4843

УДК 621.181 (075.8)

Гордеев А.В. / Энергоэффективность: экономика, политика, регулирование [Электронный ресурс]: учеб.-метод. пос. / А.В. Гордеев; Нижегор. гос. архитектур. - строит. ун-т – Н. Новгород: ННГАСУ, 2016. – __ с.– 1 электрон.

опт. диск (CD-RW).

В настоящем учебно-методическом пособии по дисциплине «Энергоэффективность: экономика, политика, регулирование» даются конкретные рекомендации учащимся для освоения как основного, так и дополнительного материала дисциплины и тем самым способствующие достижению целей, обозначенных в учебной программе дисциплины. Цель учебно-методического пособия — это помощь в усвоении лекций и в подготовке к практическим занятиям.

Учебно-методическое пособие предназначено для обучающихся в ННГАСУ по дисциплине «Энергоэффективность: экономика, политика, регулирование» по направлению подготовки 08.04.01 Строительство профиль Возобновляемые источники энергии и энергоэффективность в зданиях. Учебно-методическое пособие ориентировано на обучение в соответствии с календарным учебным графиком и учебным планом по основной профессиональной образовательной программе направления 08.04.01 Строительство, профиль Возобновляемые источники энергии и энергоэффективность в зданиях, утв. решением учёного совета ННГАСУ от 03.04.2015 г., протокол № 9

1. ЦЕЛИ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

Целями освоения учебной дисциплины Б1.В.ОД.2 Энергоэффективность:экономика, политика, регулирование являются:

Изучение энергосберегающего оборудования и технологий в системах теплоснабжения; методики технико-экономических расчетов энергосберегающих мероприятий; мероприятий по энергосбережению за счет использования альтернативных источников энергии и вторичных энергоресурсов

2. ПЕРЕЧЕНЬ ПЛАНИРУЕМЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ОБУЧЕНИЯ ПО ДИСЦИПЛИНЕ, СООТНЕСЕННЫХ С ПЛАНИРУЕМЫМИ РЕЗУЛЬТАТАМИ ОСВОЕНИЯ ОСНОВНОЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬ-

НОЙ ПРОГРАММЫ

Практическое занятие 1

Оценка экономической эффективности энергосберегающих мероприятий

Капиталовложения в энергосберегающие мероприятия окупаются экономией топлива, реализуемой в самые короткие сроки.

При разработке энергосберегающих установок могут решаться три типа технико-экономических задач:

1.Имеется только один вариант энергосберегающего решения и его сопоставляют с точки зрения экономической эффективности с «базовым» вариантом, не предусматривающим энергосберегающих мероприятий.

2.Может быть применено несколько энергосберегающих мероприятий (или одно, но с различным количеством сберегаемой энергии при разных режимах работы). Все они сопоставляются по величине достигаемого экономического эффекта между собой «базовым» вариантом; применению подлежат экономически наиболее целесообразные мероприятия.

3.Выявляют экономически оптимальный вариант решения, т. е. лучший из всех возможных в принятых условиях. Экономическую целесообразность применения вариантов энергосберегающих решений определяют, исходя из сравнительной экономической эффективности капитальных вложений, необходимых для их осуществления, т. е. сопоставляют затраты и результаты, полученные при этих затратах. Экономически наиболее целесообразным является вариант решения, при котором минимальны приведенные затраты П, руб./год, являющиеся суммой эксплуатационных затрат Э и капитальных вложений К, приведенных к одинаковой размерности в соответствии с нормативным коэффициентом сравнительной эффективности капитальных вложений Ен.

Эксплуатационные затраты, руб./год, на энергосберегающие мероприятия определяют по формуле:

э = Т + Эл + В + Рк +РТ + 3+У,

где Т- затрата на топливо или тепловую энергию, получаемую от источника теплоты;

Эл - затраты на электроэнергию, расходуемую при осуществлении соответствующих энергосберегающих мероприятий;

В - отчисления на восстановление соответствующих основных фондов; Рк ,РТ - затраты на капитальный и текущий ремонты и межремонтное

обслуживание;

3 - заработная плата обслуживающего персонала; У- затраты на управление, технику безопасности, охрану труда и др.

При оценке эффективности использования ТЭР рассчитываются значения приведенных затрат применительно к определенным схемам энергосбережения, энергетической установке, агрегату. При расчете экономичности различных вариантов рассматривают лишь изменения приведенных затрат на тех участках сравниваемых схем, которые возникают при переходе от одной схемы энергосбережения к другой.

Практические занятия 2, 3, 4, 5

Энергосбережение на источнике теплоснабжения

Выработка энергопредприятиями электрической и тепловой энергии

Раздельная выработка тепла и электроэнергии

Как известно из термодинамики раздельная выработка тепловой и электрической энергии осуществляется с помощью паросиловых установок (ПСУ). На рис. 2.1.1 приведена условная схема ПСУ и теоретический цикл Ренкина в диаграмме pv.

