Энергетические показатели и критерии оценки энергоэффективности технологических процессов горного производства Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

- © A.B. Ляхомский, A.B. Пичуев,

E.H. Перфильева, 2014

УДК 658.26:621.31:622.012

A.B. Ляхомский, A.B. Пичуев, Е.Н. Перфильева

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ И КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

Рассмотрены актуальные вопросы оценки энергоэффективности технологических процессов горного производства. Приведена характеристика показателей для количественной оценки затрат энергоресурсов. Определены задачи и направление в области совершенствования методов определения критериев энергоэффективности с учетом экологических характеристик техногенной среды. Определены составляющие энергозатрат для обшей оценки энергоэффективности горно-технологических комплексов.

Ключевые слова: критерии энергоэффективности, показатели затрат энергоресурсов, горные машины и комплексы, энергоемкость, индекс энергозатрат.

При рассмотрении вопросов, связанных с повышением энергоэффективности современного горного производства, возникает актуальная задача определения и последующего анализа основных показателей затрат энергоресурсов и обоснование соответствующих критериев оценки, совокупность которых позволяет выполнить объективный анализ энергоемкости технологических процессов ведения горных работ.

При осуществлении мероприятий по энергосбережению необходимо знать не только количество прямых затрат энергии, но и совокупных затрат с учетом живого труда, а также затрат материалов и других энергетических и технических ресурсов.

Для горного производства такая информация необходима, так как в реальности может оказаться, что снижение прямых затрат энергии будет сопровождаться ростом совокупных затрат и общие затраты энергоресурсов при этом превысят первоначальный базовый уровень.

450

Планирование развития и управление горным производством, достижение высокого уровня интенсификации технологических процессов должны в свою очередь выполняться на основании анализа совокупных затрат, приходящихся на единицу произведенной продукции.

В России и за рубежом известны методы оценки уровня интенсификации производства по энергетическому критерию (энергетическая оценка) с учетом главных факторов [1, 2]. При этом в зависимости от социально-экономических условий, обеспеченности материальными ресурсами, уровня развития науки и техники, каждая страна разрабатывает собственную общую стратегию интенсификации производства, определяя ее приоритетные направления и соответствующие пропорции в распределении ресурсов.

Важнейшим фактором интенсификации в горной промышленности, наряду с повышением производительности труда, является снижение материальных и энергетических затрат на добычу полезных ископаемых. При сравнительной оценке технологий, машин, механизмов и оборудования должен быть определен уровень интенсификации как по прямым затратам труда, так и по овеществленным затратам его в прошлом.

Цель энергетической оценки горного производства, технологических комплексов, машин и механизмов, применительно к современным тенденциям развития экономики, заключается в разработке и внедрении передовых энерго- и ресурсосберегающих технологий при обеспечении экологической безопасности, установлении и планировании роста интенсификации в соответствии с общими требованиями и основными направлениями социально-экономического развития. Такая оценка дает возможность дифференцировано установить эффективность материально-энергетических затрат как в сфере использования горных машин, так и в сфере их производства, открывает возможность управлять научно-техническим прогрессом, целенаправленно вести разработку новых и совершенствование существующих технологических комплексов, машин и установок горного производства.

Основными задачами энергетического исследования являются: • определение эффективности использования всех видов энергии путем сопоставления проектных, плановых и действительных удельных показателей энергопотребления в условиях конкретного горного предприятия;

451

• выявление резервов снижения энергоемкости путем анализа действительных значений затрат энергоресурсов с учетом особенностей технологической схемы, энергетических характеристик и технического состояния используемого горно-технологического оборудования, режимов работы установок и комплексов, уровня организации производства и т.д.;

• сопоставление действительных затрат энергоресурсов на аналогичные технологические процессы с целью их оптимизации, разработка мероприятий и рекомендаций по снижению энергоемкости и совершенствованию технологических процессов.

Оценка затрат энергии на горном производстве производится, в первую очередь, по энергоемким процессам и установкам, к которым следует относить технологические процессы, удельный вес которых в общем энергобалансе составляет свыше 10%, а также установки (агрегаты, машины и механизмы) с единичной или суммарной установленной мощностью более 100 кВт.

