Пахалуев Валерий Максимович

Основные понятия и определения в энергосбережении

В современных условиях рациональное использование и экономии энергии становиться одним из основных факторов экономического роста и социального развития любой страны.

В ФЗ «об энергосбережении» используются следующие понятия:

Энергосбережение – это деятельность, методы и процессы, направленные на рационально использование и экономное расходование ТЭР, прежде всего снижение расхода органического топлива.

Энергопотребление – процесс потребления энергии или энергоносителей при производстве продукции, эксплуатации, ремонте и т д.

Показатель энергоэффективности – обобщенная характеристика уровня рационального использования и экономного расходования энергетических ресурсов, выраженная в виде удельного расхода ТЭР при производстве определенного вида продукции.

b=Bтоплива/Vпродукции = [тут/ГДж]; [тут/кВт*ч].

Примером нерационального расхода ТЭР может служит сокращение ВВП за 1990-95 годы, когда ВВП упало на 40% в то время как энергопотребление сократилось мене чем на 20%.

За счет энергосбережением можно снизить нагрузку энергетики на экономику страны, стабилизировать выбросы в атмосферу и воду вредных отходов от предприятий ТЭК

Особое место в энергосберегающих мероприятиях принадлежит энергетическое обследование предприятий и организаций, т е энергоаудиту.

В промышленно развитых странах зависимость энергопотребления

Э = А^-1*(ВВП); [кг ут/чел]

А – коэф пропорциональности – 55руб/кг ут

Ведущие в место в мире по эффективности использования топлива и энергии занимает Дания. В течении последних 20 лет, годовой объем потребления энергоресурсов остаётся постоянным. В тоже время производство ВВП возросло более чем в 1,5 раза, а потребление ТЭР на ЖКХ сократилось от 30 до 50%.

Понятие условного топлива и основные величины энергопотребления.

Теплота сгорания топлива низшая рабочая - Q^Р_Н – количество теплоты кот выделяется при сгорании единицы массы топлива.

Q^Р_Н = 5*10³ кДЖ/кг – торф

Q^Р_Н = 20* 10³ кДЖ/кг – каменный кголь

Пересчет расхода натурального топлива с теплотой сгорания в условное топливо

Ф1

Для экономических расчетов расход натурального топлива пересчитывается в соответствующие величины условного топлива с помощью коэф пересчета

Торф: Кн/у=0,2 тут/тнт

Каменный уголь: Кн/у=0,48..0,95 тут/тнт

Газ природный: Кн/у=1,14 тут/тнт

Мазут: Кн/у=1,37 тут/тнт

[Q] =Гкал =10⁹ кал=4,19 ГДж

Основные источники энергии

Основным источником энергии до сих пор явл органическое топливо. Мировое потребление топлива составляет 12-15 млрд. тут/год и не может быть обеспечено за счет других, в частности возобновляемых источников энергии.

Запас всех гидроресурсов мира составляет порядка 7,2 млрд. тут.

Использование солнечной энергии ограничивается низкой плотностью энергии 1000 Вт/м2

Особенности энергопотребления в РФ

Одним из основных потребителей ТЭР явл ЖКХ (45% всех ресурсов). В нашей стране есть ряд объективных природных факторов способствующих росту удельных объемов энергопотребления.

Основная причина высоких удельных показателей потребления ТЭР это климатические условия, вторая – высокие транспортные издержки.

Климатические условия можно оценить коэффициентом «суровости климата»

Д – градус сутки отопительного периода

Ф1

Д=(tвнутри - tснаружи)*zотпит

Для СО:

Д=(20-(-6))*230= 6000 Гр-сутки

В среднем по РФ: Д = 5000 Гр-сутки

США: Д=2700 Гр-сутки

Германия: Д=3165 Гр-сутки

Якутск: Д=9620

Количество теплоты, требуемое для отопления отдельного здания записывается

Ф2

И определяется тепловой изоляцией здания

Количество изделий из тепловой изоляции в РФ выпускается в 5 раз меньше чем в США и в 7 раз меньше чем в Европе.

