Текстовые фрагменты публикации
Министерство образования и науки Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Н.А. СТРЕЛЬНИКОВ
ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
Учебник
НОВОСИБИРСК
2012
УДК658.26+621.311.16](075.8)
С 844
Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор Ю.А. Секретарев, д-р физ.-мат. наук, профессор С.М. Коробейников, исполнительный директор некоммерческой организации «Межотраслевой фонд энергосбережения
и развития топливно-энергетического комплекса Новосибирской области» А.П. Шибанов
Стрельников Н.А.
С 844 Энергосбережение : учебник / Н.А. Стрельников. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2014.- 176 с. (Серия «Учебники НГТУ»).
ISBN 978-5-7782-2408-7
Рассмотрена проблема энергосбережения и повышения энергетической эффективности производства с учетом требований действующих нормативных документов и закона об энергосбережении. Описаны причины низкой энергетической эффективности производства. Приведена методика обследования потребителей с целью оценки ресурсов энергосбережения. На конкретных примерах даны способы снижения потерь и увеличения энергетической эффективности производства. Приведены краткие характеристики энергосберегающих мероприятий для установок общепромышленного назначения, зданий и некоторых отраслей промышленного производства. Дана информация о способах оценки энергетической эффективности энергосберегающих мероприятий и об управлении процессом энергосбережения. Учитывая назначение и направленность изложенной информации, основное внимание акцентировано на электрической энергии.
Учебник предназначен для студентов электроэнергетического факультета, а также будет полезен специалистам в области проектирования, энергосбережения и энергоаудита.
УДК 658.26+621.311.16](075.8)
ISBN 978-5-7782-2408-7 © Стрельников Н.А., 2011,2012,2014
© Новосибирский государственный
технический университет, 2011, 2012, 2014
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение........................................................
Список терминов и сокращений, используемых в учебнике...........
Глава 1. ПРОБЛЕМА И РЕСУРСЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ....................
Вопросы для самоконтроля.....................................
Глава 2. ОБСЛЕДОВАНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ......................
2.1. Цели и задачи энергетического обследования..............
2.2. Системы учета энергоресурсов............................
2.3. Энергетические и эксергетические балансы................
2.4. Методика энергетического обследования потребителей......
Вопросы для самоконтроля.....................................
Глава 3. СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ..................
3.1. Расчет потерь электроэнергии............................
3.2. Снижение потерь электроэнергии в системах электроснабжения при проектировании...........................................
3.3. Снижение потерь электроэнергии в системах электроснабжения и электроприемниках при эксплуатации.........................
Вопросы для самоконтроля.....................................
Глава 4. СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И УТИЛИЗАЦИЯ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ........................................
Вопросы для самоконтроля.....................................
Глава 5. УВЕЛИЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ............................................................
5.1. Энергетические характеристики технологического оборудования.
5.2. Нормирование потребления энергии............................
5.3. Энергосбережение в технологических установках..........
Вопросы для самоконтроля.....................................
..7
..8
..9
22
23
23
24
29
34
37
39
39
47
63
79
81
96
..97
..97
..99 101 104
Глава 6. ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТА-
НОВОК ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ............................
6.1. Производство и распределение сжатого воздуха.................
6.2. Электросварочные установки...................................
6.3. Установки электрического освещения...........................
6.4. Вентиляционные установки и системы кондиционирования воздуха.
6.5. Системы водоснабжения и перекачивания жидкости...............
Вопросы для самоконтроля..........................................
Глава 7. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ...................................................
7.1. Черная металлургия...........................................
7.2. Цветная металлургия..........................................
7.3. Машиностроение...............................................
Вопросы для самоконтроля..........................................
Глава 8. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННЫХ, ЖИЛЫХ И АД-
МИНИСТРАТИВНЫХ ЗДАНИЯХ........................................
8.1. Система электроснабжения.....................................
8.2. Система тепло- и горячего водоснабжения......................
Вопросы для самоконтроля..........................................
Глава 9. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МЕРОПРИЯТИЙ....
Вопросы для самоконтроля..........................................
Глава 10. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ......................
10.1. Энергосбережение как процесс................................
10.2. Энергоменеджмент............................................
10.3. Система энергоаудитов.......................................
10.4. Финансирование проектов энергосбережения....................
10.5. Управление энергосбережением................................
Вопросы для самоконтроля..........................................
Библиографический список.............................................
