11. Перспективы энергосбережения в различных отраслях народного хозяйства.

А) при производстве энергии

Различные технологии превращения энергии имеют разные показатели её потерь. Рассмотрим пример превращения энергии из топлива в электричество. Сжигание топлива в котле → получение пара → пар приводит в действие турбогенератор, который вырабатывает электричество. Лишь часть тепловой энергии пара передается турбине. Далее пар охлаждается, превращаясь в воду, и поступает обратно в котел. Большая часть энергии теряется в процессе охлаждения пара. Таков принцип работы конденсаторных установок. Их энергетическая эффективность составляет 35-40% преобразования энергии топлива в электрическую. Если оставшуюся энергию пара использовать для обогрева помещений, то энергетическая эффективность возрастает до 80-85%. Такие комбинированные теплоэлектростанции получают широкое распространение.

КПД тепловых электростанций в целом может реально достигать 42-45%.

В зависимости от используемых технологий КПД изменяется:

• обычные пылеугольные котлы (32-34%);

• система малотоксичного сжигания угля (35-41%);

• сжигание минерального топлива в кипящем слое под давлением (32-42%);

• установки с внутрицикловой газификацией угля (37-41%);

• непрямой топливный цикл (37-41%);

• комбинированные системы с использованием внутрицикловой газификации и топливных элементов (47-64%).

При производстве электроэнергии целесообразно применение локальных систем, преимуществом которых является максимальное приближение станций к потребителям энергии или ее источникам.

Б) в промышленности

Использование энергии в промышленности зависит от типа изготавливаемой продукции, применяемых технологий, организации производства. Потенциальные возможности энергосбережения на предприятиях сходны, несмотря на различия в конструкции промышленных установок и способах их эксплуатации. Направления энергосбережения:

1. Регулярные энергетические обследования предприятий;

2. Организация учета потребления энергоресурсов;

3. Повышение уровня эксплуатации и технического обслуживания оборудования;

4. Модернизация оборудования и технологических процессов;

5. Замета существующего оборудования на новое, менее энергоемкое.

Важным аспектом реализации этих направлений является проблема мотивации персонала предприятий на ее выполнение.

Мероприятия для реализации данных направлений:

1. Правильный выбор энергоносителей. Для каждого процесса необходим такой энергоноситель, который обеспечивает наибольший энергетический эффект. Например, для печей и нагревательных установок должны сравниваться прямое использование топлива и электронагрев; для кузнечно-прессового оборудования – электроэнергия, сжатый воздух и пар. При выборе энергоносителя учитывают:

Требования со стороны технологии,

Экономические различия в конструкции и условиях эксплуатации оборудования,

Затраты на сравниваемые энергоносители,

Наличие необходимого оборудования,

Период времени, необходимый для замены оборудования,

Экономический эффект от использования ВЭР, затраты на экологические мероприятия.

2. Уменьшение числа преобразований энергии.

3. Разработка рациональных схем энергоснабжения.

4. Автоматизация энергоснабжающих установок.

5. Повышение качества энергоресурсов.

– До 40% электроэнергии на предприятии расходуется на вращение электроприводов, как правило, работающих с завышенной мощностью.

– Потери электроэнергии при передаче по проводам составляют около 10% и более. Их снижение может быть обеспечено при снижении плотности тока в проводах, за счет внедрения новых трансформаторов, характеризующихся низкими потерями и др.

Возможности энергосбережения при электроосвещении предприятий:

– Используемые для освещения лампы накаливания имеют КПД 5-6%. Замена ламп накаливания на люминесцентные в 6 раз снижает потребление энергии; при высоте более 5 метров – металлогалогенные лампы; светоизлучающие диоды.

– Местные источники освещения возле рабочих мест.

– Автоматические системы поддержания заданного уровня освещения.

– Светильники с отражателями.

Внедрение новых источников света позволит сэкономить до 50% электроэнергии расходуемой на освещение.

Для уменьшения потерь энергии в вентиляционных системах необходимо:

– создавать переходные камеры в дверях (тамбуры);

– использовать автоматические системы включения воздушных завес при открытии дверей;

– отключать вентиляцию в ночное и нерабочее время;

– применять местную вентиляцию.

Для снижения потерь энергоресурсов в тепловых сетях необходимо:

– обеспечить теплоизоляцию трубопроводов и оборудования;

– устранить утечки теплоносителя (вода, пар);

– отрегулировать оборудование;

– предотвратить отложение осадка в теплообменниках.

