Пример расчета и оформления работы
1. В результате экологического контроля были получены данные об изменении параметра C( t) в зависимости от параметра t. Эти данные представлены в следующей таблице.
| n | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 |
| t час | 0,2 | 0,5 | 1,0 | 2,0 | 2,5 | 3,5 | 4,0 | 5,0 | 5,5 | 6,5 | 7,0 | 8,0 | 8,5 | 9,5 |
| C(t) мг/л | 3,5 | 2,5 | 2,0 | 1,7 | 1,75 | 1,7 | 1,73 | 1,6 | 1,6 | 1,5 | 1,65 | 1,5 | 1,56 | 1,45 |
2. Построение графиков экспериментальной и теоретической зависимости (процедура сглаживания на рисунке не показана)
C ( t )
3,0
C эксп = C( t)
C теор = C( t)
2,0
2 4 6 8 10 12 t
Рис. Экспериментальная и теоретическая зависимости С = C( t)
3. Определение аналитического вида исследуемой зависимости.
Предполагаемый вид зависимости – гиперболический, то есть
где
Обозначив y= C( t) и x= t, вычисляются значения параметров a и b
Таким образом, аналитический вид исследуемой зависимости C = С( t) будет таким 
. График этой зависимости показан на рисунке.
Выводы: анализ визуального сравнения графиков теоретической и экспериментальной зависимостей показывает достаточно точное их совпадение.
|
|
|
ОЦЕНКА СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ
Каждый способ получения энергии характеризуют первоначальный источник энергии, способ ее преобразования в тот вид, который непосредственно используется людьми, способ передачи и возможность хранения энергии.
В целом первоначальная энергия может находиться в следующих состояниях:
- в виде энергии молекулярных и ядерных связей (связанная энергия);
- в виде энергии потока воды или воздушных масс;
- в виде солнечной энергии.
Примерами источников связанной энергии являются:
- ископаемые углеводороды (нефть, газ и уголь);
- радиоактивные вещества (используемые в атомной энергетике);
- древесина (используемая в качестве твердого биотоплива, в том числе, и энергетические леса);
- масленичные виды растений ( виды, выращиваемые для получения жидкого биотоплива);
- биогаз (получаемый из органических отходов).
Энергия потоков воды (ее потенциальная составляющая) используется на гидроэлектростанциях (ГЭС). Для использования энергии потока воздушных масс (ее кинетическая составляющая) применяются ветролектрогенераторы.
|
|
|
Солнечная энергия может быть двух видов тепловая и фотоэлектрическая.
Оценка различных видов энергии осуществляется по следующим аспектам:
- исчерпаемость;
- загрязнение окружающей среды;
- сжигание кислорода;
- условия производства;
- особенности передачи энергии;
- возможность регулирования количества получаемой энергии.
Указанные факторы оцениваются в процессе, так называемой экспертной оценки. Количество присваиваемых баллов для каждого способа производства по каждому из оцениваемых аспектов от 0 до 5. Меньшим значениям показателей соответствуют наиболее отрицательная ситуация. Например, по фактору исчерпаемости (см. ниже) сжигание углеводородов оценивается в 0 баллов, а использование солнечной энергии – в 5.
Приведем некоторые пояснения, которые помогут выполнить экспертный анализ применяемых способов использования энергии.
В области использования и потребления энергии основными мировыми проблемами являются исчерпаемость природных энергетических ресурсов и загрязнение окружающей среды. Поэтому при анализе существующих (применяемых) способов получения и использования энергии указанные аспекты, отражаемые параметрами Р1 и Р2 , являются наиболее актуальными.
|
|
|
Примером исчерпаемых ресурсов является ископаемое углеводородное топливо – уголь, нефть и газ. В настоящее время исчерпание запасов углеводородов является наиболее актуальной проблемой в исследуемой области. Понятно, что такая негативная характеристика данного способа получения энергии оценивается минимальным количеством баллов – Р1 =0. Напротив, такие источники энергии, как солнце и потоки атмосферного воздуха являются примерами неисчерпаемых и могут быть оценены максимальным количеством баллов – Р1=5.