105
105
110
115
126
128
130
131
131
134
134
136
137
137
138
140
141
148
149
149
154
155
158
159
172
173
СПИСОК ТЕРМИНОВ И СОКРАЩЕНИЙ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В УЧЕБНИКЕ
ТЭР - технико-экономический расчет
ВЭР - вторичные энергетические ресурсы
АСКУЭ - автоматизированная система контроля и учета энергии
ФОРЭМ - федеральный оптовый рынок энергии и мощности
УСПИ - устройство сбора и передачи информации
РЦН - расчетный центр нагрузок
гпп - главная понижающая подстанция
ЦРП - центральная распределительная подстанция
тп - трансформаторная подстанция
лэп - линия электропередачи
ПУЭ - правила устройства электроустановок
КРМ - компенсация реактивной мощности
БУ - блок управления
эдс - электродвижущая сила
УИРН - устройство индивидуального регулирования напряжения
БРН - блок регулирования напряжения
БЗ - блок защиты
ТО - теплообменник
УВЭР - утилизация вторичных энергоресурсов
СКВ - система кондиционирования воздуха
ЭСКО - энергосервисная компания
«Дефицит энергоресурсов - проблема века и вечная проблема».
ВВЕДЕНИЕ
Энергосбережение и повышение энергоэффективности являются одним из важнейших направлений модернизации экономики России. Россия располагает огромным ресурсом энергосбережения, который по его способности решать проблему обеспечения экономического роста страны сопоставим с приростом производства всех первичных энергетических ресурсов. Недостаток энергии может стать решающим фактором сдерживания экономического роста страны.
В ближайшее время необходимо обеспечить освоение части ресурса энергосбережения за счет реализации малозатратных мероприятий, в первую очередь в бюджетной сфере. По оценке специалистов, до 2015 года темпы снижения энергоемкости при отсутствии скоординированной государственной политики по энергоэффективности могут резко замедлиться. Это может привести к еще более динамичному росту спроса на энергоресурсы внутри страны. Запасов нефти и газа в России достаточно, однако увеличение объемов добычи углеводородов и развитие транспортной инфраструктуры требуют значительных инвестиций. Меры по снижению энергоемкости за период 1998 - 2005 годов оказались недостаточными, для того чтобы остановить динамичный рост спроса на энергию и мощность. Темпы роста спроса на газ и электроэнергию оказались выше предусмотренных «Энергетической стратегией России». Реализация организационных и технических энергосберегающих мероприятий должна позволить к концу 2015 года уменьшить расход энергетических ресурсов в стране на 360.. .430 млн т условного топлива в год.
Законодательными органами субъектов РФ принято 43 региональных закона об энергосбережении. На территории 47 субъектов РФ реализуется более 600 программ в области повышения эффективности использования энергии, в том числе 42 региональные и более 540 городских и муниципальных программ.
Россия тесно сотрудничает с международными организациями и странами в области научных исследований, разработки и внедрения новых энергоэффективных и экологически чистых технологий, а также альтернативных и возобновляемых источников энергии. Это сотрудничество осуществляется в рамках Глобального экологического фонда - ГЭФ (Global environmental Facility-GEF) и его программ ЭНЕП и ПРООН, программы ТАСИС и ряда других.
Глава 1
ПРОБЛЕМА И РЕСУРСЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
\ ефицит энергии сопровождал человеческое сообщество на всех эта-YLJ пах его развития. Каждый из них характеризовался своими особенностями, но в целом острота дефицита энергии увеличивалась на каждом из последующих этапов. Совершенствование технических средств переработки первичных энергоносителей, разработка энергосберегающих технологий и технологического оборудования частично снимают остроту проблемы энергообеспечения на определенный период времени. Продолжающееся развитие производства и рост энерговооруженности труда и быта приводят к очередному обострению дефицита энергии. Низкий уровень энергообеспечения страны оказывает негативное системное воздействие на ее жителей. Это проявляется не только в ухудшении экономических показателей, но отражается и на качестве жизни человека и ее продолжительности. На основе статистических данных об энергопотреблении, продолжительности жизни человека и состояния экономики страны профессор С.Е. Щеклеин [1] сделал выжные выводы, сущность которых изложена в табл. 1.1 и на рис. 1.1 и 1.2.
Все страны - лидеры мировой экономики, испытав на себе проблемы, связанные с дефицитом энергии, принялись за разработку и реализацию энергосберегающих мероприятий. Большинство из них добились заметных успехов в этой области, а некоторые - и впечатляющих результатов.
