Сибикин, Ю. Д. Технология энергосбережения

УДК 621(075.32) ББК 34.4я723 С34 Рецензенты: .. доктор экономических наук, профессор, академик РАЕН, заместитель генерального директора НИЦ «Зарубежсхема» при Минэкономике РФ Н. 3. Атаров; начальник технического отдела ОАО «Гипротяжмаш• Г. М. Отдельное С34 Сибикин М. Ю., Сибикин Ю. Д. Технология энергосбережения : учебник / М. Ю. Сибикин, Ю. Д. Сибикин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М. : ФОРУМ, 2010. - 352 с. : ил. - (Профессиональное образование). ISBN 978-5-91134-405-4 Рассмотрены вопросы энергосбережения в электро- и теплоэнергетике, использования нетрадиционных и возобномяемых источников энергии, ее учета и реализации. Приведены законодательные и нормативные основы энергосбереже ния, описаны практические способы реализации энергосберегающей по литики на промышленных предприятиях, объектах жилищно-коммуналь ного хозяйства (ЖКХ), транспорта, сельского хозяйства и бюджетных организаций, раскрыты экономические и экологические преимущества внедрения рациональных методов использования топливно-энергетиче ских ресурсов (ТЭР). Даны рекомендации по дальнейшему улучшению ис пользования ТЭР. Предназначен для студентов технических вузов энергетических и эколо гических специальностей, специалистов бюджетных организаций, ЖКХ, занимающихся вопросами энергосбережения, будет полезен энергетикам промышленных предприятий, транспорта, сельского хозяйства, преподава телям и слушателям курсов переподготовки кадров. УДК 621(075.32) ББК 34.411723 ISBN 978-5-91134-405-4 © Сибикин М. Ю., Сибикин Ю. Д., 2006, © Издательство «ФОРУМ», 2006, 2009 2009 Предисловие Стратегическая задача, поставленная Президентом и Прави тельством России перед обществом и государством, заключается в том, чтобы определить пути более эффективного использова ния природных энергетических ресурсов как важнейшего нацио нального достояния страны для существенного (к повышения производимого 2015 г. в 2 раза) социально-ориентированного внут реннего валового продукта (ВВП) и качества жизни населения при снижении удельных энергетических и, как следствие, мате риальных затрат общества на свое развитие. Энергоемкость ВВП России в 3, 1 раза больше, чем в Евросою зе, в 2,3 раза - чем в мире в целом. Россия тратит в 6 раз больше энергии на квадратный метр жилья, чем развитые страны. Структурная реорганизация экономики России требует от энергетиков решения ряда новых специфических задач, а именно: • создание правовой базы для эффективного управления энергетикой; • поиск эффективных моделей и алгоритмов, обеспечиваю щих разработку оптимального баланса мощностей в энерго системах применительно к новым экономическим услови ям, высокой надежности тепло- и электроснабжения, сни жения потерь тепловой энергии и электроэнергии в целях создания для их производителей и потребителей одинаково выгодных условий производства, передачи, распределения и потребления; • совершенствование финансовой и инвестиционной поли тики производителей тепловой и электрической энергии; • организация управления в условиях новых форм собствен ности, системы договоров и контрактов между производи телем и потребителем электрической и тепловой энергии; • разработка политики ценообразования на потребительском рынке электро- и теплоэнергии. Предисловие 4 Учебник 10.04; 10.02, предназначен студентам специальностей 10.06; а также 290.300 и 290.600. Ero целью является озна комление будущих специалистов с путями решения вышепере численных и других актуальных задач повышения эффективно сти использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). В программе СД.ДС.03 учебной дисциплины «Технология энергосбережения» заложены государственные требования к ми нимуму содержания и уровню подготовки выпускников-энерге тиков, единые для всех форм обучения. Материал, изложенный в книrе, соответствует требованиям программы и содержит все необходимые сведения инженерам теплотехникам, теплоэнергетикам и энергетикам для творческого решения сложных задач рационального использования и энерго сбережения ТЭР. Авторы Введение Проблема энергоресурсосбережения является в настоящее время одной из наиболее актуальных для всего народного хозяй ства России. Ее необходимо решать в кратчайшие сроки, так как только это позволит повысить эффективность использования то пливно-энергетических и материальных ресурсов при производ стве широкого спектра промышленной и сельскохозяйственной продукции и снизить энергопотребление создаваемых в РФ ма шин, промышленных и энергетических объектов. Одними из основных потребителей топливных ресурсов в России являются тепло- и электрогенерирующие станции (ТЭЦ, ТЭС, ГРЭС и РТС), ежегодно расходующие 351 млн т условного топлива (у. т.). Состояние парка этих станций не удовлетворяет современным требованиям как по расходу топлива, так и по эко логическим показателям - количеству выбрасываемых в окру жающую среду вредных оксидов серы, азота и углерода. Необхо димость максимально возможного приближения ТЭЦ к город ским потребителям тепловой энергии и их размещение в зонах массовой застройки привели к тому, что наряду с автомобиль ным транспортом они являются основными источниками эколо гического загрязнения . С большими расходами топливных ресурсов связаны про мышленные технологические процессы, и в первую очередь - выплавка металлов. В связи с решением задачи удвоения ВВП к 2015 г. прогно зируемый рост промышленного производства потребует увели чения 1265 внутреннего рынка энергоресурсов: млрд кВт· ч; тепловой энергии до 1810 электроэнергии до млн Гкал. Это еще более повышает значение энергосбережения, так как существует высокая инерционность и капиталоемкость отраслей топлив но-энергетического комплекса (ТЭК) и необходимость сохране ния объемов экспорта его продукции. Поэтому одним из при оритетов в деятельности ТЭК является принятие мер по эффек- Введение 6 тивному использованию ТЭР и создание условий для перевода экономики страны на энергосберегающий путь развития. По данным ученых потенциал энергосбережения составляет 30 ...35 % современного энергопотребления в стране или 350 ... .. .400 млн ту. т. Использование большей части этого потенциала дешевле в несколько раз по сравнению с затратами, необходимы ми на добычу и производство конечных энергоносителей. Энергосбережение становится одним из эффективных средств решения проблем устойчивого энергоснабжения районов Край него Севера, Сибири и Дальнего Востока. Первоочередным ком плексом мер по частичному снижению затрат федерального бюд жета на подцержание северного завоза топлива наряду с модер низацией энергетического оборудования является использование бросовой тепловой энергии дизельных электростанций для до полнительной выработки тепловой энергии. Результаты исследо ваний Минэнерго РФ и Госкомсевера РФ подтверждают возмож ность замещения в 961 населенном пункте Севера около 2 млн т завозного топлива местными энергоресурсами путем строитель ства в этих населенных пунктах: ветроэлектростанций суммарной мощностью 102 МВт, малых гидроэлектростанций мощностью 134 МВт, ТЭЦ на древесных отходах и торфе мощностью 190 МВт, геотермальных ТЭС мощностью 200 МВт, установок по переработке углеводородного сырья локальных месторожде ний мощностью 350 тыс. т в год и ряда других энергоустановок (тепловых насосов, солнечных коллекторов, фотоэлектрических станций). В современных условиях энергосбережение в России служит одним из эффективных инструментов решения глобальных эко логических проблем. Активная энергосберегающая политика яв ляется ключевым звеном, связывающим проблемы экологии и энергетики. Привлечение целевых инвестиций, направленных на реализацию энергоэффективных проектов, может явиться одним из важнейших элементов выполнения обязательств по сниже нию эмиссии парниковых газов в соответствии с Киотским про токолом, ратифицированным Государственной думой России и подписанным Президентом в ноябре 2004 г. Возможности Киот ского протокола позволяют сформировать новые взаимоотноше ния между производителем энергии и инвестором. Предполага ется, что такие гибкие механизмы, как торговля квотами на эмиссию и совместная реализация энергосберегающих проектов приведут не только к снижению общих расходов на проведение Введение 7 мероприятий по сокращению выбросов, но и к созданию новых экономических инициатив для замены экологически <<грязного>> топлива и внедрения энергосберегающих технологий, изменяю щих структуру производства. До 80 % всей потребляемой в стране тепловой энергии при ходится на долю систем централизованного теплоснабжения. При этом по комбинированному циклу вырабатывается пример но 30 % всей потребляемой тепловой энергии. Высокий уровень теплофикации в России позволяет экономить на ТЭЦ ежегодно 20 млн ту. т. Однако из-за неудовлетворительного состояния те пловых сетей имеют место большие потери при передаче тепло вой энергии. Только в тепловых сетях, подключенных к ТЭЦ, сверхнормативные потери оцениваются в полагается, что экономия природного 15 .. .17 газа за млн ту. т. Пред счет реализации энергосберегающих мероприятий при передаче тепловой энергии составит 2... 3 млрд м 3 в 2010 г. и 7... 8 млрд м 3 в 2015 г., что равно ценно предотвращенному выбросу соответственно 4... 6 млн т СO 2 в 2010 г. и 14... 16 млн тв 2015 г. Большой вклад в решение задач рационального использования ТЭР в России внесли сотрудники Минтопэнерго, РАО <<ЕЭС Рос сию>, института ВНИИКТЭП, фирмы <<Энергосбережение>>, АО «Информэнерго», межотраслевого фонда энергосбережения, жур нала <<Вестник электроэнергетика,> и др. Благодаря их настойчиво сти и трудам выдающихся отечественных ученых и инженеров: Н. К. Байбакова, А. С. Басина, П. П. Безруких, В. В. Бушуева, С. Н. Ятрова, А. Ф. Дьякова, Б. П. Варнавского, Л. П. Гужновско го, Л. В. Жилиной, А. Г. Завалко, Д. Г. Закирова, В. М. Зыкова, Ю. Д. Кузнецова, Р. В. Орлова, Е. В. Пашкова, С. И. Помазанова, В. И. Потапова, Н. К. Праведникова, М. М. Пчелина, М. Б. Плу щевского, А. Ф. Лютенко, С. П. Сушона, Ю. А. Церерина и других проблема энергосбережения сдвинулась с <<мертвой точки» и, оче видно, будет позитивно решаться в нашей стране поэтапно до 2030 года. Принятый Государственной думой России Федеральный за кон № 184 от 15.12.2002 г. о техническом регулировании при реа лизации окажет позитивное влияние на решение проблемы энер госбережения. Законом предусматривается: • применение единых продукции, правил процессам установления требований к производства, эксплуатации, хране ния, перевозки, реализации и утилизации, выполнению ра бот или оказанию услуг; Введение • соответствие технического регулирования уровням разви тия национальной экономики, материально-технической и научной базы; • единство правил и методов иследований (испытаний) и из мерений при проведении процедур обязательной оценки соответствия; • недопустимость ограничения конкуренции при осуществ лении аккредитации и сертификации, а также внебюджет ного