46

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Вятский государственный университет

Электротехнический факультет

Кафедра «Теплотехника и гидравлика»

Н.В. Верховская

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ И ТЕХНИКЕ

Специальность 140104 «Промышленная теплоэнергетика»

Направление 550900 «Теплоэнергетика»

Общепрофессиональная дисциплина (ОПД.Ф.07)

(Курс лекций)

2009

УДК 621.187.12

В62

Составитель: ведущий инженер НПЛ кафедры теплотехники и гидравлики, ст. преподаватель Н.В. Верховская

Курс лекций предназначен для студентов очного и заочного обучения теплоэнергетических специальностей по курсу: «Энергосбережение в теплоэнергетике и технике».

В курсе лекций изложены основные направления энергосбережения в теплоэнергетике.

Компьютерная верстка автора

Подписано в печать_________ Усл.печ.л.________

Бумага офсетная. Печать матричная.

Заказ №_____ Тираж 100

Текст представлен заказчиком в электронном виде.

Доработка текста, подготовка к печати, изготовление оригинал-макетов ООО «Фирма «Полекс».

____________________________________________________________________

Изготовлено – ООО «Фирма «Полекс»

610000, г.Киров, ул. Дрелевского, 55.

© Н.В. Верховская

© Вятский государственный университет, 2009

1. Основные понятия и определения

Энергетика любой страны является основой, фундаментом экономики. Энергетику можно представить как совокупность четырех производственно-технических комплексов:

• Добыча, подготовка и транспортировка органического и ядерного топлива к местам производства энергии (нефтегазовые, угольные предприятия).

• Централизованное преобразование энергии топлива и возобновляемых источников в электрическую энергию и теплоту (ТЭС, ТЭЦ, котельные).

• Преобразование топлива, электроэнергии и теплоты в различные виды энергоносителей и распределение всех видов энергии и энергоносителей (компрессорные, насосные станции водоснабжения, искусственные и технологические газы, хладоносители, разделение воздуха и т.д.).

• Использование различных видов энергии в материальном производстве и при оказании различных услуг (производственно-технологические комплексы предприятий, коммунальные услуги и т.д.).

На всех стадиях движения энергии имеется её нерациональное расходование и потери. Потенциал энергосбережения заключается в разнице между количеством фактически используемой энергии и количеством энергии, минимально необходимом для производства и оказания услуг. Наименее эффективно энергия используется в четвертом комплексе.

Имеется множество видов топлив, энергии и энергоносителей и для анализа энергетических процессов необходимо иметь единые единицы измерения и оценки затрат и потерь энергии. Рассмотрим их.

Для сопоставления энергетической ценности различных видов топлива и их суммарного учета введено понятие условного топлива – некоторого топлива, которое имеет низшую теплоту сгорания Q_ну = 7000 ккал/кг (29307,6 кДж/кг = 29,31 МДж/кг). Любое топливо с низшей теплотой сгорания Q_н имеет эквивалент в условном топливе Э_у = Q_н / Q_ну. Тепловую и электрическую энергию и их экономию также удобно переводить в условное топливо, точнее в тонны условного топлива (т у.т.). Так как 1 т у.т. имеет энергию 7000 тыс. ккал (7 Гкал)¹ или 29307,6 МДж (29,31 ГДж), то 1 Гкал = 0,143 т у.т. и 1 ГДж = 0,034 т у.т. При использовании понятия условного топлива не учитываются затраты энергии на добычу, транспортировку, подготовку и переработку конкретного вида топлива. Данные обстоятельства учитываются введением другой единицы – тонны первичного условного топлива. С помощью перевода всех составляющих энергопотребления в первичное условное топливо можно определить фактические затраты условного топлива в целом по стране для обеспечения работы данного предприятия. Коэффициенты пересчета потребленного котельно-печного топлива в первичное составляют для 1 т топлива: энергетического угля – 1,065 т у.т.; мазута – 1,107 т у.т.; газа – 1, 167 т. у.т., причем для энергетических расчетов принимаются низшая теплота сгорания природного газа 7950 ккал/м³ (33,29 МДж/м³) и мазута 9500 ккал/кг (39,78 МДж/кг). В 1985 г. для потребления 1 т у.т. котельно-печного топлива требовалось добыть 1, 134 т у.т. первичного топлива, т.е. усредненный коэффициент пересчета равен 1, 134.

