CC BY
139
Определение потенциала энергосбережения вторичных энергоресурсов при проведении энергоаудита
Николаева Н.А.
Николаева Наталья Анатольевна /№ко1авуа Natal'ja ЛпаШ'еупа - аспирант, Иркутский государственный технический университет, г. Иркутск
Аннотация: в статье рассматривается потенциал вторичных энергоресурсов. Приводится пример расчета эффективности применения теплового насоса в системе оборотного водоснабжения промышленного предприятия.
Ключевые слова: энергосбережение, энергоаудит, энергообследование, потенциал энергосбережения, энергосбережение в Иркутской области, тепловой насос, вторичные энергетические ресурсы.
Целью политики в стратегии развития энергетики до 2030 г. является эффективное использование как природных энергетических ресурсов, так и потенциала энергетического сектора. В Иркутской области направления мероприятий, реализуемых в рамках энергосбережения и повышения энергоэффективности производства, определяются положениями Долгосрочной целевой программы «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности на территории Иркутской области на 2011-2015 годы», утвержденной Постановлением правительства Иркутской области 2 декабря 2010 года №318-пп.
Одна из приоритетных целей Программы энергосбережения в Иркутской области включает создание организационных и экономических основ стимулирования энергосбережения и повышения энергетической эффективности, обеспечивающих вовлечение в топливно-энергетический баланс вторичных топливно-энергетических ресурсов. Конечной целью Программы названо увеличение доли энергетических ресурсов, производимых с использованием возобновляемых источников энергии и вторичных энергетических ресурсов в общем объеме энергетических ресурсов, производимых на территории Иркутской области с 31,87% до 35,08% (все показатели приводятся по отношению к 2007 году). Поэтому направление, связанное с выявлением потенциала энергосбережения при использовании вторичных энергетических ресурсов, остро актуально.
Вторичный энергетический ресурс (ВЭР) понимается как энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся при технологических процессах, в агрегатах и установках, который не используется в самом агрегате, но может быть частично или полностью использоваться для энергоснабжения с эффектом энергосбережения в других агрегатах (процессах). ВЭР подразделяют на горючие, тепловые и ВЭР избыточного давления. Наибольшими тепловыми ВЭР располагают предприятия черной и цветной металлургии, химической, нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, промышленности строительных материалов, газовой промышленности, тяжелого машиностроения. Основная доля горючих ВЭР приходится на черную металлургию, нефтеперерабатывающую, нефтехимическую и химическую промышленность. Энергоресурсы могут быть сэкономлены за счет утилизации ВЭР избыточного давления в черной металлургии и в системах газоснабжения.
В отдельную группу ВЭР выделяются источники низкопотенциальной теплоты: теплота охлаждающей воды систем оборотного водоснабжения, теплота вентиляционных выбросов, шахтных вод и т.п. Данные потоки энергии зачисляются в безвозвратные потери, поскольку температура этих процессов не пригодна для непосредственного использования в системах отопления или вентиляции. Но современные технологии создают эффективные способы преобразование низкопотенциальной теплоты, повышая ее качество, особенно с использованием тепловых насосов ТН. Решение конкретных задач по применению данного вида ВЭР актуально, поскольку его количество составляет около половины суммы всех видов ВЭР. Более того, утилизация низкопотенциальной теплоты снижает тепловое и химическое загрязнение окружающей среды. Выявление таких резервов ВЭР на предприятиях с помощью энергоаудита рассмотрено в данной статье.