финансирования государственного контроля (надзо ра) за соблюдением требований технических регламентов. Глава 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНЕРГЕТИКИ 1.1. Термины и определения В учебных научно-технических и справочных изданиях, а так же в нормативных документах, относящихся к энергетике, часто используются общетехнические и специальные термины. Рас смотрим некоторые из терминов, смысловое содержание которых необходимо четко знать читателям настоящей книги. Энергетика - область хозяйства, охватывающая энергетиче ские ресурсы: выработку, преобразование и использование раз личных видов энергии. Теплоэнергетика - отрасль теплотехники, занимающаяся преобразованием тепловой энергии в другие виды энергии (ме ханическую, электрическую). Электрическая станция - промышленное предприятие, вы рабатывающее электроэнергию и обеспечивающее ее передачу потребителям по электрической сети. На электростанции проис ходит преобразование энергии какого-либо природного источни ка в механическую энергию вращения турбины и далее с помо щью электрических генераторов - в электроэнергию. В зависи мости от того, какой природный источник энергии испоьзуется, выбирается тип электростанции. Электростанции подразделяют на гидроэлектрические, теп ловые и атомные. - На гидроэлектростанциях в электри ческую энергию преобразуется потока реки трос та н - механическая энергия uиях - в электроэнергию преобразуется теплота, вы деляющаяся при сжигании топлива. На ст ан ц и я х водного гидравлическая энергия. На тепловых эле к атом н ы х эле кт р о - в электрическую преобразуется тепловая энергия, Глава 10 1. Общая характеристика энергетики выделяющаяся при делении ядер атомов урана, тория и друmх тяжелых элементов. В настоящее время _ исследуются возможно сти более широкого использования тепловой энерmи вулканов и гейзеров на геотермических станциях, солнечной энергии гелиоэлектростанциях, энерmи ветра ях, энергии приливов и отливов - - - на на ветроэлектростанци на приливных электростан циях. Имеются опытные и промышленные установки, исполь зующие энергию этих видов. Гидроэлектрическая станция (ГЭС) представляет собой сово купность сооружений, создающих напор воды, подводящих воду к турбинам и отводящих отработавшую воду из здания станции. Различные схемы преобразования энергии воды на ГЭС русло вого, приплотинного и деривационного типа приведены в других курсах и здесь не рассматриваются. Принципиальная технологи 1.1, а. Она вы ческая схема работы ГЭС представлена на рис. годно отличается от схем работы всех других электростанций простотой процессов и надежностью элементов. На тепловых электростанциях (ТЭС) энергия, выделяемая при сгорании каменного угля, торфа, сланцев, газа, нефти и то плив других видов, преобразуется в электроэнергию по принци пиальной технологической схеме, изображенной на рис. 1.1, б. Добыча, доставка и подготовка топлива к сжиганию в котлоагре гатах - чаемая сложные и дорогие процессы. Тепловая энергия, полу при сгорании топлива, передается воде для получения в котлоагрегате перегретого пара высоких давления (до и температуры (до 650 30 МПа) °С). Получение, передача к турбине и использование в турбине пара с такими параметрами - сложные процессы. Но все техни ческие вопросы работы ТЭС решены, и тепловые электростан ции являются основой современной энергетики. Не устранен главный недостаток ТЭС ты, - низкий КПД. Лишь 30 ... 40 % тепло полученной при сгорании топлива, используется полезно. А остальная часть теплоты (70 ... 60 %) отдается охлаждающей воде при конденсации пара и дымовым газам. Эта энергия без возвратно теряется. На рис. 1.1, в приведена принципиальная технологическая схема атомной теплоэлектроцентрали (А ТЭЦ), не потребляющей органического топлива и не загрязняющей атмосферу. Для за щиты от радиации А ТЭЦ построена по трехконтурной схеме, со гласно которой передача теплоты из термоядерного реактора в паровую турбину, вырабатывающую электроэнергию , осуществ- 1.1. Термины и определения _ 11 Нижний бь~Ф.- а Пар под давлением ЛЭП Дым т Топливо сн Вода Воздух Деаэратор 4 Конденсатор Питательная Конденсаторный насос вода 6 ] в а - Рис. 1.1. Принципиальные технологические схемы электростанций: ГЭС; б - ТЭС; в - АЭС ( / - реактор; 2, 4 - теплообменники; З - турбина; 5- насос) ляется посредством циркулирующего во втором контуре проме жуточного теплоносителя. Давление в третьем контуре с паровой турбиной выше, чем во втором, что предотвращает попадание теплоносителя из второго контура в третий. Для централизованного теплоснабжения крупных объектов используют водогрейные котлы типа КВ- ТС и КВ-ТК для слое вого сжигания твердого топлива (рис. 1.2) типа КВ-ГМ для сжи гания газа и мазута и др. Температурой называют физическую величину, характери зующую степень нагретости тела. С молекулярно-кинетической Глава 12 1. Общая характеристика энергетики Уходящие Рис. точки зрения 1.2. Водогрейный котел КВ-ТС температура есть мера интенсивности теплового движения молекул. Численное значение связано с величиной средней кинетической энергии молекул. В международной системе единиц (СИ) (табл. 1.1) единицей измерения абсолютной температуры является кельвин (К); на практике широкое распространение получило измерение темпе ратуры в градусах Цельсия (°С). Значения абсолютной темпера туры fк и температуры нием fк = fc tc по шкале Цельсия связаны соотноше + 273,15. Совокупность значений температуры во всех точках рассмат риваемого тела в данный момент времени называют темпера турным полем. Поверхность внутри тела или на его границах, имеющую одинаковую температуру, называют изотермической. Давление обусловлено взаимодействием молекул рабочего тела с поверхностью. Численно оно равно силе, действующей на единицу площади поверхности тела по нормали к ней. В системе СИ давление выражают в паскалях ( 1 Па = 1 Н/м 2 ). Используют также внесистемные единицы измерения давления, 1.1. Термины и определения 13 Таблица /. /. Соотношение между единицами измерений в Международной системе единиц (СИ) и системе МКГСС Размерность Величина Линейная в системе в системе мкгсс си м Коэффициент Рекомендо- перевода ванные деся- применяемой тичные, крат- единицы измере- ные и дольные ния в единицу единицы системы СИ от единиц СИ J0-2 м м км; см; мм; J0- 3 кг кг т мг J0-6 с , мин, ч, ·с к кrс/см 2 Па мм в ст. мм рт. ст. бар Расход кr/ч массовый т/ч Энергия , количество теплоты кr/с Дж кал ккал Мкал Гкал Энтальпия, удельное км ; м; см; r; мг; мкг мм;мкм т; кг; r; мг; мкг кг Дж/кг ккал с ; 3600 с; 86 400 с t{'C] + 273, 15 К 98066,5 Па 9,80665 Па 133,32 Па J05 Па 2,7778 -lo-4 кг/с 0,27778 кг/с 4,1868 Дж 4186,8 Дж 4, 1868 . 106 Дж 4,1868 . 109 Дж 4186,8 Дж/кг 4,1868 Дж/г 60 с сут Температура применения в энерrети ке 10-9 кг мкг Давление тельные для - кг Время рения, обяза- мкм СМ Масса Единицы изме- кал/г кс; мс; мкс с; мин ; ч ; сут - К ; 'С МПа; кПа; МПа; кПа; ГПа ГПа ; Па - кr/ч; т/ч ; кг/с ГДж; МДж; ГДж; МДж; кДж; мДж кДж;Дж ; Гкал; Мкал ; ккал ; кал кДж/кг; МДж/кг кДж/кг; ккал/кг количество теплоты Тепловой поток, мощность Удельная теплоемкость кал/с Вт ккал/ч (ватт) Гкал/ч кал/(r · К) Дж/(кr · К) 4,1868 Вт 1,1630 Вт 1, 1630 -106 Вт - кал/с; ккал/ч ; Гкал/ч; МВт; 4, 1868 · 103 Дж(кг · К) Дж/(кr · К) кДж/(кr . К) кВт; Вт ккал/(кг · К) Примечание. При измерении расхода теплоносителя в единицах объема массу теплоносителя рассчитывают по формуле G = 0,001 GoP, где G0 - рас ход теплоносителя в единицах объема ; р плотность теплоносителя, определяем ая по средним значениям температуры теплоносителя и его аб солютного давления за рассматриваемый период времени. Плотность теплоносителя определяют по нормативно-техническим ма териалам. Глава 14 1. Общая характеристика энергетики например: техническая атмосфера (1 ат= 1 кгс/см 2 :::: лиметр ртуrного столба миллиметр во дяного столба (1 (1 мм рт. ст. мм вод. ст.:::: Удельный обьем 10 = 133,322 Па), 105 Па), мил Па). объем единицы массы вещества. Если v - однородное тело массой т занимает объем ца измерения удельного объема - V, то Едини v = V/m. кубический метр на кило грамм (м 3/кг). Отопление - процесс поддержания нормируемой температу ры воздуха в закрытых помещениях. Система отопления техническая установка, состоящая из - комплекта оборудования, связанного между собой конструктив ными элементами, предназначенная для получения, переноса и передачи заданного количества теплоты в обогреваемое поме щение. Индивидуальный тепловой пункт (ИТП) (рис. пункт, 1.3) - предназначенный для подключения систем отопления, тепло снабжения вентиляционных установок и водоснабжения отдель ных зданий к распределительным сетям городской тепловой сети и водопровода, управления указанными системами и учета коли чества тепловой энергии и теплоносителя. 4 Рис. 1.3. З 2 Принципиальная схема индивидуального теплового пункта: 1- отключающие задвижки; 2- грязевики; З 5 - регулятор расхода; 6 - элеватор; 7 - система водомер; отопления; 4 Tl, термометр; Т2 - подаю щий и обратный трубопроводы Центральный тепловой пункт (ЦТП) (рис. 1.4) - пункт, предназначенный для подключения систем тепло- и водоснаб жения микрорайона (одного здания или группы) к распредели тельным сетям городской тепловой сети и водопровода, управле ния системами отопления, теплоснабжения вентиляционных ус- 1.1. Термины и определения 15 гвс 2 12 11 Рис. 1.4. Схема центрального теплового пункта: 2 - грязевики; J - задвижки; 4, 5 - регуляторы темпе ратуры и расхода; 6, 9- подогреватели ГВС 2- и 1-й ступеней; 7- система ото пления; 8 - подмешивающий насос; 10 - циркуляционный насос; 11 - водо меры; 12- ввод холодной воды; Tl, Т2- подающий и обратный трубопроводы 1- ввод горячей воды; тановок, установок водоснабжения и учета количества тепловой энергии, теплоносителя и воды. Теплопотребляющая установка - комплекс устройств, пользующих тепловую энергию для отопления, вентиляции, ис го рячего водоснабжения, кондиционирования воздуха и техноло гических нужд. Теплоснабжение - обеспечение потребителей тепловой энер гией. Теплосчетчик - прибор или комплект приборов (средство измерения), предназначенный для определения количества теп лоты и измерения массы и параметров теплоносителя. Тепловычислитель - устройство, обеспечивающее расчет ко личества теплоты на основе входной информации о массе, тем пературе и давлении теплоносителя. Узел учета - комплект приборов и устройств, обеспечиваю щий учет тепловой энергии, массы (объема) теплоносителя, а также контроль и регистрацию его параметров. Зависимая схема подключения системы теплопотребления схема присоединения системы теплопотребления к - тепловой Глава б 1. Общая характеристика энергетики Подающий трубопровод 5 вода Подпиточный трубопровод а Подающий rрубопровод вода 5 :. 