К таким технологическим процессам и установкам на горных предприятиях относятся:

• технологические процессы добычи полезных ископаемых (буровзрывные работы, выемка горной массы, погрузка, транспортирование, отвалообразование и т.д.);

• технологические процессы обогащения полезных ископаемых (дробление, измельчение и флотация, фильтрация и сушка, окомко-вание и агломерация, перекачка хвостов и т.д.);

• стационарные установки, обеспечивающие нормальные режимы протекания технологических процессов (компрессоры, вентиляторы, насосы водоотлива, клетевой и скиповой подъемы, калориферные станции и т.д.);

• установки гидромеханизации (грунтонасосы, землесосные снаряды, многочерпаковые драги).

Оценка затрат на прочие энергоемкие и вспомогательные процессы производится после соответствующего анализа основных технологических процессов производства. При этом доля оцениваемых затрат должна охватывать не менее 80% общего энергопотребления горного предприятия.

Анализ энергоемкости технологических процессов включает в себя:

• сравнение результатов выполненных, экспериментальных измерений действительных общих и удельных показателей энергопотре-

452

бления на отдельные агрегаты (установки, процессы) с проектными и нормативными значениями на данный период;

• обоснование объема и вида затрат энергоресурсов на планируемый период с учетом производственной программы, перспектив развития предприятия и эффективности применяемых энергоресурсов;

• разработку мероприятий по совершенствованию энергопотребления выявленных неэкономичных агрегатов (установок, процессов);

• сравнение действительных удельных показателей энергопотребления на аналогичные агрегаты (установки, процессы) с выявлением причин их отклонения от среднестатистических значений;

• разработку общих рекомендаций по оптимизации энергопотребления и снижению затрат энергоресурсов как на отдельные процессы производства, так и в целом по предприятию.

Энергетическая оценка технологических процессов осуществляется на основании анализа прямых энергозатрат, выраженных в удельном расходе энергоресурсов, т.е. в расходе, отнесенном к единице производимой (выпускаемой) продукции [3].

В результате модернизации интенсивно внедряются новые технологии, современные высокопроизводительные горные машины и оборудование, позволяющие при прочих равных условиях значительно повысить производительность горных работ, сократить потери энергоресурсов в процессе эксплуатации технологического оборудования и время выхода на проектную мощность новых объектов горного производства.

При этом возникает необходимость технико-экономического обоснования выбора типа технологического оборудования и режимов его работы на основании анализа основных энергетических показателей и критериев оценки энергоэффективности процессов горного производства.

Решение данной задачи выполняется в соответствии методикой определения энергоемкости при производстве продукции и оказании услуг в технологических энергетических системах [4] и соответствующего нормативно-методического обеспечения по обобщенной методике оценки энергозатрат [5].

Например, удельная энергоемкость ведения проходческих работ для проходческих комбайнов и щитов, в том числе с исполнительными органами избирательного действия, определяется исходя их технических характеристик и эксплуатационной производительности

453

с учетом общей продолжительности рабочего цикла, расчетного продвижения выработки за один цикл, площади сечения выработки вчерне и скорости перемещения исполнительного органа в направлении перемещения забоя выработки, с учетом возможного увеличения выработки относительно проектного сечения и степенью непрерывности работы.

Для проходческих комбайнов и щитов с исполнительными органами избирательного действия энергоемкость определяется в зависимости от среднего диаметра исполнительного органа, ширины захвата коронки, скорости перемещения коронки со стрелой в горизонтальной или вертикальной плоскости и числа одновременно работающих коронок [9].

Вместе с тем при обосновании выбора однотипных машин необходимо учитывать не только их технические параметры, но технологические характеристики процессов ведения горных работ.

Сравнительную оценку энергоемкости в этом случае целесообразно проводить по показателям, учитывающим энергетические эквиваленты затрат живого труда основного и вспомогательного рабочего персонала, расхода топливно-энергетических ресурсов, затрат на создание, техническое обслуживание и ремонт горных машин и вспомогательного технологического оборудования. При этом необходимо также учитывать другие технические ресурсы, расходуемые всех этапах производственного процесса, начиная с подготовительного цикла и завершая эколого-восстановительными работами.