Процесс получения энергии характеризуется загрязнением окружающей среды. Например, при сжигании углеводородного топлива происходит наибольшее загрязнение окружающей среды продуктами горения, хотя уровень этого загрязнения у разных видов топлива разный. Поэтому оценка такого негативного влияния должна отражена минимальным значением параметра Р2 . Например, сжигание углеводородов оценивается в 0 баллов, а при сжигании биотоплива – 1-2 балла, так как во втором случае загрязнение имеет место, но в меньших масштабах. А использование гидроэнергии и атомной, которые практически не дает загрязнения (в обычных, не аварийных ситуациях) можно оценить в 5 баллов.
|
|
|
Кроме того, при сжигании ископаемого углеводородного топлива, а также биотоплива, сжигается (расходуется) кислород, который необходим для поддержания процесса горения, что также дает низкие значения параметра Р3 .
Условия производства энергии (параметр Р4) характеризуют уровень технической сложности создания (строительства) энергопроизводящих объектов, а также объем капитальных (на строительство, изготовление) и эксплуатационных затрат на таких объектах, например, гидроэлектростанций (ГЭС), атомных электростанций (АЭС), ветрогенераторов, солнечных батарей и других объектов. Наиболее сложные и дорогостоящие объекты характеризуются меньшими значениями параметра Р4 .
Использование энергии также характеризуется необходимостью передавать ее в пространстве от источника нахождения в первоначальном состоянии к потребителю. До ее использования человеком энергия находится в природе, в окружающей среде в каком-то виде и в каком-то месте. Потребители, в свою очередь, находятся в своем месте пространства. Все потребители можно рассматривать как стационарные – это населенные пункты с промышленными предприятиями, и нестационарные – объекты транспорта. Обеспечение потребителей энергии требует ее перемещения от источника (И) в природе до потребителя (П) (см. рис. 00). Кроме того, практически все виды энергии требуют ее преобразования из того ее первоначального состояния в то, в котором эта энергия используется. Поэтому на всем пути перемещения энергии необходимо отметить еще одно место – место ее преобразования (Пр – «преобразователь»). это обстоятельство необходимо учитывать, так как здесь меняется вид энергии и способ ее передачи.
На рис.00 показаны наиболее распространенные случаи перемещения энергии от ее природного источника к потребителю.
| И+Пр |
| Энергия потока воды (ГЭС) |
| И+Пр |
| П |
| Энергия ветра (ВЭС) |
| электроэнергия |
| П |
| И |
| Связанная энергия углеводородного топлива (ТЭС) |
| Энергия Солнца (СЭС) |
| Энергия связанная (в первоначальном состоянии) |
| Тепловая энергия |
| И+Пр |
| П |
| П |
| И |
| Связанная энергия (АЭС) |
| П |
Рис. 00. Основные случаи перемещения энергии от ее источников в природе к потребителям.
Весь путь перемещения энергии целесообразно рассматривать, как состоящий из двух участков, каждый из которых может принципиально отличаться друг от друга. Поэтому эти участки должны оцениваться отдельно
P5 =0,5(p1 + p2 ),
где p1 – составляющая оценки процесса перемещения энергии от ее источника в природе к месту ее преобразования (от 0 до баллов);
p2 – составляющая оценки процесса перемещения энергии от «преобразователя» к потребителю (от 0 до 5 баллов).
Основными факторами оценки составляющих Р1 и Р2 являются вид энергии и физическое состояние носителя, а также расстояние перемещения. Вид энергии и физическое состояние носителя определяет технико-экономические характеристики процесса перемещения.
Например, при использовании энергии потоков (речных) воды источник (водоем) и «преобразователь» (ГЭС – гидроэлектростанция) находятся в одном месте пространства, что исключает необходимость перемещения энергии на участке от источника к «преобразователю» и одновременно позволяет присвоить параметру p1 высокие значения (4-5 баллов). ГЭС преобразует энергию потока воды в электрическую, которая может передаваться на большие расстояния. Не смотря на потери электроэнергии в линиях электропередачи, пока такой способ остается наиболее эффективным (с точки зрения технических возможностей, количества передаваемой энергии и расстояния) и может оцениваться в 2-3 балла по сравнению с ситуацией, когда энергию нет необходимости передавать. Такие ситуации оцениваются более высоко, то есть большим количеством баллов.
Еще один пример. Использование энергии ископаемого углеводородного топлива (нефти, газа, угля) предполагает их добычу и перемещение на большие расстояния до объектов ее преобразование в энергию тепловую или электрическую. При этом перемещаются большие массы энергоносителя, что представляет собой достаточно сложную технико-экономическую задачу. Это обстоятельство не позволяет присвоить составляющей р1 для этого вида получения энергии сколь-нибудь высоко. В данном случае р1 не может быть больше, чем 0 или 1 балл.