Современное состояние энергоснабжения в мире характеризуется большими темпами роста потребления энергии и резким снижением запасов первичных энергоносителей. За годы существования и развития мировой энергетики человечество накопило большой опыт и статистический материал по решению проблем энерго дефицита. Одним из направлений в решении этой проблемы является энергосбережение. Из мирового опыта известно, что соотношение между объемом инвестиций в энергосберегающие мероприятия и затратами, необходимыми для выработки соответствующего количества энергии традиционным
Глава 1. ПРОБЛЕМА И РЕСУРСЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
Таблица 1.1
Обеспеченность электроэнергией, продолжительность жизни и валовой национальный продукт на душу населения (по состоянию на январь 1990 г.)
Продолжительность Валовой нацио-
Страна Энергообеспеченность, жизни, лет нальный продукт
кВт-ч/чел. в год мужчины женщины на душу населе-
ния, долл/чел.
Высокоразвитые страны
США 12170 70,6 77,7 17500
Германия 7420 69,4 75,9 12080
Франция 6661 70,6 78,1 10740
Англия 5761 70,1 76,1 8920
Япония 6944 73,8 79,9 12850
Австралия 7163 71,2 75,6 11910
СССР 5856 68,0 74,4 4780
Умеренно развитые страны
Мексика 1364 63,9 68,2 1850
Бразилия 1643 61,6 65,4 1810
Аргентина 1601 66,7 73,3 2350
Южная 2775 62,7 66,6 2370
Корея
Коста-Рика 1251 68,7 73,3 1420
Слаборазвитые страны
Китай 546 68,5 71,1 300
Пакистан 358 53,4 51,7 350
Индия 336 52,0 51,0 270
Замбия 744 49,0 52,5 300
Кения 134 53,7 58,2 300
Руанда 27 46,7 50,0 290
Эфиопия 18 39,4 42,6 120
Рис. 1.1. Влияние потребления энергии на среднюю продолжительность жизни человека (1900 - 1990 гг.)
Рис. 1.2. Влияние уровня обеспечения человека энергией на среднюю продолжительность жизни в России (1900- 1990 гг.)
способом, в наши дни равно 1: (2.5...8.0). Это может сделать решение проблемы энергосбережения инвестиционно привлекательным. Некоторые зарубежные энергетические компании имеют опыт создания самоокупающихся и при-
Глава 1. ПРОБЛЕМА И РЕСУРСЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
носящих прибыль специальных подразделений, даже с привлечением частного капитала. Для России, где энергоемкость валового национального продукта существенно выше, чем у других промышленно развитых стран, это имеет особое значение и поднимает статус энергосбережения до уровня стратегической государственной задачи. Кроме того, интенсивное расходование энергоресурсов уменьшает их запасы и приводит к появлению другой не менее важной проблемы - энергетической безопасности страны. Наиболее остро проблема энергосбережения проявляется в области теплоснабжения. Главной причиной существующего состояния теплоэнергетики является то, что во многих случаях эксплуатируется устаревшее, а часто физически изношенное оборудование с низким или очень низким эксергетическим коэффициентом полезного действия. Особенно это касается малых производителей тепловой энергии. Гиперцентрализация теплоснабжения привела к увеличению протяженности тепловых сетей, которые, в свою очередь, нередко далеки от совершенства. Электроэнергия в сравнении с тепловой по своим потребительским качествам является энергией более высокого уровня. Технические средства ее производства, преобразования, передачи и распределения имеют относительно высокие коэффициенты полезного действия. Уровень развития и качество эксплуатации электрических станций и сетей энергосистем позволяют иметь потери электроэнергии, не превышающие их среднестатистических мировых значений. Что касается промышленных электрических сетей среднего и низкого напряжений, проблема энергосбережения в них существует не менее остро, чем в теплоснабжении. Актуальна эта проблема как на уровне отдельных электроприемников, так и их групп в составе различных технологических установок. Службы электроснабжения большинства потребителей недостаточно хорошо знакомы с проблемой энергосбережения, с методами энергоаудита и энергоменеджмента, что осложняет ситуацию.
