Эффективность энергоиспользования.

Под эффективностью энергоиспользования понимается дос­тижение технически возможной и экономически оправданной эффективности использования топливно-энергетических ресурсов при существующем уровне развития техники и технологии и од­новременном снижении техногенного воздействия на окружаю­щую среду. Эффективность энергоиспользования может быть оценена по системе количественных характеристик - показателей эффективности. Подбор необходимого числа показателей эффек­тивности зависит от вида деятельности организации, глубины проводимых энергетических обследований и их целей, временных и финансовых возможностей организации, проводящей энергети­ческое обследование. Показатели эффективности энергоисполь­зования могут также служить индикаторами эффективности при проведении энергосберегающих мероприятий. По их динамике можно судить о результативности энергосберегающей деятельно­сти организации. Классификация показателей энергоэффективно­сти может быть осуществлена по признакам: отраслевая принад­лежность организации, форма собственности, вид основной дея­тельности, энергоснабжающая организация или потребитель и пр. Приведем далеко неполный список показателей эффективности энергоиспользования:

- удельные расходы энергоресурсов на единицу выпускаемой продукции,

- коэффициент полезного действия (к.п.д.),

- коэффициент реактивной мощности (cos φ или tg φ),

- характеристики графиков нагрузки,

- энергетическая составляющая в себестоимости продукции,

- постоянная составляющая энергопотребления, независящая от объемов производства,

- показатели качества электроэнергии (ПКЭ),

- загрузка оборудования (коэффициент использования),

- расход энергоресурсов на собственные, технологические и хозяйственные нужды,

- уровень использования компенсирующих устройств, в том числе и в автоматическом режиме,

- превышение потребления реактивной энергии над ее экономи­ческим значением по договору с энергоснабжающей органи­зацией,

- величина среднего тарифа на электроэнергию по предприятию (для двухставочных потребителей),

- потери активной энергии и их структура,

- потери реактивной энергии и их структура,

- энергоемкость выпускаемой продукции,

- удельный расход энергоресурса на одного сотрудника (учаще­гося) для бюджетных организаций,

- доля энергоресурсов, расходуемых по основной деятельности организации и на энергообеспечение субабонентов и аренда­торов,

- утвержденные лимиты на энергоресурсы.

Для энергоснабжающих организаций данный перечень может быть дополнен рядом составляющих затрат, определяющих себе­стоимость и соответственно тарифы на вырабатываемую или пе­репродаваемую энергию. Эти затраты будут рассмотрены в даль­нейшем.

Рассмотрим более подробно некоторые из названных показа­телей энергоэффективности.

Удельные расходы.

Рассмотрим определение удельных расходов электрической энергии на примере насосных агрегатов. Применительно к насос­ным агрегатам можно говорить об удельных расходах насоса Y₀` (кВт·ч/м³) и об удельных расходах всего агрегата: насос - двига­тель Y₀:

Y₀= Y₀` / η_дв (1)

где η_дв - к.п.д. двигателя.

Значение Y₀ может быть определено исходя из следующих характеристик насосных агрегатов:

- N (Q) - зависимость мощности на валу насоса от величины подачи воды,

- η_H (Q) - зависимость к.п.д. насоса от величины подачи воды,

- Н (Q) - зависимость напора, развиваемого насосом, от вели­чины подачи воды:

Y₀`(Q)= N(Q)/Q=( Н(Q)∙ γ)/(102∙ η_H(Q)) (2)

где γ - масса одного м³ жидкости.

Из формулы (2) видно, что удельный расход является функ­цией подачи воды и в значительной степени определяется пода­чей воды. В качестве примера на рисунке 1. приведена зависи­мость удельного расхода Y₀` (Q) для насоса Д1250-125.

Рис.1.

Из рисунка 1 следует, что уменьшение подачи насоса путем дросселирования задвижками, приводит к увеличению удельного расхода электрической энергии. Так, для насоса Д1250-125 сни­жение подачи воды в два раза по сравнению с номинальной уве­личивает удельный расход электрической энергии на 36 %. Для некоторых типов насосов данное увеличение удельного расхода

электрической энергии может быть еще более существенным. Так, для насоса Д3200-23 снижение подачи воды в два раза при­водит к увеличению удельного расхода электрической энергии уже на 78 %.

Коэффициент полезного действия.

Коэффициент полезного действия оборудования установки оценивается следующей формулой

η= Э_п.исп/ Э_п∙100(%) (3)

где Э_п.исп - количество полезно использованной энергии, Э_п - количество подведенной энергии к данной установке. При использовании в данном технологическом процессе не­скольких видов энергоносителей суммарный к.п.д определяется как

η_Σ=Σ(a_i∙η_i) (4)

где η_i - энергетический к.п.д. для данного вида энергоносителя, а_i - доля данного энергоносителя в общем объеме. Экономия электроэнергии при повышении к.п.д. насосного аг­регата от значения η'_н до значения η"_н при к.п.д. электродвигате­ля η_Д определяется выражением:

ΔЭ=0,0272∙Н/(η_Д(η_н``-η_н`)∙Q∙T (5)

где Т - время работы насосного агрегата с новым значением к.п.д.

