованы приборами учета тепловой энергии. Четыре объекта (цех «62, 64», корпус 4 «1 этаж», «2-4 этаж», корпус «АБП») подключены через общий тепловой ввод. Данные с приборов учета и датчиков, подключенных к контроллеру управления, поступают в центральный сервер сбора для формирования базы данных. Помимо функций сбора на центральном сервере организовано АРМ диспетчера, позволяющее осуществлять мониторинг изменения параметров технологического процесса в реальном времени, дистанционно изменять режимы автоматического регулирования и анализировать получаемые данные с использованием модулей информационно-аналитической системы. Синхронизация с базой данных сервера сбора для других компьютеров осуществляется по Internet локальной сети.

Информационной базой системы мониторинга, управления и анализа является ретроспективная информация об измеренных параметрах, получаемая из архивов приборов учета и контроллеров, которые преобразуют сигналы от датчиков в цифровой вид в режиме мониторинга.

Настройка параметров пропорционально-интегрального регулирования.Архивные данные, считываемые с приборов учета, в большинстве случаев не позволяют в полной мере контролировать качество процесса автоматического регулирования теплопотребления, поскольку изменения регулируемых парамет-ровпроисходят на порядок быстрее, чем часовой период архивирования в теплосчетчике. Намного более пригодной для анализа является информация, считываемая непосредственно с контроллера при мониторинге объекта. Дискретность получаемых данных об изменении параметра в этом случае ограничивается только временем опроса каждого датчика.

Как видно из рисунка 3а, где представлен график изменения регулируемой температуры во времени, было замечено, что периодически исполнительный механизм входит в режим колебаний.Колебательный режим регулирующегоклапана негативно сказывается на надежности всей системы, так как значительно увеличивает вероятность её отказа. Модуль графического представления данных позволяетопределить период колебаний и рассчитать коэффициенты ПИ-регулирования рисунке 36.

Настройка энергосберегающих режимов.Рассматриваемые объекты являются производственными, поэтому отсутствие людей в помещениях ночьюпозволило использовать энергосберегающий режим день/ночь. Данный режим дает возможность снижать температуру в помещениях в ночные часы, а перед приходом людей поднимать до уровня комфортной. Используя возможность задания расписания снижения температуры для каждого дня недели, учитывая выходные и праздничные дни, можно добиться дополнительного энергосберегающего эффекта. Количественно оценить эффективность такого режима достаточно сложно, а существующие методы оценки нам не известны, но по относительным показателям, таким как зависимость тепловой энергииот температуры наружного воздуха,можно сравнить два энергосберегающих режима. На Рисунках 4а и 4б приведены зависимости для периодов регулирования тепловой нагрузкой без снижения температуры в ночные часы и соответственно со снижением.В первом случае наблюдаемый прирост тепловой энергии составляет 0,0541 Гкал на 1°С изменения температуры наружного воздуха, для второго режима 0,0438 Гкал/°С. Таким образом введение вышеописанного энергосберегающего режима позволило дополнительно сэкономить в среднем до 19% тепловой энергии.

Основное требование при энергосбережении - это сохранение постоянства комфортных условий в помещениях здания при нахождении в них человека, независимо от изменения температуры наружного воздуха. Поэтому конечным результатом регулирования теплопотребления в такой системе является температура воздуха внутри помещения.

Из представленного на Рисунке Бграфика изменения регулируемой температуры^теплоносителя,подаваемого непосредственно в систему отопления,и температурывоздуха внутри помещения&вп видно, что задание времени понижения температуры в помещениях наиболее оптимально в часы максимальной солнечной активности (приблизительно в 16 часов),поскольку происходит аккумулирование тепловой энергии зданием, т. е. процесс снижения температуры в помещении идет с запаздыванием (в данном случае на 2 часа после включения ночного режима), в противном случаепро-исходит перерегулирование внутренней температуры воздуха на 1-2 градуса.

Оценка экономического эффекта применение энергосберегающих технологий. Не менее важным при внедрении энергосберегающих технологий является оценка экономического эффекта. Тепловой и гидравлический режим объекта, и, как следствие, потребление тепловой энергии для каждого отопительного сезона различны и в основном зависят от фактических температур наружного воздуха и температуры теплоносителя. Поэтому для оценки экономического эффекта применяется модель теплопотребления объекта без регулирования тепловой нагрузки, которая позволяет рассчитать теплопотребление для фактических параметров периода с регулированием. Таким образом, сравнивая измеренные значения, полученные по результатам регулирования и значения теплопотребления рассчитанные по модели, можно оценить экономический эффект от внедрения автоматической системы регулирования для конкретного объекта [1]. На рисунке 6 приведена иллюстрация модуля информационно-аналитической системы «Зависимости», при построении модели объекта Q=f(Mi, ti), где Q-количество потребленной тепловой энергии, М1, ti- расход и температура теплоносителя.

Заключение. Основнойэффектотвнедрения энергосберегающих технологий с использованиеминформаци-онно-аналитическихсистемзаключаетсявтом,

чтоихприменениепозволяетобеспечитькачественноновыйуровеньуправлениятехнологическимипроцессамипотр еблениятепловыхресурсовсиспользованиемоборудованияновогопоколенияисовременныхинформационныхтехнол огий.Возможностиподобных программно-аппаратных

комплексовориентированынаобеспечениебесперебойногоикачественноготеплоснабжения, поддержаниеопти-

мальных (энергоэффективных) эксплуатационныхрежимовобъектовтеплоэнергетики.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кузнецов Р.С.Использование регрессионных моделей в информационно-аналитических системах объектов теплоэнергетики [Текст]/Р.С. Кузнецов, В.П. Чипулис // Труды международной научнопрактической конференции «Передовые информационные технологии, средства и системы автоматизации и их внедрения на российских предприятиях » 4-8апреля, 2011г. - Москва. -С. 400-405.