- •Краткое содержание
- •Предисловие
- •1. Статус настоящего документа
- •2. Мандат на подготовку настоящего документа
- •3. Значимые нормативно-правовые положения Директивы КПКЗ и определение НДТ
- •4. Цель настоящего документа
- •5. Источники информации
- •6. Как использовать настоящий документ
- •Область применения
- •1. Введение и определения
- •1.1. Введение
- •1.1.1. Энергия в промышленном секторе ЕС
- •1.1.2. Воздействия энергопотребления на окружающую среду и экономику
- •1.1.3. Вклад энергоэффективности в сокращение эффектов глобального потепления и повышение устойчивости
- •1.1.4. Энергоэффективность и Директива КПКЗ
- •1.1.5. Место энергоэффективности в системе комплексного предотвращения и контроля загрязнения
- •1.1.6. Экономические аспекты и вопросы воздействия на различные компоненты окружающей среды
- •1.2. Понятие энергии и законы термодинамики
- •1.2.1. Энергия, теплота, мощность и работа
- •1.2.2. Законы термодинамики
- •1.2.2.1. Первый закон термодинамики: сохранение энергии
- •1.2.2.2. Второй закон термодинамики: рост энтропии
- •1.2.2.3. Баланс эксергии: сочетание первого и второго законов
- •1.2.2.4. Диаграммы свойств
- •1.2.2.5. Дальнейшая информация
- •1.2.2.6. Необратимость и ее источники
- •1.3. Определения показателей энергоэффективности и повышения энергоэффективности
- •1.3.1. Вопросы энергоэффективности и ее оценки в Директиве IPPC
- •1.3.2. Эффективное и неэффективное использование энергии
- •1.3.3 Показатели энергоэффективности
- •1.3.4. Практическое применение показателей
- •1.3.5. Значимость систем и границ систем
- •1.3.6. Другие используемые термины
- •1.3.6.1. Первичная энергия, вторичная энергия и конечная энергия
- •1.3.6.2. Теплота сгорания топлива и КПД
- •1.3.6.3. Меры по повышению энергоэффективности на стороне производителя и стороне потребителя
- •1.4. Показатели энергоэффективности в промышленности
- •1.4.1. Введение: определение показателей и других параметров
- •1.4.2. Энергоэффективность производственных единиц
- •1.4.2.1. Пример 1. Простой случай
- •1.4.2.2. Пример 2. Типичный случай
- •1.4.3. Энергоэффективность предприятия
- •1.5. Вопросы, которые должны быть рассмотрены при определении показателей энергоэффективности
- •1.5.1. Определение границ системы
- •1.5.1.1.Выводы относительно систем и границ систем
- •1.5.2. Другие существенные вопросы, заслуживающие рассмотрения на уровне установки
- •1.5.2.1. Документирование используемых подходов к отчетности
- •1.5.2.2. Внутреннее производство и потребление энергии
- •1.5.2.3. Утилизация энергии отходов и газа, сжигаемого в факелах
- •1.5.2.4. Эффект масштаба (снижение УЭП с ростом объемов производства)
- •1.5.2.5. Изменения в производственных методах и характеристиках продукции
- •1.5.2.6. Интеграция энергосистем
- •1.5.2.7. Неэффективное использование энергии из соображений устойчивого развития и/или повышения энергоэффективности предприятия в целом
- •1.5.2.8. Отопление и охлаждение помещений
- •1.5.2.9. Региональные факторы
- •1.5.2.10. Явная теплота
- •1.5.2.11. Дальнейшие примеры
- •2. Технологии, которые следует рассматривать для обеспечения энергоэффективности на уровне установки
- •2.1. Системы менеджмента энергоэффективности (СМЭЭ)
- •2.2. Планирование и определение целей и задач
- •2.2.1. Постоянное улучшение экологической результативности и вопросы воздействия на различные компоненты окружающей среды
- •2.2.2. Системный подход к менеджменту энергоэффективности
- •2.3. Энергоэффективное проектирование (ЭЭП)
- •2.3.1. Выбор технологии производственного процесса
- •2.4. Повышение степени интеграции процессов
