Введение к работе
Актуальность работы
Согласно утвержденной распоряжением правительства РФ № 1234-р от 28 августа 2003 года энергетической стратегии России на период до 2020 года энергоемкость выпускаемой продукции необходимо уменьшить к 2010 году на 27 %, а к 2020 году - на 55 %. В связи с этим промышленным предприятиям необходимо определять фактическое энергопотребление на основе измерений. На основании требований Федеральных законов № 102-ФЗ «Об обеспечении единства измерений» и № 28-ФЗ «Об энергосбережении» и в условиях роста цен на энергоносители энергогенерирующие предприятия и потребители энергии заинтересованы в повышении точности средств, используемых для измерений энергии теплоносителя.
В России широкое распространение получили открытые системы теплоснабжения, характеризующиеся наличием невозврата теплоносителя в систему теплоснабжения, в основном, вследствие его поступления на горячее водоснабжение (ГВС).
Измерения потребленной энергии теплоносителя осуществляются измерительным каналом (ИК) энергии, входящим в состав измерительной системы, по используемому в нем уравнению измерений. К настоящему времени разработаны и утверждены типы более 1 000 измерительных систем, имеющих в своем составе конфигурации ИК энергии для открытых систем теплоснабжения, реализующие около десятка различных уравнений измерений.
Так как погрешность ИК энергии зависит от погрешности значительного количества ИК параметров теплоносителя, используемого в нем уравнения измерений, а у конфигураций ИК энергии для открытых систем теплоснабжения -и от режима потребления энергии, ее определение экспериментальными методами технически сложно и экономически дорого. При этом существующие способы расчета погрешности ИК энергии дают различные результаты.
Существование различных точек зрения о величине, измеряемой в системах теплоснабжения (количество теплоты или энергия), значительное количество уравнений измерений и способов расчета погрешности ИК энергии, а так-, же отсутствие первичного эталона энергии теплоносителя усложняет сопоставление погрешности ИК энергии измерительных систем разных изготовителей.
Таким образом, для формирования условий эффективного производства и потребления энергии актуальными задачами являются: разработка и исследование модели точности ИК энергии и модели распределения потребленной энергии на отопление и на ГВС, а также разработка принципа распределения небаланса энергии между производителем и потребителем. Решение этих задач, предложенное в работе, позволяет формировать оптимальные по точности ИК энергии, определять оптимальные по критерию точности режимы потребления энергии и дает возможность объективно распределять небаланс энергии между производителем и потребителем.
/
/
Цель работы и задачи исследований
Цель работы - повышение точности измерений потребленной энергии и эффективности ее распределения в открытых системах теплоснабжения. Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
провести анализ уравнений измерений, соответствующих им конфигурации ИК энергии и способов расчета их погрешности;
разработать и исследовать модель точности ИК энергии, сформировать с помощью модели оптимальные по точности и стоимости конфигурации ИК энергии;
провести экспериментальные исследования, подтверждающие результаты, полученные с помощью модели точности ИК энергии;
разработать и исследовать модель распределения потребленной энергии на отопление и на ГВС;
разработать принцип распределения небаланса энергии между производителем и потребителем.
Методы исследований
При решении задач, поставленных в работе, использовались методы технической термодинамики, математического анализа, теории измерительных систем, теории погрешностей, а также имитационного моделирования при экспериментальных исследованиях.
Научная новизна:
предложена модель, устанавливающая зависимость погрешности измерительных каналов энергии различных конфигураций от погрешности измерительных каналов параметров теплоносителя и режима потребления энергии, выраженного через предложенный коэффициент невозврата теплоносителя и коэффициент понижения его температуры;
экспериментально подтверждены результаты, полученные с помощью модели точности измерительных каналов энергии. Установлены вклады погрешности измерительных каналов каждого из параметров теплоносителя в погрешность измерительных каналов энергии;
предложена модель, отражающая зависимость составляющих энергии теплоносителя, потребляемых системой отопления и системой ГВС в открытых системах теплоснабжения, от режима потребления энергии в виде коэффициента распределения энергии на отопление и коэффициента распределения энергии на ГВС;
предложен принцип распределения небаланса энергии в системах теплоснабжения между производителем и потребителем, основанный на зависимости от точности используемых ими измерительных каналов энергии.
Практическая значимость:
- модель точности дает возможность формировать оптимальные по точно
сти и стоимости конфигурации измерительных каналов энергии при проектиро
вании, а также проводить анализ точности измерительных каналов энергии при
эксплуатации;
модель распределения потребленной энергаи дает возможность рассчитывать составляющие энергии, потребляемые системой отопления и системой ГВС, и определять оптимальные по критерию точности режимы потребления энергии для системы отопления и системы ГВС;
принцип распределения небаланса энергии дает возможность распределять небаланс энергии в системах теплоснабжения между производителем и потребителем в соотношении, зависящем от точности используемых ими измерительных каналов энергии.
Реализация результатов работы:
на основе модели точности ИК энергии разработана методика расчета погрешности ИК энергии комплексов учета энергоносителей ТЭКОН-20К, разработанных ООО «ИВП Крейт», Госреестр СИ РФ № 35615-07. Результаты внедрены при выполнении НИР «Испытания для целей утверждения типа комплексов учета энергоносителей ТЭКОН-20К»;
сформированы оптимальные по точности и стоимости конфигурации ИК энергии измерительных комплексов ЭЛЬФ, разработанных ООО «НПП Урал-технология», Госреестр СИ РФ № 32552-06;
результаты работы использованы в разработанном с участием автора в рамках программы национальной стандартизации на 2007 г. (поз. 3.1.0.053-1.001.07) национальном стандарте ГОСТ Р 8.642-2008 «ГСИ. Метрологическое обеспечение измерительных систем узлов учета тепловой энергии. Основные положения»;
результаты экспериментального исследования программного обеспечения «Модель точности ИК энергии теплоносителя» подтверждены свидетельством об аттестации программного обеспечения № РТ.221.003-08.
Основные научные положения, выносимые на зашиту:
. - предложенная модель точности устанавливает зависимость погрешности измерительных каналов энергии от погрешности измерительных каналов параметров теплоносителя и режима потребления энергии через коэффициент невозврата теплоносителя и коэффициент понижения его температуры и дает возможность формировать оптимальные по точности и стоимости конфигурации измерительных каналов энергии;
предложенная модель распределения потребленной энергии отражает зависимость коэффициентов распределения энергии на отопление и на ГВС от режима потребления энергии через коэффициент невозврата теплоносителя и коэффициент понижения его температуры и дает возможность определять оптимальные по критерию точности режимы потребления энергии для системы отопления и системы ГВС;
предложенный принцип распределения небаланса энергии устанавливает зависимость распределения небаланса энергии в системах теплоснабжения между производителем и потребителем от точности используемых ими измерительных каналов энергии и является критерием для повышения их точности.
Апробация работы
Результаты диссертационной работы докладывались на IX Всероссийской научно-технической конференции «Метрологическое обеспечение учета энергетических ресурсов» (Сочи, май 2007 г.), на IV Международной научно-технической конференции «Метрологическое обеспечение измерительных систем» (Пенза, октябрь 2007 г.), а также на заседаниях научно-технического совета Уральского научно-исследовательского института метрологии (г. Екатеринбург), Сибирского государственного научно-исследовательского института метрологии (г. Новосибирск) и семинарах, проводимых в Сибирской государственной геодезической академии (г. Новосибирск).
Публикации
Основное содержание диссертации отражено в 7 научных статьях, 3 из которых опубликованы в журналах, входящих в перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, определенных ВАК Минобрнауки РФ.
Структура и объем работы