Причины потерь энергии при теплоснабжении:

– отсутствие у производителей тепла стимулов внедрять измерительные системы и энергосберегающее оборудование, так как за потери тепла платит потребитель;

– неплатежеспособный спрос, перерасход энергоресурсов;

– потребитель, не оснащенный приборами учета, не видящий прямой связи между объемами энергопотребления и оплатой за них, мало заинтересован в энергосбережении.

В) энергосбережение в сельском хозяйстве.

Особенность - использование двух источников энергии – солнечной и антропогенной. Доля антропогенной энергии постоянно возрастает. Количество используемой энергии на единицу продукции зависит от отрасли хозяйства (животноводство, растениеводство), используемых технологий, климатических условий зоны и др. факторов. В животноводстве наиболее энергоемким является производство кормов, освещение и отопление помещений для содержания животных, особенно птицефабрик. Кроме технологических затрат необходимо учитывать затраты на производство основных средств. Для энергосбережения в животноводстве рекомендуют:

- использовать энергосберегающие технологии и оборудование при производстве кормов;

- использовать теплоизоляцию и снижение энергозатрат на обогрев животноводческих помещений;

- надо отказаться от повышения продуктивности животных любой ценой, а стремиться к максимальному снижению затрат на единицу продукции.

В растениеводстве наибольшие статьи затрат это техника и удобрения. По данным БелНИИ экономики и информации АПК приведены минимальные уровни производства продукции, при которых продукция экономически неэффективна и неконкурентоспособна:

Зерно ≥17,5 ц/га картофель ≥76 ц/га сахарная свекла ≥148 ц/га

Прибыль, необходимая для расширения воспроизводства, начинает формироваться при урожайности зерна 23 ц/га, картофеля – 13 ц/га, сахарной свеклы – 200 ц/га.

Экономия энергоресурсов в растениеводстве достигается, если:

• использовать высококачественные семена, а не повышать дозы удобрений;

• очищать семена от трудноотделимых сорняков, а не применять гербициды;

• повышать качество работ (равномерность внесения удобрений, посева, …)

• применять рациональную структуру посевных площадей (производство 1 ц кормовых единиц из зеленой массы клевера требует в 3 раза меньше энергозатрат, чем из злаковых трав; а урожайность злаков после клевера повышается на 10 ц/га.);

• севообороты;

• использовать комбинированные и универсальные машины (40 % энергопотребления в земледелии расходуется на обработку почвы);

• организовывать поля с оптимальными пространственными характеристиками (угол склона, степень изрезанности препятствиями, длина гона);

• использовать энергосберегающие сорта;

• отменить очистку фуражного зерна (65 % от всего собираемого в республике).

В кормопроизводстве:

• для сушки использовать энергию биомассы, солнца, ветра;

• использовать зеленую массу пастбищ, т. к. она обладает самой высокой питательностью (энергозатраты на производство прессованного сена, сенажа, травяной муки из 1000 т зеленой массы, соответственно в 1,1-1,3-1,7 раз выше, чем на производство самой зеленой массы);

• сбалансировать рационы питания животных (несбалансированность рационов питания животных приводит к значительному (на 20-50 %) перерасходу кормов).

Г) энергосбережение в транспортной отрасли.

Структура потребления энергии различными видами транспорта в странах ЕС: 72 % – автомобили, 4% – железнодорожный транспорт,10% - воздушный транспорт, 2% – внутренний морской транспорт, 12% – международные танкеры.

Рекомендации для повышения энергоэффективности автомобильного транспорта:

– создание экономичных двигателей

До энергетического кризиса 1973 года в США автомобили потребляли 18.2 л /100 км, после – 9.1/100 км пробега. Экономия по США – миллионы баррелей нефти/сутки. В настоящее время компании Пежо, Тайота, Вольво, Фольксваген, Рено и другие имеют разработанные модели с потреблением топлива 2-4 л/100 км.

– создание легких автомобилей

Переход к легким автомобилям - использование алюминия, пластика и др. В России выпущены боевые машины пехоты и боевые машины десанта, имеющие алюминиевые бронекорпуса.

– использование альтернативных источников энергии

Электромобили - автомобили будущего для больших городов. Их конструктор– Джон Корбинс (США). Согласно данным статистики, подавляющее большинство жителей крупных мегаполисов ездят в автомобиле в одиночку и на небольшие расстояния. Малогабаритный трехколесный электромобиль, легко управляемый, практически не имеющий проблем с парковкой - очень удобный вид транспорта для таких целей, + решение экологических проблем. Солнцемобили, биодизель, биогаз, водород.

– Еще один способ сокращения использования топлива - общественный транспорт, велосипеды.

– При реконструкции дорог можно использовать демонтированное асфальтовое покрытие, которое дробят и смешивают с битумом. При этом отпадает необходимость добывать и транспортировать новое сырье, а также – утилизировать старое дорожное покрытие.