- •2.5. Обеспечение дальнейшего развития инициатив в области энергоэффективности и поддержание мотивации
- •2.6. Поддержание и повышение квалификации персонала
- •2.7. Информационный обмен
- •2.7.1. Диаграммы Сэнки
- •2.8. Эффективный контроль технологических процессов
- •2.8.1. Автоматизированные системы управления технологическими процессами
- •2.8.2. Менеджмент (контроль, обеспечение) качества
- •2.9. Техническое обслуживание
- •2.10. Мониторинг и измерения
- •2.10.1. Косвенные методы мониторинга
- •2.10.2. Оценки и расчеты
- •2.10.3. Учет потребления энергоресурсов и усовершенствованные системы учета
- •2.10.4. Снижение потери давления при измерении расходов в трубопроводах
- •2.11. Энергоаудиты и энергетическая диагностика
- •2.12. Пинч-анализ
- •2.13. Энтальпийный и эксергетический анализ
- •2.14. Термоэкономика
- •2.15. Энергетические модели
- •2.15.1. Энергетические модели, базы данных и балансы
- •2.15.2. Оптимизация использования энергоресурсов и управление ими на основе моделей
- •2.16. Сравнительный анализ
- •2.17. Прочие инструменты
- •3. Технологии, которые следует рассматривать для обеспечения энергоэффективности на уровне энергопотребляющих систем, процессов и видов деятельности
- •3.1. Сжигание
- •3.1.1. Снижение температуры дымовых газов
- •3.1.1.1. Установка подогревателя воздуха или воды
- •3.1.2. Рекуперативные и регенеративные горелки
- •3.1.3. Сокращение массового расхода дымовых газов за счет снижения избытка воздуха горения
- •3.1.4. Автоматизированное управление горелками
- •3.1.5. Выбор топлива
- •3.1.6. Кислородное сжигание
- •3.1.7. Сокращение потерь тепла при помощи теплоизоляции
- •3.1.8. Сокращение потерь тепла через отверстия печей
- •3.2. Паровые системы
- •3.2.1. Общие свойства пара
- •3.2.2. Обзор методов повышения энергоэффективности паровых систем
- •3.2.3. Дросселирование и использование турбодетандеров
- •3.2.4. Методы эксплуатации и управления технологическим процессом
- •3.2.5. Предварительный подогрев питательной воды (в т.ч. с помощью экономайзера)
- •3.2.6. Предотвращение образования и удаление накипи с поверхностей теплообмена
- •3.2.7. Оптимизация продувки котла
- •3.2.8. Оптимизация расхода пара в деаэраторе
- •3.2.9. Оптимизация работы котла короткими циклами
- •3.2.10. Оптимизация парораспределительных систем
- •3.2.11. Теплоизоляция паропроводов и конденсатопроводов
- •3.2.11.1. Использование съемных панелей для теплоизоляции клапанов и фитингов
- •3.2.12. Реализация программы контроля состояния конденсатоотводчиков и их ремонта
- •3.2.13. Сбор и возврат конденсата в котел
- •3.2.14. Использование самоиспарения
- •3.2.15. Утилизация энергии продувочной воды котла
- •3.3. Утилизация тепла и охлаждение
- •3.3.1. Теплообменники
- •3.3.1.1. Мониторинг состояния и техническое обслуживание теплообменников
- •3.3.2. Тепловые насосы (в т.ч. механическая рекомпрессия пара)
- •3.3.3. Системы охлаждения и холодильные установки
- •3.4. Когенерация
- •3.4.1. Различные методы когенерации
- •3.4.2. Тригенерация
- •3.4.3. Централизованное холодоснабжение
- •3.5. Электроснабжение
- •3.5.1. Компенсация реактивной мощности
- •3.5.2. Гармоники
- •3.5.3. Оптимизация систем электроснабжения
- •3.5.4. Энергоэффективная эксплуатация трансформаторов
- •3.6. Подсистемы с электроприводом
- •3.6.1. Энергоэффективные двигатели
- •3.6.2. Выбор оптимальной номинальной мощности двигателя
- •3.6.3. Приводы с переменной скоростью
- •3.6.4. Потери при передаче механической энергии
- •3.6.5. Ремонт двигателей
- •3.6.6. Перемотка
- •3.6.7. Экологические преимущества, воздействие на различные компоненты окружающей среды, применимость и другие соображения относительно методов повышения энергоэффективности систем с электроприводом