1.5. Подпиточный трубопровод б 1 Принципиальные схемы размещения точек измерения количества теп юй энергии и массы (объема) теплоносителя, а также его регистрируемых параметров в: - открытых; б 1енник; З элеватор; - - закрытых системах теплопотребления; 4- учитываемый параметр; 5- / - насос; 2 - теплотрубопровод; 6 - зад <ка; 7 - отопительный прибор; 8 - расход теплоносителя; 9 - регистрируе й параметр; /0- узел учета; t - температура; Р - давление; G - масса воды; Q- тепловая энергия; Т - время 1.1 . Термины и определения 17 сети, при которой теплоноситель (вода) из тепловой сети посту пает непосредственно в систему теплопотребления. Закрытая водяная система теплоснабжения (рис. 1.5, 6) - система теплоснабжения, в которой вода, циркулирующая в теп ловой сети, из сети не отбирается. Источник теплоты (тепловой энергии) - энергоустановка, производящая тепло (тепловую энергию). Независимая схема подключения системы теплопотребления схема сети, присоединения при системы теплопотребления которой теплоноситель, поступающий - к тепловой из тепловой сети, проходит через теплообменник, установленный на тепловом пункте потребителя, где нагревает вторичный теплоноситель, ис пользуемый в дальнейшем в системе теплопотребления. Отк.рытая водяная система теплоснабжения (рис. - а) 1.5, водяная система теплоснабжения, в которой вода частично или полностью отбирается из системы потребителями тепловой энергии. Приборы учета - приборы, которые выполняют одну или несколько функций: измерение, накопление, хранение, отобра жение информации о количестве тепловой энергии, массе (объе ме), температуре, давлении теплоносителя и времени работы приборов. Потребитель тепловой энергии - юридическое или физиче ское лицо, которому принадлежат теплопотребляющие установ ки, присоединенные к системе теплоснабжения энергоснабжаю щей организации. Расход теплоносителя масса (объем) теплоносителя, про - шедшего через поперечное сечение трубопровода за единицу времени. Регистрация величины - отображение измеряемой величины в цифровой или графической форме на твердром носителе - бу маге . Система теплоснабжения совокупность взаимосвязанных - источника теплоты, тепловых сетей и систем теплопотребления. Система теплопотребления - комплекс теплопотребляющих установок с соединительными трубопроводами или тепловыми сетями. Счетчик. пара - измерительный прибор, предназначенный для измерения массы пара, протекающего в трубопроводе через сечение, перпендикулярное направлению скорости потока. 2 - 2633 Глава 18 Тепловая сеть - 1. Общая характеристика энергетики совокупность трубопроводов и устройств, предназначенных для передачи тепловой энергии. Виды тепловых нагрузок технологическая, - отопительная, вентиляционная, кондиционирование воздуха, горячее водо снабжение. Водосчетчик - измерительный прибор, предназначенный для измерения массы (объема) воды (жидкости), протекающей в трубопроводе через сечение, перпендикулярное направлению скорости потока. Время работы приборов узла учета интервал времени, за - который на основе показаний приборов ведется учет тепловой энергии и массы (объема) теплоносителя, а также контроль его температуры и давления. Граница балансовой принадлежности тепловых сетей - линия раздела элементов тепловых сетей между владельцами по призна ку собственности, аренды или полного хозяйственного ведения. Допуск в эксплуатацию узла учета - процедура, определяю щая готовность узла учета тепловой энергии к эксплуатации и Jавершающаяся подписанием акта установленного образца. 1.2. Краткие сведения о теплопередаче Вопросы передачи теплоты, или теплового обмена, являются >сновными вопросами отопительной техники. Необходимым ус ювием теплообмена между телами или веществами является на шчие разности температур. Чем больше эта разность, тем интен :ивнее происходит теплообмен. Различают три вида передачи теплоты: теплопроводностью, ши кондукцией; конвекцией, или переносом теплоты движущи шся частицами вещества; лучеиспусканием, или радиацией. В большинстве случаев в различных тепловых процессах име :п место одновременно все три вида теплопередачи с преоблада шем какого-либо из них. Передача теплоты теплопроводностью. Такая передача осуше твляется при непосредственном соприконосновении каких-ли ; о двух тел или веществ. Теплопередача происходит внутри са юго тела или вещества, которое проводит теплоту. В отопитель юй технике теплопередача теплопроводностью играет большую аль . 1.2. Краткие сведения о теплопередаче 19 Теплопроводность обусловлена различием температур отдель ных частей тела, поэтому можно считать, что распространение те плоты неразрывно связано с распределением температуры. Тем пературное поле, изменяющееся с течением времени, называют неустановившимся, или нестационарным. Если же температур ное поле не меняется, его называют установившимся, или ста ционарным. Для характеристики процесса распространения теплоты вво дят понятие о тепловом потоке. Тепловой поток теплоты W, Q- количество Дж, проходящей за время t, с, через данную поверх ность в направлении нормали к ней: w Q=-. (1.1) t Тепловой поток измеряют в ваттах (Вт). Если количество переданной теплоты поверхности Fи W отнести к площади времени t, то получим величину (1.2) которую называют плотностью теплового потока, или удельным тепловым потоком, и измеряют в Вт/м 2 • Рассмотрим стационарный процесс распространения теплоты через однородную плоскую од н о с л ой ну ю стенку (рис. rP Q а Рис. 1.6. а 2• - Передача теплоты через плоскую стенку: однослойную; б - многослойную 1.6, а). Глава 20 1. Общая характеристика энергетики Из закона распространения теплоты сти (закона Фурье) следует: пуrем теплопроводно- W = л. -10- ___,_:_' Fr:, 1 (1.3) cr - где W - количество переданной теплоты, Дж; л. коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплопровод ности, Вт/(м -К); ,: - К; ,: 1 - температура одной поверхности стенки, температура другой поверхности стенки, К; 8 - толщи на стенки, м; F - площадь поверхности стенки, м2; r: - время, с . Отсюда л. -(t: -W8,:r )Fr:, (l.4) т. е. коэффициент теплопроводности численно равен количеству теплоты, которое проходит в единицу времени с) через едини (1 цу поверхности ( 1 м 2 ) тела при падении температуры на 1 К на 1м пуrи теплового потока. Если обе части уравнения ~ q=л (1.3) 1 1 _ с разделить на 1 Fr:, то получим 11 с (1.5) или 1_ 11 q = 1с 1с (1.6) 8 л. где 8 - л. термическое сопротивление теплопроводности. Таким образом, плотность теплового потока q прямо про порциональна разности температур на поверхности стенки и об ратна пропорциональна термическому сопротивлению теплопро водности. Сложив правые и левые части этих уравнений, получим: :v = q( Л.8 1 + "'28 + Л.38 ) . 1: _ 1 _!_ _2 _з 1.2. Краткие сведения о теплопередаче 21 Следовательно, плотность теплового потока многослойной стенки (1.7) Из записанных уравнений для трех разностей температур можно получить формулы для вычисления промежуточных тем ператур. Например: 1 111 =! с 11 с - q82л.2 и f 8 = f /V +q-3. 111 с с Л.3 Передача теплоты конвекцией. Конвекция - перенос теплоты движущейся массой жидкости или газа из области с одной тем пературой в область с другой температурой. Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, этот процесс называют конвективным теплообменом. Теплоотдача конвекцией зависит от большого количества различных факторов: • характера конвекции - конвекции свободной, происходя щей под действием внутренних сил, возникающих вследст вие разности плотностей нагретых и холодных частиц, или вынужденной, происходящей под действием внешних сил - ветра, насоса, вентилятора; • режима течения жидкости - течения при малых скоростях параллельно-струйчатого характера без перемешивания (ла минарный режим) или течения при больших скоростях (те чение неупорядоченное, вихревое), когда в теплоносителе наблюдаются вихри, перемещающие жидкость не только в направлении движения, но и в поперечном направлении (турбулентный режим); • • скорости движения теплоносителя; направления теплового потока (нагревание или охлаж дение); Глава 22 • 1. Общая характеристика энергетики физических свойств теплоносителя - коэффициента теп лопроводности, теплоемкости, плотности, вязкости, темпе ратурного напора, зависящего от разности температур теп лоносителя и поверхности стенок; • площади поверхности стенки омываемой теплоноси F, телем; • формы стенки, ее размеров и других факторов. Расчет процесса конвективного теплообмена выполняют на основе закона Ньютона, который выражается формулой: W =aF(t -1:),, (1 .8) где W - количество переданной теплоты, Дж; а - коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплоотдачи, Вт/(м 2 -К); F - площадь поверхности теплообмена, м 2 ; t и ~:- температуры соответственно жидкости и стенки, К; , - время, с . Коэффициент теплоотдачи а показывает, какое количество теплоты передается от жидкости (греющего тела) к стенке или наоборот в единицу времени через единицу поверхности при разности температур в между поверхностью стенки и жидкостью 1 К. Разделив обе части уравнения (1.8) на F-т:, получим выраже ние для плотности теплового потока при теплоотдаче: q = a(t - r: ), (1.9) или t - t/ (1. 1О) q =-1-·-, а где 1 - - термическое сопротивление теплоотдачи. а Коэффициент теплоотдачи а определяют опытным или ана литическим методом. Аналитический метод весьма сложен и не обеспечивает нужной точности. Передача теплоты излучением. Все тела излучают электромаг нитные волны. Излучение, причиной которого является возбуж дение атомов и молекул вещества вследствие жения, называют тепловым. Лучистый поток их теплового дви - энергия излуче- 1.2. Краткие сведения о теплопередаче ния, Дж, проходящая в единицу времени (1 23 с) через поверхность площадью F, м 2 , во всех направлениях пространства. Излучение зависит от температуры тела: чем выше темпера тура тела, тем интенсивнее испускание тепловых лучей. Тела, полностью поглощающие падающую на них лучистую энергию, называют абсолютно черными. Тела, обладающие свой ством полного и правильного отражения всей падающей лучи стой энергии, называют зеркальными, а тела, обладающие свой ством полного диффузионного отражения этой энергии, называ ют абсолютно белыми. Тела, полностью пропускающие сквозь себя падающую лучистую энергию, называют абсолютно про зрачными, или проницаемыми. Согласно закону Стефана-Больцмана полное количество энергии, излучаемой единицей поверхности абсолютного черно го тела в единицу времени, Ео = Со(_!_) , 100 4 где С0 (1.11) коэффициент излучения абсолютно черного тела, рав - ный 5,67 Вт/(м 2 • К4 ); Т - абсолютная температура поверхности тела, К. Из этого уравнения следует, что энергия излучения пропор циональна абсолютной температуре в четвертой степени. Поток излучения ЛQ, проходящий через единицу поверхно сти, называют плотностью потока излучения, Вт/м2, Е = ЛQ/ЛF. (1. 