д) в жилых помещениях и в быту

Коммунально-бытовое хозяйство является на сегодня крупным потребителем топлива и энергии: на его долю приходится около 20 % топливно-энергетических ресурсов. Из них около 40 % расхода электроэнергии приходится на электро-бытовые приборы, 30 расходуется на освещение и более 12 % - на приготовление пищи. Установлено, что 15-20 % потребляемой в быту электроэнергии пропадает из-за небережливости потребителей.

Простота и доступность электроэнергии породили у многих людей представление о неисчерпаемости наших энергетических ресурсов, притупили чувство необходимости ее экономии.

Рациональное освещение квартиры

Освещение квартиры складывается из естественного и искусственного. Любое из них должно обеспечивать достаточную освещенность помещения, а также должно быть равномерным, без резких и неприятных теней.

В помещения, окна которых выходят на север и частично на запад и восток, попадает лишь рассеянный свет. Для улучшения естественного освещения комнат отделку стен и потолка рекомендуется делать светлой.

Естественная освещенность зависит также от потерь света при попадании через оконные стекла. Запыленные стекла могут поглощать до 30 % света. Наличие в настоящее время различных химических препаратов для чистки стекол позволяет без особых физических усилий содержать их в надлежащей чистоте.

Значительное количество электроэнергии напрасно расходуется днем в квартирах первых, а в некоторых домах - вторых и третьих этажей. Причина этому - беспорядочные посадки зелени перед окнами, затрудняющие проникновение в квартиры естественного дневного света.

Согласно существующим нормам деревья высаживаются на расстоянии не ближе 5 м от стен жилого дома, кустарник - 1,5 м.

Искусственное освещение создается электрическими светильниками. В современных квартирах широко распространены три системы освещения: общее, местное и комбинированное.

Наиболее рациональным является принцип зонального освещения, основанный на использовании общего, комбинированного или местного освещения отдельных функциональных зон. Если при освещении этих зон использовать лампы направленного света, настольные лампы, торшеры, бра, то в квартире станет уютнее, а следовательно, и комфортнее.

Для такого зонального освещения подходят лампы в 1,5—2 раза менее мощные, чем в подвесных светильниках. В результате на комнату 18-20 м² экономится до 200 кВт-ч в год.

Лампы накаливания являются традиционными и широко применяемыми источниками света. Весьма ощутимую экономию электроэнергии при использовании ламп накаливания могут дать следующие мероприятия:

- применение криптоновых ламп накаливания, имеющих световую отдачу на 10 % выше, чем у ламп накаливания с аргоновым наполнением;

- замена двух ламп меньшей мощности на одну несколько большей мощности. Например, использование 1 лампы мощностью 100 Вт вместо 2 ламп по 60 Вт, каждая экономит при той же освещенности потребление энергии на 12 %;

- поддержание допустимого напряжения. Для нормальной работы электрических ламп необходимо, чтобы отклонение напряжения не выходило за пределы -2,5 % и +5 % от номинального. Световой поток ламп зависит от уровня напряжения. Так, при снижении напряжения на 1 % у ламп накаливания световой поток уменьшается на 3-4 %;

- периодическая замена ламп к концу срока службы (около 1000 ч). Световой поток ламп накаливания к концу срока службы снижается на 15 %;

- периодическая чистка от пыли и грязи ламп, плафонов и осветительной арматуры. Не чистившиеся в течение года лампы и люстры пропускают на 30 % света меньше, даже в сравнительно чистой среде. На кухне с газовой плитой лампочки загрязняются намного быстрее;

- снижение уровня освещенности в подсобных помещениях, коридорах, туалетах и т. п.;

- широкое применение светорегуляторов, позволяющих в широких пределах изменять уровень освещенности;

- применение реле времени для отключения светильника через определенное время.

Более совершенными источниками света являются люминесцентные лампы. Это разновидность газоразрядного источника света, в котором используется способность некоторых веществ (люминофоров) светиться под действием ультрафиолетового излучения электрического разряда. Люминесцентные лампы изготавливаются в виде стеклянных трубок с двумя металлическими цоколями, наполненных парами ртути под низким давлением. Такая лампа имеет по сравнению с лампой накаливания в 4-5 раз более высокую световую отдачу и в 5-8 раз больший срок службы. Например, светоотдача люминесцентной лампы 20 Вт равна светоотдаче лампы накаливания 150 Вт.

