Основы эффективного энергоиспользования на производственных предприятиях дорожной отрасли

новки до 6-10^%, т.е. в 1,5 раза. Дальнейшее строительство и модернизация тепло­ вых электростанций на природном газе будет идти только в этом направлении.

Подобное комбинирование низкотемпературных и высокотемпературных техно­ логий возможно и, в плане энергосбережения, перспективно не только в системах преобразования энергии, но и в системах преобразования вещества в различных от­ раслях промышленности, аграрном секторе, транспорте и пр. Например, в такой достаточно высокотемпературной теплотехнологии, как производство цемента, энерготехнологический подход к выбору структуры теплоэнергетической системы на базе электрических газотурбинных установок, интегрированных в технологиче­ скую систему, снижает себестоимость цемента на 27%. Эффективность интеграции газовых двигателей, к которым относятся и вышеназванные установки, возрастает для низкотемпературных теплотехнологий, где удельные затраты энергии на тради­ ционный продукт технологии снижаются на порядок. При этом, безусловно, имеет место усложнение эксплуатации, требуется повышение культуры обслуживания и квалификации обслуживающего персонала, необходимы современные системы ав­ томатического управления технологическими процессами и перестройка отношений между службами предприятия. Но, одновременно, имеет место снижение удельного энергопотребления на такую величину, при которой имеющиеся технологические процессы получают право на дальнейшую жизнь. За подобным энергообеспечением теплотехнологий, рациональным с позиций второго закона термодинамики, буду­ щее. Как будет показано ниже, оно позволяет снизить на порядок удельные затраты энергии на получение асфальтобетонной смеси и производство железобетонных из­ делий.

6. Повышение эффективности использования электрической энергии 6.1. Рациональное использование электроэнергии в промышленности

При решении вопросов электросбережения в промышленности должен приме­ няться системный подход, который заключается во взаимосвязанном рассмотрении предприятий конкретного региона, их инфраструктур и производств. Вследствие этого рациональному использованию энергоресурсов на промышленных предпри­

170

ятиях должно уделяться постоянное внимание специалистов разного профиля - энергетиков, технологов, механиков, строителей и т. д.

Опыт высокоразвитых стран показывает, что максимальный эффект в энерго­ сбережении дает структурная перестройка промышленности с целью уменьшения доли энергоемких предприятий в общем объеме производства. Снижению удельных расходов электроэнергии способствует специализация и концентрация отдельных энергоемких производств на предприятиях, имеющих современное энергоэффектив­ ное технологическое оборудование. Такие предприятия должны обеспечивать тре­ буемыми деталями, узлами и заготовками заводы, имеющие малые объемы указан­ ных производств и неэффективное оборудование. Естественно, что на предприятиях энергоемкие производства, технический уровень которых не соответствует совре­ менным требованиям, должны быть остановлены или модернизированы.

В целях экономии энергоресурсов на предприятиях следует сокращать объемы выпуска и даже снимать с производства энергоемкую нерентабельную продукцию, осваивать менее энергоемкие промышленные изделия.

Мероприятия по экономии электроэнергии на промышленных предприятиях можно разделить на конструктивные и эксплуатационные. К первым относятся ме­ роприятия, требующие дополнительных капвложений, связанных с применением нового энергоэффективного оборудования и регулирующих устройств, установкой дополнительных средств компенсации реактивной мощности и т. п. Ко вторым - малозатратные мероприятия, для осуществления которых не требуется существен­ ных материальных и денежных затрат: своевременное отключение недостаточно за­ груженных трансформаторов, установление рациональных режимов работы техно­ логического оборудования, линии, трансформаторов и высоковольтных двигателей.

