Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
петруша / ЭнЭф к зачету ДО / учебники / СпрДокументОнаилучших достижениях.pdf
Скачиваний:
100
Добавлен:
26.03.2016
Размер:
21.13 Mб
Скачать

1.3. Определения показателей энергоэффективности и повышения энергоэффективности

1.3.1. Вопросы энергоэффективности и ее оценки в Директиве IPPC

[4, Cefic, 2005, 92, Motiva Oy, 2005] [5, Hardell and Fors, 2005]

«Энергоэффективность» – широко используемый термин качественного характера, обозначающий средство достижения различных целей, в т.ч. целей национальной и международной политики, а также цели бизнеса, важнейшими из которых являются (как обсуждалось в предисловии)15:

снижение выбросов углекислого газа (предотвращение изменения климата);

повышение безопасности энергоснабжения (в результате более устойчивого производства);

снижение затрат (повышение конкурентоспособности бизнеса).

На первый взгляд, понятие «энергоэффективность» кажется несложным для понимания. Однако, как правило, оно используется без строгого определения, в результате чего «[термин] "энергоэффективность" может означать разные вещи в различные моменты времени, в различных местах и обстоятельствах». В результате этой неопределенности использование термина было охарактеризовано как «уклончивое и непостоянное», приводящее к «несогласованности и путанице». В ситуациях, когда требуется выразить энергосбережение количественно, отсутствие общепринятого определения «является серьезным препятствием, особенно в случаях сравнительного анализа крупных предприятий или отраслей промышленности». Директива КПКЗ не содержит определения «энергоэффективности», и в настоящем разделе обсуждаются вопросы, относящиеся к определению этого понятия в контексте установок и выдачи разрешений [62, UK_House_of_Lords, 2005, 63, UK_House_of_Lords, 2005].

Поскольку Директива КПКЗ относится к производственным процессам в рамках установки, в центре внимания настоящего документа находится физическая энергоэффективность на уровне установки. Поэтому вопросы жизненного цикла продукции и сырья не рассматриваются в настоящем документе, хотя они и имеют значение с точки зрения общей эффективности использования ресурсов (эти вопросы рассматриваются в политиках и других документах, относящихся к продукции, подробнее см. «Область применения»).

Вопросы экономической эффективности также обсуждаются в настоящем документе там, где это является уместным (например, при рассмотрении отдельных технических методов, см. также раздел 1.5.1), и/или в случае доступности соответствующих данных. Термодинамическая эффективность рассматривается выше и обсуждается в контексте конкретных технических методов там, где это уместно.

Меры по снижению воздействия продукции и сопутствующей продукции на окружающую среду, а также другие меры могут приводить к снижению энергоэффективности (см. раздел 1.5.2.5). Рассмотрение этих вопросов не входит в задачи настоящего документа.

1.3.2. Эффективное и неэффективное использование энергии

[227, TWG]

Энергоэффективность (и ее противоположность – неэффективность) в контексте установок может рассматриваться двумя способами, которые можно определить следующим образом16:

15Еще одной важной политической целью, связанной с энергоэффективностью, является борьба с «топливной бедностью» (например, сокращение количества домохозяйств, не имеющих возможности обеспечить достаточное отопление в зимний период). Эта проблема, носящая социальный характер, не имеет прямого отношения к вопросам энергоэффективности в промышленности и Директиве КПКЗ.

16В английском языке для обоих значений существует только один термин (energy efficiency и его противоположность – inefficiency), что может приводить к путанице. В других языках, например, во

французском, существуют отдельные термины для энергоэффективности в смысле

20

1.Отношение затрат энергии к выходу технологического процесса (количеству произведенной продукции, услуг, работы или другой формы энергии)17. В силу законов термодинамики доля полезно используемой в процессе энергии (КПД) никогда не достигает 100% (см. раздел 1.2.2.6).

Воснове этого вида неэффективности лежат различные формы термодинамической необратимости, в т.ч. связанные с передачей энергии при помощи теплопроводности, конвекции или излучения (тепловая необратимость). Например, теплопередача подразумевает не только передачу тепла в желаемом направлении (соответствующему участку технологического процесса), но и рассеяние через стенки реактора или печи и т.п. Тем не менее, существуют разнообразные методы снижения потерь, многие из которых обсуждаются далее в настоящем документе, например, сокращение потерь, связанных с тепловым излучением при сжигании топлива.