Затраты энергии имеют различный физический характер и количественное выражение, поэтому анализ проводят по сумме составляющих элементов энергозатрат Э, которые выражают в единых сопоставимых единицах, например МДж, и относят к общему количеству или объему произведенной продукции:

Э + Э + Э + Э

юэ =-О-' (1)

где «э — удельные затраты (МДж/т, МДж/м3, МДж/(т-км) и т.д.); Эж — затраты энергии живого труда; Эт — затраты энергии (электрической, тепловой, и др.); Эм — затраты на изготовление, ремонт и техническое обслуживание технических средств производства; Эз — затраты энергии на здания и сооружения; Оп — количество произведенной продукции в натуральных единицах (н.е.).

454

Сравнение затрат энергоресурсов может осуществляться по коэффициенту энергетической эффективности [3], представляющему собой отношение затрат мп т по перспективным технологиям к энергозатратам мб т по базовой технологии

кэ (2)

б.т

При подсчете совокупных затрат энергии доля живого труда, непосредственно потраченного на производство единицы продукции, относительно мала по сравнению с другими составляющими и не оказывает заметного влияния на энергетическую эффективность. Однако интенсификация производства за счет сокращения затрат живого труда является одним из важных планируемых показателей социально-экономического развития любой отрасли. Поэтому снижение энергоемкости физического труда достаточно актуально при выборе энергосберегающих технологий.

Затраты энергии живого труда (МДж/н. е.) определятся по формуле:

Э = NчАж + NЧАЖ , (3)

ж О

где Nч, — число основных и вспомогательных рабочих различной квалификации, участвующих в технологическом процессе, чел.; Аж, А'ж — соответствующие энергетические эквиваленты затрат живого труда, МДж/чел.-ч.; Оэк — эксплуатационная производительность комплекса (машины, механизма, агрегата и т.д.), (т/ч, м3/ч, шт./ч и т.д.).

Прямые затраты топлива (МДж/н.е.) определятся по формуле

Эт = Ат От + кЖ + Ок, (4)

где Ат — энергосодержание топлива, МЛж/кг; От — расход топлива на единицу продукции, кг/т, кг/м3 и т.д.; Жэ, Ок — расходы электроэнергии и теплоты на единицу продукции, кВт-ч/т (м3), МЛж/т (м3); кв — коэффициент перевода кВт-ч в МЛж.

Расход топлива, электроэнергии и теплоты берется фактически по результатам ведомственных, государственных испытаний в соответствии с нормативами затрат.

Затраты энергии на изготовление, ремонт и техническое обслуживание машин и механизмов определится по формуле

455

Э = Ст Ат т (5)

Эт 100Тм , (5)

где Ам — энергоемкость единицы массы машины (механизма, установки), МДж/кг; тм — масса машины (механизма, установки), кг; См — норма амортизационных отчислений на ремонт и техническое обслуживание, %; Тм — годовая загрузка рабочей машины (механизма, установки), ч.

Расчет энергозатрат на ремонт и техническое обслуживание машин принимается по существующим нормативам отчислений средств от общей энергоемкости изготовления машин [7]. Нормы амортизационных отчислений установлены по группам и видам основных фондов [8].

Затраты энергии на содержание производственных помещений и вспомогательных сооружений определится по формуле: С А Р

Э = СзАзРз , (6)

э 100ТзОэк ' ^ '

где Аз — энергетический эквивалент производственных зданий, помещений и сооружений, МДж/м2; Рз — площадь производственных помещений, м2; Сз — амортизационные отчисления, %; Тз — срок использования помещений при работающем оборудовании, час.

Эффективность оценки энергоемкости производственных процессов определяется тем, насколько результаты расчета основных показателей, определенных различными методами, соответствуют реальным условиям эксплуатации и режимам работы технологического оборудования.