Для того, чтобы выявить потенциальные возможности энергосбережения, необ­ ходимо знать, в каком количестве и на какие нужды электроэнергия расходуется. С этой целью следует осуществлять учет и контроль электропотребления предприятия, его структурных подразделений и отдельных энергоемких электроприемников. Приборы технического учета устанавливать у каждого электроприемника экономи­ чески не оправдано и практически трудно осуществимо. Поэтому весьма важно разместить электрические счетчики таким образом, чтобы они позволяли опреде-

171

пять расход электроэнергии на единицу продукции при нормировании электропо­ требления, составлении электрических балансов и проведении энергетических ау­ дитов (энергетических обследований) на предприятии.

Автоматизация учета и контроля электропотребления на базе современных сис­ тем (типа ЭРКОН, СИМЭК, СЭМ-1 и т. п.) позволяет не только регистрировать по­ казания счетчиков, но и способствует рациональному использованию электроэнер­ гии. Как показывает опыт эксплуатации, применение автоматизированных систем учета и контроля снижает расход электроэнергии на величину, достигающую 5 % от обш,его электропотребления промышленного объекта.

На режимы потребления суш,ественное влияние оказывают действуюш,ие тари­ фы на электроэнергию. Тарифы должны учитывать интересы как энергосистемы, поставляющей электроэнергию, так и потребителей. В наибольшей степени этому требованию отвечает дифференцированный по времени суток тариф, предусмат­ ривающий плату за электроэнергию, зафиксированную приборами учета, по разной стоимости кВт я в ночной, дневной и пиковой зонах. Дифференцированный тариф прост и нагляден для потребителей и несложен в технической реализации. Поэтому он широко применяется во многих странах мира. Значительное количество про­ мышленных предприятий Республики Беларусь также рассчитываются с энергосис­ темой за потребленную электроэнергию по дифференцированному тарифу. Даль­ нейшее совершенствование тарифов на энергоносители всех видов будет содейство­ вать более эффективному использованию энергоресурсов на предприятиях.

При проектировании и эксплуатации электрооборудования и систем электро­ снабжения промышленных предприятий должны приниматься технические реше­ ния, обеспечивающие рациональное электропотребление как отдельных технологи­ ческих установок, так и промышленного объекта в целом. Расход электроэнергии в производственных процессах является функцией многих переменных. Наибольшую эффективность в энергосбережении на промышленных предприятиях имеют сле­ дующие основные направления:

1)применение для производственных процессов рациональных видов и параметров энергоносителей (электроэнергии, горячей воды, пара, сжатого воздуха и т. п.);

2)использование вторичных энергоресурсов;

172

3)применение энергоэффективных технологий и оборудования;

4)интенсификация производственных процессов;

5)сокращение потерь электроэнергии в электрооборудовании и электрических се­ тях;

6)улучшение энергетических режимов производственного и электрического обору­ дования;

7)автоматизация управления технологическими установками.

Эффективность применения оптимальных энергоносителей и их параметров обуславливается тем, что для осуществления технологических процессов могут ис­ пользоваться разные виды энергоносителей. Оптимизация видов и параметров энер­ гоносителей на основе технико-экономических расчетов является важным элемен­ том энергосбережения.

Для обеспечения рационального электропотребления на промышленном пред­ приятии необходимо наладить эффективную эксплуатацию электродвигателей, электротехнологических установок, осветительных приборов, насосов, вентилято­ ров, компрессоров и т. п. Пути совершенствования их использования рассмотрены в соответствующих разделах данного пособия. Здесь дополнительно укажем, что для снижения расхода электроэнергии на выработку сжатого воздуха на некоторых предприятиях может оказаться полезной децентрализация компрессорных станций с установкой локальных компрессоров небольшой производительности на тех произ­ водственных участках, где сжатий воздух необходим для обеспечения непрерывного режима работы технологического оборудования, пожарной безопасности и т. д. Обеспечение сжатым воздухом отдельных периодически работающих установок может осуществляться от передвижных компрессоров малой производительности.

Ощутимую экономию электроэнергии можно получить сокращением ее потерь в производственном и энергетическом оборудовании, а также в элементах системы электроснабжения предприятия. Весьма значительными могут быть потери на тре­ ние у разнообразных производственных механизмов, станков, транспортеров и при­ водов из-за их недоброкачественной смазки. В среднем своевременная и доброкаче­ ственная смазка машин и механизмов позволяет уменьшить их потребление элек­ троэнергии на 0,5— 1,5 %.