- •3.7. Системы сжатого воздуха
- •3.7.1. Оптимизация общего устройства системы
- •3.7.2. Использование приводов с переменной скоростью
- •3.7.3. Высокоэффективные электродвигатели
- •3.7.4. Централизованная система управления системой сжатого воздуха
- •3.7.5. Утилизация тепла
- •3.7.6. Сокращение утечек в системах сжатого воздуха
- •3.7.7. Техническое обслуживание фильтров
- •3.7.8. Использование холодного наружного воздуха для питания компрессоров
- •3.7.9. Оптимизация давления системы
- •3.7.10. Создание запаса сжатого воздуха вблизи потребителей с существенно варьирующим уровнем потребления
- •3.8. Насосные системы
- •3.8.1. Инвентаризация и оценка насосных систем
- •3.8.2. Выбор насоса
- •3.8.3. Оптимизация трубопроводной системы
- •3.8.4. Техническое обслуживание
- •3.8.5. Управление насосными системами и их регулирование
- •3.8.6. Привод и передача
- •3.8.7. Экологические преимущества, воздействие на различные компоненты окружающей среды, применимость и другие соображения относительно методов повышения энергоэффективности насосных систем
- •3.9. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ)
- •3.9.1. Отопление и охлаждение помещений
- •3.9.2. Вентиляция
- •3.9.2.1. Оптимизация проектных решений при внедрении новой или модернизации существующей системы вентиляции
- •3.9.2.2. Повышение эффективности существующей вентиляционной системы
- •3.9.3. Естественное охлаждение
- •3.10. Освещение
- •3.11. Процессы сушки, сепарации и концентрирования
- •3.11.1. Выбор оптимальной технологии или сочетания технологий
- •3.11.2. Механические процессы
- •3.11.3. Методы термической сушки
- •3.11.3.1. Расчет энергозатрат и КПД
- •3.11.3.2. Конвективная сушка
- •3.11.3.3. Контактная сушка
- •3.11.3.4. Перегретый пар
- •3.11.3.5. Утилизация тепла в процессах сушки
- •3.11.3.6. Выпаривание в сочетании с механической рекомпрессией пара или тепловым насосом
- •3.11.3.7. Оптимизация теплоизоляции сушильных систем
- •3.11.4. Радиационная сушка
- •3.11.5. Системы автоматизированного управления процессами термической сушки
- •4. Наилучшие доступные технологии
- •4.1. Введение
- •4.2. Наилучшие доступные технологии обеспечения энергоэффективности на уровне установки
- •4.2.1. Менеджмент энергоэффективности
- •4.2.2. Планирование и определение целей и задач
- •4.2.2.1. Постоянное улучшение экологической результативности
- •4.2.2.2. Выявление аспектов энергоэффективности установки и возможностей для энергосбережение
- •4.2.2.3. Системный подход к менеджменту энергоэффективности
- •4.2.2.4. Установление и пересмотр целей и показателей в области энергоэффективности
- •4.2.2.5. Сравнительный анализ
- •4.2.3. Энергоэффективное проектирование (ЭЭП)
- •4.2.4. Повышение степени интеграции технологических процессов
- •4.2.5. Поддержание поступательного развития инициатив в области энергоэффективности
- •4.2.6. Поддержание уровня квалификации персонала
- •4.2.7. Эффективный контроль технологических процессов
- •4.2.8. Техническое обслуживание
- •4.2.9. Мониоринг и измерения
- •4.3. Наилучшие доступные технологии обеспечения энергоэффективности энергопотребляющих систем, технологических процессов, видов деятельности и оборудования
- •4.3.1. Сжигание
- •4.3.2. Паровые системы
- •4.3.3. Утилизация тепла
- •4.3.4. Когенерация
- •4.3.5. Электроснабжение
- •4.3.6. Подсистемы с электроприводом
- •4.3.7. Системы сжатого воздуха
- •4.3.8. Насосные системы
- •4.3.9. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ)
- •4.3.10. Освещение
- •4.3.11. Процессы сушки, сепарации и концентрирования
