изменения с течением времени (например, изменения в составе выпускаемой продукции или производственном оборудовании).

1.3.5. Значимость систем и границ систем

Наилучшая энергоэффективность промышленного предприятия в целом не обязательно достигается в результате оптимизации энергоэффективности его компонентов по отдельности. Действительно, в случае оптимизации каждого процесса независимо от других процессов на том же предприятии возможна, например, ситуация, когда избыточный пар, образующийся на одном из этапов производства, приходится выпускать в атмосферу. Рассмотрев возможности интеграции компонентов производства, можно добиться оптимального баланса между существующими потребностями и ресурсами, и обеспечить сокращение общего энергопотребления объекта, направляя пар, образующийся в рамках одного из процессов, для удовлетворения потребностей другого процесса.

Поэтому синергетический эффект может быть достигнут посредством последовательного рассмотрения (в следующем порядке):

1. Производства в целом с учетом взаимосвязей различных процессов и/или систем (например, компрессорных систем и систем отопления). Этот анализ может включать рассмотрение возможностей снижения энергоэффективности отдельных технологических процессов или производственных единиц для достижения оптимальной энергоэффективности производства в целом. Должна быть оценена эффективность процессов, подразделений, вспомогательных производств и видов деятельности, даже если их состояние в настоящий момент представляется адекватным.

2.Возможностей для оптимизации отдельных процессов и/или систем (например, системы снабжения сжатым воздухом, системы охлаждения, паровой системы).

3. Наконец, возможностей для оптимизации отдельных узлов и элементов систем (например, электромоторов, насосов, клапанов)

Для понимания значения анализа на уровне систем при оптимизации энергоэффективности важно представлять, каким образом определение системы и ее границ способно повлиять на деятельность по повышению энергоэффективности. Эти вопросы обсуждаются в разделах 1.5.1 и 2.2.2.

Кроме того, расширяя границы системы за пределы деятельности компании и обеспечивая интеграцию промышленного производства и потребления энергии с потребностями коммунального хозяйства за пределами объекта, можно достичь дальнейшего повышения энергоэффективности. Примером может служить когенерация (см. раздел 3.4) с поставкой низкопотенциальной энергии для отопления прилегающих районов.

1.3.6. Другие используемые термины

Определения и разъяснения прочих используемых терминов приводятся в Глоссарии, Приложении 7.1, а также других публикациях.

1.3.6.1. Первичная энергия, вторичная энергия и конечная энергия

Первичная энергия представляет собой энергию, содержащуюся в топливном сырье (природных топливных ресурсах до какой-либо переработки), включая отходы, пригодные для сжигания, и любые другие непреобразованные формы энергии, поступающие в систему в качестве входного потока. Понятие первичной энергии особенно широко используется в энергетической статистике при составлении энергетических балансов.

Первичная энергия преобразуется в другие формы энергии, более удобные для использования, например, в электроэнергию, энергию пара или более чистые виды топлива. В энергетической статистике эти производные формы энергии называются вторичной энергией. Конечная форма энергии представляет собой ту форму, в которой энергия поставляется пользователям. Конечная энергия может быть как первичной, так и вторичной. Например, предприятие может одновременно потреблять природный газ (первичная энергия) и электроэнергию (вторичная

26

энергия). Соотношение между первичной, вторичной и конечной энергией проиллюстрировано на рис. 1.6.

Рисунок 1.6: Определение первичной, вторичной и конечной энергии

[260, TWG, 2008]

Примеры использования первичной и вторичной энергии приводятся в разделе 1.4.2.1. Сравнивая различные потоки энергии (например, пар и/или тепло, производимые на предприятии с использованием топливного сырья, по сравнению с электричеством, производимым за пределами предприятия и получаемым по распределительным сетям), важно принимать во внимание потери при производстве вторичной энергии за пределами предприятия. В противном случае может создаться видимость того, что получение вторичной энергии извне является значительно более эффективным, как показано в примере в разделе 1.4.2.1.

Вторичная энергия может поставляться на установку или подводиться к технологическому процессу извне, в частности, в одной из следующих форм:

•электроэнергия: КПД производства электроэнергии варьирует в зависимости от используемых топлива и технологии, см. [125, EIPPCB]. Для традиционных паровых ТЭЦ КПД производства электроэнергии из первичного топлива составляет 36–46 %. Для технологии комбинированного цикла (парогазовых установок) КПД находится в диапазоне 55–58 %. В случае когенерации (производство двух видов энергии – электрической и тепловой, см. раздел 3.4) общий КПД с учетом электроэнергии и тепла может достигать 85% и более. КПД производства энергии на АЭС и из возобновляемых источников рассчитывается на основе других принципов.

•пар: затраты первичной энергии на производство пара могут быть определены как

hs −hw ,

ηb

где hs – энтальпия пара;

hw – энтальпия питательной воды котла (после деаэрации); ηb – тепловой КПД котла.

Однако эта оценка не принимает во внимание всех значимых факторов. В принципе, при расчете полного потребления энергии на производство пара должны учитываться следующие затраты:

27

•В паровой системе, например:

oзатраты тепла на подогрев питательной воды котла до температуры деаэратора;

oрасход пара в деаэраторе для удаления кислорода из питательной воды;

•Во вспомогательных системах и узлах, например:

oэнергия, потребляемая насосом, обеспечивающим поддержание рабочего давления в котле;

o энергия, потребляемая вентилятором, обеспечивающим наддув котла.

Следует принимать во внимание и другие факторы, например, особенности используемого топливного сырья. Методики расчета показателей энергоэффективности или ориентиры энергоэффективности должны сопровождаться ясным описанием метода определения первичной энергии для пара Важно обеспечить единообразный подход к расчету первичной энергии пара при наличии стандартов расчета КПД для котлов (см. раздел 3.2.1) [249, TWG, 2007, 260, TWG, 2008].

