Нетрадиционные источники энергии

сти, падение напряжения в номинальном режиме, потери холостого хода и короткого замыкания.

К удельным показателям энергосбережения относятся: КПД, удельный расход топлива или энергии на единицу продукции (или энергии), отношение потерь к номинальной мощности, коэффициент использования.

Плановый расчетный показатель усредненного расхода энергии или топлива при изготовлении, эксплуатации, ремонте, утилизации изделий представляет собой норму расхода энергоресурсов. Различают нормы: индивидуальные и групповые, технологические.

Норматив – это норма расхода энергоресурсов применительно к конкретным условиям, конкретному объекту, процессу.

Требования по энергосбережению должны устанавливаться стандартами (ГОСТ), техническими условиями (ТУ), конструкторской документацией (КД) на все изделия и процессы при использовании которых потребляется энергия или топливо. Эти изделия и процессы подразделяются на: 1) потребляющие энергию (топливо) для производства продукции, выполнения работ; 2) для преобразования одних видов энергии в другие; 3) для создания энергоносителей.

Энергосбережение характеризуется:

1)показателями энергопотребления (например, энергопотребле-

ние бытового холодильника 0,5 кВт ч в сутки);

2)показателями энергоемкости (например, при изготовлении бы-

тового холодильника расходуется 80 кВт ч электроэнергии, 20 кг условного топлива и т. д.);

3) показателями энергосодержания (например, энергосодержание

1 м3 биогаза, получаемого при пиролизе навоза, составляет 24,7 МДж, или энергосодержание 1 кг биогаза, составляет 28 МДж, или энергосодержание 1 кг бензина, получаемого при перегонке нефти, составляет 47 МДж).

Показатели энергопотребления должны использоваться:

1)для изделий, потребляющих различные виды топлива для производства энергии (котельная, дизель-генератор), для выполнения работ (автомобиль, тепловоз), для производства продукции (плавильная печь);

2)для изделий, потребляющих различные виды энергии для преобразования в другие виды энергии (газовая турбина, электродвига-

190

тель), для выполнения работы, производства продукции (насос, буровая установка, фасовочный автомат, холодильник);

3) для изделий, участвующих в передаче и распределении энергии (трансформатор, ЛЭП, трубопровод, редуктор).

Показатели энергоемкости операций по изготовлению, ремонту, утилизации выражаются количеством топлива (энергии), израсходованного на основные технологические процессы, без учета расходов на отопление, освещение и т. д.

Для учета расхода всех топливно-энергетических ресурсов их пересчитываютнаусловное топливо степлотой сгорания29,3 МДж/кг.

9.2. Энергосбережение в системе электроснабжения

Полная система электроснабжения включает в себя электрические станции, электрические системы и сети (линии электропередачи, трансформаторные подстанции) и потребителей электрической энергии.

Эффективность использования топлива, его потенциальной хи-

мической или атомной энергии очень низкая. Велики затраты топлива на добычу, на само производство топлива (крекинг-процесс, обогащение урана) и на его доставку к потребителям (предположительно не менее 20 % запасенной в топливе энергии).

КПД теплового двигателя, турбины или двигателя внутреннего сгорания, не превышает 40–45 %. В конденсационных электростанциях он составляет всего 30 %, в ТЭЦ – достигает 80 %.

КПД электропередачи с учетом потерь в линиях, трансформаторах, расходов энергии на собственные нужды электростанций, составляет 85–90 %. Огромны потери выработанной тепловой энергии при ее передаче на расстояние.

КПД потребителей энергии – очень низкий. Лампы накаливания, основной потребитель электроэнергии коммунально-бытового сектора имеют КПД всего 5–7 %, КПД люминесцентных «энергосберегающих» ламп доходит до 17 %. Велики потери энергии при эксплуатации электропечей, плавильных и термических, промышленных и бытовых. Несколько выше КПД приводных электродвига-

телей – 75–85 %.

Общий КПД использования топлива при выработке электроэнергии на конденсационной электростанции, с учетом затрат энергии

191

на производство и доставку топлива, на передачу электроэнергии, потерь энергии у потребителей, составляет 1,6–25,9 %.

Все это объекты для энергосбережения в системе электроснабжения.

Мероприятия по энергосбережению в системе электроснабжения организует и стимулирует энергосистема путем установления соответствующих тарифов (двухставочный тариф, дневной, ночной тариф и т. д.), путем принудительных включений-отключений, заданием своих требований к графикам нагрузки и т. д.

Нерациональные расходы электроэнергии возникают:

–при несоответствии используемого устаревшего оборудования характеру и объему производства в изменившихся условиях;

–при использовании электронагревателей для нагрева помещений, воды и т. д. при наличии других источников тепла (пар или горячая вода от котельных или ТЭЦ, солнечная энергия, энергия ветра);

–при отсутствии или плохом качестве теплоизоляции электропечей, электроплит, кухонного оборудования;

–при отсутствии или недостаточной или избыточной мощности компенсирующих устройств;

–при плохом состоянии механического оборудования (дефекты конструкции, выработанные подшипники, ненадлежащая смазка);

–при плохом качестве ремонта электродвигателей;

–при завышенной мощности электродвигателей;

–при завышеннойилизаниженноймощностиэлектронагревателей;

–при отсутствии автоматического управления и регулирования технологических процессов горения в котельных, подачи воды, воздуха, отсоса дымовых газов, частоты вращения в механизмах в зависимости от требуемой нагрузки, температуры и т. д.;

–при отсутствии контроля расхода электроэнергии в подразделениях и отсутствии систем материального стимулирования энергосбережения;

–при плохом качестве или отсутствии теплоизоляции сетей сжатого воздуха.