Численные значения отопительных характеристик

Для зданий с хорошей теплоизоляцией стен, потолков и пола удельные тепловые характеристики лежат в следующем диапазоне:

Q0= 0,1…0,15 – Вузы, детские сады

Q0= 0,35 – административные здания

Q0= 0,5…0,8 – промышленные здания цеха

Энергосберегающая стратегия экономического развития России

Стоимость энергии в себестоимости ВВП составляет 40-60%, что выше мирового уровня в 5-10 раз

Удельный расход воды и тепла на одного жителя превышает общеевропейские нормы в 2-3 раза

Возможные пути развития экономики

1 путь.

Продолжать использовать все, что было разведано до 1991 года, что сопровождается научно-техническим отставанием, острым дефицитом инвестиций, износом основных производственных фондов.

2 путь.

Ресурсо-добывающий. Основанный на увеличение объема производства ТЭР. Путем наращивания добычи этих ресурсов. При этом следует учитывать необходимости новых капиталовложений и истощения ресурсов.

Потенциал:

Нефть – 40 лет

Газ – 100 лет

Уголь – 300 лет

3 путь

Энергосберегающий, который предполагает экономический рост страны, при сохранении настоящего уровня ТЭР. За счет внедрения энергосберегающего оборудования, новых технологий и использования НИВИЭ.

Стратегия перевода на энергосберегающий путь экономики.

1. перевод ТЭЦ и крупных котельных с природного газа на уголь

2. перевод средних и мелких котельных с газа и мазута на местное низкокалорийное топливо

3. широкое применение децентрализованных систем теплоснабжения на основе тепловых насосов

4. внедрение в нетрадиционную и малую энергетику двигателей Стирлинга

когенерационные установки позволяют осуществлять комбинированное производство электроэенргии и тепла за счет передачи теплоты образующейся в процессе работы двигателя, через систему т/о отопительный контур.

Рисунк 1

Наиболее характерные причины нерационального использования ТЭР

13.09.11

Причины нерационального использования тэр

1. по режиму работы основного оборудования предприятий

1. несоответствие мощности установленной энергетического оборудования

2. отсутствие режимных карт и регламента оборудования, эксплуатация с просрочкой

3. Использование в дневное время эл освещения из-за загрязняющихся световых проемов, использование устаревших ламп вместо светильников

2. по использованию топлива

1. Отсутствие достоверного учета отпуска тепла

2. Отсутствие фактического удельного расхода топлива на отпущенную энергию

3. Значительные потери на теплоизоляцию котельных агрегатов, присосы воздуха, повышенная температура уходящих газов

3. По использовании теплоэнергии

1. Значительные потери при транспортировке тепла

2. Наличие утечек пара и горячей воды

3. Неудовлетворительное состояние теплоизоляции на трубопроводе

4. Отсутствие системы автоматического регулирования температурных параметров

5. Значительные потери из-за больших стекольных проемов, большой теплопроводности материала стен, полов и потолков.

4. по использованию электроэнергии

1. неполная загрузка электрооборудования

2. завышенные мощности электродвигателей

3. повышенные потери в электрических сетях из-за плохого состояния компенсирующих устройств

4. слабое внедрение частотного управления электроприводом

5. недостатки в нормировании электропотребления

на многих предприятиях не сохранилось нормирование расходов электроэнергии и тепла на единицу выпускаемой продукции

Примеры оценки характерных потерь и возможности энергосбережения.

Тепловые потери из-за отложений внутри труб при транспортировке теплоносителей. (накипь и образования)

В СО находиться более 2000 различных котельных (паровых и водогрейных) из них менее половины работает с химически очищенной водой. При питании котлов сырой водой из водопровода или скважины образуются солевые отложения на внутренней поверхности обогреваемых труб. Что ведет к ухудшению теплопередачи от продуктов сгорания к воде, в котельном агрегате и как следствие к перерасходу топлива.