Коэффициент реактивной мощности (cos φ или tg φ).

Экономия электрической энергии при повышении коэффици­ента реактивной мощности от значения cos φ₁ до cos φ₂ оценива­ется по выражению:

_{ΔЭ=К∙А∙(tgφ1- tgφ2) (6)}

где А - потребление активной энергии за расчетный период (кВт.ч),

К - экономический эквивалент реактивной мощности, кото­рый ориентировочно может быть принят: при питании с шин ге­нераторного напряжения - 0,02;

- при питании через одну ступень трансформации - 0,05;

- при питании через две ступени трансформации - 0,08;

- при питании через три ступени трансформации -0,12.

Если известно количество реактивной энергии Q₁ и Q₂ (кВар·ч) за расчетный период до повышения и после повышения cos φ, то экономия электроэнергии определяется выражением:

3 = K(Q₁-Q₂), кВт·ч (7)

Помимо влияния значений коэффициентов реактивной энер­гии на величину потерь электроэнергии в сети, cos φ характеризу­ет загрузку электродвигателей и влияет на его к.п.д. На рисунке 2 приведена зависимость cos φ и к.п.д. η_Д от загрузки асин­хронного двигателя.

Как видно из рисунка 2, при снижении нагрузки электродви­гателя от номинальной до 50-процентной, cos φ уменьшается с величины 0,85 до значения 0,73. При этом к.п.д. снижается с ве­личины 0,95 до 0,83. Более существенное снижение значений cos φ и к.п.д. происходит при снижении нагрузки двигателя до 30-40 процентов, cos (p при этом может достигать значений порядка 0,4-0,5, а значения к.п.д. - порядка 0,6-0,7. Для синхронных двигате­лей эта зависимость проявляется еще в большей степени.

Характеристики графика активной нагрузки.

Наиболее важными показателями графиков активной нагрузки являются коэффициенты, характеризующие равномерность гра­фиков. К данным коэффициентам относятся: коэффициент запол­нения графика нагрузки Кзп и время использования максималь­ной нагрузки Тмах:

K_ЗП=Р_СР/Р_MAX=Σ(Р_i∙t_i)/(Т∙Р_MAX), (о.е.)

Т_MAX=Σ(Р_i∙t_i)/Р_MAX, (8)

K_ЗП=Т_MAX/Т

где Р_i, t_i - мощность и продолжительность нагрузки в течение

i-го отрезка времени на графике нагрузки, N - общее число отрезков времени на графике нагрузки, Т - суммарная продолжительность нагрузки, ч.

Выравнивание графиков нагрузки соответствует повышению значений К_зп и Т_мах и способствует снижению заявленного макси­мума активной мощности потребителя в часы максимальной на­грузки энергосистемы. Это снижает плату за электроэнергию, снижает потери электроэнергии, улучшает условия работы и ре­сурс электрооборудования.

Снижение потери электроэнергии в сети определяется по фор­муле:

ΔЭ=ΔЭ_Н∙(1-К_Ф2²/К_Ф1²) (9)

где К_ф1, К_ф2 - коэффициенты формы графика активной нагрузки соответственно до его выравнивания и после,

ΔЭ_н - нагрузочные потери в сети при коэффициенте формы К_ф1. Коэффициент формы может быть определен по выражению:

К_Ф²=(1090/Т_MAX+0.876)²=(0.124/K_З+0,876)² (10)

В соответствии с (10)

К_Ф2²/К_Ф1²=((1090/Т_MAX2+0.876)²/(1090/Т_MAX1+0.876)²) (11)

Энергетическая составляющая в себестоимости продукции.

В калькуляцию себестоимости продукции предприятия вклю­чаются также затраты, связанные с использованием различных видов энергоресурсов, необходимых для производства. При этом энергетические затраты для родственных предприятий, произво­дящих одноименную продукцию, могут значительно отличаться ввиду различной эффективности технологического и вспомога­тельного оборудования, тарифов на энергоресурсы, величины потерь энергоресурсов, производительности труда, различия кли­матических факторов и пр. Существенное значение здесь приоб­ретает осуществление программы энергосбережения, а также ор­ганизация контроля, учета и планирования энергоресурсов. Так, при неправильном планировании величины заявленного макси­мума активной мощности, увеличиваются затраты на используе­мую электроэнергию иногда в два и более раза, что сказывается на увеличении себестоимости продукции. Иногда увеличение се­бестоимости продукции связано с нежеланием (или отсутствием лицензии на перепродажу энергоресурсов) предприятия вводить абонентную плату для субабонентов для компенсации потерь энергоресурсов и эксплуатационных затрат на их передачу. Кро­ме этого, себестоимость продукции в значительной степени зави­сит от постоянной составляющей энергопотребления, не связан­ной с объемами производства, расходами энергоресурсов на хо­зяйственные и собственные нужды.