Пар из парового котла ПК поступает в пароперегреватель ПП, откуда он направляется в турбину Т и далее в конденсатор К. В конденсаторе с помощью охлаждающей воды, подаваемой циркуляционным насосом ЦН, от пара отводится тепло, и он конденсируется. Образовавшийся конденсат питательным насосом ПН подается в котел, и цикл повторяется вновь.

Комбинированная выработка тепла и электроэнергии

В так называемых конденсационных установках, которые вырабатывают только механическую (или электрическую) энергию, весь отработавший пар конденсируется охлаждающей циркуляционной водой.

Последняя нагревается обычно до 15-30 ° С и уносит с собой огромное количество тепла, которое не может быть использовано вследствие низкой

температуры воды. Эти потери с охлаждающей водой составляют в конденсационных установках до 60 % тепла, выделяющегося при сгорании топлива.

Стремление к использованию тепла, уносимого циркуляционной (охлаждающей) водой, привело к мысли значительно повысить ее температуру за счет повышения давления отработавшего пара и использовать ее для отопления зданий, технологических процессов самых разнообразных производств, сушки, варки и т. п.

Таким образом, осуществляется комбинированная выработка электрической и тепловой энергии. Такие установки называются теплофикационными или теплоэлектроцентралями (ТЭЦ).

Повышение противодавления (конечного давления пара) приводит к уменьшению выработки механической или электрической энергии, но общее использование тепла при этом значительно повышается.

Комбинированная выработка электрической и тепловой энергии является основой теплофикации, получившей особое развитие, как наиболее передовой и совершенный метод производства тепловой и электрической энергии.

Пример 1. На заводской ТЭЦ установлены две паровые турбины с противодавлением мощностью 4000 кВт каждая. Весь пар из турбины направляется на производство, откуда он возвращается обратно в котельную в виде конденсата при температуре насыщения. Турбины работают с полной нагрузкой при следующих параметрах пара: р1 = 35 бар; t1 = 435 ° С; р2 = 1,2 бар.

Пример 2. Для условий предыдущей задачи рассчитать расход топлива в случае, если вместо комбинированной выработки электрической и тепловой энергии на теплоэлектроцентрали будет осуществлена раздельная выработка электроэнергии в конденсационной установке и тепловой энергии в котельной низкого давления.

Конечное давление пара в конденсационной установке принять Р2 = 0,04 бар. КПД котельной низкого давления принять тот же, что для котельной высокого давления.Определить для обоих случаев коэффициент использования тепла.

Применение утилизаторов теплоты уходящих газов

Экономайзеры для нагрева питательней воды и воздухоподогреватели для нагрева дутьевого воздуха находятся в конце конвективного газохода и омываются газами с низкой температурой, поэтому их часто называют низкотемпературными или хвостовыми поверхностями. Из всех поверхностей нагрева котла, находящихся под давлением, в экономайзере температура металла труб имеет наименьшее значение. Установка воздухоподогревателя

увеличивает экономичность котла главным образом за счет снижения потерь с уходящими газами, а также позволяет значительно улучшить процесс горения топлива, особенно при сжигании низкокачественных и мало реакционных топлив, снизив потери в топке q3 и q4 и увеличив передачу теплоты радиацией по сравнению с менее эффективной теплоотдачей - конвекцией.

Предварительный нагрев воздуха, подаваемого в топку для горения, позволяет повысить теоретическую температуру сгорания топлива. Обычно увеличение температуры нагрева воздуха на 100 ° С повышает температуру горения примерно на 35-40 ° С. Снижение температуры уходящих газов на каждые 10 ° С за счет установки хвостовых поверхностей нагрева повышает КПД парогенератора примерно на 0,5 %. Общий низкий уровень температур металла стенок труб хвостовых поверхностей нагрева делает вероятными их коррозионные повреждения вследствие конденсации влаги из дымовых газов и соединения с SO. Кроме того, экономайзер и воздухоподогреватель больше чем другие поверхности котла, страдают от золового износа и отложений летучей золы на трубах.

Характерным для хвостовых поверхностей нагрева является также низкий температурный напор, особенно на входе в экономайзер и на выходе из холодной части воздухоподогревателя. Поэтому основной задачей при разработке конструкций хвостовых поверхностей нагрева являются: интенсификация теплообмена и создание компактных малогабаритных элементов с умеренной затратой металла, которые бы подвергались минимальному золовому износу, загрязнению и коррозии.

Составление пароконденсатного баланса

Для определения выхода парового конденсата от различного теплоиспользующего оборудования составляются пароконденсатные балансы. Эти балансы позволяют оценить возможности использования конденсата и его потери. На основании балансовых данных разрабатываются мероприятия по сокращению потерь пара и конденсата.

Для составления пароконденсатного баланса необходимо обеспечить:

составление схемы потребления пара и возврата конденсата от теплоиспользующего оборудования;

составление схемы учета расхода пара;

сбор данных по паропотреблению и возврату конденсата за дватри предыдущих года помесячно;

сбор данных по проектным тепловым характеристикам теплоиспользующего оборудования (поверхность нагрева, параметры потребляемого пара, тепло-

вая нагрузка); сопоставление фактических и проектных данных по потреблению пара;

проверку наличия стационарных приборов учета расхода пара;

проверку теплоиспользующего оборудования, конденсатоотводчиков и конденсатного хозяйства;

составление списка дополнительных приборов, которые необходимо установить для замера отдельных показателей (манометры, термометры и др.).