Снижение потерь энергии в системе электроснабжения до-

стигается:

–уменьшением потерь в трансформаторах – правильным выбором их мощности, числа, рационального режима работы, исключением холостых ходов при малых загрузках, выбором числа одно-

192

временно работающих трансформаторов, подбором компенсирующих устройств, применением автотрансформаторов;

–уменьшением потерь в линиях, шинопроводах, реакторах;

–регулированием графиков нагрузки;

–компенсацией реактивной мощности, правильным выбором мощности и расположения компенсирующих установок;

–применением для компенсации реактивной мощности батарей статических конденсаторов на напряжениях 0,38 и (или) 6–10 кВ, применение синхронных двигателей, работающих в режиме пере-

возбуждения или с cos H 1, применение синхронных компенсаторов на крупных подстанциях.

Снижение потерь совершенствованием технологического про-

цесса достигается:

–рациональным выбором самого технологического процесса, имея в виду, что расход энергии, например, при строгании в 1,5 раза больше, чем при токарной обработке одних и тех же деталей, а при сверлении в 1,3 раза больше, чем при строгании и т. д.;

–совмещением операций, увеличением подач;

–увеличением загрузки двигателей, заменой незагруженных двигателей двигателями меньшей мощности, переключением незагруженных двигателей с треугольника на звезду;

–автоматизациейопераций, например, подвод-отводинструмента;

–повышением качества ремонта асинхронных двигателей (нежелательность проточки роторов, своевременная замена подшипников, перемотка обмоток без нарушения технических условий и т. д.);

–регулированием частоты вращения электродвигателей для снижения расхода насосов компрессоров, вентиляторов, вместо регулирования задвижкой, выбором числа параллельно работающих механизмов;

–регулированием и своевременным отключением электрического отопления, освещения, кондиционирования при окончании работы, в зависимости от состояния окружающей среды;

–регулированием напряжения в допускаемых ГОСТ пределах – 5–10 % номинального.

Снижение потерь в осветительных установках достигается:

–применением современных экономичных источников света – галогенных, люминесцентных ламп с КПД = 20 %, фотодиодов взамен ламп накаливания с КПД = 5–7 %;

193

–максимальным использованием естественного освещения путем проектирования производственных зданий, организацией рабочего времени, содержанием в чистоте прозрачных потолков, окон;

–автоматическим или ручным отключением ненужного освещения

всветлоевремяилиснижениемосвещенности, когдаэтовозможно;

–уменьшением мощности ламп там, где это не мешает технологическому процессу заменой ламп или снижением напряжения

спомощью трансформатора или в схеме с однополупериодным выпрямителем.

Вопросы и задачи

Что такое энергосбережение?

1.Охарактеризуйте понятия энергоемкость, энергопотребление, энергосодержание.

2.Назовите известные вам показатели энергосбережения, назовите их величины.

3.Что такое нормы расхода энергоресурсов? Кто их устанавливает и как?

4.В каких случаях используются показатели энергопотребления?

5.В каких случаях используются показатели энергоемкости?

6.Перечислите элементы системы электроснабжения, в которых происходят потери энергии. Назовите ориентировочную величину КПД теплового двигателя, синхронного генератора, трансформатора, электропередачи, КПД электродвигателей, ламп накаливания, люминесцентных и галогенных ламп.

7.Кратко оцените возможности экономии энергии в системе электроснабжения от генератора электрической станции до заводских и цеховых подстанций.

8.Суточный график нагрузки трансформатора ТМН-1000/35:

= 35/0,4 кВ, о – 0, 0 = 2,1 кВт, к = 11,6 кВт, Uк = 6,5 %, iо = 1,4 %. 194

Определите: номинальный КПД трансформатора (при cos H 1 ),

максимальный КПД, среднесуточный (энергетический) КПД. При каком соотношении потерь и при какой нагрузке в о.е. от номинальной КПД трансформатора имеет максимальное значение?