12) Энергия излучения, падающего на тело Епад• частично погло щается (ЕА), частично отражается сквозь него (Е0 ): Отношение А ния, = ЕА / Еnад R = ER / Еnал - (ER) и частично проникает называют коэффициентом поглоще коэффициентом отражения, D = Е0 / Еnал коэффициентом пропускания. Для абсолютно черного тела А= Тела, для которых А< го тела R = 1, 1 , называют 1. серыми. Для абсолютно бело для абсолютно прозрачного тела D = 1. Глава 24 1. Общая характеристика энергетики Согласно закону Кирхгофа, учитывающему способность раз личных тел к лучеиспусканию и лучепоглощению, коэффициент лучеиспускания любого тела при определенной температуре и определенной длине волны излучения пропорционален погло щательной способности данного тела при той же температуре и той же длине волны. При данной температуре тело излучает тем больше теплоты, чем больше оно поглощает лучей, т. е. чем оно чернее. Идеальное абсолютно черное тело поглощает все падаю щие на него лучи, поэтому оно и излучает наибольшее количест во тепловых лучей. При термодинамическом равновесии отношение излучатель ной способности тела к его поглощательной способности не за висит от природы тела, является одинаковой для всех тел функ цией температуры и равно излучательной способности абсолют но черного тела Е0 при той же температуре: Е, - А, Е2 =- А2 Е0 =- А0 = Ео = f(Т). (1.13) Отношение излучательной способности данного тела к излу чательной способности абсолютно черного тела при той же тем пературе называют степенью черноты тела Е С Ео Со (1.14) Е=-=-. Следовательно, представить как излучательную степень его способность черноты, тела умноженную тельную способность абсолютно черного тела: Е на можно излуча = sE0 • Степень черноты различных тел меняется от нуля до едини цы и зависит от состояния поверхности, материала, температуры и других факторов. Сложный теплообмен. Рассмотренные выше явления переда чи теплоты протекают обычно одновременно. Например, когда тело (поверхность нагрева) омывается газом, то наряду с конвек тивным теплообменом наблюдается теплообмен излучением (ра диацией) . В системах отопления, вентиляции и кондициониро вания наиболее часто встречающийся случай теплообмена - это передача теплоты от греющей жидкости нагреваемой среде (воз дух, жидкость) через разделительную стенку (рис. 1.7, а). В этом случае вначале происходит теплоотдача от греющей жидкости со 1.2. Краткие сведения о теплопередаче 25 Б2 Б1 Бз /1 12 1; Q б а Рис. 1.7. Передача теплоты от греющей жидкости нагреваемой среде через разде лительную стенку: а - однослойную; б - многослойную средней температурой 11 стенке с температурой 1: .Далее теплота передается в результате теплопроводности стенки ее противопо ложной поверхности с температурой 1: и, наконец, эта поверх 1 ность стенки отдает теплоту нагреваемой среде со средней тем пературой 12• При этом плотность теплового потока для одно слойной стенки с учетом формул q= l (1.6) и (1.10) будет (l. l 5) Б l' -+-+аI где а 1 - (см. рис. л а2 коэффициент теплоотдачи от греющей жидкости левой 1.6, а) поверхности стенки; Б - толщина стенки; л. - коэффициент теплопроводности разделительной стенки; а 2 - коэффициент теплоотдачи от правой поверхности стенки нагре ваемой среде. Если дробь Б 1 1 -+-+аI л обозначить буквой k, то формула а2 для подсчета количества теплоты, передаваемой через площадь F за время t, примет следующий вид: ( 1. 16) Величину k называют коэффициентом теплопередачи (изме ряется в Вт/(м 2 • К)), а обратную ему величину ческим сопротивлением теплопередачи - полным терми Ro = l/k = l/a 1 + Б/л. + 1/а 2 • Глава 26 1. Общая характеристика энергетики Если разделительная стенка состоит из нескольких слоев, например из трех (рис. 1.7, 6), то плотность теплового потока с учетом формул (1.7) и (1.10) будет (1.17) а коэффициент теплопередачи (1.18) В многочисленных теплообменных устройствах, применяе мых в любой области промышленности, в том числе в системах отопления, вентиляции и кондиционирования, основным рабо чим процессом является теплообмен между теплоносителями. Такой теплообмен называют теплопередачей. 1.3. Энергетическое хозяйство промышленно развитых стран Энергетический кризис 1973 r. ознаменовал собой резкий перелом в динамике многих энергоэкономических показателей в промышленно развитых странах, входящих в Организацию экономического сотрудничества и развития (ОЭСР: Австралия, Австрия, Бельгия, Великобритания, Германия, Греция, Дания, Ирландия, Исландия, Испания, Италия, Канада, Люксембург, Новая Зеландия, Норвегия, Португалия, США, Турция, Финляндия, Франция, Швейцария, Швеция, Япония). Нидерланды, До кризиса развитие экономики большинства этих стран про ходило по энергозатратному пути. Темпы роста энергопотребле ния превышали или соответствовали темпам экономического роста, в результате чего еще больше возрастала или сохранялась высокая энергоемкость валового внутреннего продукта (ВВП). Например в Японии, в период «японского экономического чуда>> (1960-1973 rr.), энергоемкость ВВП увеличивалась в среднем на 0,9 % в год при относительном приросте ВВП и потребления пер- 1.3. Энергетическое хозяйство промышленно развитых стран 27 вичных ТЭР на 9,6 и 10,5 % в год соответственно. На рис . 1.8 при ведены индексы динамики энергоемкости ВВП в США, Японии и странах Западной Европы за период с 1970 по 2001 rr. ~ 100 i ~ ё 75 о. ~ ('1 50 ~ i :s: 25 США D Рис. 1.8. Япония 1970 г.; ~ - 1980 г.; ~ - 1990 г.; 1!Ш Западная Европа - 2001 г. Динамика энергоемкости ВВП в США, Японии и Западной Европе в 1970-2001 rr. За 100 % принят 1970 r. В связи с неравномерным распределением по территории земного шара запасов органического топлива и эффективных гидроресурсов большинство промышленно развитых стран (за не большим исключением) не в состоянии обеспечивать растущие потребности в топливе и энергии за счет собственных сырьевых ресурсов и были вынуждены увеличивать их импорт. Резкий рост цен на мировом топливном рынке в 1973-2001 rr. вынудил про мышленно развитые страны, прежде всего импортирующие зна чительные объемы нефти и нефтепродуктов, разрабатывать и реа лизовывать меры по снижению темпов роста затрат на закупки энергоносителей за рубежом. К таким мерам , которые к настоя щему времени уже реализованы, следует отнести: • повышение уровня самообеспеченности ТЭР путем расши рения добычи и использования национальных энергетиче ских ресурсов; • усиление влияния государства на интенсификацию актив ности предприятий и организаций различных форм собст венности и частных лиц в сфере энергосбережения с помо щью ряда законодательных актов, инвестиционной и нало- Глава 28 1. Общая характеристика энергетики говой политики, а также принятия ряда запретительных мер, расширения стандартизации в сфере энергопотребле ния в различных отраслях экономики и в быту; • увеличение финансирования научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (НИОКР) по созданию и внедрению энергетически эффективных технологий обо рудования и материалов из средств государственного бюд жета; • осуществление структурных изменений в энергетическом балансе и в экономике в целом путем замещения дефицит ных видов органического топлива (в первую очередь нефти) альтернативными источниками энергии (углем, природным газом, атомной энергией, возобновляемыми источниками энергии) и снижения удельного веса энергоемких материа лопроизводящих отраслей в суммарном объеме ВВП; • расширение нинговой пропагандистской, деятельности в информационной области и тре энергопотребления и энергосбережения; • снижение энергопотребления за счет структурных измене ний во внешней торговле в направлении увеличения доли импорта энергоемкой продукции при одновременном со кращении ее национального производства. Главными результатами проведения комплекса этих меро приятий, помимо снижения энергоемкости ВВП для промыш ленно развитых стран, стали: существенный (за исключением США) рост уровня самообеспеченности первичными энергоре сурсами, снижение зависимости от нефти, динамичное развитие атомной энергетики, значительное увеличение доли электротех нологий в различных отраслях экономики, а также ускоренное развитие наукоемких отраслей (таких как приборостроение и электроника) на фоне замедления активности, а часто и останов ки работ в сфере энергоемких отраслей. Вклад атомной энергетики в обеспечение надежности элек троснабжения в промышленно развитых странах трудно пере оценить. АЭС вырабатывают в настоящее время 20,3 % всей электроэнергии в США, 24,3 % - в Японии, 31,7 % - в Запад ной Европе, в том числе во Франции 73,6 %, Бельгии - 60,2 %. Ярким примером последовательного проведения структурной перестройки экономики с целью ее перевода на энергосберегаю щий путь развития является Япония. В конце 70-х годов ХХ в. в стране производилось около I млн т алюминия в год, в настоя- 1.4. Ресурсная обеспеченность мировой энергетики и перспективы 29 щее время она практически полностью перешла на его импорт . Производство стали, меди, цинка и свинца в течение ряда лет ос тается в Японии примерно на одном уровне. Во внешней торгов ле возросла доля энергоемких товаров, ввозимых в страну, и со ответственно увеличилась доля экспортируемой малоэнергоем кой продукции. Одновременно с этим в Японии было обеспечено снижение удельного расхода топлива легковыми автомобилями в сред нем на 35 .. .40 % (с середины 70-х годов ХХ в. по настоящее время), сокращение примерно наполовину удельного потребле ния электроэнергии телевизорами, воздушными холодильниками и кондиционерами, другими цветными электробытовыми приборами. В конце 90-х - начале 2000-х годов значительно окрепло и продолжает развиваться сотрудничество промышленно развитых стран со странами Центральной и Восточной Европы в сфере по вышения эффективности использования энергии. По оценкам экспертов ООН широкое внедрение рыночных механизмов, пе редовых энергосберегающих методов и технологий в странах с переходной экономикой позволит им даже в условиях мирового экономического кризиса, начавшегося в 2008 г., суmественно со кратить образовавшийся разрыв со странами ОЭСР в уровне энергетической эффективности экономики. Его сокращение хотя бы наполовину позволит сэкономить около 770 млн ту. т. уже к 90 % составляют ор ганические топлива. Снижение же эмиссии СO2 в странах Цен тральной и Восточной Европы на 10 % дает в глобальном мас ппабе уменьшение выбросов этого газа в атмосферу на 5... 6 %. 2011 r. и 860 млн ту. т. к 2015 г., из которых 1.4. Ресурсная обеспеченность мировой энергетики и перспективы ее развития Мировые запасы ископаемого топлива являются ограничен ными. Оценки изалекаемых запасов ископаемого топлива в мире предстаалены в табл. 1.2 и на рис. 1.9. При уровне мировой добычи 1990-х гг. соответственно (млрд т у. т.): уголь 3, 1; нефть - 4,5 и природный газ го - 10,2), запасов угля хватит на 1560, нефти - на родного газа - на 120 - 2,6 250 и (все при лет. Таким образом, запасы ископаемого Глава 30 1. Общая характеристика энергетики топлива конечны. По мере их исчерпания цены на ископаемое топливо будут непрерывно расти. Таблица 1.2. Доказанные запасы и ресурсы отдельных энерrоносителей в оценках Мировоrо энерrетическоrо совета, млрд т (уран - тыс. т) Энергоноситель Доказанные запасы Традиционная нефть Все измекаемые доказанные запасы и ресурсы 210 295 - 730 ... 