Анализ энергоемкости и оценка энергозатрат осуществляется при проведении технико-экономического сравнения вариантов энергоснабжения на стадии проектирования объекта, прогнозировании энергопотребления и разработке перспективных планов развития производства, а также разработке комплекса мероприятий по энерго- и ресурсосбережению.

Затраты на производство тепловой энергии в основном имеют сезонный характер, обусловленный продолжительностью отопительного сезона.

Составляющая затрат электроэнергии на основное и вспомогательное производство на горнодобывающих предприятиях достигает

456

40+60% в себестоимости продукции. При этом электропотребление отличается большой динамикой и напрямую связано с технологией горного производства.

Удельный показатель технологической энергоемкости производства продукции и оказания услуги формируется, как правило, под воздействием ресурсно-экономических, технологических, экологических и социальных аспектов деятельности с учетом значений показателей, выраженных, например, в денежном эквиваленте, включая затраты на:

а) используемые топливно-энергетические ресурсы;

б) технологические процессы преобразования сырья, веществ, материалов, комплектующих изделий в конечную продукцию;

в) мероприятия по охране окружающей среды и экологическому управлению;

г) обучение и повышение квалификации кадров, от которых зависят затраты на мероприятия по энергосбережению на рабочих местах и обеспечение безопасности труда.

В полную энергоемкость технологических процессов основных и вспомогательных производств включают затраты энергоресурсов на хранение, преобразование веществ, материалов, комплектующих изделий, с использованием транспортных средств, для производства продукции и оказания услуг [3].

Наиболее энергоэффективной представляется технология, обеспечивающая наименьшую полную энергоемкость конечных видов продукции и услуг при нормированных удельных энергозатратах на производство продукции.

Анализ методов оценки энергоемкости по энергетическим эквивалентам выявил ряд вопросов, решение которых требует серьезных экспериментальных и аналитических исследований.

1. Энергетические эквиваленты затрат живого труда изменяются в достаточно широком диапазоне, особенно для автоматизированных производственных процессов, и носят весьма обобщенный характер. При этом не всегда учитывается специфика ведения работ в условиях горного производства.

2. При определении энергозатрат на создание, техническое обслуживание и ремонт горных машин нормы амортизационных отчислений, принятые для отечественных образцов техники требуют уточнения в связи с переходом на принципиально новые высокопро-

457

изводительные технологические комплексы, в том числе зарубежного производства.

3. Энергетические эквиваленты для горных машин и вспомогательного оборудования в настоящее время не определены, поэтому используются только обобщенные общепромышленные показатели. Установление конкретных энергетических показателей возможно только при проведении масштабных энергетических испытаний в производственных условиях.

4. При установлении параметров энергетических характеристик горных машин необходимо учитывать характер и диапазон изменения их производительности, а также производственные факторы, оказывающие значимое влияние энергоэффективность технологических процессов.

5. Энергетическая оценка сравниваемых между собой технологических процессов производства может быть объективно выполнена только при условии определения экономических показателей, характеризующих финансовые затраты на весь комплекс ведения горных работ, включая работы по восстановлению экосферы в зоне разработки месторождения полезных ископаемых или в условиях городского подземного строительства.

Основные принципы энергосберегающей политики при осуществлении хозяйственной деятельности, в том числе в технологических энергетических системах горных предприятий, установлены в Законе РФ «Об энергосбережении» [6].

Специфика горного производства требует значительных затрат на восстановление экологической среды в инфраструктуре административного субъекта (города, района, области и т.д.). Поэтому при выполнении горных работ необходимо учитывать их прямое влияние как технологического объекта, управляемого людьми, на окружающую среду.

Общие энергозатраты (ОЭЗ) при подземной добыче полезных ископаемых, а также или ведении горнопроходческих работ, определятся как сумма затрат на: основной и вспомогательные технологические процессы — Э^ рабочее и охранное освещение — Э2; вентиляцию подземных выработок — Э3; транспортирование и удаление вынимаемой породы — Э4; работу системы водоотлива — Э5; работы по восстановлению ландшафта и инфраструктуры — Э6:

ОЭЗ = + Э2 + Э3 + Э4 + Э5 + Э6. (7)

458

При этом вентиляция, транспортирование и удаление породы, перекачка грунтовых вод также относятся к мероприятиям по охране окружающей техногенной среды.