В России существует серия законов, постановлений правительства и других нормативных актов [2, 3, 4, 8, 9, 10], направленных на реализацию политики энергосбережения в энергетике, промышленном производстве и других видах деятельности человека. Наиболее общими из них являются: Постановление правительства Российской Федерации от 12 августа 1998 г. № 938 «О государственном энергетическом надзоре в Российской Федерации», Федеральный закон Российской Федерации «Об электроэнергетике» № 35-ФЗ от 26 марта 2003 г. и Федеральный закон Российской Федерации «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» № 261-ФЗ от 23 ноября 2009 г. Все эти документы были предназначены для активизации работы
потребителей в области сохранения энергии. В Положении «О государственном энергетическом надзоре в Российской Федерации» органам государственного энергетического надзора поручена функция контроля рациональности и эффективности использования энергии и топливно-энергетических ресурсов страны. Это Положение распространяется на все предприятия, организации и учреждения независимо от их ведомственной принадлежности и формы собственности. Такое расширение обязанностей Ростехнадзора обеспечивает государственный контроль энергоэффективности на всех уровнях управления национальным хозяйством и во всех видах деятельности (добыча сырья, переработка, хранение, транспортировка и реализация, разработка, проектирование, производство, наладка и эксплуатация). Следует отметить, что коренным образом изменить ситуацию в стране с энергосбережением не удалось. Экономика нашей страны остается одной из самых энергетически неэффективных среди высокоразвитых и умеренно развитых стран. Энергоемкость экономики России в 3 раза выше, чем средняя энергоемкость мировой экономики, в 7 раз больше, чем в Японии, и в 4,5 раза больше, чем в США [1]. Нормы расхода тепловой энергии и воды в России на жилищно-бытовой и коммунальный секторы экономики в 3...5 раз превосходят нормы Финляндии и Норвегии. В промышленном производстве показатели энергоемкости не более утешительны. Превышение расходов топлива энергетических ресурсов на единицу выпускаемой продукции в России по отношению к среднемировым показателям составляет: стальной прокат - 1,5...2,0 раза, полимеры - 1,5...3,0 раза, алюминиевый прокат - 1,3 раза, медный прокат - 2 раза. Суммарные потери энергии, как следствие неэффективного использования первичных энергоносителей, составляют около 500 млн т условного топлива в год. Это примерно 2/3 от общего потребления первичных энергоносителей. Если учесть возникающее при сгорании топлива отрицательное воздействие на окружающую среду, то ущербы становятся еще более очевидными.
Основными причинами низкой энергетической эффективности и наличия повышенных потерь энергии в системах теплоснабжения, электроснабжения и у потребителей являются следующие.
1. Использование энергоемких технологий и неэкономичного технологического оборудования.
2. Энергозатратные режимы работы технологического оборудования.
3. Малая загрузка и продолжительный холостой ход технологических установок.
4. Завышенные номинальные мощности силовых трансформаторов и электродвигателей, их малая загрузка.
Глава 1. ПРОБЛЕМА И РЕСУРСЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ
5. Необоснованно большая реактивная мощность, передаваемая по сети.
6. Неравномерность графиков электрических нагрузок.
7. Низкий уровень автоматизации энергоемкого технологического оборудования.
8. Регулирование производительности вентиляционных и насосных установок дросселированием и другими способами, связанными с изменением размеров проходных сечений водоводов, воздуховодов.
9. Недостаточно высокое качество тепловой и электрической энергии.
10. Отсутствие мониторинга и управления процессом энергосбережения.
11. Низкая квалификация и отсутствие материальной заинтересованности персонала в реализации энергосберегающих мероприятий.
Темпы роста потребления энергии опережают темпы роста ее производства, что порождает дефицит энергии. Преодолению этого дефицита способствует энергосбережение. Решение задачи энергосбережения возможно по двум направлениям. Первое - снижение потерь энергии, второе - увеличение эффективности ее использования. Снижение потерь энергии, как правило, не требует больших инвестиций, но дает относительно малый эффект энергосбережения. Увеличение эффективности использования энергии позволяет сохранить большое количество энергии, но требует соответствующих инвестиций в связи с переходом на энергосберегающие технологии или замены технологического оборудования на менее энергоемкое. Повысить эффективность энергоиспользования возможно снижением непроизводительного расхода и рационализацией потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). Под непроизводительным расходом понимается потребление ТЭР, обусловленное несоблюдением или нарушением требований, установленных государственными нормативными актами и другими нормативно-методическими документами.
Высокая эффективность второго направления обусловлена тем, что наилучший результат достигается при коренной модернизации технологии производства у потребителя. Например, замена технологического оборудования на менее энергоемкое при сохранении технологии или переход на новую технологию с заменой технологического оборудования.
Рациональное использование ТЭР предполагает их потребление, обеспечивающее достижение максимальной эффективности технических средств производства и технологий с учетом ограниченности запасов ТЭР и соблюдения норм экологической безопасности. По прогнозам специалистов, переход на малоэнергоемкие технологии позволяет получить около 70 % от имеющегося
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