850 Традиционный природный газ 190 310 Каменный и бурый угли 610 4860 Итого 1010 6190 ... 6310 Уран 3400 17 ООО Нетрадиционная нефть Запасы Добыча ОЭСР 2000 r. 8% Россия 14% Китай Китай 3% 4% Другие ОПЕК страны 63% 12% 42% страны 20% 4 млрд т/год Рис. 1.9. Мировые запасы и добыча сырой нефти Перспективы развития мировой энергетики оценивают с еди ных системных экономико-социально-экологических позиций: • экологической потому, что все энергетические объекты функционируют в природной среде и по-разному взаимо действуют с нею. Под взаимодействием понимают как воз действие энергетических объектов на окружающую при родную среду, так и воздействие природных процессов на энергетические. Последнее особенно важно для возобнов ляемых источников энергии, являющихся преобразователя ми природных энергетических процессов; 1.4. Ресурсная обеспеченность мировой энергетики и перспективы • социальной потому, что целью 31 функционирования всех энергетических объектов является удовлетворение различ ных потребностей социума и вместе с тем каждый из вари антов энергоснабжения требует от социума различных уси лий и обеспечивает разное качество энергоснабжения; • экономической потому, что каждый из вариантов энерго снабжения требует различных финансовых, материальных и трудовых затрат. При таком подходе становится очевидным, что при поиске оптимальных решений энергетических проблем необходимо со гласование весьма противоречивых требований: жающей среды - охрана окру рост потребностей социума в материальных благах; сохранение природной среды обитания социума - право индивидуума на свободу экономических действий; проведение общегосударственной экономической и социальной политики. За последнее время было обнародовано достаточно много прогнозов развития мирового энергетического хозяйства в целом и отдельных его звеньев. Оrдельные показатели этих прогнозов приведены в табл. 1.3. Мировые потребности в нефти и газовом конденсате, соста вившие в 1998 г. около 3,5 млрд т, увеличатся, согласно прогноз ным оценкам МЭА, до 4,7 млрд т в 2010 г. и до 5,6 млрд т в 2020 г. При этом предполагается, что требностей в жидких топливах в 2020 42,0 % всех мировых по г. будут обеспечены неф тью, добываемой ближневосточными странами-членами ОПЕК, тогда как в 1996 г. этот показатель был равен 23,9 %. Особый интерес представляет прогноз развития добычи при родного газа (рис. 1.10) и международной торговли им, крупней шим экспортером которого в мире является Россия (табл . 1.4). Мировая добыча природного газа, согласно прогнозу МЭА, в в 2011 г. возрастет по сравнению с 1995 r. в 1,5 раза и к 2020 г. 1,9 раза. Среднегодовой прирост добычи газа в 1995-2020 rr. составит 2,6 %. Для обеспечения сбыта добываемого природного газа, со гласно данным, опубликованным на 17-м конгрессе МИРЭС, к 1250 тыс. км магистральных газопроводов, существовавших в мире в 1995 г., к и за 2011-2015 rr. - В 2011 2011 еще г. примерно г. понадобится построить 190 тыс. км . 38 % всего 350 используемого в мире газа бу дет израсходовано на производство электроэнергии, в 43 %. тыс. км 2020 г. - Глава 32 Таблица 1.3. Проmозы 1. Общая характеристика энергетики развития мировой энерrетики .. 2010 r.' Показате-ль Мировое производ- ... 2020 r. Мини- Макси- мальный мальный уровень уровень 15 990 16 870 89,8 ... 2020 r. Мини- 2050 r. Мини - Макси- Макси- мальный мальный мальный м ал ьныi уровень уровень у ровень уро в ень 18 020 19 450 22 020 28 310 35 460 90,7 83,8 71 ,8 79,6 58,9 72,9 18 230 20 907 21 922 19 120 22 925 30 952 41 646 12,5 14,3 15 11,4 20,7 11 ,4 38,0 ство первичных топливно - энергетических ресурсов , млн ту. т . Доля органических топлив,% Мировое производство электроэнер- rии, ТВт ·ч Доля АЭС в мировом производстве электроэнергии, % • Международного энергетического агентства «World Energy Outlook•>, 1997. •• Прогноз Европейского Союза . «Energy in Europe European Energy to 2020», 1997. ••• Прогноз МИРЭС и Международного института прикладного системного анализа.<,GlоЬа\ Energy Perspectives», 1998. Латинская Америка 6% Африка Латинская Америка и Средний Восток 8% 20% Северная Америка 28% Северная Америка 21% Страны с переходмой Страны с переходной экономикой экономикой 29% 28% Тихоокеанский реrион 2537 Тихоокеанский реrион 2% 2% 4315 млрд мз Рис. 1.10. а Добыча и потребление газа : - 2000 r.; б - 2020 r. 7% млрд мз б а Европа 1.4. Ресурсная обеспеченность мировой Таблица а 1.4. энергетики и перспективы 33 Проnюэ добwч11111'0pl'OIJIII nр11род11wм rа:юм 2010 11 2020 JТ., 111J111 ту. т. 2010 r. Страна · 2020 г. Добыча rаза 1590 1530 В том числе стран.ы Европы 395 340 Страны с переходной эконо- 1157 1596 1169 1843 3916 4969 Страны-члены ОЭСР микой Остальные страны Итого . Импорт-экспорт"нетrо Страны-члены ОЭСР 656 1091 В том числе страны Европы 129 .,. 553 Страны с переходной эконо- -232 -402 -163 -249 микой Остальные страны По мне)iию МЭА, основная часть прироста потребности е~ ропейских стран-членов ОЭСР в природном газе будет покры ваться за счет его импорта из Р9ссии .и Алжира. Газ Каспийского региона по своим экономическим доказателям буfХеТ уступать российскому и алжирсКОt-fУ· .Мировая . потребность в уrле, согласно прогнозу , МЭА 1.11), в 2010 г. достигнет 4050 и в 2020 r. - 4786 млн ту. т. Доля электростанций в мировом потреблении угля в 20Ю r. со ставит 63 %, в 2020 r. - 85 % (в странах ОЭСР, Китае и Ин дии - 100 %). (рис. На конгрессе МИРЭС и в прогнозах МЭА и Евросоюза при знано, что темпы роста производства электроэнергии будут в перспективе опережаюшими по отношению· к добыче органиче ских топлив. Обшее мировое производство электроэнергии в 2020 r. в . 2 раза превысит ее выработку в 1997 г. Среднегодовой ГJ11111. 06ща11 хара11тере4стмка JМ•рrетмкм 34 ОЭСР 33~ ИНJIИJI 7~ КитаА эs" 3221 МJIH Ту, Т. 4786 МJIH б Q Plle. 1.11. Мировая потребнос:ть в уrле по реrнонам: а - 1997 r.; 6 - 2020 r. прирост выработки электроэнерrии в мире за нивается в Ту. Т. 1995-2020 rr. оце 3 %. 1.5. Со1ремеммое состо11мме 1мрrетмкм России Российская Федерация, являясь одной из ведущих энерrети чсских держав мира, обладает большими запасами ТЭР, как уже открытых, так и потенциальных. В мировых разведанных запасах доля России составляет: нефти - 13 %, природного rаза - 36 % и уrля - 12 % (по nроrnозным запасам до 30 %). Располагая самой протяженной береrовой линией, Россия ·владеет огромными пло щадями континентальноrо шельфа (3,9 млн км 2 ), высокоэффек тивными в отношении обнаружения запасов нефти и rаза, и :щесь уже имеются крупные открытия. На шельф приходится свыше 100 млрд т потенциальных ресурсов углеводородов, причем объем уrлеводородных ресурсов шельфовой зоны, так же как и матери ковой части России, еще недостаточно исследован. Следует отме тить, что нефтяной потенциал недр России, по oueнice экспертов, реализован лишь на 1/3, а в тазовой - на 1/5 часть. Российская электроэнергетика - это 600 тепловых, 100 rид равличсских, 9 атомных электростанций. Их обшая электрическая установленная мошность в 2003 r. составляла 215 млн кВт, в том числе 22,7 млн кВт (около 11 %) - АЭС; 44,3 млн кВт (20 %) - ГЭС; кВт - 148 млн кВт (около 69 %) - ТЭС,' из которых дизельные, работающие на собственную нагрузку. 8,9 млн 1.5. Современное состояние энергетики России 35 В энергосистемах Российской Федерации эксплуатируется более 600 тыс. км воздушных и кабельных линий электропереда чи напряжением 0,4.дО кВ, свыше 35 17 кВ и выше и 2 млн км напряжением тыс. подстанций напряжением 35 кВ с об щей трансформаторной мощностью почти 575 млн кВ 6... 35/0,4 ·А и более полумиллиона трансформаторных пунктов кВ общей мощностью l 02 млн кВ · А. На ТЭС России находится в эксплуатации 250 ·энергоблоков общей установленной мощностью 71,3 млн кВт или 52 % от ус тановленной мощности всех ТЭС, работающих на органическом топливе. Сведения о крупнейших ТЭС приведены в табл. 1.5. Таблица более 1.5. 2000 Крупнейшие тепловые электростанции России мощностью МВт Параметры Электростанция Установленная Количество и мощность мощность, агрегатов, шт. х МВт Год ввода Топливо тацию МВт 6х 800 Сурrуrская-2 4800 Рефтинская 3800 6Е х Костромская 3600 Сурrуrская-1 3324 Рязанская 2800 Троицкая в эксnлуа- Газ 1988 300; 4 х 500 Уголь 1980 8 х 300; 1 х 1200 Мазут 1980 Газ 1986 4 х 300; 2 х 800 Мазут 1981 2455 3 х 85; 4 х 300; 2 х 500 Уголь 1976 Ставропольская 2400 . 8 х 300 -- Газ, мазут 1983 Заинская 2400 12 х 200 ,, Газ, "!азут 1975 Конаковская 2400 8 х 300 Мазут 1969 Новочеркасская 2400 8 х 300 Газ, "!азут, 1972 2х 12; 2х 180; 14х210 уголь Ириклинская 2400 8 х 300 Газ, мазут 1979 Пермская 2400 3 х 800 Мазут, газ 1990 Киришская 2020 2 х 50; 2 х 60; 6 х 300 Мазут 1976 з• 36 Глава 1. Общая характеристика энергетики Выработка электроэнергии за 2007 г. составила 1014,87 млрд 2006 r.). При этом тепловыми электростан циями выработано 675,65 млрд кВт· ч (101,8 % к 2006 г.), на ГЭС - 179,01 млрд кВт· ч (102,2 %), на АЭС - 159,79 млрд кВт · ч (102, 1 %). кВт· ч (101,9 % к Структура выработки электроэнергии по видам генерации по сравнению с 2006 годом не изменилась: доля ТЭС составила 66,6 %, ДОЛЯ ГЭС - 17,6 %, доля АЭС - 16,7 %. Потребление электроэнергии в 2007 г. составило 1001,2 млрд кВт · ч (102,4 % к 2006 г.). Производство первичных топливно-энергетических ресурсов в к 2007 2006 г., по данным Минпромэнерго России, составило г. 100,9 % 1,2 %, угля - на 1,4 %, выработка 2,2 %, на АЭС - на 2, 1 %. Добыча Добыча нефти возросла на электроэнергии на ГЭС - на газа сократилась на 0,8 %. Добыча нефти с газовым конденсатом в 2007 г. составила 490,83 млн т. Лидерами являются ОАО <<НК "Роснефть",>, ОАО «НК "Лукойл",>, НК «ТНК-ВР Холдинr>>, ОАО <<Сурrуrнефтегаз,>, ОАО «Газпром нефть,>. Доля этих компаний в общей добыче неф ти по стране составляет 75 %. В г. по сравнению с 2007 2006 г. в территориальной структу ре добычи нефти сократилась доля (с дерального округа - основного 68 до 66 %) Уральского фе нефтедобывающего региона России, что обусловлено снижением темпов прироста по Хан ты-Мансийскому АО. Вместе с тем возросла доля Дальневосточного федерального округа 2,3 раза. добыча нефти с газовым конденсатом увеличилась в По Северо-Западному федеральному округу добыча уве личилась на 4,7 %, по Приволжскому - на 2,1 %. В то же вермя по Южному федеральному округу отмечалось сокращение добы чи нефти. По данным ФТС России и оперативным данным Минпром энерго России, за 2007 г. экспортировано 258,96 млн т россий ской нефти (104,2 % к 2006 r.). При этом в страны дальнего зару бежья и Балтии экспортировано 222,56 млн т (105,4 % к 2006 г.), в страны СНГ - 36,4 млн т (97,7 %). Вместе с тем снизились по ставки нефти в Белоруссию и на Украину . Возросли поставки нефти в Казахстан. 