Пользуясь аналогичными рассуждениями, производится оценка параметра Р5 для разных способов обеспечения энергией.
Еще одним фактором оценки используемого способа использования энергии является возможность регулирования количества генерируемой энергии – показатель Р6. Этот фактор играет большую роль, так как количество такой энергии и количество потребляемой (график потребления) часто могут не совпадать, что может приводить к недостатку энергии или ее избытку. И в том, и в другом случае должна быть возможность решения проблемы. Например, в первом случае путем перераспределения потоков энергии, а в другом случае – при регулировании количества генерируемой энергии в сторону ее уменьшения. Возможностью перераспределять (в определенных пределах) потоки энергии в случае ее недостатка в определенном месте (населенном пункте) обладают электрические сети. Возможность регулировать временный избыток, то есть в сторону уменьшения генерируемой энергии, обладают ГЭС, АЭС, солнечные и ветровые энергогенераторы. При этом необходимо обратить внимание на то, что регулирование количества энергии всегда осуществляется на участке «преобразователь – потребитель».
Анализируя таким образом все, указанные в таблице способы производства энергии, по всем предлагаемым аспектам определяем общее количество баллов, суммируя их по горизонтали, то есть для каждого способа производства энергии. Например, эксперт оценил использование энергии ветра так, как это указано в таблице. Общая сумма баллов составила 24.
| № | Способ производства или источник энергии | Аспекты экспертной оценки способов производства энергии | ||||||
| Исчерпаемость природных ресурсов, Р1 | Загрязнение окружающей среды, Р2 | Сжигание кислорода, Р3 | Условия производства, Р4 | Условия передачи энергии, Р5 | Возможность регулировать количество получаемой энергии, Р6 | Сумма показателей | ||
| 1 | Сжигание углеводородов | |||||||
| 2 | Атомная энергия | |||||||
| 3 | Гидроэнергетика | |||||||
| 4 | Энергия ветра | 5 | 5 | 5 | 4 | 5 | 24 | |
| 5 | Солнечная энергия (фотоэлектрическая) | |||||||
| 6 | Солнечная энергия (тепловая) | |||||||
| 7 | Биоэнергетика (твердое топливо) | |||||||
| 8 | Биоэнергетика (жидкое топливо) | |||||||
| 9 | Биоэнергетика (газообразное топливо) | |||||||
Аналогично выполняется оценка других способов. Сравнение суммарных значений показателей оценки дает возможность выделить наиболее предпочтительные, то есть те, у которых сумма баллов выше, способы производства энергии как, с точки зрения экологических факторов, так и с учетом факторов экономических. Кроме того, анализ результатов экспертной оценки дает возможность установить факторы, которые играют как наиболее отрицательную, так и наиболее положительную роль при использовании того или иного способа получения и использования энергии
Выполнение работы:
1. Оценка различных аспектов применения разных способов производства энергии осуществляется в табличном виде.
2. Оценка (присвоение баллов) осуществляется по вышеописанной методике.
3. При определении баллов эксперт (студент) ориентируется на собственное мнение.
4. Окончательная оценка всех рассматриваемых способов производства энергии осуществляется с учетом суммы баллов.
5. По результатам анализа данных оценки формируются выводы.
6. При написании выводов необходимо указать наиболее и наименее предпочтительные способы производства энергии, а также указать наиболее положительные и отрицательные аспекты этих способов.
7. Отчет по работе направляется преподавателю. Отчет содержит название работы, таблицу оценки и выводы.
7. ОПТИМИЗАЦИЯ РАССТАНОВКИ ВНЕСУДОВЫХ ПРИРОДООХРАННЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
Одним из основных способов организации очистки судовых (или переработки) загрязнений, например, сточной или нефтесодержащей подсланевой воды является применение внесудовых природоохранных технических средств (ВПТС). К таким средствам, например, относятся станции для очистки загрязненной воды, а также суда-сборщики (ОС).