Выработанный 1 кВтч энергии равен 3,6 МДж = 0,0036 ГДж =122,8 г у.т., т.е. 1 т у.т. = 8143 кВтч. С учетом потерь энергии на ТЭЦ и ТЭС на выработку 1 кВтч электроэнергии требуется в среднем 320 г у.т./кВтч, а на выработку одного кВтч теплоты с учетом КПД котельных установок 123 г у.т./кВтч.

Другой универсальной мерой потребления топлива и энергии является нефтяной эквивалент (н.э.). Различные сорта нефти имеют разный состав и теплотворную способность. В среднем тонна нефти (1 т н.э.) имеет теплотворную способность 11 Гкал (46 ГДж) и эквивалентна 1,57 т у.т., т.е. любое количество какого-либо топлива можно выразить в нефтяном эквиваленте. Например, 1000 м³ природного газа с низшей теплотой сгорания 8400 ккал/м³ = 8,4 Мкал/м³ имеет энергию 8,4 Гкал, что соответствует 764 кг н.э.

Возобновляемые источники энергии также должны учитываться в топливно-энергетическом балансе и должны максимально широко использоваться с целью уменьшения потерь невозобновляемых ресурсов органических топлив. Энергия солнечного излучения, геотермального тепла, энергия ветра, движения рек, волн, приливов, биомассы также могут использоваться для производства тепла и электроэнергии. Энергия возобновляемых источников потенциально способна с избытком обеспечить все потребности промышленности и общества, однако, вследствие технологических сложностей, высокой стоимости и низкой поверхностной плотности энергии или наоборот локальности данных источников их применение ограничено, и в энергобалансе имеет незначительную долю.

В качестве характеристик эффективности использования энергоресурсов применяют показатели (индикаторы) энергоэффективности – установленные государственными стандартами абсолютные или удельные величины, характеризующие потребление или потери энергетических ресурсов (для продукции любого назначения).

Удельное энергопотребление рассматривают в расчете на одного абонента, одного жителя, на единицу оборудования или прибора или на производство единицы продукции и на денежную единицу.

Значения индикаторов эффективности позволяют сравнивать эффективность энергосбережения в организациях и предприятиях с аналогичными производственными процессами. Динамика изменения индикаторов показывает эффективность энергосберегающих мероприятий.

Согласно закону РФ «Об энергосбережении» понятие энергосбережение определяется как реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное (рациональное) использование невозобновляемых топливно-энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.

Энергосбережение следует рассматривать в двух аспектах.

Первый аспект состоит в снижении физического объема топлива и энергии, которые расходуется на единицу выпускаемой продукции или национального дохода, т.е. в экономии топлива и энергии.

Второй аспект – это мероприятия, реализация которых обеспечивает экономический эффект за счет совершенствования структуры самого энергетического производства и энергетического баланса, а также замещения энергией трудовых ресурсов или дорогих и дефицитных материалов. К этому эффекту также относятся мероприятия, при которых экономический эффект достигается при дополнительном расходе энергоресурсов, которое обеспечивает повышение качества выпускаемой продукции, организацию производства новой продукции с улучшенными свойствами, повышение комфортности жилья, улучшение условий и безопасности труда, снижение отрицательного воздействия на природу. Такие мероприятия будут энергосберегающими, если достигаемый за их счет общий экономический эффект будет превышать затраты связанные с дополнительными энергоресурсами.

Общая экономия энергоресурсов в народном хозяйстве за счет всех энергосберегающих мероприятий является суммой экономии первичных энергоресурсов, которая достигается:

• в сфере потребления в неэнергетической части промышленности;

• за счет совершенствования энергетического хозяйства потребителей;

• в самом топливно-энергетическом комплексе.

В практике экономия топлива и энергии определяется по разности норм их расхода в начале и в конце планового периода, умноженной на объем производства продукции в конце периода. К этому добавляется экономия за счет использования вторичных (горючих и тепловых) энергоресурсов. При формировании топливно-энергетических балансов необходимо учитывать использование ядерной энергии и всех видов возобновляемой энергии. Следует также учитывать экономию, достигаемую за счет структурной перестройки энергетики и других отраслей промышленности.

При общей оценке энергосбережения и формирования энергосберегающей политики следует отличать экономию энергоресурсов, соответствующую естественным структурным изменениям и техническому прогрессу от экономии, требующих целенаправленных действий, т.е. капитальных вложений, экономического стимулирования, контроля и т.д.