Программный комплекс автоматизации инженерных расчетов применения возобновляемых источников энергии в энергоустановках малой мощности

Данная статья посвящена описанию проектирования программного комплекса, нацеленного на моделирование результатов использования различных видов топлива в энергоустановках. Приводится описание комплекса, его структура, возможности, реализованные модули.

Ключевые слова: программный комплекс, автоматизация, разработка, интерпретация данных, обработка данных, анализ данных, модернизация, энергетика, энергосбережение, альтернативное топливо, экология

Еще с середины XX века с ростом населения и развитием промышленности в мире наблюдается рост потребления энергии. Согласно исследованию компании, BP по итогам 2015 года [5], растёт общемировое потребление всех наиболее популярных источников энергии, а суммарный рост за год составил 1 %.

Но наиболее популярные энергоресурсы, такие как нефть и уголь истощаются, являясь еще и экологически небезопасными, производя большое количество вредных выбросов, что невозможно оставить без внимания, учитывая проблемы мировой экологии и ужесточающихся экологических требований. В следствие чего, на мировом рынке возрастает интерес к использованию альтернативных источников энергии — возобновляемых и экологичных, что и обуславливает высокие темпы развития мирового рынка биотоплива. По прогнозу Energy Information Administration на рис. 1, к 2040 году рост потребления возобновляемых энергоресурсов возрастет более чем в 2 раза [6, c. 9].

Рис. 1. Прогноз EIA на 2012–2040 г.

В России топливно-энергетический комплекс (ТЭК) занимает важное место в экономике страны, одним из главных документов комплекса является энергетическая стратегия, которая должна обновляться не реже одного раза в пять лет. В этой связи Правительством Российской Федерации было принято решение о корректировке Энергетической стратегии России на период до 2030 года с ее пролонгацией до 2035 года. Согласно основным положениям данного проекта, центральной идеей энергетической стратегии-2035 является переход от ресурсно-сырьевого к ресурсно-инновационному развитию ТЭК, а одним из главных стратегических ориентиров является энергетическая эффективность. [4].

С учетом тренда на энергоэффективность и было принято решение о разработке программного комплекса. Цель работы заключается в разработке программного комплекса для интерпретации расчетных количеств выбросов от различных энергоустановок с различными видами топлива.

Для разработки комплекса был выбран язык программирования С#, среда разработки Visual Studio 2015, платформа Windows Presentation Foundation (WPF). Были определены входные и выходные данные. Входные данные были разделены на несколько типов:

− Параметры энергоустановки, в т. ч. количество котлоагрегатов, их технические характеристики, расчетные количества расхода воды и топлива.

− Константы, подбираемые по справочнику.

Для организации хранения данным и доступа к ним была выбрана система управления базами данных Microsoft SQL Server 2016 и технология доступа к данным ADO.NET Entity Framework 6.1.3, являющаяся объектно-ориентированной технологией доступа к данным и object-relational mapping (ORM) решением для.NET Framework от Microsoft. В разработке прототипа программного комплекса применен подход Model-First, планируется переход на Code-First.

Справочник входных данных на рис.2 состоит из двух таблиц, в верхней отображается список энергоустановок с параметрами, в нижней — видов топлива. Демонстрация справочника входных данных реализована на базе двух элементов DataGrid, столбцы которой с помощью механизма привязок (Bindings) используют соответствующие значения из соответствующих базы данных — таблиц Fuel и Boilers базы данных.

Рис. 2. Интерфейс ввода входных данных

Выходными данными были определены такие показатели, как выбросы твердых веществ, выбросы двуокиси азота, выбросы двуокиси серы, полный и удельный объем продуктов сгорания. Расчёт ведется на базе интерпретации инженерных расчётов [1]. Планируется разработка модуля экономической части, в котором будет рассчитываться экономическое сравнение по затратам на топливо, воду и пр.

Для отображения выходных данных представлено 3 варианта реализации:

1. Графическое отображение расчётного количества выбросов (рис. 3)
2. Графическое отображение расчётного количества объема продуктов сгорания
3. Общее сравнительное табличное отображение.

Рис. 3. Интерфейс графического отображения расчётного количества выбросов

Графическое отображение основано на базе компонента Chart из пакета WPF Toolkit, представляющего собой коллекцию из элементов управления WPF, компонентов и утилит для создания WPF приложений. Используются диаграммы типа Column, также для наглядности отображены конкретные значения результатов расчетов в их численном соотношении. Реализация табличного вывода организована на базе элемента DataGrid.

Функции проектируемого комплекса:

− создание и ведение единой базы данных, обеспечение единства и целостности информации;

− расчета показателей по трем видам выбросов;

− расчеты показателей по объему сгорания;

− формирование отчёта;

− помощь в принятии решения о модернизации энергоустановки для использования другого вида топлива;

− Проектируется расчет экономических показателей.

Для автоматизации выполнения этих функций и ведется разработка программного комплекса, который позволит обеспечить единство и целостность информации, избежать вычислительных ошибок.

Система дает возможность достаточно просто и оперативно получить любую информацию, необходимую для анализа и принятия решений руководителю предприятия. Оперативность, доступность и простота получения информации, позволяет значительно сократить трудозатраты.

Используемый техпроцесс является гибким, что позволяет использовать моделировать использование различных типов топлива в различных энергоустановках.

1. Истягина Е. Б., Молоков С. Е. Технологический процесс перевода котельной на альтернативное топливо // Образовательные ресурсы и технологии. 2016. № 2 (14). URL: http://cyberleninka.ru/article/n/tehnologicheskiy-protsess-perevoda-kotelnoy-na-alternativnoe-toplivo (дата обращения: 25.11.2016).

2. Компания «Политерм» // Автоматизация расчетов за услуги теплоснабжения, водоснабжения и водоотведения. URL: http://www.rosteplo.ru/ Tech_stat/stat_shablon.php?id=550 (дата обращения: 31.01.2017).

3. Лариков Н. Н. Теплотехника. М.: Стройиздат, 1985. 432 с.

4. Основные положения проекта энергетической стратегии России на период до 2035 года // Министерство энергетики РФ. URL: http://minenergo.gov.ru/node/1913 (дата обращения: 16.01.2017).

5. BP Statistical Review of World Energy June 2016 // BP Global. URL: http://www.bp.com/content/dam/bp/pdf/energy-economics/statistical-review-2016/bp-statistical-review-of-world-energy-2016-full-report.pdf (дата обращения: 16.12.2016).

6. International Energy Outlook 2016 // U. S. Energy Information Administration. URL: http://www.eia.gov/outlooks/ieo/pdf/0484(2016).pdf (дата обращения: 03.12.2016).