- •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
2.2. Планирование и определение целей и задач
2.2.1. Постоянное улучшение экологической результативности и вопросы воздействия на различные компоненты окружающей среды
Общая характеристика
Важным элементом системы экологического менеджмента (СЭМ, наличие которой является НДТ во всех секторах КПКЗ) является обеспечение повышения общей экологической результативности. Важно, чтобы оператор понимал, что происходит с входными потоками, включая энергию, и каким образом их потребление ведет к загрязнению окружающей среды. Столь же важно, управляя значимыми входными и выходным потоками, поддерживать оптимальный баланс между сокращением загрязнения и прочими аспектами воздействия на окружающую среду, включая связанные с потреблением энергии, воды и сырья. Это позволяет снизить общее воздействие на окружающую среду, связанное с деятельностью установки.
Для обеспечения комплексного подхода к контролю загрязнения важно рассматривать постоянное улучшение экологической результативности в качестве одного из приоритетов бизнеспланирования для установки. Это касается кратко-, средне- и долгосрочного планирования для установки в целом, а также ее отдельных компонентов и/или систем. «Непрерывное» в данном контексте означает, что цель повышения экологической результативности постоянно присутствует в деятельности организации, и для его обеспечения периодически повторяется цикл планирования и последующих действий.
Вопросы потребления всех значимых ресурсов (в т.ч. энергии), а также контроля загрязнения должны решаться скоординированным образом в кратко-, средне- и долгосрочной перспективе, причем этот процесс должен быть согласован с циклами инвестиционного и финансового планирования. В противном случае возможна ситуация, когда, например, внедрение краткосрочного решения по контролю загрязнения «на конце трубы» обусловит повышенное энергопотребление в долгосрочной перспективе, одновременно побудив оператора отложить инвестиции в решения, более благоприятные для окружающей среды (см. «Примеры» ниже). Анализ подобных ситуаций требует учета воздействия на различные компоненты окружающей среды. Некоторые рекомендации по такому учету, а также оценке затрат и выгод, связанных с различными решениями, приведены в разделе 1.1.6; более подробная информация доступна в Справочном документе по экономическим аспектам и вопросам воздействия на различные компоненты окружающей среды [167, EIPPCB, 2006], а также в разделах настоящего документа, посвященных энергоэффективному проектированию и другим вопросам (раздел 2.2.2 и т.д.).
Повышение экологической результативности с течением времени не обязательно носит линейный характер, т.е. далеко не всегда удается обеспечить, например, 2% дополнительного энергосбережения за каждый год на протяжении 10 лет. Повышение результативности может носить нерегулярный и ступенчатый характер, отражая инвестиции в проекты по повышению энергоэффективности и действие других факторов. Кроме того, может сыграть свою роль повышение результативности по другим направлениям: например, дополнительное снижение выбросов в атмосферу может потребовать увеличения энергопотребления. Как показано на рис. 2.2, энергопотребление установки может:
•снижаться после первого энергоаудита в результате мер, предпринятых по его итогам;
•повышаться вследствие установки дополнительного средозащитного оборудования;
•вновь снижаться, отражая дальнейшие меры и инвестиции, направленные на повышение энергоэффективности.
При этом наблюдается общая тенденция к снижению энергопотребления вследствие планирования на долгосрочную перспективу и соответствующих инвестиций.
63
Рисунок 2.2: Пример возможной динамики энергопотребления с течением времени
[256, Tempany, 2007]
Энергоэффективность является одним из приоритетных вопросов в политике ЕС (в частности, это единственная имеющая отношение к окружающей среде проблема, упомянутая в Берлинской декларации [141, EU, 2007]). При рассмотрении экономических аспектов внедрения НДТ в пределах установки и соответствующего воздействия на различные компоненты окружающей среды следует учитывать важность энергоэффективности в контексте ст. 9 (4) Директивы КПКЗ, посвященной лимитам выбросов и сбросов загрязняющих веществ и эквивалентным параметрам, включаемым в разрешение.
Экологические преимущества
В долгосрочной перспективе может быть достигнуто сокращение потребления энергии, воды и сырья, а также загрязнения окружающей среды. Воздействие на окружающую среду никогда не может быть сведено к нулевому уровню, и в определенные моменты времени возможна ситуация, когда дальнейшие действия являются экономически неэффективными. Однако в дальнейшем, по мере развития технологий и изменения затрат (например, в связи с изменением цен на энергию), экономическая эффективность тех или иных мер также может измениться.