В целях выявления вторичных энергоресурсов и определения потенциала энергосбережения Федеральным законом от 23 ноября 2009 года N 261-ФЗ «Об энергосбережении» [1] предписывается проведение энергетического обследования - энергоаудита, обязательного для органов государственной власти, органов местного самоуправления; организаций с участием государства или муниципального образования; организаций с регулируемыми видами деятельности при производстве и (или) транспортировке водных и энергоресурсов; добыче природного газа, нефти, угля; производстве нефтепродуктов; переработке природного газа, нефти; транспортировку нефти, нефтепродуктов; организаций, совокупные затраты которых на потребление природного газа, дизельного и иного топлива, мазута, тепловой энергии, угля, электрической энергии превышают десять миллионов рублей за календарный год; организаций, проводящих мероприятия по энергосбережению и повышению энергоэффективности, финансируемые полностью или частично за счет средств бюджета. Энергетическое обследование проводится также и в добровольном порядке. При энергетическом обследовании (энергоаудите) проводится комплекс мероприятий, направленных на получение достоверных сведений об энергопотреблении, учете энергоресурсов и выдаче рекомендаций. Результаты сводятся в энергетический паспорт, требования к которому установлены Приказом Минэнерго России от 19.04.2010 №182.
Энергоаудит включает документальное и инструментальное обследование генерирующих и энергопотребляющих систем предприятия, в полной мере оценивает все составляющие энергобаланса и выявляет наличие вторичных энергоресурсов. Далее энергоаудиторы рассчитывают потенциал энергосбережения как основание для разработки технических мероприятий, направленных на его реализацию. В заключение принимается решение о технико-экономической целесообразности внедрения разработанных предложений непосредственно на предприятии с учетом его технических и экономических возможностей. Ряд факторы оказывает влияние на принятие решения о реализации того или иного мероприятия. Не редки случаи, когда высвобождаемая при реализации энергосберегающих мероприятий энергия является избыточной для данного потребителя и для включения ее в общий энергобаланс потребуются гораздо более значительные затраты, чем на реализацию самого мероприятия.
Наиболее показательным и мощным источником ВЭР являются системы оборотного водоснабжения промышленных предприятий и ТЭЦ. В этих системах техническая вода после нагрева в технологическом цикле (например, при охлаждении конденсатора паровой конденсационной турбины) с температурой 20-35 оС поступает на охлаждение в градирню, где в контакте с наружным воздухом она охлаждается до 5-25 оС, соответствуя его температуре, а затем вновь подается на технологическую установку. Недостатки данного метода охлаждения заключаются в тепловом загрязнении атмосферы; безвозвратной потере части воды с испарением; кроме того, градирня - сложное техническое сооружение, требующее эксплуатационного обслуживания и дополнительных затрат. Температура охлажденной воды зависит от температуры наружного воздуха, что не позволяет с достаточной точностью поддерживать режим работы технологической установки. Например, в конденсационных установках тепловых электростанций выработка электроэнергии турбиной напрямую связана с глубиной вакуума в конденсаторе, который, в свою
очередь, обеспечивается температурой охлаждающей воды. Так возникает порочная обратная связь между температурой охлаждающей воды и выработкой электроэнергии турбиной, снижающая эффективность расхода топлива.
На предприятиях теплоэнергетической и промышленной отраслей Иркутской области перспективно инновационное направление использования ВЭР с применением ТН как преобразователей низкопотенциальной теплоты оборотных охлаждающих вод промышленных предприятий и ТЭС (таблица 1).
