Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
петруша / УМК ЭнЭфф / диск УМК ЭнЭф / 3.3СпрДокументОнаилучших достижениях.pdf
Скачиваний:
83
Добавлен:
26.03.2016
Размер:
21.13 Mб
Скачать

позволит сделать выводы об экономике предприятия, нарушающие конфиденциальность или влияющие на его конкурентоспособность. Эти вопросы и использование показателей для сравнительного анализа обсуждаются в разделе 2.16 «Сравнительный анализ».

Как было отмечено в разделе 1.3.3, показатели энергоэффективности должны быть основаны на удельных величинах, в наибольшей степени отвечающих характеру процесса. В качестве таких величин могут использоваться, например, ГДж/т продукции, ГДж на количество произведенных единиц продукции, соотношение произведенной и затраченной энергии (КПД, для генерирующих предприятий), затраты энергии на м2 (например, при покрытии рулонной стали или некоторых операциях при производстве автомобилей), затраты энергии на одного сотрудника и т.п.

1.4.2. Энергоэффективность производственных единиц

Два следующих примера демонстрируют применение показателей УЭП и ИЭЭ, а также основные проблемы интерпретации.

1.4.2.1. Пример 1. Простой случай

На рис. 1.7 представлен пример входных и выходных потоков производственной единицы, реализующей простой технологический процесс. Для простоты предполагается, что в рамках процесса не производится энергия, поставляемая внешним потребителям, процесс использует один вид сырья и производит один вид продукции. Процесс использует пар, электроэнергию и топливо.

Рисунок 1.7: Потоки энергии в случае простого технологического процесса

УЭП данного процесса определяется по следующей формуле:

УЭП =

Es,in + Ee,in + E f ,in

Уравнение 1.4

P

 

 

где:

Es,in – подводимая к процессу энергия пара, используемая для производства количества продукции P

Es,in – подводимая к процессу электроэнергия, используемая для производства количества продукции P

Es,in – подводимая к процессу энергия топлива, используемая для производства количества продукции P

P – количество произведенной продукции

Важно, чтобы при использовании уравнения 1.5 различные потоки энергии были приведены к первичной энергии, причем на основе одной и той же методики (см. раздел 1.3.6.1). Например, производство 1 МВт·ч электроэнергии требует больших энергозатрат, чем производство 1 МВт·ч в форме пара, поскольку типичный КПД генерации электроэнергии составляет 35–58 %, а производства пара – 85–95 %. Поэтому потребление различных потоков энергии в уравнении 1.5 должно быть приведено к первичной энергии на основе КПД производства соответствующих форм энергии.

32

Рассмотрим пример расчета энергоэффективности производства. Предположим, что для производства 1 т вида продукции P1 требуются следующие входные потоки энергии:

0,01 т топлива;

10 кВт·ч электроэнергии;

0,1 т пара.

Примем также следующие предположения20:

низшая теплота сгорания топлива составляет 50 ГДж/т;

КПД производства электроэнергии составляет 40 %

пар производится из воды, температура которой составляет 25°C, а разница между энтальпией пара и энтальпией воды при температуре 25°C составляет 2,8 ГДж/т;

КПД производства пара составляет 85 %.

Энергозатраты на производство 1 т вида продукции P1 составляют (в ГДж):

Ef,in = 0,01 т топлива× 50 ГДж/т = 0,50 ГДж;

Ee,in = 10 кВт·ч × 0,0036 ГДж/кВт·ч × 100/40 = 0,09 ГДж (где 1 кВт·ч = 0,0036 ГДж);

Es,in =0,1 т пара × 2,8 ГДж/т × 1/0,85 = 0,33 ГДж.

Теперь можно рассчитать УЭП данного процесса:

УЭП = (0,50 + 0,09 + 0,33) ГДж/т = 0,92 ГДж/т.

Для определения ИЭЭ примем эту величину УЭП за базовую. Теперь предположим, что предприятие осуществляет ряд проектов по повышению энергоэффективности, в результате чего в следующем году энергопотребление на тонну продукции составляет:

0,01 т топлива;

15 кВт·ч электроэнергии;

0,05 т пара.

Врезультате повышения энергоэффективности новая величина УЭП процесса составляет:

УЭП = (0,5 + 0,135 + 0,165) ГДж/т = 0,8 ГДж/т.

Таким образом, ИЭЭ процесса составляет:

ИЭЭ = 0,92/0,8 = 1,15.

Это означает, что энергоэффективность данного технологического процесса увеличилась на 15 %.

Важно отметить, что при расчетах были учтены потери энергии при производстве электроэнергии (посредством приведения к первичной энергии), имеющие место за пределами данного предприятия. Без учета этих потерь использование входного потока электроэнергии выглядело бы на 50 % более эффективным, чем оно фактически является:

(0,09 0,036) =1,5; т.е. 150%. 0,036

Неучет соображений, связанных с первичной энергией, мог бы привести, например, к решению перейти со всех потребляемых видов энергии на электроэнергию. Однако на практике для определения количества полезной энергии каждого из используемых источников потребовался бы более сложный анализ, выходящий за рамки этого простого примера, например, анализ эксергии.

20 Численные данные приводятся в настоящем разделе лишь для примера и не претендуют на достоверность. Давление пара не указано, но можно предположить, что оно является одним и тем же в обеих частях примера. Анализ эксергии мог бы быть более продуктивным, но он выходит за рамки этого простого примера.

33

Данный пример демонстрирует важность понимания того, на какой основе рассчитываются УЭП и ИЭЭ.