1.5. Современное состояние энергетики России 37 Добыча газа за 2007 г. составила 650,76 млрд м 3 (99,2 % к 2006 г.), в том числе ОАО <<Газпром>> добыто 549,6 м 3 (99,9 %). Доля ОАО «Газпром» в общем объеме добычи газа в 2007 г. уве личилась до 84,5 % против 83,9 % в 2006 г. Для внугреннего потребления из собственных ресурсов ОАО <<Газпром>> поставлено 402,9 млрд м 3 газа (101,l % к 2006 г.). В 2007 г. экспорт газа составил 191 млрд м 3 (94,2 % к 2006 г.). При этом в страны дальнего зарубежья и Балтии экспортировано 153,67 млрд м 3 (95 % к 2006 г.), в страны СНГ - 37,32 млрд м 3 (97,7 %). В 2007 г. добыто 314,37 млн т угля (101,4 % к 2006 г.). При этом добыча открытым способом возросла на 2 % (до 205,4 млн т). Доля добычи открытым способом в общем объеме добычи угля составила 65,3 % (2006 г. - 64 %). 2007 г. поставлено 192,4 млн трос сийского угля (97,8 % к 2006 г.), из них для обеспечения элек тростанций - 90,6 млн т (110,4 %), для обеспечения населения, комбытнужд и АПК - 25,9 млн т (94,2 %). Экспорт российского угля в 2007 г. составил 91,47 млн т (106,8 % к 2006 г.). При этом в страны дальнего зарубежья экс портировано 86,64 млн т (104,8 % к 2006 г.), в страны СНГ 11,01 млн т (126,2 %). На внутренний рынок за Россия сохраняет за собой лидерство в области комбиниро ванного производства электрической и тепловой энергии, цен трализованной системы теплоснабжения. Конструктивно систе мы теплоснабжения состоят из трех основных элементов: ис точника теплоты, трубопроводов транспорта теплоносителя и потребителей теплоты. По характеру тепловых нагрузок разли чают сезонных и постоянных потребителей. К сезонным отно сят системы отопления, духа, тепловые нагрузки вентиляции и кондиционирования воз которых изменяются в соответствии с температурой наружного воздуха. К постоянным потребителям относят производственные, а также системы горячего водоснаб жения (ГВС) жилых и общественных зданий. Сезонные потре бители имеют постоянную нагрузку в течение суток и перемен ную по времени года; постоянные потребители, в частности, ГВС, характеризуются переменностью суточной нагрузки. Для выбора мощности источника теплоты необходимы све дения о тепловых нагрузках потребителей. Отопительно-венти- Глава 38 ляционные лям 1. нагрузки Общая характеристика энергетики определяются no укрупненным показате по количеству жителей (1.19а) или по заданному объему - обслуживаемых зданий ( 1.196): (1.19а) ( 1.196) где % - удельный расход теплоты на единицу отапливаемой жи лой площади, Вт/м 2 ; F - жилая площадь, м2; qуд - удельная ото пительная характеристика, Вт/(м 3 • К); V - объем зданий, м3; 18 , 1" - внутренняя и наружная температура воздуха, К. Нагрузки производственных предприятий принимают по со ответствующим нормам расхода теплоты на единицу продукции . По источнику производства тепловой энергии различают централизованные и децентрализованные системы теплоснабже ния. Централизованный теплоисточник обслуживает несколько потребителей и располагается в отдалении от них, а при децен трализованном источник находится вблизи потребителя. Отбор тепловой энергии для нужд теплоснабжения произво дится почти от 500 теплоэлектроцентралей , из которых пример но половину составляют промышленные ТЭЦ, около 190 тыс. котельных установок , из которых только 906 установок имеют производительность более 100 Гкал/ч, и от 620 тыс . автономных теплогенераторов . Основная доля в суммарном потреблении тепловой энергии приходится на производственные нужды - 51 %; в суммарном потреблении городов и поселков городского типа это составляет более 60 %. Основным источником централизованного теплоснабжения являются ТЭЦ, доля отпуска тепловой энергии от которых со ставила 43 %. В наибольшей степени системами централизованного тепло снабжения охвачена промышленность городов (75 %) . Установленная электрическая мощность всех ТЭЦ страны в составила около 72 млн кВт, в том числе мощность ТЭЦ Минэнерrо РФ - 64,8 млн кВт . Отпуск тепловой энергии соста вил соответственно 3750 и 3250 млн ГДж. 2008 r. На рис. 1.12 изображена принципиальная схема ТЭЦ с отбо ром пара для нагрева питательной воды собственных паровых котлов и теплофикационной воды. Пар из котла поступает в тур- 1.5. Современное состояние энергетики 4 России 39 8 Рис. 1.12. Принципиальная схема ТЭЦ: котел; 1воды 2 - турбина; З - конденсатор; 4, 5 - подогреватели питательной котла; 6 подогреватели сетевой воды; 7 - деаэратор; 8 насосы; 9- пиковый котел бину, при расширении в которой совершает работу, преобразуе мую в электрическую энергию, и конденсируется в конденсато ре. Теплота отработавшего пара отводится охлаждающей водой в окружающую среду и теряется. Часть пара из промежуточных ступеней турбины отбирается для целей нагрева питательной воды котлов, а часть из ступеней низкого давления для нагрева теплофикационной воды. На рис. 1.13 показано распределение тепловых потоков между полезной выработкой теплоты и тепловыми потерями при совме стной выработке электрической энергии на ТЭЦ и раздельной выработке электрической энергии на конденсационной электро станции (КЭС) и тепловой энергии в районной котельной. На рис. 1.14 приведена принципиальная схема районной ко тельной с водогрейными котлами. Обратная вода из теплосети поступает в котел и после нагрева направляется в подающий те плопровод сети. В теплый период отопительного сезона для под держания необходимой температуры в подающем теплопроводе часть воды перепускается клапаном З по перемычке помимо котла. Для обеспечения нормативной температуры воды на вхо де в котел часть нагретой воды рециркуляционным насосом 2 подмешивается во входной патрубок котла. Централизованное теплоснабжение прочно вошло в жизнь 115 млн чело век (в том числе 92 % городского и 20 % сельского населения). населения нашей страны и им пользуется свыше Глава 40 1. Общая характеристика энергетики Теплота, Теплота, ~ превращенная превращенная в электро- в элеюро 1:=============::===~энерmю энерmю ~ - - - - - - 50% Оrбор 1----------~ ~------------' 1----------i Потери 1------- 55 % в конден- на теплофикацию 1 - - - - - - - - - - - i саторе Потери в трубо проводах Потери в котле Потери в котле б а Рис. 1.13. Распределение тепловых потоков: а - в КЭС; б - в ТЭЦ ] Рис. 1- хотел; 2- 1.14. Схема водогрейной котельной: насос рециркуляции; 3- клапан перепуска; 4- сетевой насос Общая протяженность теплотрасс составляет около 200 тыс. км. На цели коммунально-бытового сектора расходуется около 25 % всех потребляемых в России первичных энергоресурсов. В то же время существующая система центрального отопления физически и морально устарела, она сложнее западной, в ней за ложены и используются технические решения зачастую полуве ковой давности, не соответствующие современным требованиям. Отсюда - ее низкая эффективность, низкая конкурентоспособ ность. В связи с резким ростом цен на энергоресурсы энергетика и все теплоэнергетические хозяйства городов и промышленных 1.5. Современное состояние энергетики России 41 предприятий будут испытывать все возрастающие трудности в обеспечении топливом. Поэтому одной из основных повседнев ных задач является выявление и разработка мероприятий по энергосбережению. Экономия тепловой энергии и соответственно топлива дос тигается несколькими путями: • утилизацией тепловых отходов производства для покрытия потребностей этого же предприятия и других близлежащих потребителей (промышленных и коммунальных); • внедрением новых технологий, нового оборудования и т. п.; • техническим перевооружением, модернизацией, реконст рукцией действующих производств в направлении повыше ния эффективности использования энергоресурсов. В настоящее время основная ориентация - максимальное развитие теплоэнергетического хозяйства с использованием в качестве топлива природного газа. При благоприятной социоло гической обстановке - развитие атомных энергоисточников. Основой стратегии является теплофикация на базе ТЭЦ ма лой и средней мощности в сочетании с централизованным теп лоснабжением от экономичных автоматизированных котельных. На ТЭЦ вводятся в действие различные модификации ПУ и ПГУ (рис. 1.15). Это сочетается с совершенствованием работы действующего парка энергоустановок, в том числе: путем повыше ния уровня использования установленной мощности ТЭС, тепло фикационных возможностей КЭС и АЭС, увеличения загрузки ТЭЦ в летний период, сокращения потерь теплоты на малоэконо мичных ТЭС и др.; проведением эффективной модернизации, ре конструкции и технического перевооружения действующих тепло источников; внедрением совместной работы нескольких теплоис точников на общие тепловые сети; сокращением тепловых потерь в тепловых сетях; проведением теплосберегающих мероприятий в промышленных, жилых и общественных зданиях (см. приложе ние 1). Резервы возможной экономии топлива в ся на долю тепловой энергии, оценивают в 2011 r., приходящие 150 ... 160 млн ту. т., в том числе: • энергосбережение в зданцях • снижение до • 25 потерь - тепловой до 22 млн ту. т. энергии в теплосетях млн т у. т. энергосбережение в промышленности - до 113 млн ту. т. Глава 42 1. Общая характеристика энергетики Турбина Турбина высокого среднего низкого давления давления давления Турбина Градирня Пар высокого давления Пар низкого Холодный давления пар на перегрев Пар среднего Горячий давления перегрев Котел утилизатор Воздух Пароперегреватель Продувка Продувка Насос среднего высокого давления давления Насос высокого давления Рис. 1.15. Схема парогазовой установки Касаясь вопросов энергосбережения в зданиях, следует отме тить, что наибольший эффект может быть достигнуг за счет ав томатизации учета теплопотребления (33 % возможной эконо мии тепловой энергии). Приборы и оборудование, влияющие на энергоэффектив ность, выпускают очень многие предприятия страны. Расходомеры, теплосчетчики, электросчетчики достаточно надежной конструкции изготовляются заводами: Казанское ПО «Теплоконтроль>>, Ливенское ПО <<Промприбор>>, <<Теплоприбор>> (г. Улан-Удэ), МЗТЛ (г. Москва), ПО <<Теплоприбор>> (r. Челя- 1.5. Современное состояние энергетики Рос1:ии 43 бинск), ПО «Промприбор» (г. Чебоксары) и др. Рынок сбыта приборов очень большой. В новых, намечаемых к строительству зданиях предпочтителен переход на двухтрубные системы тепло снабжения, позволяющие решить проблему поквартирного уче та, для чего потребуются миллионы приборов индивидуального регулирования. В существующих зданиях с однотрубной систе мой теплоснабжения приборные узлы могут устанавливаться на здание, на подъезд. Но спрос пока не рождает предложение. Предприятия ВПК медленно реагируют на спрос. Следует также пересмотреть типовые проекты жилых и про изводственных зданий. Экономию тепла можно получить только за счет увеличения термического сопротивления наружных огра ждений зданий и применения, например, тройного остекления. Опыт предприятий ВПК здесь может быть использован при вы боре материалов для наружных ограждений зданий. В настоящее время физический износ большинства систем теплоснабжения составляет 60 ... 70 %. Удельная повреждаемость подземных теплотрасс достигает 80-100 случаев на 100 км трас сы. Потери теплоносителя в них - до 40 .. .45 %. Суммарно по России это составляет порядка 120 ... 