Экономия электроэнергии при приготовлении пищи

Правильная эксплуатация бытовых электроприборов заключает в себе большие резервы экономии электроэнергии. Самыми энергоемкими потребителями являются электроплиты. Годовое потребление электроэнергии ими составляет 1200-1400 кВт. Как же рационально пользоваться электроплитами? Технология приготовления пищи требует включения конфорки на полную мощность только на время, необходимое для закипания. Варка пищи может происходить при меньших мощностях. Большинство электроплит оснащены сейчас 4-ступенчатыми регуляторами мощности; в результате при приготовлении пищи электроэнергия расходуется нерационально. Применение 7-ступенчатых переключателей снизит затраты энергии на 5-12 %, а бесступенчатых - еще на 5-10 %.

Несвоевременная смена неисправных конфорок приводит к перерасходу электроэнергии на 3-5 %. Перегорание в конфорке одной или двух спиралей нарушает режим регулирования - минимальная ступень мощности увеличивается в 2-3 раза.

Особо следует остановиться на кипячении воды на электрической плите. Для рационального использования энергии необходимо налить воды ровно столько, сколько потребуется для данного случая. Совершенно неразумно наливать полный чайник, а впоследствии его подогревать. Одним из условий улучшения работы электрочайника и посуды является своевременное удаление накипи.

Еще один весомый резерв экономии электроэнергии - использование специализированных приборов для приготовления пищи. Эти приборы предназначены для приготовления отдельных видов блюд. Блюда получаются лучшего качества, чем приготовленные на плите, а энергии затрачивается меньше. Имея набор таких приборов, можно свести пользование электроплитой к минимуму. В набор могут входить электросковорода, электрокастрюля, электрогриль, электротостер, электрошашлычница, электрочайник, электросамовар, электрокофейник.

Неоспоримые преимущества имеют и микроволновые печи, получившие в последнее время широкое распространение. В них разогрев и приготовление продуктов происходят за счет поглощения ими энергии электромагнитных волн. Причем продукт подогревается не с поверхности, а сразу по всей его толще. В этом заключается эффективность этих печей. При эксплуатации микроволновой печи необходимо помнить, что она боится недогрузки, когда излученная электромагнитная энергия ничем не поглощается. Поэтому когда печь включена, но вы ей не пользуетесь, нужно держать в ней стакан воды.

Экономия электроэнергии при пользовании электробытовыми приборами

Холодильник - энергоемкий прибор. Поскольку холодильники постоянно включены в сеть, они потребляют столько же, а то и больше энергии, сколько электроплиты: компрессорный холодильник - 250-450 кВт-ч, абсорбционный - 500-1400 кВт-ч в год.

Холодильник следует ставить в самое прохладное место кухни (ни в коем случае не к батарее, плите), желательно возле наружной стены, но не вплотную к ней. Чем ниже температура теплообменника, тем эффективнее он работает и реже включается. При снижении температуры теплообменника с 21 до 20 °С холодильник начинает расходовать электроэнергии на 6 % меньше. Ледяная шуба, нарастая на испарителе, изолирует его от внутреннего объема холодильника, заставляя включаться чаще и работать каждый раз больше. Чтобы влага из продуктов не намерзала на испарителе, следует хранить их в коробках, банках и кастрюлях, плотно закрытых крышками, или завернутыми в фольгу. Регулярно оттаивая и просушивая холодильник можно сделать его гораздо экономичнее.

Стиральные машины - наиболее экономичные с точки зрения потребления электроэнергии автоматические машины, включение и выключение которых производится строго по программе. Они рассчитаны на единовременную загрузку определенной массы сухого белья. Перегружать машину не следует: ее мотору будет тяжело работать, а белье плохо отстирается. Не следует думать, что загрузив бак машины лишь наполовину, можно добиться экономии энергии и повысить качество стирки. Половина мощности машины уйдет на то, чтобы вхолостую гонять воду в баке, а белье чище все равно не станет.

Мощность утюга довольно велика - около киловатта. Чтобы добиться некоторой экономии, белье должно быть слегка влажным: пересушенное или слишком мокрое приходится гладить дольше, тратя лишнюю энергию. Массивный утюг можно выключить незадолго до конца работы: накопленного им тепла хватит еще на несколько минут.

Для эффективной работы пылесоса большое значение имеет хорошая очистка пылесборника. Забитые пылью фильтры затрудняют работу пылесоса, уменьшают тягу воздуха. Для их очистки надо обзавестись щетками двух типов: плоской широкой и узкой длинной. Такими щетками легко удалять пыль как с пылесборника, так и с матерчатых фильтров.

