Обобщенная междисциплинарная образовательная модель управления энергосбережением

В.И. Игонин, 

проф. каф «ТГВС», д. т. н., проф., 

А.С. Пешков,

доц. каф. «АВТ», к.т.н., gasproject@mail.ru
ВоГТУ, г. Вологда

Настоящий алгоритм  построен на представлении  «человекомерности» технической энергосистемы. Он  сформулирован без предварительно принятых положений и постулатов.  Показана примерная схема наполнения пространств энергетического состояния двух реальностей объекта - в технической существующей и субъективной рис.1,рис.2. Законы  системности  окружающего мира предполагают существование обобщенных показателей для открытых человекомерных систем. Например, потенциал энергосбережения для административного здания или энергетической заводской системы. Принимая понятие обобщенности такого типа, укажем на возможность  составления моделей  по единому алгоритму.

Субъект создает разные по своему составу  энергосистемы. Все они предназначены для одной цели: осуществлять выработку, передачу,  распределение и потребление электрической, тепловой, механической и других форм энергии.

Поскольку ОЭС (обобщенная энергетическая система) связана с окружающей средой, то даже в постановочном варианте создание такого алгоритма является практически нерешаемой напрямую задачей. Для достижения поставленной цели удобно применить понятия энергетического пространства состояния.

Построение обобщенной модели начинается с формирования начальных условий определяющих состояния объекта в момент времени   . Последующие состояния организуются    субъектом одно за другим  в моменты времени, например ,  …  (рис.1).

Пусть множества из группы параметров характеризует функционирование ОЭС от начального состояния  до . (1). Субъект выбирает шаг  квантования или дискретности при  ограничениях, связанных с особенностями поведения  предполагаемой функции. Это необходимо для более полного представления энергетического состояния системы. Энергосостояние системы от начального состояния Э0 меняется под воздействием условий принуждения . Каждый блок в структурной схеме реагирует на  условия принуждения и меняет свое состояние например на состояние Э1. Таким образом, субъект формируют поле состояний в пространстве и во времени через начальные условия и условия принуждения.

Поле состояний аппроксимируется функциональными параметрическими уравнениями, например, для действительной и нормативной реальностей. Что позволяет полные реальности сравнивать  по энергетическому наполнению. Субъект также может сравнивать предыдущую и последующую реальности в одном процессе, например, при организации итерационной процедуры (рис.1).

рис. 1. К построению энергетического пространства состояния

                       (1)

Чтобы приобрести свойство общности модели для моделирования множества разнообразных систем удобна следующая  классификация параметров функциональной модели. Субъект выделяет среди параметров ОЭС следующие  векторы: это векторы входных, внутренних, внешних, выходных параметров соответственно (2).

, ,,  где , , , , , ,,  , .                                  (2)

Тогда функциональные уравнения относительно выходных обобщенных энергетических параметров   удобно представить в виде (3),(4)             ,                                   (3)

     ,                             (4)

где оператор F1S.  указывает на закон, которому подчиняется модель исследуемой системы в момент τ=t. ,  выходная траектория изменения энергетического пространственного состояния под воздействием параметров  x, 𝒗 , h принадлежащих  и начальных условий  .

Покажем удобство такой обобщенной записи для иллюстрации энергосостояния обобщенной структуры. После энергообследования энергетической системы и обработки его результатов апостериорная (действительная) полная модель имеет вид (5)

                    (5)

Это пространство состояния отображает действительно существующее полное энергетическое пространство состояние первичной реальности объекта.

Модель вторичной нормативной  реальности имеет вид (6)

.                               (6)

Две функции выходных траекторий  одной и той же (ОЭС) записанные в одной и той же обобщенной форме допускают сравнение полученных энергетических состояний. Однако нормативная реальность на данный момент может устареть. Тогда за образец сравнения мы можем взять модель реальности наилучшего образца  (7).

               (7).

В результате субъект выбирает ту модель, которая дает минимум энергетической невязки по сравнению с состоянием лучшего образца. Например, имеем три формулы сравнения невязок (8), (9), (10)

                                          (8),

                                (9),

.                                      (10)

Проведя процедуру сравнения, субъект определяет  лучшую модель в смысле экономии энергии по полученному  потенциалу энергосбережения и из условий минимума скорости  отклонения невязки  энергетических состояний ЭСУ (12).

  .                                                       (12)

рис.2 Сравнение энергетических траекторий

Субъект может сравнивать энергетические состояния конструктивно разных систем  и тем самым знать   конкурентную их способность, деградирует система или развивается (5). Действительно, если за весь период анализа соблюдается условие (12), т.е. энергетическое пространство ЭС находится в заданном режимном состоянии, то можно говорить об отсутствии незапланированного изменения количества энергии.

Если условия (12)   не соблюдаются,  то субъект   может  судить о потерях или недостатке энергии и о том, что объект переходит на новый режим работы. 

Если потери энергии увеличиваются, то нужно принять необходимые меры: предложить энергосберегающие или энергодополняющие  мероприятия и запланировать соответствующие инвестиции для устранения обнаруженного состояния ЭС У(13).

                              (13)

Проведя  оценку  потерь энергии субъект должен  заменить теряемое количество энергии, на эквивалентное, которое соответствует тому количеству энергии, которое предполагает внедрению того или иного   энергосберегающего мероприятия.

Условие (12) субъект может выполнить планово. В этом случае план инвестиций согласуется с  темпом изменения энергии в системе. Тогда в запланированное время запланированная сумма вложений в нужное для ЭС время приведет к выполнению условия (12).

Программы энергосбережения имеют социальный характер и их пишет  субъект, который должен знать, как это делать[2].  Привлекательно выглядит тот момент, что алгоритм построения модели для любой энергетической системы примерно одинаков.

Литература

1.  Игонин, В.И. Технологические особенности энергообследования зданий, сооружений и инженерных сетей. // Курс лекций.  – Вологда: ВоГТУ, 2012. – 104с.

2.  Игонин, В.И. Методология научных исследований и научно-техническое развитие «субъекта» // Методическое пособие для магистров.  – Вологда.  ВоГТУ, 2013. – 111с.