当考虑生态效应的能量系统三重优化分析方法

考虑生态效应的能量系统三重优化分析方法

分类号：TK12∶F407.2 文献标识码：A

文章编号：1001－2060（2000）02－A Triple Optimal Analysis-method Used for an Energy System with Ecological Effects Being Taken into AccountLiu Shiqiang Yang Yunshun

（Harbin Institute of Technology）Abstract：By incorporating a但因其功能比较单1n item of total expenses of environmental protection into the energy cost equation of the existing thermoeconomics one can perform a quantitative analysis in thermoeconomics with ecological effects being taken into account. On the above basis the authors have come up with a triple optimal analysis-method.

Key words：thermoeconomics, energy system, optimal analysis▲1 引言

能量守恒和质量守恒定律告诉我们，人类的生活、生产以及其它过程，在一定意义上据报导说是能量转换和物质转换的过程，因为能量和物质都要遵守守恒定律，而不生不灭。所谓转换只是改变其存在的形式而已。但是这些转换并非是无代价的，这个代价首先是伴随着转换过程而排换废物。人们要生产所需要的物质，必同时生产废物，想避免是不可能的。人们已开始意识到我们生存的地球的有限性，而且感到了一个不断持续并增长着的永不停息的物质生产过程对周围环境的危害。因此，人们把更多的目光投向了环境保护和生态平衡上。但是在目前的热经济学中生态环保因素还没有得到定量的考虑，是否能实现生态效应在热经济学中实现定量分析，对此本文作者进行了研究。2 考虑生态效应的热经济学

为考虑越来越受到重视的环境保护和作为NASA兰利研究中心(美国弗吉尼亚州汉普顿)的1名材料研究工程师生态平衡问题，现有热经济学的能量成本方程中应该加入独立的环保成本这一项费用，从而热经济学的成本方程改写为：Ctotal=Eincin+ΣCni+ΣChi (1) 式中，Ein、cin为输入系统的及其单价即总能量费用［1］；ΣCni为总非能量费用［1］；ΣChi为总环保费用。

总环保费用的定价要综合考虑能量的量和质的两方面因素，即综合考虑系统所输入能量的形式和数量，输出污染物的排放量，还要结合考虑表示能量转化深度的生态学目标函数。另外，还要考虑污染物的成分对生态破坏的不同形式，如热的、化学的、辐射的、生物的等。

对于输入能源要区分可再生能源和不可再生能源、污染能源和无污染能源的区别［2］。对于使用可再生能源和无污染能源要加以鼓励，如太阳能，风能等。这就需要在能源的定价上提供更为合理的原则，充分考虑环保因素对经济性的影响。

通常能量转化的程度越深，无益的排放物就越少。生态学目标函数［3］在此基础上区分了能量和的本质区别，体现了能量的转化深度。对此，作者建议引入生态学目标函数到考虑生态的热经济学中作为环保费用的一个评价标准。3 能量系统的三重优化分析方法

在王补宣等人提出的能量系统的热经济学综合技术分析的思想启发下，提出了如下的模型：图1 能量系统三重优化分析结构图 图中，W表示的是能量系统的输出功率；η表示的是能量系统的效率；Eincin+Cni表示的能量系统的总成本包括能量费用和非能量费用；Eprcpr表示的是能量系统的总收益；Chi表示的是能量系统破坏生态平衡所须支付的总环保费用。

三重优化分析的思想是指从技术层次、经济层次、生态层次的三个角度来实现能量系统的最大完善性。技术层次的优化分析采用的是有限时间热力学优化分析方法以求Max(W)和Max(η)，经济层次的优化分析采用的是热经济学优化分析方法以求Max(电子式拉力实验机是电子技能和机械传动连系后的产物Eprcpr)和Min(Eincin+Cni)，生态层次的分析以求Min(Cni)来进行定量分析［4］。4 太阳能装置三重优化分析的初步尝试

对于技术层次的分析，太阳能装置可以简化为有限时间热力学的如下分析模型［4］： 图2中，Qs表示吸热板所吸收的太阳能；Qc表示被工作流体所吸收的太阳能；Q0表示吸热板损失的太阳能；Ac为吸热板的采光面积；W为太阳能热机所输出的功；Ul为总热损失系数；Ta为环境温度。由有限时间热力学分析可得如下的优化结论：图2 有限时