Поэтому для внедрения системы менеджмента энергоэффективности на предприятии важно:

•разделить предприятие на производственные подразделения (компоненты), точно установив границу системы для каждого из этих компонентов (см. также раздел 1.5 ниже). Разделение производства на компоненты зависит от сложности данного производства; соответствующее решение принимается компанией – оператором производства в каждом конкретном случае;

•четко определить входные и выходные потоки энергии для предприятия в целом, а также потоки между различными подразделениями (блоками на рис. 1.9);

•последовательно придерживаться принятых границ в отсутствие существенных оснований для изменений, например, изменения основного или вспомогательного технологического процесса или изменения методик, принятых на уровне установки, компании или отрасли.

Это создает ясную основу для определения энергоэффективности данного производства.

1.5. Вопросы, которые должны быть рассмотрены при определении показателей энергоэффективности

Вразделе 1.3 были обсуждены определения энергоэффективности, а также важные вопросы, связанные с этим понятием, в частности, первичная и вторичная энергия. В том же разделе было введено понятие энергоэффективности для ресурсов и/или систем. В разделах 1.4.2 и 1.4.3 была обсуждена разработка показателей для производственных подразделений и предприятий «сверху вниз», а также возникающие при этом проблемы.

Внастоящем разделе:

•В разделе 1.5.1 обсуждается важность установления адекватных границ систем при оптимизации энергоэффективности. В разделе рассматривается влияние энергоэффективности отдельных компонентов на эффективность систем в контексте подхода «снизу вверх»;

•В разделе 1.5.2 обсуждается ряд других важных вопросов, которые следует принимать во внимание при определении энергоэффективности и разработке показателей.

1.5.1. Определение границ системы

[5, Hardell and Fors, 2005]

В нижеследующих примерах рассматриваются отдельные компоненты, подсистемы и системы, а также обсуждаются возможные подходы к оценке улучшений в энергоэффективности. Примеры основаны на типичных материалах оценки энергоэффективности в рамках компании. Они иллюстрируют эффекты слишком узкого подхода к определению энергоэффективности (на уровне отдельных компонентов или подсистемы, а не системы в целом).

Формула для определения физической энергоэффективности (КПД)21 приведена в разделе 1.2.2.1 и приложении 7.1.1:

КПД η = полезное использование энергии (как правило, выражается в процентах) общее потребление энергии

В случае совершения работы

КПД η = WE

где:

работа (W) – величина полезной работы, выполненной компонентом, системой или процессом (в джоулях);

21 Английское словосочетание “energy efficiency” в данном контексте означает КПД (физическую энергоэффективность) оборудования или процесса, а не рациональное (или нерациональное) использование энергии. Соответствующим терминов во французском языке является “rendements énergétiques”.

38

энергия (E) – величина энергии, потребленной компонентом, системой или процессом (в джоулях).

Повышение (изменение) энергоэффективности = Изменение энергопотребления Исходное энергопотребление

Пример: Система 1. Электродвигатель

Старый электродвигатель

Компания провела обследование существующих электроприводов. Было установлено, что мощность, потребляемая существующим электродвигателем, составляет 100 кВт. КПД двигателя равен 90% и, как следствие, его механическая мощность составляет 90 кВт (см. рис. 1.10).

Рисунок 1.10: Границы системы – старый электродвигатель

Новый электродвигатель

С целью повышения энергоэффективности двигатель был заменен на новый с более высоким КПД. Результаты этой замены представлены на рис. 1.11. Вследствие более высокого КПД электрическая мощность, необходимая для создания требуемой механической мощности (90 кВт), составляет 96 кВт. Таким образом, повышение энергоэффективности составляет 4 кВт или:

повышение энергоэффективности = 4 /100 = 4%

Рисунок 1.11: Границы системы – новый электродвигатель

39

Пример: Система 2: Электродвигатель и насос

Как показано на рис. 1.12, электродвигатель приводит в движение насос, питающий охлаждающей водой систему охлаждения. В данном примере двигатель и насос рассматриваются как единая подсистема.

Новый электродвигатель и старый насос

Полезная мощность данной подсистемы представляет собой гидравлическую мощность, обеспечивающую поток и необходимое давление охлаждающей воды. В силу низкого КПД насоса полезная мощность ограничена величиной 45 кВт.

Рисунок 1.12: Границы системы – новый электродвигатель и старый насос

Новый электродвигатель и новый насос

Старый насос заменен на новый, что повысило КПД насоса с 50 до 80 %. Результаты замены представлены на рис. 1.13.

Рисунок 1.13: Границы системы – новый электродвигатель и новый насос

Энергоэффективность новой системы значительно выше, чем старой. Гидравлическая мощность на выходе увеличилась с 45 до 67 кВт. Увеличение энергоэффективности (КПД) может быть представлено как (см. раздел 1.3.1):

40

Пример: Система 3. Новый электромотор и новый насос без увеличения гидравлической мощности на выходе

Как можно заключить из рис. 1.12, система охлаждения функционировала удовлетворительно при гидравлической мощности 45 кВт. Преимущества увеличения гидравлической мощности на 50% до 67 кВт неочевидны. Можно предположить, что избыточная мощность расходуется в виде потерь энергии на регулирующем клапане и в трубопроводной системе. Очевидно, увеличение этих потерь не было целью замены оборудования на более энергоэффективное.

Возможно, тщательное обследование системы охлаждения показало, что гидравлическая мощность 45 кВт была достаточной для нормального функционирования системы. В этом случае необходимую мощность на валу можно оценить как 45/0.8 = 56 кВт, а электрическая мощность, потребляемая двигателем, составит примерно 56/0,937 = 60 кВт.

Рисунок 1.14: Новый электродвигатель и новый насос без изменения гидравлической мощности

Вэтом случае потребляемая системой мощность будет на 40 кВт меньше, чем до замены оборудования (см. рис. 1.10). Как и в предыдущем случае, КПД системы составляет 75 %, однако потребление энергии снижается на 40% по сравнению с системой 1 (старый двигатель и, предположительно, старый насос), и на 33% по сравнению с системой 2 (новый двигатель, новый насос).

Входе обследования можно было бы изучить возможности для снижения производительности как двигателя, так и насоса без ущерба для работы системы охлаждения, или для снижения необходимой гидравлической мощности, например, до 20 кВт. Это могло бы привести как к сокращению капитальных затрат на оборудование, так и к повышению энергоэффективности.

Пример: Система 4. Система 3 в сочетании с теплообменником

Как показано на рис. 1.15, в этом примере границы системы были расширены, и теперь рассматриваемая подсистема включает в себя новый двигатель, новый насос, а также старый теплообменник системы охлаждения. Мощность охлаждения процесса составляет 13000 кВтт (индекс «т» означает «тепловая»).

41