Существуют и другие виды вторичных энергоресурсов, которые могут рассматриваться аналогичным образом, например:

•сжатый воздух: см. раздел 3.7;

•горячая вода;

•охлаждающая вода: см. раздел 3.4.3.

Другие входные потоки могут не рассматриваться как «энергоресурсы» в традиционном смысле. Однако их производство на предприятии или за его пределами и/или способы их использования могут оказывать значительное влияние на энергопотребление. Например:

•азот: см. раздел 3.7 о сжатом воздухе и производстве N2 низкого качества;

•кислород: встречаются заявления о том, что использование кислорода при сжигании топлива повышает КПД процесса. Однако с учетом затрат энергии на производство кислорода может оказаться, что эти затраты равны дополнительной энергии, полученной в процессе кислородного сжигания, или даже превосходят ее (соотношение определяется, в частности, конструкцией топки); в то же время дополнительным преимуществом

кислородного сжигания является значительное снижение образования NOX, см. раздел

3.1.6.

[156, Beerkens, 2004, 157, Beerkens R.G.C. , 2006].

Однако пересчет потребляемой энергии к первичной энергии требует времени (хотя периодические расчеты в неизменной ситуации могут быть легко автоматизированы при помощи электронных таблиц) и не свободен от проблем интерпретации. Например, новая установка, использующая наиболее энергоэффективные технологии, может эксплуатироваться в стране с устаревшими и неэффективными генерирующими мощностями, а также распределительными сетями. С учетом низкого КПД производства и передачи электроэнергии в стране показатели энергоэффективности установки могут оказаться существенно хуже, чем показатели аналогичных установок в других странах [127, TWG]. Кроме того, различные источники электроэнергии имеют различные КПД генерации, а структура генерации варьирует от страны к стране. Эта проблема может быть преодолена посредством использования стандартных значений, например, «европейской структуры топливного баланса» (см. Приложение 7.16). Однако для учета эффектов, связанных с производством вторичных энергоресурсов, включая воздействие на различные природные среды, в зависимости от местных условий могут использоваться и другие показатели, например, углеродный баланс.

28

Согласно Директиве ЕС 2003/54/EC19, с 1 июля 2004 г. производители электроэнергии обязаны раскрывать структуру топливного баланса. Конкретный формат представления данных оставлен на усмотрение стран – членов ЕС:

http://europa.eu/eur-lex/pri/en/oj/dat/2003/l_176/l_17620030715en00370055.pdf

Рекомендации Европейской комиссии по выполнению требований директивы доступны по адресу:

http://ec.europa.eu/energy/electricity/legislation/doc/notes_for_implementation_2004/labelling_en.pdf

В Директиве о поддержке когенерации [146, EC, 2004] и рекомендациях к ней приводятся стандартные значения затрат первичных энергоресурсов на производство электроэнергии и пара, а также поправочные коэффициенты для учета географического положения. Директива также содержит методику расчета КПД процесса когенерации.

Кроме того, доступны разнообразные иные источники информации, в частности, данные по национальным структурам топливного баланса:

http://www.berr.gov.uk/energy/policy-strategy/consumer-policy/fuel-mix/page21629.html

Альтернативой пересчету всех форм потребляемой энергии к первичной энергии является расчет удельного потребления каждого из основных энергоресурсов по отдельности. Например, согласно разделу 6.2.2.4 (стр. 338) Справочного руководства BREF для целлюлозно-бумажной промышленности [125, EIPPCB], общая потребность предприятия неполного технологического цикла по производству высокосортной бумаги в энергии (энергопотребление) в форме тепла (пар)

иэлектричества [276, Agency, 1997] составляет:

•технологическое тепло: 8 ГДж/т (≈2222 кВт•ч/т);

•электроэнергия: 674 кВт•ч/т.

Это означает, что на тонну продукции расходуется около 3 МВт·ч энергии в форме электричества и пара. Это соответствует потреблению первичной энергии (энергии ископаемого топлива, используемой для производства необходимых энергоресурсов) 4 МВт·ч/т бумаги. При расчетах предполагалось, что КПД генерации (по отношению к энергии ископаемого топлива) составляет 36,75%. В этом случае потребляемое количество электроэнергии (674 кВт·ч/т) соответствует 1852 кВт·ч/т первичной энергии (например, угля).

В целом, данные по энергопотреблению, приведенные к величине первичной энергии, могут использоваться:

•при сравнении с другими подразделениями, системами, предприятиями в рамках отрасли и т.д.

•при аудите с целью оптимизации энергоэффективности и сравнении вариантов использования различных энергоресурсов для конкретных подразделений или установок

(см. разделы 1.4.1 и 1.4.2).

Данные по первичной энергии, рассчитанные в местном (или национальном) масштабе могут использоваться для сравнения конкретных объектов, например:

•при анализе эффектов местного (или национального) уровней, например, при сравнении установок одной компании или отрасли, расположенных в разных местах;

•при аудите с целью оптимизации энергоэффективности и сравнении вариантов использования различных энергоресурсов для конкретных подразделений или установок (см. разделы 1.4.1 и 1.4.2). Например, при оценке планов замены паровой турбины электродвигателем целесообразно использовать фактическую величину КПД при производстве электроэнергии в данной стране.

Данные по первичной энергии, рассчитанные на региональном (межгосударственном) уровне, например, структура топливного баланса ЕС, могут использоваться для:

19 Директива 2003/54/EC от 26 июня 2003 г. относительно общих правил для внутреннего рынка электроэнергии, отменяет Директиву 96/92/EC.

29