第六章热火用经济学基础PPT课件.ppt

1 第六章热 火用 经济学基础 1 2 一 引言 分析与能量有关的现代工程系统方法 第一定律分析法 利用系统能量平衡概念分析和完善所讨论的系统 用各项技术指标计算并评估它们的完善程度 又称能平衡法 考虑能量的数量概念忽略各种不可逆损失 第二定律分析法 利用热力学势可以给出各种形式下功的数值的概念评估和分析所讨论系统任意点上的物流与能流的作功性能 包含熵分析法 火用分析法和能级分析法 对系统作性能分析而与系统的形式 结构及复杂程度无关 70年代来 用分析法与经济因素相结合产生了交叉学科 热 经济学 2 3 热经济学是热力学第二定律分析法发展的一个重要分支 它是把热力学第二定律分析法与经济优化技术结合起来的产物 是把技术和经济融合在一起的全新的技术 特别适用于解决大型的 复杂的生产能量和消耗能量的工程系统的分析 设计和优化 热力学研究注重于对热力过程的描述 热工参数的计算以及热力系统中能流和物流变化的计算 热力学方案比较使用单纯的热力学特性量 如效率 有效利用系数 熵增 不可逆性和 耗损等等 经济学分析 使用成本 价格 利润 利息率以及其它经济信息 热经济学的特点是在热力学参量与经济信息参量之间找到一个非常适当的结合点 使能以第二定律分析法为基础 最后得到能直接给出以经济量纲表示的答案 分析与能量有关的现代工程系统方法的特点 3 4 第一定律分析法没有环境概念 只使用一个能量的概念 是单纯地以能量平衡和物质平衡为基础进行分析的一种方法 第二定律分析法有一个环境 物理环境 取一定的环境为基准 确定体系中的物质所具有的 值 不仅是取决于体系本身 而且还取决于环境的参数 热经济学分析法具有两个环境 除了物理环境外 还有一个经济环境 经济环境是人们依照热力学方法想象的 经济环境随着社会经济信息的改变而改变 热经济学分析法的任务除了研究体系与自然环境之间的相互作用外 还要研究体系内部的经济参量与环境的经济参量之间的相互作用 4 5 二 热经济学的基础 1 方法的基本概念 1932年美国麻省理功学院J H Keenan等提出可用能函数表示能量质概念 1868年Tait第一次使用availability的概念 1871年 axwell使用了availableenergy的名词 1873年Gibbs和1889年Gouy提出了封闭系可用能的概念 1889年Stodola导出稳流系的最大功 并和Gouy同时但独立地把可用能损失与熵产联系起来 奠定了第一定律与第二定律结合的基础 20世纪50年代德国学者对能的概念进行系统分析 提出能 无 明确了 是能量中可无限转换的部分 无是不可转换部分 统一了 用 参数名称 英文exergy 德文exergie 5 6 2 热经济学发展轨迹 热经济学是热力学分析与经济因素结合的产物 起源于20世纪50年代末 60年代形成完整的体系 最早的可称为 孤立化 模式的热经济学 热经济学的创始人M Tribus把一个复杂的能量系统划分成若干 子系统 首创通过子系统逐个寻优达到全局最优的目的 为了使系统各个局部最优即意味着系统全局最优 各个子系统必须满足热经济孤立化条件 热经济孤立化是拉格朗日待定乘子法分散优化的发展 它的基本思想是 热系统的某一部分在热孤立化的情况下 可以从其它部分中孤立出来 这时 它在经济上的每一种联系可被一组唯一稳定的拉格朗日乘子所充分描写 热孤立化是一种充分必要条件 优化子系统自身 不必确定它对系统其它部分的影响 就能保证全系统寻优 R Evans对热经济学孤立化原理进行了数学论证 6 7 20世纪70年代又形成了以R Gaggioli为首的所谓 代数 模式热经济学 近年来又出现了 结构系数 模式热经济学 矩阵 模式热经济学 又称符号 经济学 总之 热经济学把热力学分析法与经济学分析法 优化 结合在一起 分析与优化相辅相成 分析的结果可给出在系统各部位上 流及经济信息流的分布 从而发现那些地方存在着最大的改进潜力 优化方法则从系统整体的角度给出系统的某一局部改进或某一参数改进对全系统的影响 7 8 3 的定价 方法和经济分析方法相结合的关键是 的定价 问题的复杂在于每种模式可以有几种形式的价格 代数定价方法 一个分成若干子系统的复杂能量系统 价格分成 外部价格 系统输入和输出 的定价 由市场价格确定 内部价格 子系统之间交易的 的定价 其特征是没有利润 即这种 价格仅计算各子系统加工 所消耗的成本 这种成本沿子系统逐级增值 因此这种价格也称 传递价格 8 2020 2 9 9 10 考虑图示各子系统依次排列成链式的能量系统 Exin Expr 分别为输入 流和输出 流 Ck 为第k个子系统输出产品的总成本 为系统1向子系统2输送的 值 Cnk 第k个子系统消耗的非能量费用 如折旧 工资等 Ck k 1 第k个子系统向第k 1个子系统输送的 价格 1 EX1 Cn1 2 EX2 Cn2 EX1 k Cnk m EXm Cnm EXk EXk EX2 Exm EXpr EXin 10 11 对子系统1 列 成本方程 子系统1输出产品的总成本 对子系统2 列 成本方程 因子系统1向2输出 价是无利润 价 子系统2输出产品的总成本 A代入B 得子系统2输出产品总成本为 依次类推 EX1 EX2 输入单位 价 11 12 根据设备 效率的概念 类推 所以式D 第i个子系统的 传递效率 12 13 子系统k输出的单位 成本 子系统k的单位 成本增长系数 13 14 15 空气流经一逆流式换热器 从2 8 105Pa 25 的状态加热至125 空气流量1 2kg s 空气由燃气加热 燃气从250 1 3 105Pa冷却至98 燃气的平均比定压热容和比定容热容分别为0 84kJ kg K 和0 63kJ kg K 空气的平均比定压热容1 01kJ kg K 假如