Суммарное содержание солей CaCO3, MgCO3 может достигать 500-600 мг/л.

Образующийся слой отложений это рыхлый слой на внутренней поверхности стенок труб из солей и оксидов

Рис 1

Потери тепла при образовании накипи можно оценить для трубы с помощью приближенной формулы теплопередачи через плоскую стенку

Плотность теплового потока для чистой трубы

Ф1

Для трубы с отложениями

Ф2

График 1

20.09.11

Потери тепла и поверхности изолированного и изолированного трубопровода

Экономия тепловой энергии при проведении теплоизоляционных работ на трубопроводе, арматуре, достигается за счет сокращения потерь в окружающую среду. Трубопроводы могут быть расположены на различной высоте над поверхностью земли, либо внутри канала в грунте.

Рисунок 2

14.09

Типовые энергосберегающие мероприятия в сфере производства

1. Мероприятия в электроэнергетики

0. Замена трансформаторов загруженных менее 70% на трансформаторов меньшей мощности

∆P=∆P_хх + ∆Р _{эксплуатационные} * К²_{загрузки}

Потери энергии в трансформаторе определяются

Ф1

Τ - Число часов работы трансформатора

Замена нерегулируемых электроприводов вентиляторов и насосов частотно-регулируемым приводом

Насосы и вентиляторы работают обычно в переменном режиме (меняется расход G_V, G_M) рациональное регулирование работы наосов с помощью частотных регуляторов обеспечивает значительную экономию энергии.

Рис 1

Графики регулирования частоты

Экономия электроэнергии в осветительных установках

На освещение расходуется в среднем 5-10% от общего потребления электроэнергии

Основные направления в энергосбережении в этой области:

1. применение наиболее экономичных источников света

2. рациональное размещение светильников

3. рациональная эксплуатация осветительных сетей (очистка светильников замена ламп)

4. совместное использование естественного и искусственного освещений

Мероприятия по экономии тепловой энергии на предприятиях

1. применение установок глубокой утилизации теплоты, с целью снижения температуры уходящих газов

рис 2

указанные мероприятия позволяет сэкономить от 5-15 % расхода топлива

∆В = 0,16*В_ном*∆Т_г*τ_раб

Экономия теплоэнергии при осуществлении возврата конденсата (от паро-использующих установок)

Рис 3

Годовая экономия теплоты при использовании возврата конденсата

∆Q = G_k*(i_k-x*r_k)*τ_раб

i_k – энтальпия конденсата

r_k – теплота конденсации пара

x – доля пролетного пара

Применение турбогенераторов с противодавленчискими турбинами

В котельных с паровыми котлами, а так же на ТЭЦ для снижения давления пара с последующим его использованием в деаэраторах, сетевых подогревателях, а так же на технологически нужды используется РУ и РОУ.

Схема получения технологического пара.

Такие турбины называются противодавленчискими, обозначаются «Р» либо «ПР» (турбина с теплофикационным отбором)

Такие турбины мощность от 0,5 до 5 МВт серийно выпускаются Калужским турбинным заводом

21.09.11

Энергосбережение в различных секторах экономики

Энергосбережение в отраслях ТЭК

ТЭС на угле, мазуте, расходуют примерно 280 млн. тут. Примерно 46% от всех расходуемых ресурсов

В ТБ:

Доля угля – 26%

Доля природного газа – 63%

Доля Мазута – 11%

Предлагаемая структура энергосбережения в отраслях ТЭК

А) Малозатратные мероприятия:

• Снижение тепловых потерь котельных агрегатов дополнительной теплоизоляцией.