- •5. Новые технологии обеспечения энергоэффективности
- •5.1. Беспламенное сжигание (беспламенное окисление)
- •5.2. Сжатый воздух как средство хранения энергии
- •6. Заключительные замечания
- •6.1. Временные рамки и основные этапы подготовки настоящего документа
- •6.2. Источники информации
- •6.3. Степень консенсуса
- •6.4. Пробелы и дублирование информации. Рекомендации по дальнейшему сбору информации и исследованиям
- •6.4.1. Пробелы и дублирование информации
- •6.4.3. Конкретная производственная информация
- •6.4.3. Направления дальнейших исследований и практической деятельности
- •6.5. Пересмотр настоящего документа
- •Источники
- •Глоссарий
- •7. Приложения
- •7.1. Энергия и законы термодинамики
- •7.1.1. Общие принципы
- •7.1.1.1. Описание систем и процессов
- •7.1.1.2. Формы энергии и способы ее передачи
- •7.1.2. Первый и второй законы термодинамики
- •7.1.2.1. Первый закон термодинамики: баланс энергии
- •7.1.2.2. Второй закон термодинамики: энтропия
- •7.1.2.2.2. Баланс энтропии для закрытой системы
- •7.1.2.3. Баланс энтропии для открытой системы
- •7.1.2.4. Анализ эксергии
- •7.1.3. Диаграммы свойств, таблицы свойств, базы данных и программы
- •7.1.3.1. Диаграммы свойств
- •7.1.3.2. Таблицы свойств, базы данных и программное моделирование
- •7.1.3.3. Источники неэффективности
- •7.1.4. Использованные обозначения
- •7.1.4.1. Библиография
- •7.2. Примеры термодинамической необратимости
- •7.2.1. Пример 1. Дросселирование
- •7.2.2. Пример 2. Теплообменники
- •7.2.3. Пример 3. Процессы перемешивания
- •7.3. Примеры анализа энергоэффективности производства
- •7.3.1. Производство этилена методом парового крекинга
- •7.3.2. Производство мономера винилацетата (МВА)
- •7.3.3. Горячая прокатка стали
- •7.4. Примеры внедрения систем менеджмента энергоэффективности
- •7.5. Примеры энергоэффективных технологических процессов
- •7.6. Пример подхода к поступательному развитию инициатив в сфере энергоэффективности: «совершенство в производственной деятельности»
- •7.7. Мониторинг и измерения
- •7.7.1. Количественные измерения
- •7.7.2. Оптимизация использования энергоресурсов
- •7.7.3. Энергетические модели, базы данных и балансы
- •7.8. Другие инструменты аудита и поддержки мероприятий по повышению энергоэффективности на уровне предприятия
- •7.8.1. Инструменты аудита и менеджмента энергоэффективности
- •7.9. Сравнительный анализ
- •7.9.1. Нефтеперерабатывающие заводы
- •7.9.2. Австрийское энергетическое агентство
- •7.9.3. Схема для норвежских МСП
- •7.9.4. Соглашения о сравнительном анализе в Нидерландах
- •7.9.5. Сравнительный анализ в стекольной промышленности
- •7.9.6. Распределение энергозатрат и выбросов CO2 между различными видами продукции в сложном последовательном процессе
- •7.10. Примеры к главе 3
- •7.10.1. Паровые системы
- •7.10.2. Утилизация отходящего тепла
- •7.11. Мероприятия на стороне потребителя
- •7.12. Энергосервисные компании
- •7.13. Сайт Европейской комиссии, посвященный вопросам энергоэффективности и Национальные планы действий государств-членов
- •7.14. Европейская схема торговли квотами (ETS)
- •7.15. Оптимизация транспортных систем
- •7.15.1. Энергоаудит транспортных систем
- •7.15.2. Менеджмент энергоэффективности автомобильного транспорта
- •7.15.3. Улучшение упаковки с целью оптимизации использования транспорта
- •7.16. Европейский топливный баланс
- •7.17. Коррекция коэффициента мощности при электроснабжении
энергоэффективным в силу лучшего знания особенностей данного процесса (что способствует оптимизации последнего), а также большего объема производства (эффект масштаба).