2.Рациональное (или эффективное) использование энергии – использование энергии в оптимальных количествах, необходимым образом и в то время, когда это необходимо. Неэффективность (нерациональное и неэффективное использование) является результатом неоптимального соотношения между затратами энергии и потребностью в ней, что может быть следствием таких причин, как неадекватные проектные решения, эксплуатация или техническое обслуживание; эксплуатация оборудования (например, систем освещения) в отсутствие соответствующей потребности; реализация технологических процессов при температуре выше необходимой; отсутствие мер по адекватному хранению энергии и т.д.

1.3.3 Показатели энергоэффективности

[5, Hardell and Fors, 2005]

Директива EuP18 [148, EC, 2005] определяет энергоэффективность как:

«отношение выхода (произведенных работы, услуг, продукции или энергии к количеству подведенной энергии».

Этот показатель энергоэффективности, представляющий собой затраты энергии на единицу произведенной продукции или выхода технологического процесса, называется «удельное энергопотребление» (УЭП) и наиболее широко используется в промышленности. (Примечание: данный показатель широко используется в нефтехимической и химической отраслях под названием «коэффициента энергоемкости» (КЭЕ) или «показателя энергоэффективности» (ПЭЭ); см. ниже и в Приложении 7.9.1).

В простейшей форме УЭП может быть определен как:

УЭП =

потребление энергии

=

(подведенная энергия энергия, переданная другим потребителям)

произведенная продукция

выход продукции или других результатов

 

 

 

 

 

Уравнение 1.1

Как правило, УЭП имеет размерность ГДж/т и может применяться для установок, в которых выход продукции измеряется в единицах массы. Для энергопроизводящих установок (электростанций, мусоросжигательных заводов) более уместным может быть использование в качестве показателя энергоэффективности КПД установки – отношения произведенной энергии (ГДж) к подведенной энергии (ГДж). В качестве показателя УЭП могут использоваться и другие отношения, такие, как затраты энергии на м2 (например, при покрытии рулонной стали, в некоторых операциях при производстве автомобилей), затраты энергии на одного работника и т.д., etc.

Кроме того, используется термин «коэффициент энергоемкости» (см. примечание выше относительно использования этого термина в нефтехимической промышленности). Следует иметь в виду, что экономисты, как правило, понимают под КЭЕ отношение потребленной энергии к

эффективности(КПД)/потерь – 'rendements/pertes énergétiques', и в смысле рационального/нерационального использования – 'efficacités/inefficacités énergétiques '

17В тех случаях, когда выходом процесса является работа или энергия, английский термин efficiency в данном смысле означает коэффициент полезного действия (КПД). (Прим. пера.)

18Директива ЕС по энергопотребляющей продукции (Energy-using Products Directive 2005/32/EC).

21

какой-либо денежной величине, например, обороту компании, добавленной стоимости, ВВП и т.п. Например:

КЭЕ =

потребление энергии

= ГДж/ евро оборота

Уравнение 1.2

оборот установки

 

 

 

Однако, поскольку денежный объем выпуска, как правило, растет с течением времени, КЭЕ может снижаться в отсутствие какого-либо роста физической энергоэффективности (если не использовать пересчета в неизменные цены). Поэтому следует избегать использования этого показателя при обсуждении физической энергоэффективности установки.

КЭЕ может также использоваться на макроэкономическом уровне (например, общеевропейском или национальном). В этом случае он выражается, например, в ГДж на единицу ВВП (валового внутреннего продукта) и может использоваться для оценки энергоэффективности национальной экономики (см. примечание выше об использовании термина в экономике).

В любом случае, необходимо уточнение используемых единиц, особенно при сравнении предприятий или отраслей [158, Szabo, 2007].

Важно принимать во внимание различие между первичной энергией (энергией первичных энергоресурсов, например, ископаемого топлива) и вторичной или конечной энергией (например, электроэнергией или энергией пара), см. раздел 1.3.6.1. В идеале, потребление вторичной энергии должно пересчитываться в соответствующее количество первичной энергии, чтобы показатели энергоэффективности отражали удельные затраты первичной энергии. В этом случае удельное энергопотребление может быть выражено, например, как затраты первичной энергии на тонну продукции (МДж/т или ГДж/т) [91, CEFIC, 2005]. Однако этот подход имеет как преимущества, так и недостатки, которые подробнее обсуждаются ниже, в разделе 1.3.6.1.