• Доохлаждения отходящих дымовых газов до уровня 100-120 С

• Совершенствование режимов работы и снижение собственных расходов на электроэнергию и тепло самого предприятия

Б) Высокозатратные мероприятия:

• Внедрение ГТУ при строительстве тепловых электростанций работающих на газе

• Реконструкция КЭС и АЭС с увеличением их работы по теплофикационному режиму

• Модернизация блочного оборудования ПТУ с целью повышения их КПД

• Внедрение экологически чистых мини ТЭЦ с противодавленчискими турбинами

• Установка газорасширительных турбин на газораспределительных пунктах

Энергосбережение в ЖКХ

• Ликвидация мелких неэкономичных котельных при централизованном теплоснабжении

• Внедрение приборов учета и контроля регулирования энергоресурсов

• Применение на котельных ЖКХ противодавленческих турбин для выработки электроэнергии

• Применение в системах тепло-, водоснабжения вместо поверхностных т/о струйно-фарсуночных аппаратов, имеющих малые габариты и высокую производительность

• Снижение энергоемкости ВВП

Совершенствование структуры ТЭБ

• Использование местного топлива

• Снижение материалоемкости производства

• Создание новых энергосберегающих технологий

• Рациональное энергопользование и энергосбережение

Основные расчетные соотношения энергопотребления в промышленности и ЖКХ

Потребление электроэнергии

При анализе эффективности расхода электроэнергии необходимо знать потребляемую мощность различных установок и электропривода

Ф1

0. расчет мощности электродвигателя на привод насосов

ф2

рис 1

0. расчет мощности на привод вентилятора

Вентиляторы предназначены для подачи воздуха или газов в технологические установки, при создании разряжения вентиляторы называются дымососами

Ф3

0. расчет мощности электродвигателя на привод компрессора

ф4

27.09.11

Расчет потребления тепловой энергии в ЖКХ

04.10.11

Отопительные характеристики зданий и сооружений

Общие характеристики теплопотерь

Общая строительная индустрия жилых домов была ориентирована на производство сборных железобетонных конструкции, легкобетонного кирпича блоков и панелей, поэтому уровень теплозащиты наружных стен закладывался минимальным, в основном для условий отсутствия выпадения конденсата на внутренней поверхности стен. В настоящие время нормативными характеристиками зданий являются следующие параметры:

tнар – расчетная наружная температура воздуха (максимально низкая температура для региона)

tвнут – расчетная температура воздуха внутри помещений

φ – относительная влажность в %

∆t =

Рассмотрим схему формирования теплового баланса в отопительный период для типового дома

Рис 1

Поступление теплоты от отопительных приборов составляет примерно 95%. Остальное на приборы и солнечную радиацию

Ф1

Тепловые потери через наружные ограждения зданий

Ф2

Характеристики теплопотерь ограждающих конструкции без оконных проемов

Рис 2

Ф2

Рассчитанные по формулам

Термическое сопротивление пола и потолка рассчитывается аналогичным образом

11.10.11

Определение теплопотерь через оконные проемы

Величина теплопотерь через окна достигает 50% от общих теплопотерь ограждающий конструкции

Рис 1

Ф1

Определение соответствующих термических сопротивлений окна

Ф2

Тепловой график теплопотерь окна с двойным остеклением в зависимости от температуры воздуха

График 1

Перспективные мероприятия по уменьшению теплопотерь через окна

1. Объединение стекол в герметичные стеклопакеты с расстоянием 12-14 мм между стеклами

2. Вакуумирование межтекольного пространства или заполнение инертным газом

3. улучшение терморадиационных свойств стекла за счет нанесения низкоэмиссионных покрытий

Ф3

Тип стеклопакета	Толщина, мм	Термическое сопротивление
1. однокамерный	24	0,32
2. однокамерный с внутренним покрытием	24	0,52
3. 2-х камернаый стеклопакет с внутренним покытием	32	0,64
Двухкамерный стеклопакет с заполнением аргоном	44	0,72

Типовые значения термических сопротивлений ограждающих устройств и оконных проемов

ГСОП = Д = 6000 град*сут

Стены: R^норм=3,5

Окна: R^норм=0,6

Пол: R^норм=5,2

Потолок: R^норм=4,6

R^норм > R^треб