Пример: Компания-оператор автомобильного производства решает приобретать определенные детали у внешних поставщиков вместо самостоятельного производства этих деталей. Результатом будет снижение общих и удельных энергозатрат предприятия. Это решение должно быть принято во внимание при расчете показателей энергоэффективности и отражено в соответствующих записях.
1.5.2.6. Интеграция энергосистем
Внутреннее производство энергии
Внутреннее производство энергии (в форме электричества или пара) без увеличения потребления первичной энергии является одним их признанных способов повышения энергоэффективности. Средства оптимизации последней могут включать обмен энергией с соседними процессами и установками (или непромышленными пользователями); см. разделы 2.4, 2.12, 2.13 и 3.3. При этом должны быть определены границы систем и урегулированы возможные неоднозначности. Определение границ системы обсуждается выше в разделах 1.4 и 1.5, а расчет потребления первичной энергии – в разделе 1.3.6.1.
Использование кислорода при сжигании топлива
Кислород может использоваться при сжигании топлива на тепловых электростанциях и других предприятиях с целью повышения КПД сгорания, а также снижения расхода топлива. Кроме того, использование кислорода способствует повышению энергоэффективности в силу снижения массового потока воздуха в дымовых газах, а также сокращению выбросов NOX. Однако производство кислорода, на предприятии или за его пределами, требует энергии, и эти энергозатраты также необходимо учитывать. Эти вопросы обсуждаются в разделе 1.3.6.1 (в связи с понятием первичной энергии), разделе 3.1.6 и приложении 7.9.5.
Интеграция процессов и разукрупнение компаний
На протяжении нескольких последних десятилетий в промышленности наблюдаются две тенденции:
•интеграция технологических процессов;
•разукрупнение компаний, особенно в химической отрасли.
Строительство производственных комплексов с высокой степенью интеграции обеспечивает значительные экономические преимущества.. В других случая рыночная стратегия состоит в разукрупнении компаний на отдельные производственные единицы. Результатом обоих процессов является возникновение сложных производственных комплексов, где присутствует множество компаний-операторов, взаимодействующих между собой. При этом энергоресурсы для такого комплекса могут производиться одной из присутствующих там компаний или приобретаться из внешних источников. Может также формироваться сложная структура потоков энергии между производствами различных компаний, находящимися на общей площадке.
В целом, подобные сложные производственные комплексы обладают значительным потенциалом эффективного использования энергии за счет интеграции энергосистем.
1.5.2.7. Неэффективное использование энергии из соображений устойчивого развития и/или повышения энергоэффективности предприятия в целом
Как было отмечено в разделах 1.4 и 1.5, определение границ систем при анализе энергоэффективности сложных производственных комплексов, подобных тем, о которых шла речь в разделе 1.5.2.6, требует особой тщательности. Подчеркивалось, что некоторые формы использования энергии, вносящие вклад в оптимизацию энергоэффективности производства в целом, рассматриваемого как единый комплекс, могут выглядеть неэффективными при анализе отдельного технологического процесса. Если по соображениям максимальной конкурентоспособности производства в целом работа некоторых подразделений, а также компаний-операторов отдельных процессов или систем с максимальной эффективностью
48
нецелесообразна, таким подразделениям или компаниям могут предоставляться экономические компенсации.
