Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях. Учебное пособие.pdf
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
И. В. Кузнецова, И. И. Гильмутдинов
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
В ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКЕ
И ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЯХ
Учебное пособие
Под редакцией проф. А. Н. Сабирзянова
Казань
Издательство КНИТУ
2017
УДК 621.1.016:620.9(075)
К89
Кузнецова И. В.
Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях : учебное
пособие / И. В. Кузнецова, И. И. Гильмутдинов;
Казан. нац. исслед. технол. ун
2017.
ISBN
ББК 31.391я7
К89
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского национального исследовательского технологического университета
Рецензенты:
зав. каф. ТиЭМ КНИТУ им. А. Н. Туполева д-р техн. наук, проф. В. М. Гуреев
канд. техн. наук, доц. каф. ЭПиЭТ КГЭУ Д. В. Рыжков
Минобрнауки России,
-т. – Казань : Изд-во КНИТУ,
– 125 с.
978-5-7882-2125-0
Рассмотрены нормативно-правовые и нормативно-технические осно-
вы энергосбережения и энергоаудита, а также энергобаланс и энергопаспорт
предприятия, критерии эффективности и энергосберегающие мероприятия в
высоко- и низкотемпературных технологических процессах и установках,
системах энергопотребления предприятий. Приведены вопросы для самоконтроля знаний и подготовки к экзамену.
Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению
13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника».
Подготовлено на кафедре «Теоретические основы теплотехники».
УДК 621.1.016:620.9(075)
ББК 31.391я7
ISBN 978-5-7882-2125-0 © Кузнецова И. В., Гильмутдинов И. И., 2017
© Казанский национальный исследовательский
технологический университет, 2017
2
ВВЕДЕНИЕ
Возрастание быстрыми темпами потребления топлива и
энергии в мировой экономике, с одной стороны, и ограниченность и
невозобновляемость запасов топливно-энергетических ресурсов
(ТЭР) – с другой, указывают на необходимость пересмотра всей
мировой системы добычи, производства, транспорта, потребления и
утилизации ТЭР. Извлечение потенциала резерва энергосбережения
должно осуществляться на всех этапах жизненного цикла
энергоресурса – при добыче, производстве, преобразовании,
потреблении и утилизации.
Энергосбережение
−
это реализация правовых, организацион-
ных, научных, производственных, технических и экономических мер,
направленных на эффективное использование энергоресурсов и
вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников
энергии.
В настоящее время в России, как это было и в промышленно
развитых странах мира в середине 1970-х – первой половине
1980-х гг., растет понимание важности эффективного использования
энергии для преодоления экономического кризиса и последующего
устойчивого развития экономики страны и ее регионов. В основе
этого понимания лежит тот факт, что энергообеспечение общества
сопряжено с огромными финансовыми, материальными и
трудовыми затратами, а также, понимание того, что добыча,
производство, транспорт и потребление топливно-энергетических
ресурсов оказывают все более негативное воздействие на
окружающую среду.
В современных условиях энергосбережение становится одним
из важнейших факторов экономического роста и социального развития, позволяя при том же уровне энергообеспечения национального
хозяйства направлять высвобождающиеся значительные ресурсы на
другие цели – рост производительности труда и доходов населения,
развитие социальной инфраструктуры, увеличение производства товаров и услуг. Именно поэтому энергосбережение относится к важнейшим приоритетам энергетической политики России, разработка которой завершилась к середине 1990-х гг. Реализация потенциала
энергосбережения должна стать высшим приоритетом всей экономической политики – и федеральной, и региональной, поскольку в усло-
виях России каждый процент экономии топлива и энергии может
3
дать 0,35-0,4 % прироста национального дохода. Никакое снижение
цен на энергоресурсы не может компенсировать неэффективное
использование топлива и энергии потребителями. В России сейчас на
производство единицы валового внутреннего продукта расходуется
топлива и энергии в 6 раз больше, чем в Западной Европе и Японии, и
в 3 раза больше, чем в США. Вот основной резерв повышения
конкурентоспособности нашей отечественной промышленности!
Предполагаемая работа состоит из шести глав.
В главах I и II рассмотрены вопросы нормативно-правового и
нормативно-технического обеспечения энергосбережения в России,
основы энергоаудита промышленных предприятий.
Теоретические основы энергосбережения, а также анализ
критериев эффективности использования энергетических ресурсов на
предприятиях содержится в главе III.
Главы IV-VI пособия посвящены вопросам энергосбережения
высоко- и низкотемпературных установок, описанию энергосберегающих технологий и систем электроснабжения промышленных
предприятий, а также проблемам использования тепловых насосов для
утилизации вторичных энергетических ресурсов.
Тенденции и государственное регулирование производства
и потребления энергии в промышленно развитых странах
В течение XX в. энергопотребление в мире увеличилось более
чем в 5 раз. При существующей тенденции общемировое потребление
энергии, составляющее сегодня 8 млрд т нефтяного эквивалента
(ТНЭ) в год, в XXI в. возрастет в 4-6 раз и достигнет 25-50 млрд ТНЭ
в
год [1].