Решение: КПД при номинальной нагрузке

энергетический КПД при суточной нагрузке по заданному графику нагрузки

где

SH cos i KHГiti 0 6 1000 0,9 6 425 0,8 6 200 0,6 6

81,60 кВт ч,

10. Проанализируйте технологическую схему насосной установки системы водоснабжения. Система включает: всасывающий трубопровод, приводной электродвигатель, редуктор, насос, напорный трубопровод, вентили, краны потребителей и т. д.). Укажите возможные источники потерь воды и электроэнергии и пути энергосбережения. Определите потери воды в секунду, мощность потерь и годовые потери электроэнергии и их стоимость от утечек в системе водоснабжения города, с населением 2 млн человек, полагая, что в городе из 100 тыс. кранов капает по 1 капле (1 мл) в секунду круглые

сутки. Стоимость 1 кВт ч электроэнергии для систем водоснабжения – 0,1 долл./кВт ч. Мощность насосов определите по формуле

P gQH ,

H D T

где = 103 кг/м3 – плотность воды;

g = 9,8 м/с2 – ускорение свободного падения;

Н – полный напор с учетом высоты всасывания: Н = 100 м; Q – производительность насосов, м3/с;

H 0,7 – КПД насоса, о.е.;

T 0,95 – КПД передачи, о.е.;

D 0,95 – КПД электродвигателя, о.е.

Решение: Утечка воды в секунду Q 100 000 1 10 6 0,1 м3 /с. Мощность потерь электроэнергии в насосах из-за потерь воды

P 103 9,81 0,1 100 10 3 155 кВт.

0,7 0,95 0,95

Потери электроэнергии из-за потерь воды

W PT 155 8 760 1,36 106 кВт ч.

Стоимость потерь электроэнергии

S 1,36 106 0,1 0,136 106 долл.

196

11. Определите годовой расход электроэнергии и экономический

эффект в кВтч от замены малонагруженного асинхронного двигателя номинальной мощностью 200 кВт, с частотой вращения 980 об/мин, номинальным КПД 94 %, КПД при 40-процентной загрузке 92 %, используемого для привода механизма со статическим моментом нагрузки на валу 800 Нм, с частотой вращения 980 об/мин при годовом числе часов работы 4 000, двигателем мощностью 90 кВт, частотой вращения 980 об/мин, КПД 92,5 % и cos H 0,89.

Решение: Расход электроэнергии до и после замены электродвигателя, экономия от замены

W 356 777 354 848 1 929 кВт ч;

S 1 929 0,1 192,9 долл./год.

12. Определите расход электроэнергии на нагрев 100л воды от 10 до 100 ºС в баке с электронагревателем мощностью 8 кВт, полагая средние тепловые потери, равными 1 кВт. Сравните с расходом электроэнергии при уменьшении мощности нагревателя до 4 кВт, полагая мощность тепловых потерь неизменной. Теплоемкость воды

1 ккал/кгград, соотношение1 ккал= 1/860 кВтч. Сделайтевыводы.

Решение: Расход электроэнергии на нагрев 100 л воды от 10 С до 100 С

197

время нагрева и расход электроэнергии с учетом потерь при мощности нагревателя 8 кВт

T1 10,58 1 1,5 ч, W1 10,5 1 1,5 12 кВт ч;

время нагрева и расход электроэнергии с учетом потерь при мощности нагревателя 4 кВт

Снижение мощности устройства не всегда снижает расход электроэнергии.

13. Оцените эффективность «энергосберегающего» устройства для нагрева жидкости по патенту Республики Беларусь BY 682 C1 по заявке 359 А от 14.6.93 г. Устройство состоит из центробежного насоса с приводным асинхронным электродвигателем и замкнутого контура для движения жидкости. Замкнутый контур выполнен с переменным гидравлическим сопротивлением. В нем происходит попеременное ускорение и торможение движения жидкости, в результате которого жидкость нагревается. В качестве рабочей жидкости используется вода. Расход воды при нагревании воды в замкнутом контуре составляет 0,45 м3/с, напор – 6,0 м. Расход воды при подаче воды потребителям – 0,055 м3/с, напор – 6 м. Определите: мощность электродвигателя насоса устройства для нагрева жидкости при работе насоса на замкнутый контур, мощность на валу электродвигателя для перекачки горячей воды потребителям, суммарную номинальную мощность электродвигателя, выберите электродвигатель, полагая номинальную частоту вращения насоса 1 440–1 500 об/мин.

Решение: Мощность на валу насоса, расходуемая на нагрев воды

198

мощность на валу насоса на перекачку воды

P/ / 103 9,81 0,055 6 10 3 4 кВт; 0,8

номинальная мощность электродвигателя

P P/ P/ / 4 3 37 кВт.

Двигатель 4A200M4 (номинальная мощность 37 кВт, синхронная частота вращения 1 500 об. мин, КПД 91 %.

14. Определите эффективность «энергосберегающего» устройства по задаче 13: потери мощности в двигателе при номинальной его загрузке, потери в насосе при максимальном КПД, равном 80 %, полезную мощность, идущую непосредственно на нагрев, полную полезную мощность установки, затрачиваемую непосредственно на нагрев и перекачку, полную потребляемую мощность, КПД такого преобразования мощности.

Решение: Потери мощности в насосе

PНАС PH 1 HАС 37 1 0,8 7,4 кВт;

полезная мощность насоса в номинальном режиме

P2 PH PHAC 37 7,4 29,6 кВт.

Мощность, расходуемая на нагрев

PНАГР PH PHAC PHAC 37 7, 4 4 25,6 кВт.

Потребляемая двигателем электрическая мощность

199