Воздействие на различные компоненты окружающей среды
Уровень потребления некоторых ресурсов или некоторых видов воздействия может повыситься на определенный период времени, прежде чем скажутся долгосрочные эффекты инвестиций.
Производственная информация
Исследование, проведенное в 1990-х годах, продемонстрировало, что многие компании игнорируют возможности для инвестиций в повышение энергоэффективности, которые могли бы обеспечить очень хорошую отдачу. Исследователи пришли к выводу, что большинство компаний проводят четкое различие между «основным» бизнесом и прочей деятельностью, уделяя совершенствованию последней лишь незначительное внимание, за исключением крайне привлекательных возможностей (например, подразумевающих срок окупаемости инвестиций 18 – 24 мес.). Компании, деятельность которых не отличается значительным энергопотреблением, рассматривают связанные с ним затраты как «постоянные издержки» или игнорируют их, считая, что эти затраты не превышают «порогового уровня». Даже компании с более высокими затратами на энергопотребление, как правило, не используют существующих возможностей для «беспроигрышных» инвестиций [166, DEFRA, 2003].
64
Применимость
Применимо к всем установкам КПКЗ. Область и степень детальности применения данного метода зависит от масштаба установки и ряда переменных (см. также «Экологические преимущества» выше). Комплексный анализ всего спектра воздействий на различные компоненты окружающей среды выполняется редко.
Экономические аспекты
Позволяет осуществлять капитальные инвестиции с учетом значимой информации, обеспечивая снижение общего воздействия на окружающую среду и наилучший экономический эффект.
Мотивы внедрения
Снижение затрат в кратко-, средне- и долгосрочной перспективе.
Пример
Пример анализа воздействия на различные компоненты окружающей среды приведен в Справочном документе по экономическим аспектам и вопросам воздействия на различные компоненты окружающей среды [167, EIPPCB, 2006]. В качестве гипотетического примера можно рассмотреть производителя автомобилей, стремящегося к дальнейшему сокращению загрязнения, связанного с использованием растворителей. Можно добиться радикального сокращения загрязнения, однако это потребует строительства нового окрасочного цеха. Срок службы нового цеха составит 25 лет, а необходимые капитальные затраты – около 500 млн. евро. Энергопотребление окрасочного цеха составляет около 38 – 52 % энергопотребления всего предприятия и находится в диапазоне 160– 240 тыс. МВт·ч в год (60% этого количества приходится на природный газ). Потребление сырья, качество окраски и уровень потерь растворителей могут также зависеть от степени автоматизации производства. Принятие следующих решений требует анализа эксплуатационных и капитальных затрат, а также потребления ресурсов и воздействия на окружающую среду за период окупаемости инвестиций:
•выбор типа краски и окрасочного оборудования;
•степень автоматизации производства;
•потребности системы в очистке отходящих газов и краске;
•срок эксплуатации существующего окрасочного цеха.
Справочная информация
[127, TWG, , 141, EU, 2007, 152, EC, 2003, 159, EIPPCB, 2006, 166, DEFRA, 2003, 167, EIPPCB, 2006, 256, Tempany, 2007]
2.2.2. Системный подход к менеджменту энергоэффективности
Общая характеристика
Деятельность в рамках программы SAVE24 показывает, что, хотя определенное энергосбережение может быть достигнуто посредством оптимизации отдельных компонентов (например, двигателей, насосов или теплообменников), наибольший потенциал энергосбережения связан с использованием системного подхода. Такой подход начинается на уровне установки в целом с рассмотрения составляющих ее производственных единиц или систем и оптимизации: (a) способа взаимодействия этих систем; (b) каждой системы по отдельности. Лишь после этого имеет смысл обратиться к оптимизации отдельных компонентов оборудования.
Системный подход важен, в частности, в связи с использованием энергоресурсов. Традиционно усилия операторов сосредоточены на оптимизации энергопотребляющих процессов и оборудования – «мерах на стороне потребления». Однако энергопотребление, связанное с деятельностью предприятия, может быть сокращено и за счет «мер на стороне производства» – оптимизации способа получения (производства или приобретения) энергии или выбора оптимальных энергоресурсов при наличии соответствующих возможностей (см. раздел 2.15.2).
24 SAVE – одна из программ ЕС по повышению энергоэффективности.
65