Фактическая доля энергозатрат, в индексной форме, на управление защитой окружающей среды определится по формуле

4оС = Эз + Э?ЭЭ5 + Эб . (8)

При планировании программных мероприятий по энергосбережению устанавливаются контрольные цифры по оптимизации значения этого индекса.

При оценке значительности и планировании допустимости воздействий энергетической нагрузки на окружающую среду с оценкой необходимости затрат финансовых средств на плановые или экстренные экологические мероприятия используется показатель энергетической нагрузки технологического объекта на окружающую среду

ПЭНТОос =| -^М(а)/XМ'О'КО, |<0,7, (9)

v "оэс / у

где КОу — класс опасности для потенциального загрязнителя (у); М(о) — общее количество загрязнителей, потенциально могущих воздействовать на окружающую среду (классы опасности 2; 3; 4) в технологических процессах производства; Z — общее количество видов продукции, производимых за рассматриваемый период [4].

На основании значения ПЭНТОос принимается решение о значительности воздействия технологической системы на окружающую среду за рассматриваемые периоды ведения горных работ.

Таким образом, оценка энергоэффективности технологических процессов горного производства при подземной добыче полезных ископаемых, а также при сооружении подземных объектов (коллекторов, тоннелей и т.д.), представляет собой комплексную задачу, включающую в себя не только определение затрат энергоресурсов на реализацию технологических процессов производства, но и затрат энергии на природно-охранные и восстановительные работы.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Энергосберегающая технология электроснабжения народного хозяйства // Под ред. В.А. Веникова. Кн.5. Экономия электроэнергии на промышленных предприятиях/ Анчарова Т.В., Гамазин С.И., Шевченко В.В. — М.: Высш. шк., 1990. — 143 с.

459

2. Эффективное использование электроэнергии // Под ред. Смита К.: пер. с англ.; под ред. Д.Б. Вольфберга. — М.: Энергоатомиздат, 1981. — 400 с.

3. ГОСТ Р 51541-99. Энергетическая эффективность. Состав показателей. Библиотека ГОСТов, стандартов и нормативов. http://www.infosait.ru/ погша_|^эс/38/38112Л1^ех.ЬЬт.

4. ГОСТ Р 51750-2001. Методика определения энергоемкости при производстве продукции и оказании услуг в технологических энергетических системах. Библиотека ГОСТов, стандартов и нормативов. http://www.infosait. ш/погша_(^с/38/38112/^ех.Ы:т.

5. ГОСТ Р 51387-99. Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения. Библиотека ГОСТов, стандартов и нормативов. http://www.infosait.ru/norma_doc/38/38112/index.htm.

6. Закон РФ «Об энергосбережении» № 28-ФЗ от 3 апреля 1996 г.

7. Колпачков В.И., Ящура А.И. Производственная эксплуатация, техническое обслуживание и ремонт энергетического оборудования. Справочник. — М.: ЗАО «Энергосервис», 1999

8. Постановление Совмина СССР от 22.10.90 № 1072 (ред. от 06.04.2001 г.) «О единых нормах амортизационных отчислений на полное восстановление основных фондов народного хозяйства СССР» (в ред. Письма Минэкономразвития РФ от 06.04.2001 № АД-21/10). http://www.zakonprost. ru/content/base/45388/.

9. Машины и оборудование для горностроительных работ: Уч. пособие // Под ред. Л.И. Кантовича, Г.Ш. Хазановича. — М.: «Горная книга», 2011. — 445 с. ЕШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Ляхомский Александр Валентинович — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой ЭЭГП, декан Горно-электромеханического факультета, Московский государственный горный университет, mggu.eegp@mail.ru Пичуев Александр Вадимович — кандидат технических наук, доцент кафедры ЭЭГП, Московский государственный горный университет, allexstone@mail.ru Перфильева Евгения Николаевна — кандидат технических наук, доцент кафедры ЭЭГП, Московский государственный горный университет, mggu.eegp@mail.ru

460