В первой половине XXI в. революций в этой области не пред-
видится, и большую часть прироста потребления энергии будут
обеспечивать невозобновляемые ресурсы: природный газ, нефть,
уголь. Максимальный уровень добычи топливного сырья ожидается
между 2010 и 2020 гг. Доля природного газа в мировом энергобалансе
возрастет с 23 до 30 %. Мировые ресурсы угля оцениваются в
1000 млрд т, природного газа – в 130 трлн м
3
, нефти – в 140 млрд т.
Абсолютный максимум годового прироста мирового энерго-
потребления был достигнут в 1990 г. В последующие годы наметилось
снижение прироста, что говорит об энергосберегающих усилиях,
предпринятых развитыми странами.
4
Структурные изменения мирового баланса за последние 10 лет
таковы:
- возрастание доли природного газа;
- некоторое увеличение доли угля;
- заметное снижение доли нефти.
Вместе с изменением структуры баланса в мире наблюдается
углубление неравномерности производства и потребления энергии.
Территория США, Япония и стран Западная Европа занимает менее 10 %
Земного шара, в этих государствах проживает около 20 % населения
Земли. Тем не менее они потребляют более 55 % всех мировых
природных ресурсов, производя 65 % электроэнергии. Более 75 %
энергоресурсов, потребляемых в развитых странах, ввозится с других
континентов.
Неравномерность энергопотребления обусловлена:
1) географическими и климатическими условиями;
2) уровнем развития промышленности, транспорта, связи;
3) структурой промышленности;
4) уровнем жизни населения;
5) качеством предоставляемых услуг;
6) культурой энергопотребления;
7) ценой энергоресурсов;
8) структурой потребления энергоресурсов.
Разные страны проходят в своем развитии сходные периоды
интенсивности энергопотребления.
Момент перелома прироста энергопотребления в развитых
странах связывается с первым этапом мирового энергетического
кризиса (1973-1974 гг.). Снижение потребления энергоресурсов в
развитых странах сопровождалось вывозом энергоемких технологий
(нефтехимия и металлургия, машиностроение и производство
строительных материалов) в развивающиеся страны. Характерной
чертой структурных изменений в развитых странах является
опережающий рост объемов преобразованных видов энергии, в
первую очередь электричества.
Инфраструктурный эффект электрификации как результат
научно-технического прогресса и как фактор повышения
производительности труда порождает волну экономических эффектов
по всему межотраслевому комплексу.
Увеличение производства электроэнергии − это источник энер-
госбережения, что объясняется серьезными технологическими пре-
5
имуществами при производстве, передаче, потреблении, обеспечивающими высокий уровень надежности, качества, управляемости и
эффективности. В условиях США применение электротехнологий
взамен огневых технологий, технологий на основе нефти и газа
обеспечило снижение энергозатрат в денежном выражении в 3-5 раз.
Законодательное регулирование энергосбережения в промыш-
ленно развитых странах появилось сразу после кризисной ситуации в
нефтеснабжении в 1974 г. Ситуация требовала разработки и реализации на государственном уровне комплекса административнозаконодательных мер, направленных на повышение эффективности
использования топлива и энергии в различных сферах экономики и,
следовательно, на обеспечение энергетической безопасности.
Одним из первых мероприятий на пути реализации этой цели
стало образование в 1973 г. Международного энергетического агентства (МЭА), в которое сегодня входят 24 промышленно развитые
страны. В 1976 г. странами-членами МЭА было подписано
соглашение о разработке и реализации энергосберегающих программ
как на национальном, так и на международном уровне. Во всех этих
странах в составе государственных органов управления созданы
специализированные службы, занимающиеся вопросами
энергосбережения. Такие службы созданы в Японии (при
Министерстве внешней торговли и промышленности), в Испании (при
Министерстве промышленности, торговли и туризма). В Дании,
Ирландии, Канаде, Люксембурге, Норвегии, Турции и США в составе
правительства работает Министерство энергетики, на которое
возложена разработка государственной политики в сфере
энергосбережения. В США, Японии, Канаде и Нидерландах приняты
специальные законы об энергосбережении. В остальных странах,
входящих в МЭА, законодательное регулирование в сфере
энергосбережения реализуется с помощью отдельных нормативных
актов и правительственных директив.
Комплекс законодательных мероприятий стран-членов МЭА,
реализующих государственную энергосберегающую политику:
1) внедрение мер финансового характера (предполагающих
систему выдачи для нужд энергосбережения государственных гарантий, субсидий, льготных займов, кредитов, а также дифференцированного налогообложения), которые закреплены в законодательствах этих стран;
2) организация рекламно-информационных и пропагандист-
ских кампаний;
6
3) внедрение и периодическое ужесточение стандартов
энергоэффективности и системы маркировки энергопотребляемого
оборудования и приборов;
4) поддержка и проведение энергоаудитов (энергетических
обследований);
5) организация, поддержка и проведение образовательных
программ;
6) поддержка реализации научно-исследовательских и опытно-
конструкторских разработок (НИОКР) в сфере энергосбережения.