Оценка
Таблица 1. Характеристика вторичных энергетических ресурсов электростанций
Вид энергетического ресурса Температура теплоносителя, оС
Нагретая охлаждающая вода конденсационных устройств турбин: 1в < 25 - 30
Отходящие дымовые газы котлоагрегатов 1о.г > 100
Отходящие газы и нагретая охлаждающая вода газотурбинных электростанций 1о.г > 100 1в > 25 - 30
Нагретая охлаждающая вода из системы охлаждения электрических генераторов 1в > 25 - 30
Нагретая охлаждающая вода из системы замкнутого охлаждения электрических генераторов: 1в > 25 - 30
Нагретый воздух из системы разомкнутого воздушного охлаждения электрических генераторов 1в < 60 - 65
эффективности
энергосберегающих мероприятий и их приоритетности определяется потенциалом энергосбережения, который при использовании энергии вторичных энергетических ресурсов соответствует количеству энергии, «возвращаемому» в приходную часть энергобаланса предприятия. Он соответствует разнице между реальным (фактическим) и гипотетическим энергопотреблением, возникающим при использовании энергосберегающих технологий. Документально расчет потенциала энергосбережения рНПТ не регламентирован, и энергоаудиторы могут использовать различные подходы его оценки - инструментальные и методические. Потенциал энергосбережения Ошт при использовании низкопотенциальной теплоты оборотных охлаждающих вод рассчитывается как мощность тепла, теряемого водой при охлаждении в градирне:
оншг=онпгснпг(11-12), кВт (1)
где внпт - расход охлаждающей воды, кг/с; снпт - теплоемкость воды при средней температуре, кДж/(кг-С); 11, оС - температура воды на входе, 12 оС - температура охлажденной воды на выходе. Для возвращения в приходную часть энергобаланса предприятия теряемой низкопотенциальной теплоты в систему преобразования с повышением качества теплоэнергии включается тепловой насос (ТН). Расход энергии при работе теплонасосной установки (ТНУ) - ртну учитывается в общем потенциале энергосбережения Ообщ, который составит
Ообщ = онпт- Отну, кВт, (2) а с учетом периодичности и сезонности работы ТНУ, т, ч, количество возвращаемой энергии Ээ определяется как
Ээ= Ообщ • т, кВт-ч (3).
Оценочное количество сэкономленной энергии за счет реализации энергосберегающего мероприятия, принимая во внимание прогнозный тариф на энергию, создает экономический эффект энергосберегающего мероприятия. Расчета потенциала энергосбережения Ообщ в случае применения ТН в системе оборотного водоснабжения кабельного завода г. Иркутска рассмотрен в таблице 2.
При использовании ВЭР в теплоснабжении экономия средств оценивается в сопоставлении количества тепла, полученного от ВЭР, с технико-экономическими показателями выработки его эквивалентного количества на основных энергетических установках. Экономическая эффективность использования ВЭР выявляется в сопоставлении вариантов энергоснабжения, удовлетворяющих энергетическим потребностям данного производства как с использования ВЭР, так и без них.
Обстоятельствами, снижающими экономический эффект, являются стоимость оборудования ТНУ и необходимость наличия потребителя вырабатываемой вторичной тепловой энергии с учетом ее использования непосредственно по месту получения для исключения транспортно-инфраструктурных расходов. Использование ВЭР, сопутствующих различным технологическим процессам, один из главных резервов энергосбережения, что тем более актуально при создании безотходных производств. Выявление резервов ВЭР, экономически и экологически обоснованное их привлечение наряду с повышением эффективности расхода топливно-энергетических ресурсов, снижает воздействие энергопроизводств на окружающую среду, в том числе с уменьшением теплового загрязнения, сокращением массы вредных газо-аэрозольных выбросов, экономией органического топлива и удешевлением стоимости продукции.
Таблица 2. Результат расчета потенциала энергосбережения в системе оборотного водоснабжения промышленного предприятия
Параметры расчета Единица измерения Расчетная величина Характеристика параметра
Температура охлаждающей воды на входе в градирню оС 18...27 В зависимости от температуры наружного воздуха
Температура охлаждающей воды на выходе из градирни оС 13...20 В зависимости от температуры наружного воздуха
Расход охлаждающей воды т/ч 424 Средний по году
Режим работы ч/сут 24
Потенциал энергосбережения при включении теплового насоса в систему оборотного водоснабжения, Qобщ Гкал 6 000 За счет отказа от тепловой энергии ТЭЦ в неотопительный период
куб.м холодной воды 60 000 За счет снижения расхода охлаждающей воды при снижении ее температуры, а также устранения потерь
Срок окупаемости Лет 5,2
Литература
1. Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. N 261 -ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации». [Электронный ресурс]: Информационно -правовой портал Гарант. Режим доступа: http://base.garant.ru/12171109/ (дата обращения 30.03.2014).