При использовании внесудовых природоохранных технических средств возникает вопрос о местах их расположения на участке водных путей. Расположение ВПТС должно обеспечивать наименьшие затраты времени транспортировки судовых загрязнений. На рис. 1 показан пример размещения ВПТС, который поясняет сказанное.
| район обслуживания ОС-1 |
| район обслуживания ОС-2 |
| район обслуживания ОС-3 |
| 1 вариант расположения станции |
| 2 вариант расположения станции |
| 3 вариант расположения станции |
| А |
Рис. 1. Варианты расположения плавучих очистных станций.
Каждое (i -е) судно-сборщик затрачивает время на перевозку подсланевой воды на станцию, которое равно
tij = 2 sij / vij ,
где sij – расстояние i -го судна-сборщика до станции, которая размещена по j -му варианту; vij – средняя скорость (i-го) судна-сборщика на пути доставки подсланевой воды на станцию, расположенную по j-му варианту, и возвращения в свой район обслуживания.
За навигацию каждое судно-сборщик делает nij рейсов на очистную станцию. Время, которое каждое судно-сборщик затратит на доставку подсланевой воды на станцию за навигацию составит Tij = nij tij . А общие затраты времени для всех судов-сборщиков за навигацию для j –го варианта размещения станции будет равно Tj =Σ Tij .
Например, для ОС-1 время на доставку подсланевой воды на станцию, которая расположена по 1 варианту расстановки составит t 11 = s 11 / v 11 . Аналогично для ОС-2 – t 21 = s 21 / v 21 и ОС-3 – t 31 = s 31 / v 31 .
Общие затраты времени всех судов ОС при 1 варианте размещения станции составит
T 1 = n 11 ( s 11 / v 11 ) + n 21 ( s 21 / v 21 ) + n 31 ( s 31 / v 31 ) .
Аналогично для 2 и 3 вариантов расстановки общие затраты времени составят
T 2 = n 12 ( s 12 / v 12 ) + n 22 ( s 22 / v 22 ) + n 32 ( s 32 / v 32 )
и T 3 = n 13 ( s 13 / v 13 ) + n 23 ( s 23 / v 23 ) + n 33 ( s 33 / v 33 ) .
Понятно, что при организации внесудовой очистки необходимо выбирать такой вариант расположения очистной станции, при котором общие затраты времени будут минимальными, то есть Tj → min .
Оптимальному расположению очистной станции будет соответствовать наименьшее из предварительно рассчитанных значений T 1 , T 2 и T 3 .
В настоящей работе показано, как находить оптимальное решение задачи, которая взята из реальной практики. Однако эта задача сформулирована как весьма простая. На практике организация расстановки внесудовых природоохранных технических средств может выглядеть сложнее. Например, может иметь место необходимость расстановки не одной, а нескольких станций. Кроме того, очистные станции могут принимать ограниченное количество воды. Вы научитесь решать и такие – более сложные задачи. Выполняя настоящую работу важно понять, что любая практическая задача может иметь несколько решений, среди которых есть оптимальное.
Порядок выполнения работы.
1. Получить данные своего варианта задания.
2. Нарисовать ситуационный план участка водных путей, скопировав его со схемы на рис. 1.
3. В соответствии с исходными данными и в определенном (допускается в произвольном) масштабе на своей схеме указать расположение районов, которые обслуживаются судами ОС. При выполнении этого пункта необходимо учесть, что расстояния в таблице исходных данных это расстояния от точки А до центра района обслуживания ОС-1 вниз по течению и районов обслуживания ОС-2 и ОС-3 – вверх по течению. Направление течения указано стрелками.
4. Произвольно назначить три варианта размещения плавучей очистной станции.
5. Пользуясь значением принятого масштаба определить расстояния sij от районов обслуживания судами ОС до очистной станции для каждого варианта ее расположения. Эти данные и данные по скорости ОС и количеству рейсов занести в таблицу
| 1 вариант | s 11 | v 11 | n 11 | s 21 | v 21 | n 21 | s 31 | v 31 | n 31 |
| 2 вариант | s 12 | v 12 | n 12 | s 22 | v 22 | n 22 | s 32 | v32 | n32 |
| 3 вариант | s13 | v13 | n13 | s23 | V23 | n23 | s33 | v33 | n23 |
6. Выполнить расчет общего времени, которое будет затрачено на доставку подсланевой воды для всех вариантов размещения очистной станции.
7. Выполнить анализ результатов и определить оптимальный вариант размещения очистной станции.
Дата добавления: 2021-04-24; просмотров: 96; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!