145 млн Гкал. Соответствен но тарифы на тепловую энергию в ряде случаев превышают западно-европейские показатели в 2-2,5 раза и составляют 50 ... 55 дол./Гкал. Отрасль повсеместно дотационна, причем до тации из местных бюджетов на эксплуатацию и развитие тепло снабжающих систем покрывают около 46 % фактических затрат на обеспечение населения тепловой энергией. В последние годы в России начинают распространяться теп лоизоляционные пенополимерные материалы. Однако производ ство химкомпонентов пенополимерной теплоизоляции (прежде всего полиизоцианата) в России не покрывает и 15 % потребно сти. Предприятия ВПК располагают надежными антикоррози онными составами для защиты стальных труб теплосетей и каче ственными теплоизоляционными материалами, которые могли бы найти широкое применение в тепловых сетях как при их ре монте, так и для новых прокладок. Что касается участия в решении проблем энергосбережения зарубежных фирм, то наиболее приемлемый вариант - это при влечение иностранных инвестиций к организациям совместных предприятий по производству, например, пластинчатых теплооб менников, поставке дефицитных химических компонентов для Глава 44 1. Общая характеристика энергетики пенополимерной теплоизоляции. Следует приветствовать и доле вое участие фирм в сооружении новых систем теплоснабжения на новом качественном уровне. 1.6. Стратегия ДО развития отечественной энергетики 2020 Г. В стратегии развития энергетики России, разработанной по 2020 г. рассмотрен широ указанию Правительства на период до кий комплекс технологических, экономических и правовых про блем. Материал содержит: прогнозы потребности России и ее регионов в электрической и тепловой энергии и цен на топливо; основные направления развития генерирующих мощностей и электрических сетей; оценки динамики роста стоимости произ водства электроэнергии и инвестиционных потребностей отрас ли; предложения по совершенствованию принципов хозяйствен ного и технологического управления энергетикой России. Стратегия включает методическую базу по обоснованию оп тимальных вариантов развития энергетики страны в новых усло виях хозяйствования. Выводы и рекомендации работы основы ваются на результатах широкого комплекса проведенных обос новывающих исследований. Представлены три основных варианта роста уровня электро н теплопотребления: высокий, низкий и средний. Долгосрочная энергетическая политика Российской Федера 2020 г., ции, основанная на Энергетической стратегии России до базируется на следующих приоритетах: • устойчивом обеспечении населения и экономики страны энергоносителями; • повышении эффективности использования ТЭР и созда нии необходимых условий для перевода экономики страны на энергосберегающий путь развития; • поддержании надежной сырьевой базы и обеспечении ус тойчивого развития ТЭК в условиях формирования рыноч ных отношений; • уменьшении негативного воздействия ТЭК на окружаю щую среду; • поддержании экспортного потенциала ТЭК для решения макроэкономических и геополитических задач России; 1.6. Стратегия развития отечественной энергетики до 2020 r. • 45 обеспечении энергетической безопасности России и ее ре гионов, использовании межрегиональных энергетических связей как интегрирующего фактора единого государства. Энергетика России, ее ТЭК, опираясь на богатые природные ресурсы, созданный за предыдущие десятилетия мощный произ водственный, технологический и кадровый потенциал, обеспе чивает необходимые потребности общества в энергетических продуктах и услугах. За последние годы ТЭК России обеспечил не только физиче скую и экономическую выживаемость страны, но и заложил не обходимую базу для ее устойчивого социально-экономического развития. В ТЭК России производится около трети всей про мышленной продукции, формируется почти 40 % доходной час ти бюджета, за счет ТЭК обеспечивается почти половина всех валютных поступлений в страну. Энергетический комплекс России является неотьемлемой частью мирового энергетического рынка. Россия активно участ вует в формировании международной торговли энергетическими ресурсами. Она занимает второе место в мире, как экспортер нефти и нефтепродуктов, а также первое место по межгосударст венной торговле сетевым природным газом. Основным рынком для российских энергоресурсов выступа ют страны Западной, Центральной и Восточной Европы, для ко торых доля России в суммарном импорте составляет более по сетевому газу и порядка 23 % по 50 % нефти и нефтепродуктам. Важным приоритетом энергетической политики России на ряду с устойчивым снабжением страны энергоносителями явля ется повышение эффективности использования ТЭР, создание условий для перевода экономики страны на энергосберегающий путь развития и уменьшение негативного воздействия ТЭК на окружающую среду. В соответствии с прогнозом социально-экономического раз вития Российской Федерации с конца 2004 г. ожидается эффек тивный подъем экономики с темпами роста 5... 6 % в год, что вы зовет увеличение потребности в ТЭР. Сложившуюся в настоящее время структуру топливно-энерге тического баланса (ТЭБ) нельзя считать рациональной, посколь ку запасы доступного для добычи угля во много раз превышают запасы газа, а потребление угля почти в 3 раза меньше. Чрезмер ная ориентация на потребление газа, запасы которого ограниче ны и находятся в труднодоступных отдаленных районах, подры- Глав.а 46 1. Общая характеристика энергетики вает основы энергетической безопасности страны и ведет к опе режающему истощению наиболее эффективного энерrоресурса. Одной. из. причин сложившегося положения является нера циональное соотнош(,ние цен на основные виды топлив. Важнейшими направлениями совершенствования сущест вующей сисtемы расчета средних отпускных тарифов должны стать такие решения, которые приведут к снижению затрат на производство, транспорт и распределение электрической и теп ловой энергии. На Федеральном оптовом рынке электрической энергии и мощности (ФОРЭМ) это переход на расчеты по полу часовым или часовым тарифным ставкам с целью обеспечения гибкого оперативного управления режимом работы тепловых, атомных и гидравлических электростанций. Основным направ лением совершенствования ценообразования на покупку и про дажу электроэнергии может рассматриваться использование принятого за рубежом так называемого <спредельного базиса>> и введение спотовой системы ценообразования. Необходимость значительных инвестиций и рост цен на топ ливо приведут в перспективе к увеличению стоимости производ ства электроэнергии, Предполагается, что при реализации пред ложений, содержащихся в Стратегии, цена на электроэнергию для конечных потребителей в среднем по России составит к 2020 г. 4, 1.. .4,6 цента/(кВт · ч). Анализ деятельности ТЭК показывает, что уже начиная с 2000 г. он испытывает определенные трудности с обеспечением отраслей промышленности и потребностей населения в необхо димом объеме для поддержания намеченных (8 ... 10 %) темпов экономического роста. Поэтому одним из приоритетных направ лений деятельности Минтопэнерrо России в условиях нарастаю щего дефицита ТЭР является принятие мер по их эффективному использованию и созданию условий для перевода экономики страны на энергосберегающий путь развития. Столь высокий уровень приоритетности энергосбережения обусловлен также и рядом других факторов, к важнейшим среди которых можно отнести рост, за период реформ, энергоемкости экономики России на 22 %, которая оказалась в 2008 г. в 2,5-3 раза выше, чем в индустриально развитых странах Амери ки и Европы. Потенциал энергосбережения составляет 30 ... 35 % современ 350 .. .400 млн т у. т. Ис потенциала дешевле в 3-5 раз ного энергопотребления в стране или пользование большей части этого 1.6. Стратеrи11 раэ1итм11 отечестаенной )Нерrетм~tи до 2020 r. 47 по сравнению с затратами, необходимыми на добычу и произ водство конечных энергоносителей. Например, только в результате - энерrосбереrающих - · меро приятий в 1998-1999 rr~ суммарная экономия в российской экономике составила более 13 млн т у.: т.~ в том числе в .ТЭК 5 млн т у. т., в сфере жилищно-коммунальноrо хозяйства 7 млн ту. т. .В современных условиях энергосбережение в России служит также одним из эффективных инструментов решения rлобальных экологических проблем. Активная энергосберегающая политика является ключевым звеном, связыьающим ·проблемь,а экологии и энергетики. Экстенсивное использование запасов орrаническоrо сырья представляет серьезную проблему для окружающей среды. На производство энергии в настоящее время· затрачивается от 50 до природных .ресурсов. Топливно-энергетический ком 80 % всех плекс России является крупнейшим заrрязнителем окружающей среды. На его долю приходится 48,4 _ 96 выбросов вредных ве ществ в атмосферу, 27 96 cбpoctt загрязненных сточных вод в по верхностные водоемы, свыше 30 % твердых отходов. Большое значение для развития электроэнергетики России имеет расширение интеграции территориальных генерирующих комплексов (ТГК) России с объединенными энергосистемами стран ближнеrо и дальнеrо зарубежья. Восстановление ранее эф фективно работающеrо энерrообъединения государств Содруже ства нужно рассматривать в качестве -приоритетной задачи раз вития международного сотрудничества в области электроэнерге тики. Контро111tнwе aonpocw 1. Какие области хоэ11ilства относ11тс11 к энерrетике, а какие к теnлоэнерrетике? 2. Перечислите виды схем теnлосtt1б111енМ11 м чем они отличаеотс11. 3. Какие Jлектростанции 1ы Jнаете и nо11снмте принцип их работы. 4. Что nо11има1От под смстемоil отоnленМII? 5. Чем отличаетс11 ИТП от ЦТП? б. Что nодраэуме1аетс.11 под теnлоnотреб11я1Ощей установкой? 7. Что наэы1а1От системой темосна6111ени11? 8. Что nонима1От под rраницеil балансо1ой принадлежности теnnовых сетей? Г пава 48 1. Обща11 характеристика энерrетики 9. Что понимают под доnус~<он в эксплуатацию узла учета тепловой энерrии? 10. Назовите способы передачи тепловой энерrии. 11, Что понимают .!'од· nомыtt ,термическим сопротивлением теплопередачи? 12. Какие страны вхоААТ в ОЭСР? 13. ОхарактеризуiWе состо11ние ·энерrетики nромыwленно развитых стран. 14. Какова ресурсная обеспеченност~. мировой энерrетики? 15. Каковы перспективы развития мировой энерrетики? 16. Охарактеризуйте современное сdстояние энерrетики России . 17. ·Каковы перспективы централизованноrо теплоснабжения? 18. Перечислите Qсновные направлен.ия стратеrии развития энерrетики России на перспективу до 2020 r. · 19. Почему энергосбережение становится актуальной проблемой в России и за .-· ' 1 ··· ·. : рубежом? 20. Какие" котnы испоnьэуют AJIЯ тепnоснабжения 21. Как опредеnит~. плотность тennoвoro потока? 