При температуре конденсата выше 100 ° С и снижении давления до значения, соответствующего состоянию насыщения, происходит вскипание конденсата и образование пара вторичного вскипания. Количество теплоты, кДж/год, которая может быть сэкономлена при утилизации пара вторичного вскипания, поступающего из открытых систем:

Использование газотурбинных технологий

К системам тепло- и электроснабжения, дающим максимальную экономию энергоресурсов и приносящим прибыль, относятся муниципальные и промышленные системы совместного производства тепла и электроэнергии с применением газовых турбин - газотурбинные ТЭЦ (ГТУ-ТЭЦ). Эффективный коэффициент использования топлива таких систем достигает 90 % и является наибольшим среди других технологий. Поэтому не случайно еще в 1978 г. в США принят закон, согласно которому запрещено использование природного газа на вновь вводимых и реконструируемых ТЭЦ и крупных котельных без применения газотурбинных технологий. Аналогичные меры приняты и в странах Европейского экономического сообщества. В скором будущем такие же законы должны быть приняты и в России.

Преимущество газотурбинных теплоэлектростанций, по сравнению с существующими паротурбинными установками производства электроэнергии и тепла при всех потерях энергии на входе и выходе, в редукторе, генераторе, при затратах на собственные нужды составляет 1% и затратах электроэнергии на привод дожимного компрессора - 5 %, при совместном производстве электроэнергии и тепла КПД использования топлива составит 86,1 %.

Анализ составляющих в себестоимости тепла от котельных, работающих на природном газе, показал, что стоимость электроэнергии в себестоимости тепла достигает 10 %, а затраты на топливо находятся в пределах 55 %. При такой структуре российской теплоэнергетики, даже при низких тарифах на природный газ, тепло становится дорогим и его оплата, как правило, дотируется из регионального бюджета.

Схема парогазовой ТЭЦ:

1 - газотурбинная установка; 2 - камера сгорания; 3 - котел-утилизатор;

4 - паровая турбина, часть высокого давления; 5 - паровая турбина, часть низкого давления; 6 - сетевой подогреватель низкого давления; 7 - сетевой подогревательвысокого давления; 8 - конденсатор.

Коэффициент полезного использования топлива по выработке электроэнергии парогазовой установкой (ПТУ), по сравнению с паротурбинными энергоблоками сверхкритического давления, выше на 15-25 % и достигает 51-54 %. Кроме того, при ее работе в 3 раза снижается выброс в атмосферу и в 2 раза потребление охлаждающей воды.

Дооснащение паротурбинной станции газовой турбиной, обладающей значительно лучшими динамическими характеристиками, по сравнению с паровыми турбинами, позволяет, помимо улучшения термодинамических показателей станции (увеличение выработки электроэнергии на базе теплового потребления), повысить ее маневренные качества за счет регулирования.

Применение аккумуляторов теплоты

Одним из направлений повышения эффективности теплогенерирующих установок является аккумулирование тепла и его использование в системах теплоснабжения при «пиковой» тепловой нагрузке.

В настоящее время известно большое многообразие видов и конструкций тепловых аккумуляторов с разными теплоаккумулирующими материалами (ТАМ), обусловленное широким спектром областей применения аккумуляторов тепла. Множество методов и способов аккумулирования приводит к различным техническим и конструктивным решениям:

тепловые аккумуляторы с твердым ТАМ;

тепловые аккумуляторы с плавящимися ТАМ;

жидкостные аккумуляторы тепла;

паровые аккумуляторы тепла;

термохимические аккумуляторы;

тепловые аккумуляторы с электронагревательным элементом.

Традиционно рассматриваются тепловые аккумуляторы с неподвижной или подвижной матрицами. Использование неподвижной матрицы обеспечивает простоту конструкции, но требует больших масс ТАМ. Кроме этого, температура теплоносителя на выходе из аккумулятора изменяется в течение времени, что требует дополнительной системы поддержания постоянных параметров путем перепуска.

Канальные тепловые аккумуляторы широко применяются в системах электро- и теплоснабжения, использующих внепиковую энергию. Теплоаккумулирующий материал (шамот, огнеупорный кирпич и т. п.) нагреваете в периоды минимального потребления электроэнергии, что позволяет выравнивать графики загрузки электростанций. Пропуская холодный воздух через матрицу можно осуществлять обогрев помещений.

Аккумуляторы данного типа производятся за рубежом серийно для индивидуальных и малосемейных домов.

Особым типом канальных тепловых аккумуляторов с твердым ТАМ являются тепловые графитовые аккумуляторы, используемые в качестве источника энергии в автономных энергоустановках. Температура их нагрева может достигать 3500 K, что обеспечивает приемлемые массогабаритные характеристики установки.

Подземные аккумуляторы тепла с горизонтальными каналами применяются для аккумуляции тепла и его использования в течение 2-4-х месяцев.