173

Улучшение энергетических режимов оборудования достигается рациональной загрузкой технологических агрегатов, выбором энергетически целесообразных ре­ жимов работы и графиков нагрузки электрооборудования, линий электропередачи и производственных установок и т. и. Особенно важно поддерживать оптимальные режимы работы для электрических печей и других электроемких электроприемни­ ков. Суш;ественное влияние на эффективность использования электроэнергии на промышленных предприятиях имеют рациональное построение системы электро­ снабжения и правильный выбор применяемого электрооборудования. Важным ре­ зервом снижения электроемкости продукции является автоматизация технологи­ ческих процессов, использующих электроэнергию. Это мероприятие уменьшает электропотребление примерно на 2—3 %.

Для планирования мероприятий по экономии электроэнергии целесообразно со­ ставить электрический баланс, являюш;ийся основой для анализа состояния электри­ ческого хозяйства, выявления резервов экономии энергоресурсов и установления норм расхода электроэнергии на единицу продукции.

Для промышленных предприятий основным является электрический баланс по активной энергии. При этом в качестве объектов электропотребления рассматрива­ ются наиболее электроемкие технологические установки, цеха и предприятие в це­ лом. Электрический баланс состоит из приходной и расходной частей, численно равных друг другу. Приходная часть отражает сведения о количестве энергии, по­ ступившей к объекту, расходная - о полезном потреблении электроэнергии и ее по­ терях. В зависимости от времени разработки различают проектный, плановый, от­ четный (фактический) и перспективный электрические балансы.

6.2. Энергетические расходные характеристики приемников и потребителей элек­ троэнергии

Электроприемник - это аппарат, агрегат, механизм, предназначенный для пре­ образования электрической энергии в другой вид энергии, а потребитель - это элек­ троприемник или группа электроприемников, объединенных технологическим про­ цессом и размеш,ающихся на определенной территории.

174

Производственные механизмы и установки могут существенно различаться по количеству и виду применяемых в них электроприемников. В некоторых из них, на­ пример, в простейших металлообрабатывающих станках, насосах, вентиляторах и др., используется только один электродвигатель. В то же время дуговая сталепла­ вильная печь, являющаяся крупным потребителем электроэнергии, содержит не­ сколько электроприемников: плавильный агрегат, приводы наклона и повороты ван­ ны, подъема и отворота свода, источник оперативного тока для цепей управления, защиты и блокировки и т. д. Естественно, что промышленные предприятия и объек­ ты, жилые и общественные здания являются потребителями электроэнергии.

К основным электроприемникам электроэнергии относятся электродвигатели производственных механизмов, силовые общепромышленные установки (насосы, вентиляторы, компрессоры, подъемно-транспортнъхе устройства), осветительные ус­ тановки, преобразовательные установки, электрические печи и электротермические установки.

Расход электроприемником (потребителем) электроэнергии ¡V за некоторое время I наиболее точно определяется по показаниям интегрирующих приборов (электрических счетчиков, систем учета и контроля электропотребления и т. п.). В этом случае средняя мощность, потребляемая за время /, вычисляется по формуле

Важной характеристикой использования энергоресурсов на предприятиях явля­ ется расход электроэнергии на единицу продукции

Часовая производительность оборудования вьшисляется по формуле

175

К оборудованию с выпуклыми характеристиками (рис. 6.2) относятся центро­

бежные насосы, вентиляторы с загнутыми назад лопастями и т. п.

Подавляющее большинство производственного оборудования имеет практиче­ ски прямолинейные характеристики в зоне рабочих нагрузок (рис. 6.3). К указанно­ му оборудованию принадлежат горизонтальные ленточные

Энергетические характеристики используются для установ­ ления оптимальных технологических параметров оборудования при нормировании

удельных расходов электроэнергии и выявлении потенциала энергосбережения на промышленных предприятиях. Увеличивая нагрузку рабочих машин до оптималь­ ного значения, можно добиться снижения расхода электроэнергии, что повышает эффективность использования энергоресурсов на предприятии.