Производство и потребление энергии в России. Актуальность
энергосбережения для предприятий
Российская экономика – одна из самых расточительных в
мире. Показатель энергоемкости валового внутреннего продукта
(ВВП) России практически в 2 раза выше среднемирового показателя
и в
3 раза выше среднего показателя стран Евросоюза. Причем стоит
отметить, что наша страна потребляет около 6 % мировых
энергетических ресурсов (рис. 1) [2].
Рис. 1. Энергоёмкость ВВП, ТНЭ/$ 1000 (данные МЭА за 2008 г.)
7
По оценкам экспертов, потенциал энергосбережения в России
составляет около 45 % текущего потребления (примерно
350 млн т.у.т.). Причем 31 % (около 140 млн т.у.т.) приходится на
энергоемкие отрасли промышленности, 30 % (около 135 млн т.у.т.) –
на топливно-энергетический комплекс, 24 % (около 110 млн т.у.т.) –
на жилищно-коммунальное хозяйство. Уровень энергосбережения в
сельском хозяйстве оценивается в 15 млн т.у.т., в транспортной сфере –
в 30 млн т.у.т., в федеральной бюджетной сфере – в 22 млн т.у.т.
Рис. 2. Потенциал энергосбережения, % (по данным Минэнерго)
По данным Минэкономразвития, 85 % прироста потребности
РФ в энергетических ресурсах может быть полностью покрыто благодаря повышению энергоэффективности экономики (рис. 2). Однако
во-прос энергоэффективности актуален не только для всей страны в
це-лом, но и для каждого хозяйствующего субъекта в отдельности.
Актуальность повышения энергетической эффективности
предприятия
Актуальность энергосбережения на предприятии и повышение
энергетической эффективности производства обусловлены рядом
факторов:
1. Высокие затраты на энергетические ресурсы. В настоящее
время уровень затрат на энергоресурсы в себестоимости отечествен-
8
ной продукции в разы превышает показатели других стран, что снижает их конкурентные преимущества (рис. 3). В себестоимости
продукции, которую выпускают российские предприятия, затраты на
энергетические ресурсы составляют:
- 6-10 % (более трети предприятий);
- 15 % (примерно каждое пятое предприятие);
- 25 % (15 % предприятий).
Следовательно, снижение доли издержек на энергетические
ресурсы в себестоимости продукции позволяет повысить
конкурентоспособность отечественных товаров не только на
российском рынке, но и на мировом. А высвобожденные денежные
средства можно направить на развитие производства, обучение
персонала и т.п.
Рис. 3. Перспективы повышения энергетической эффективности
2. Постоянный рост тарифов на энергетические ресурсы,
затрудненность подключения дополнительных мощностей.
Ежегодно тарифы на энергетические ресурсы для предприятий
неуклонно растут, причем с каждым годом данный рост будет все
интенсивнее.
3. Ограничение роста производства из-за увеличения
энергопотребления.
4. Потребность предприятий в качественной, надежной и
бесперебойной поставке энергетических ресурсов, чего не может
гарантировать изношенное энергооборудование.
Причины энергоемкости отечественного производства
Энергоемкость отечественного производства обусловлена
9
рядом факторов.
1. Физический и моральный износ технологического
оборудования. В России более половины предприятий эксплуатируют
оборудование, потребляющее энергетические ресурсы, более 10 лет. В
ходе исследования, проведенного Международной финансовой
корпорацией (МФК), было выявлено, что около трети предприятий
эксплуатируют вентиляционные системы, компрессоры, установки
комбинированной выработки тепла и электроэнергии, холодильные
агрегаты, оборотные системы охлаждения, насосы, электроприводы
(электромоторы), теплообменники, котельное оборудование,
частотно-регулируемые приводы, инфракрасные нагреватели более 25
лет.
2. Физический и моральный износ энергетического оборудо-
вания.
3. Несовершенство производственного процесса, в ходе кото-
рого нецелесообразно расходуются энергетические ресурсы.
4. Большие теплопотери зданий и сооружений.
5. Низкая культура потребления энергетических ресурсов.
Направления повышения энергетической эффективности
предприятия, оптимизация потребления энергетических ресурсов
Оптимизация потребления энергетических ресурсов включает
в себя следующие меры:
- модернизация технологического оборудования;
- оптимизация производственного процесса;
- мотивация сотрудников к экономии энергоресурсов;
- использование возобновляемых источников энергии;
- снижение теплопотерь зданий и сооружений;
- внедрение энергоэффективных технологий;
- внедрение учета потребления энергетических ресурсов;
- переработка отходов с целью получения энергии.
Многие руководители российских предприятий
недооценивают потенциал энергосбережения. По данным
исследования Международной финансовой корпорации,
энергосбережение газа недооценивается на 7 %, холода – на 9 %,
тепловой энергии – на 10 %, электроэнергии – на 11 %, воды – на 16
%, сжатого воздуха – на 20 %.
10