Следует также отметить, что та же логика применима и к другим потребляемым ресурсам, которые могут подводиться к процессу/подразделению/установке из-за пределов системы (а не производиться внутри системы), например, к пару, сжатому воздуху, N2 и т.п. См. обсуждение первичной энергии в разделе 1.3.6.1.

1.4.2.2. Пример 2. Типичный случай

На рис. 1.8 представлена более сложная ситуация, в которой имеют место как энергия, поставляемая за пределы системы, так и регенерация топлива в пределах подразделения или процесса. Этот пример демонстрирует принципы, применимые, с соответствующими уточнениями, ко многим предприятиям.

Рисунок 1.8. Потоки энергии производственной единицы

УЭП =

(Es,in + Ee,in +(E f ,in + E f ,rec ) + Eo,in ) (Es,out + Ee,out + E f ,out )

Уравнение 1.5

P1

 

 

Эта общая формула может применяться к любым технологическим процессам, производственным подразделениям или установкам, однако различные ее компоненты должны быть адаптированы к каждому конкретному случаю. Единицей измерения этого показателя является (единица энергии)/(единица массы), как правило – ГДж/т продукции или МВт·ч/т продукции. Однако возможны ситуации, когда выпускается несколько видов продукции или, помимо основной продукции, производится существенная сопутствующая продукция.

Некоторые соображения, которые следует принимать во внимание при использовании Уравнения 1.5, приводятся в шести нижеследующих пунктах (некоторые из этих соображений применимы и к Уравнению 1.4):

1. Потоки сырья и продукции (F1-n, P1)

На рис. 1.8 материальные потоки сырья и продукции показаны идущими в горизонтальном направлении. Потоки от F1 до Fn (F1-n) представляют собой различные виды сырья, используемого при производстве основной продукции P1, а также сопутствующей продукции. Потоки сопутствующей продукции разделены на две группы: продукция, которая возвращается в процесс в качестве топлива (Pf), и остальные виды сопутствующей продукции (P2).

Примерами такой ситуации являются:

производство этилена методом термического крекинга в нефтехимической промышленности, где удельное энергопотребление может рассчитываться как ГДж на

34

тонну этилена, ГДж на тонну олефинов (этилен + пропилен) или ГДж на тонну всех ценных веществ, получаемых в результате процесса (олефины + бутадиен + бензол + чистый водород)

хлор-щелочное производство, где удельное энергопотребление обычно рассчитывается на

тонну произведенного Cl2 (основная продукция), а сопутствующей продукцией являются

H2 и NaOH.

2.Потоки энергии (Ein, Eo)

Потоки энергии представляют различные виды энергии, подводимые к процессу или поставляемые за его пределы. На рис. 1.8 входные и выходные потоки энергии представлены в вертикальном направлении. Рассматриваются следующие потоки энергии:

Es – пар и/или горячая вода;

Ee – подводимая электроэнергия;

Ef – топливо (газообразное, жидкое, твердое). Проводится различие между топливом Ef, получаемым из внешних источников, и топливом Ef,rec, которое регенерируется и возвращается в технологический процесс. Топливо, производимое в качестве продукции

для использования за пределами процесса, рассматривается как P1 или P2, а не как Ef,out (см. п. 5 ниже);

Eo – прочее: в этот поток включаются любые вспомогательные ресурсы, для производства которых требуется энергия. Примерами являются горячее масло, охлаждающая вода, сжатый воздух и азот (если эти ресурсы потребляются в технологическом процессе). Например, энергия требуется для подготовки охлаждающей воды (энергия используется для приведения в действие насосов, обеспечивающих циркуляцию воды, а также вентиляторов градирен).

При рассмотрении выходных потоков следует учитывать лишь полезную энергию, поставляемую для использования в рамках какого-либо другого процесса или подразделения. В частности, энергия, рассеиваемая в процессе водяного или воздушного охлаждения, не учитывается в составе выходных потоков энергии (Eout в Уравнении 1.5). Другие потери тепла, приводящие к его рассеянию в атмосфере, также не должны учитываться в составе выходных потоков полезной энергии. Однако в составе выходных потоков должна также учитываться энергия на подготовку вспомогательных энергоресурсов, используемых за пределами процесса: например, охлаждающей воды, сжатого воздуха, N2, пара для подогрева трубопроводов или турбин. В разделах главы 3, посвященных вспомогательным системам, приводится информация о соответствующих затратах энергии и потерях.

3. Различные типы пара и горячей воды (Es)

На производстве может использоваться несколько типов пара (различающихся давлением и/или температурой). Каждый тип пара может вносить собственный вклад в энергопотребление и энергоэффективность процесса. Все эти виды пара следует включить в величину Es, суммируя их эксергии [127, TWG]. См. раздел 3.2, посвященный паровым системам.

Горячая вода, если таковая используется в процессе (или производится и поставляется другому процессу или производственному предприятию), должна учитываться аналогичным образом.

4.Материальные потоки отходов (W) и потери энергии

Вкаждом технологическом процессе имеет место образование некоторого количества отходов, а также потери энергии. Образующиеся отходы могут быть твердыми, жидкими или газообразными; способы обращения с ними могут включать:

размещение на полигоне (только твердые отходы);

сжигание с утилизацией энергии или без такового;

использование в качестве топлива в процессе (Pf);

рециклирование.

Вопросы, связанные с отходами, подробнее обсуждаются в разделе 1.5.2.3.

35