Если рассмотреть тепловой баланс жилища, станет ясно, что большая часть тепловой энергии отопительной системы идет на то, чтобы перекрыть потери тепла. Они в жилище с центральным отоплением и водоснабжением выглядят так:

- потери из-за не утепленных окон и дверей - 40 %;

- потери через оконные стекла - 15 %;

- потери через стены - 15 %;

- потери через потолки и полы - 7 %;

- потери при пользовании горячей водой - 23 % [27].

Многие считают, что экономия воды - это другая проблема, не относящаяся к электроэнергии. На самом же деле, экономя воду, мы экономим электроэнергию. Вода не сама приходит в наши многоэтажные дома. Мощные насосы, приводимые в движение электрическими моторами, поднимают воду на нужную высоту. Этот расход энергии не отражается на наших электросчетчиках, но величина его весьма ощутима.

Во многих странах Европы водомерные счетчики уже стали привычной деталью квартир.

Советы по экономии воды очень просты. Это исправное состояние кранов в ваннах, умывальниках и мойках; исправность унитазов; уменьшение пользования ванной за счет использования душа.

Так же, как и для типично бытовых электроприборов, маркировка для обозначения энергоэффективности используется для ряда так называемых офисных приборов - компьютеров, факсов, принтеров, копировальных машин.

Местом контроля качества электрической энергии являются точки общего присоединения потребителей к сетям общего назначения. В них выполняют измерения энергоснабжающие организации. Потребители проводят измерения в собственных сетях в местах, ближайших к этим точкам.

ГОСТом установлена периодичность контроля качества электроэнергии - один раз в два года для всех ПКЭ и два раза в год для отклонения напряжения.

Существуют задачи непрерывного мониторинга качества электроэнергии, требующие включения приборов качества в АСКУЭ. Между тем есть приборы, одновременно выполняющие функции счетчика электроэнергии, прибора контроля качества и биллинговой системы, рассчитывающей сумму, подлежащую к оплате с учетом скидок.

Каким же образом, применяя передовые технологии автоматизации, можно снизить затраты на энергоресурсы?

1. Учет потребления электроэнергии, газа, тепла и воды. Одно только упорядочение такого учета уже может принести значительный экономический эффект. В Европе, например, внедрение счетчиков объемов потребления энергоресурсов позволило, в среднем, снизить общие энергозатраты на 20 %. Проблемы с поиском этого оборудования уже нет, его установка не требует больших капиталовложений, технически вопросрешается достаточно легко.

2. Применение автоматического управления энергопотребителями позволит более рационально расходовать энергоресурсы. Например, если работник забыл выключить освещение при уходе домой - программируемый таймер сам выключит освещение. Нет смысла отапливать офисное помещение ночью — программируемое управление теплоснабжением уменьшит интенсивность работы обогревателей вечером, а утром, перед началом рабочего дня прогреет помещение до нужной температуры. Центральное управление всеми климатическими системами предотвратит неэффективное их использование (ситуация, когда включенный обогреватель греет помещение, а включенный кондиционер охлаждает его).

3. Огромным эффектом обладает внедрение частотно-регулирующих электроприводов. На сегодняшний день большинство электроприводов составляют нерегулируемые приводы с асинхронными двигателями. Их используют в водо- и теплоснабжении, системах вентиляции и кондиционирования воздуха, компрессорных установках и пр. В таких установках плавное регулирование скорости вращения позволяет в большинстве случаев отказаться от использования вариаторов, дросселей, задвижек, заслонок, исполнительных механизмов и другой регулирующей аппаратуры. Это значительно упрощает механическую систему, повышает ее надежность и снижает эксплуатационные затраты, а также затраты, связанные с приобретением регулирующей аппаратуры. При подключении через частотный регулятор пуск двигателя происходит постепенно без пусковых токов и ударов, что снижает нагрузку на двигатель и механизмы, увеличивает срок службы. Использование частотно-регулирующего электропривода разрешает получить экономию электроэнергии до 50 %.

Принципы построения энергосберегающего дома:

• подбор материалов, способов постройки с высокими теплоизоляционными свойствами;

• многосемейный дом имеет более низкое потребление энергии;

• использование солнечного тепла по возможности (солнечные батареи на крыше);

• экономия при использовании бытовых приборов;

• установка регуляторов подачи тепла в системе обогрева.

Будущее за так называемыми smarthome (умный дом).

Потенциал энергосбережения зданий

Основные энергосберегающие мероприятия	Возможность снижения потерь, %
Автоматическое регулирование расхода тепла в отопительных системах	14
Уплотнение окон	10
Ручные регуляторы расхода тепла в квартирах	5
Теплоизоляция пола	4
Наружная теплоизоляция стен	20
Внутренняя теплоизоляция стен	18
Теплоизоляция крыши	7