Знаменатель при расчете удельного энергопотребления

В простейшем случае, когда установка производит один вид основной продукции, в качестве знаменателя при расчете УЭП (уравнение 1.1) может использоваться объем производства этого вида продукции. Во многих случаях ситуация оказывается более сложной – установка может производить несколько видов основной продукции, как это имеет место, например, в случае нефтеперерабатывающих или крупных химических предприятий, соотношение различных видов производимой продукции может меняться с течением времени, или результатом деятельности установки может быть не выпуск продукции, а оказание определенной услуги, как это имеет место в случае предприятия по переработке отходов. В случаях, подобных обсуждаемым ниже в разделе 1.4., могут использоваться другие подходы в зависимости от конкретной ситуации.

1. Существует несколько видов одинаково важной продукции или несколько видов существенной сопродукции. Если это уместно, в качестве знаменателя может использоваться сумма объемов производства этих видов продукции. В противном случае необходимо обоснованным образом определить границы между процессами производства различных видов продукции и рассчитывать энергетический баланс отдельно для каждого процесса.

УЭП =

потребление энергии

=

произведенная продукция

= (подведенная энергия энергия, переданная другим потребителям) произведенная продукция

2. Существует несколько выходных потоков продукции, в то время как количество видов сырья невелико. В этом случае в качестве знаменателя может использоваться количество потребляемого сырья. Такой подход рекомендуется в том случае, когда затраты энергии определяются, главным образом, объемом потребляемого сырья, и в меньшей степени – конкретным составом выпускаемой продукции (это может иметь место, если качество продукции существенным образом зависит от характеристик сырья). Однако использование в качестве знаменателя объема потребляемого сырья не отражает ухудшения (снижения) энергоэффективности производства в том случае, когда объем выпускаемой продукции снижается при неизменном потреблении сырья и энергии.

22

УЭП = потребление энергии = потребление сырья

= (подведенная энергия энергия, переданная другим потребителям) потребление сырья

3. Существует несколько видов продукции (или один вид продукции, который может иметь различные характеристики), производимый партиями. Примером может служить полимерное производство, выпускающее различные сорта определенного полимера поочередно, на протяжении различных периодов, в зависимости от потребностей рынка. Производство различных сортов требует неодинаковых затрат энергии (как правило, производство более качественных сортов является более энергоемким). В этом случае может оказаться полезным определить усредненный показатель энергоэффективности для каждого сорта (на основе среднего энергопотребления при производстве данного сорта). Тогда удельное энергопотребление для конкретного периода может быть рассчитано как:

X i УЭПср.i

УЭП =

 

i=A,B,C

 

 

Потребление энергии за рассматриваемый период

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сумма объемов продукции А, B и C, произведенных за период

где:

Xi – доля сорта i в общем объеме производства на протяжении данного периода;

УЭПср.i – средний показатель энергоэффективности для производства сорта i (полученный, например, путем расчета среднего показателя энергоэффективности за контрольный период, в течение которого производился только сорт i).

4. Основным результатом деятельности установки является оказание услуг, и очевидная продукция отсутствует, как, например, в случае мусоросжигательного завода. В этом случае показателем производительности, которая соотносится с затратами энергии, является объем поступающих на переработку отходов:

УЭП = (энергия, подведенная для поддержки сжигания энергия,переданная другим потребителям) (объем переработанных отходов, тонны)

Если существенная доля отходов имеет значительную теплоту сгорания (как в случае твердых бытовых отходов, ТБО), значение показателя будет отрицательным, поскольку часть низшей теплоты сгорания отходов будет утилизирована и использована для производства энергии. Отрицательная величина энергопотребления означает, что установка является неттопроизводителем, а не нетто-потребителем энергии. Подобная ситуация часто имеет место на мусоросжигательных заводах.

5. Прочие случаи, в которых отношение энергопотребления к объему продукции (или основному материальному потоку) варьирует настолько, что непригодно для практического использования. Примером может служить полиграфическое производство, где объем бумаги на входе и выходе процесса не обязательно определяет энергозатраты. Это связано с тем, что объем печатных и сушильных работ варьирует в зависимости от количества краски на оттиске и используемых процессов (см. Справочное руководство BREF по обработке поверхностей с использованием растворителей).

Определение повышения энергоэффективности

Директива EuP [147, EC, 2006] определяет повышение эффективности конечного использования энергии в результате технологических изменений, экономических изменений и/или изменений в поведении. Типы изменений, отвечающие указанным критериям, обсуждаются в разделе 1.5; методы общего характера обсуждаются в главах 2 и 3.

Таким образом, повышение энергоэффективности может проявляться в форме [5, Hardell and Fors]:

23