Вкачестве примеров можно привести следующие ситуации:
•использование пара в процессе сушки представляется менее энергоэффективным, чем непосредственное использование природного газа в качестве топлива. Однако пар низкого давления может производиться наряду с электроэнергией в процессе когенерации, обладающим высоким общим КПД (см. разделы 3.4 и 3.11.3.2);
•когенерационная станция, находящиеся на площадке компании, не всегда полностью принадлежит последней. Такая станция может быть совместным предприятием с местной генерирующей компанией. При этом производимый пар принадлежит компанииоператору площадки, а электроэнергия – генерирующей компании. Поэтому учет таких объектов при анализе энергоэффективности требует особой тщательности;
•энергия производится и потребляется в пределах одной площадки; при этом снижаются потери энергии при передаче;
•в рамках тесно интегрированной производственной системы содержащие энергию выходные потоки технологического процесса, возвращаются в энергетический цикл. В качестве примеров можно привести возвращение отработанного пара в паровую сеть предприятия, а также использование водорода, образующегося в процессе электролиза, в качестве топливного газа при производстве тепла и/или электроэнергии, а также в качестве сырья для химического производства (например, для производства перекиси водорода). Другие примеры включают сжигание отходов производства в котлах предприятия, а также использование в качестве топлива отходящих газов, имеющих меньшую теплоту сгорания, чем, например, природный газ (например, углеводородных газов на НПЗ или CO в цветной металлургии). См. раздел 3.1.6.
Использование возобновляемых/устойчивых источников энергии и видов топлива можно способствовать сокращению общего объема выбросов CO2 в атмосферу, хотя эти вопросы выходят за пределы настоящего Руководства (см. «Область применения»). Эти эффекты могут быть учтены при помощи углеродного баланса, см. раздел 1.3.6.1 и приложение 7.9.6.
1.5.2.8. Отопление и охлаждение помещений
Энергозатраты на отопление и охлаждение помещений существенным образом зависят от температуры наружного воздуха, как показано на рис. 1.17.
Рисунок 1.17: Зависимость энергозатрат на отопление от температуры наружного воздуха
В результате принятия таких мер, как утилизация тепла, отходящего из системы вентиляции, или улучшение теплоизоляции зданий линия на рис. 1.17 сдвигается вниз.
Таким образом, энергозатраты на отопление или охлаждение помещений практически не зависят от объема производства и составляют часть постоянного энергопотребления (см. раздел 1.5.2.4.).
49
1.5.2.9. Региональные факторы
Энергозатраты на отопление и охлаждение (см. раздел 1.5.2.8 выше) представляют собой пример факторов энергоэффективности, носящих региональный характер. Как правило, потребности в отоплении выше на севере Европы, а в охлаждении – на юге. Это влияет на объемы энергопотребления – например, зимой на финских предприятиях по переработке отходов требуется дополнительная энергия для поддержания надлежащей температуры отходов, а сохранение свежести пищевых продуктов требует больше тепла в Южной Европе.
Региональные и местные вариации климата накладывают и другие ограничения на энергоэффективность. Например, типичный КПД угольных котлов в Северной Европе составляет около 38 %, а в Южной Европе – около 35 %; КПД систем охлаждения мокрого типа зависит от температуры наружного воздуха и т.д.
1.5.2.10. Явная теплота
Тепловая энергия, подведение иле отведение которой проявляется в форме изменения температуры, называется «явной теплотой» (англ. «sensible heat», буквально – «ощутимая теплота»), хотя в последнее время этот термин выходит из употребления, 3.1. Например, тепловая энергия, используемая для подогрева входных потоков нефтеперерабатывающего завода до температуры 104.4°C, представляет собой явную теплоту.
1.5.2.11. Дальнейшие примеры
В приложении 7.3 приведены дополнительные примеры анализа энергоэффективности для следующих технологических процессов:
•пример 1: производство этилена методом крекинга;
•пример 2: производство мономера винилацетата;
•пример 3: стан горячей прокатки на металлургическом комбинате.
Эти примеры иллюстрируют следующие факторы и аспекты энергоэффективности:
•разнообразные и сложные производства;
•сложные потоки энергии;
•несколько видов энергосодержащей продукции;
•эффективность использования электроэнергии в зависимости от объема производства;
•отраслевой показатель энергоэффективности (энергоемкости) для нефтеперерабатывающих производств – показатель, предложенный компанией Solomon Associates (см. приложение 7.9.1).
50