Уравнение прямолинейной характеристики потребляемой мощности оборудо­

где АРх - постоянные потери активной мощности (потери холостого хода); 1Тп - удельная величина переменных расходов электроэнергии на единицу про­

дукции.

178

Разделив все члены уравнения (6.9) на часовую производительность оборудова­ ния А, получим выражение для определения удельного расхода электроэнергии обо­ рудования с прямолинейной характеристикой

Следовательно, оборудование с прямолинейной характеристикой для снижения удельного расхода электроэнергии должно работать с возможно большей произво­ дительностью, близкой к предельно допустимой. Если по условиям производства не удается полностью загрузить технологическое оборудование, то для улучшения энергетического режима целесообразно работать с перерьшами, увеличивая произ­

водительность до номинального значения в период работы.

Из уравнения (6.10) следует, что чем относительно больше мощность постоян­ ных потерь по сравнению с общей потребляемой мощностью оборудования при максимальной нагрузке, тем сильнее увеличивается удельный расход электроэнер­

гии при снижении нагрузки относительно ее максимальной величины.

Нелинейные характеристики потребляемой мощности агрегатов (рис. 6.1, 6.2, 6.4) зависят от структуры потерь и от соотношения между потерями и полезной

энергией. Поэтому они могут выражаться уравнениями различных видов и степеней.

Удельный переменный расход электроэнергии потребителей с нелинейными характеристиками не является постоянной величиной, а зависит от производитель­ ности. Причем у вогнутых характеристик с увеличением производительности она

возрастает, а у выпуклых - снижается.

Энергетические характеристики строят по приближенным расчетным форму­ лам, полученным с определенными допущениями в отношении физических законо­ мерностей исходных расчетных показателей, либо на основе экспериментальных данных. В последнем случае уравнение расходной характеристики получают мето­

дами аппроксимации (сглаживания).

Суммарное потребление электроэнергии электроприемниками предприятия

178

Жв - расход электроэнергии на вспомогательные и хозяйственные нужды пред­ приятия (освещение, вентиляция, отопление, промышленный транспорт, подсобные производства и т. д.);

АЖх и АЖн - потери электроэнергии холостого хода и нагрузочные потери в производственных агрегатах и элементах системы электроснабжения.

Расход электроэнергии на единицу продукции предприятия можно выразить следующим образом:

при увеличении выпуска продукции за одно и то же время, т. е. при повышении производительности, второй и третий члены выражения (6.12) уменьшаются. Ос­ тальные составляющие удельного расхода могут уменьшаться, увеличиваться или оставаться неизменными. Так как постоянные потери и расход электроэнергии на вспомогательные и хозяйственные нужды составляют около 30-50 % от суммарного электропотребления, то интенсификация производственных процессов приводит к снижению удельного электропотребления.

В ходе производственного процесса удельные расходы могут изменяться вслед­ ствие внедрения новой техники, совершенствования технологии, автоматизации производства, перевода отдельных установок на другие энергоносители, сезонных факторов, брака продукции и т. п. Изменяется также и производительность оборудо­ вания из-за нестандартности сырья и продуктов обработки, непостоянства внешних условий, улучшения технологических параметров работы, нарушения технологиче­ ской дисциплины, износа и загрязнения оборудования и т. п.

Часть из перечисленных факторов является положительными, обуславливаю­ щими увеличение производительности оборудования и снижение удельного расхода электроэнергии, а часть отрицательными, снижающими производительность и по­ вышающими удельный расход энергии, что необходимо учитывать при разработке мероприятий по энергосбережению.

Применение в промышленности энергоэффективных технологий и оборудова­ ния позволяет производить выпуск продукции с меньшими значениями удельных расходов электроэнергии.

179