22. Какие теnа называют абсолютно ~ерными? крупных объектов? Глава 2 ОСНОВЫ ЗАКОНОДАТЕЛЬНОЙ БАЗЫ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ политики 2.1. Основнь1е понятия и определения Все отношения, возникающие в процессе деятельности в об ласти энергосбережения, в целях создания экономических и ор ганизационных условий для эффективного использования энер гетических ресурсов регулирует Федеральный закон № 28-ФЗ «Об энергосбережении», принятый Государственной Думой 13 марта 1996 r., одобренный Советом Федерации 20 марта 1996 r. и подписанный Президентом РФ 3 апреля 1996 r. В Федеральном законе используются следующие понятия: энергосбережение - реализация правовых, организационных, научных, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов и на вовлечение в хозяйственный оборот возобновляе мых источников энергии; энергосберегающая политика государства - правовое, органи зационное и финансово-экономическое регулирование деятель ности в области энергосбережения; энергетический ресурс - носитель энергии, который исполь зуется в настоящее время или может быть полезно использован в перспективе; вторичный энергетический ресурс - энергетический ресурс, получаемый в виде побочного продукта основного производства или являющийся таким продуктом; 4 -2633 Глава 50 2. Основы законодательной базы эффективное использование энергетических ресурсов - дости жение экономически оправданной эффективности использова ния энергетических ресурсов при существующем уровне разви тия техники и технологий и соблюдении требований к охране окружающей природной средь~; показатель энергоэффективности - абсолютная или удельная величина потребления или потери· энергетических ресурсов для продукции любого назначения, установленная государственны ми стандартами; непроизводительный расход энергетических ресурсов - расход энергетических ресурсов, обусловленный несоблюдением требо ваний, установленных государственными стандартами, а также нарушением требований, установленных иными нормативными актами, технологическими регламентами и паспортными данны ми для действующего оборудования; возобновляемые источники энергии - энергия солнца, ветра, теплоты Земли, естественного движен.ия водных потоков, а так же энергия существующих в природе градиентов температур; альтернативные виды топлива - виды топлива (сжатый и сжиженный газ, биогаз, генераторный газ, продукты переработ ки биомассы, водоугольные топлива и другие), использование которых сокращает или замещает потребление энергетических ресурсов более дорогих и дефицитных видов. 2.2. Законодательство Российской Федерации об энергосбережении Законодательство Российской Федерации об энергосбереже нии состоит из Федерального закона No 28-ФЗ и принимаемых в соответствии с ним других Федеральных законов, иных норма тивных правовых актов Российской Федерации, а также законов и иных нормативных правовых актов субъектов Российской Фе дерации по вопросам энергосбережения, принимаемых в соот ветствии с договорами по разграничению предметов ведения и полномочий между органами государственной власти Россий ской Федерации и органами государственной власти субъектов Российской Федерации. 2.2. Законодательство Российской Федерации об энергосбережении 51 Федеральный закон № 28-ФЗ «Об энергосбережении» дейст вует на всей территории Российской Федерации. Объектом rосударственноrо регулирования в области энерго сбережения являются отношения, возникающие в процессе дея тельности, направленной: • на эффективное использование энергетических ресурсов при их добыче, производстве, переработке, транспортиров ке, хранении и потреблении; • на осуществление государственного надзора за эффектив ным использованием энергетических ресурсов; • на развитие добычи и производства альтернативных видов топлива, способных заменить энергетические ресурсы бо лее дорогих и дефицитных видов; • на создание и использование энергоэффективных техноло гий, топливо-, энергопотребляющего и диагностического оборудования, конструкционных и изоляционных материа лов, приборов для учета расхода энергетических ресурсов и для контроля за их использованием, систем автоматизиро ванного управления энергопотреблением; • на обеспечение точности, достоверности и единства изме рения в части учета отпускаемых и потребляемых энергети ческих ресурсов. Энергосберегающая политика государства основана на: • приоритете эффективного использования энергетических ресурсов; • осуществлении государственного надзора за эффективным • обязательности учета использованием энергетических ресурсов; юридическими лицами производи мых или расходуемых ими энергетических ресурсов, а так же учета физическими лицами получаемых ими энергети ческих ресурсов: • включений в государственные стандарты на оборудование, материалы и конструкции, транспортные средства показа телей их энергоэффективности; • сертификации топливо-, энергопотребляющего, энергосбе регающего и диагностического оборудования, материалов, конструкций, транспортных средств, а также энергетиче ских ресурсов; • сочетании интересов потребителей, поставщиков и произ водителей энергетических ресурсов; 4• Глава 52 • 2. Основы законодательной базы заинтересованности юридических лиц - производителей и поставщиков энергетических ресурсов в эффективном ис пользовании энергетических ресурсов. За последние 5 лет в развитие закона No 28-ФЗ Минэнерrо России разработало 42 нормативных и методических документов. В субъектах РФ за этот период приняты 55 региональных за конодательных актов об энергосбережении. Правительством Российской Федерации был принят ряд по становлений, в том числе от 24.01.98 r. No 80 «О Федеральной целе вой программе «Энергосбережение России» на 1998-2005 годы», от 15.06.98 r. No 588 «О неотложных мерах по стимулированию энергосбережения в России» и некоторые другие, которые разви вают положения Федерального закона «Об энергосбережении». В настоящее время Закон «Об энергосбережении» не в пол ной мере отвечает Энергетической стратегии России, в связи с чем Минэнерrо России, на основе предложений отраслей топ ливно-энергетического комплекса (ТЭК), сформировало пред ложения по проекту новой редакции Закона «Об энергосбере жении>>. Предложения предусматривают подготовку положений и до полнений об усилении государственной поддержки энергосбере гающих мероприятий, о повышении ответственности руководите лей хозяйствующих субъектов за нерациональное использование топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), о порядке формирова ния средств федерального, региональных и муниципальных фон дов энергосбережения, о развитии механизмов стимулирования эффективного использования энергии и федеральной базы стан дартизации энергопотребления, о льготном налогообложении при осуществлении энергосберегающих мероприятий и др. 2.3. Стандартизация, сертификация и метрология в области энергосбережения В государственные стандарты на энергопотребляюшую про дукцию включают показатели ее энергоэффективности в поряд ке, установленном законодательством Российской Федерации. При добыче, производстве, переработке, транспортировке, хранении и потреблении энергетических ресурсов показатели их эффективного использования, а также показатели расхода энер- 2.3. Стандартизация, сертификация и метрология 53 гии на обогрев, вентиляцию, горячее водоснабжение и освеще ние зданий, иные показатели энергопотребления производствен ных процессов в установленном порядке включают в соответст вующую нормативно-техническую документацию. Требования, устанавливаемые в области энергопотребления государственными стандартами, техническими нормами и пра вилами, обязательны для выполнения на всей территории Рос сийской Федерации. Энергопотребляющая продукция любого назначения, а так же энергетические ресурсы подлежат обязательной сертифика ции на соответствующие показатели энергоэффективности . Обя зательную сертификацию осуществляют в порядке, установлен ном законодательством Российской Федерации. Соответствие производимого бытового оборудования требо ваниям, установленным показателей государственными стандартами энергопотребления, подтверждается в части путем обяза тельного маркирования указанного оборудования. При добыче, производстве, переработке, транспортировке, хранении и потреблении энергетических ресурсов, а также при их сертификации осуществляют обязательный государственный метрологический контроль и надзор в области энергосбережения. Решение на федеральном уровне задач стандартизации и сер тификации в области энергосбережения началось в 90-е годы. Согласно разделу дартизация>> - 1.0-92; <<Стан это деятельность по установлению норм, правил 3 <<Определения>> ГОСТ Р и характеристик в целях обеспечения: 1) безопасности продукции, работ и услуг для окружающей среды, жизни, здоровья и имущества; 2) технической и информационной совместимости, а также взаимозаменяемости продукции; 3) качества продукции, работ и услуг в соответствии с уров- нем развития науки, техники и технологии; единства измерений; 4) 5) экономии всех видов ресурсов; 6) безопасности хозяйственных обьектов с учетом риска воз никновения природных и техногенных катастроф и других чрез вычайных ситуаций; 7) обороноспособности и мобилизационной готовности страны. Требования общества на международном уровне установлены в терминологическом международном стандарте ИСО серии МС ИСО 8402-94. 9000 В примечаниях к термину «Требования обще- Глава 54 2. Основы законодательной базы ства>> определены <юбязательства, вытекающие из законов, инст рукций, правил, кодексов, уставов и других соображений». При этом указано, что «Соображения>> включают: защиту окружающей среды, здоровье, безопасность, надежность, сохранение энергии и естественных ресурсов. Требования общества структурированы для наглядности на 2.1 в свете «рамочных технологий>> теории стандартософии рис. по группам аспектных стратегий и впервые в мировой стандарти зации были приняты в 1997 г. в качестве базовых при разработке структуры и состава основополагающих документов (ГОСТ Р). ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СТРАТЕГИИ СФЕРЫ ЗАЩИТА о ОКРУЖАЮЩЕЙ :s: :s: СРЕДЫ i: = :s: '-~ 1 1 щ :: (-,~ ui:i.. t:tb Ощ Надежность =:s: ТРЕБОВАНИЯ ОБЩЕСТВА - м~ Здоровье, безопасность соображения) :s: ы о ... (другие ::r 1 1 =--~ :s: ь t:t l,JJ о :а t::; :с ,.Q ~ :s: ::r о t::~ Сохранение энергии (-, u и естественных ресурсов РЕСУРСЫ Рис. 2.1. РЕСУРСНЫЕ СТРАТЕГИИ Структурирование терминов «Требования общества» согласно МС ИСО 8402-94 (E/F/R) К первой очереди проектов стандартов нового поколения от носятся: ГОСТ Р-99 «Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения» (головной стандарт); ГОСТ Р-99 «Энергосбережение. Состав и классификация показателей>>; 2.3. Стандартизация, сертификация и метрология 55 ГОСТ Р-99 «Энергосбережение. Порядок выбора и внесе ния показателей в документацию на продукцию и процессы»; ГОСТ Р-99 <<Энергосбережение. Методы подтверждения со ответствия показателей энергоэффективности энергопотребляю щей продукции нормативным значениям. Общие требования>>; ГОСТ Р-99 <<Энергосбережение. Энергетический паспорт потребителя промышленных топливно-энергетических ресурсов. Основные положения. Типовые формы>>; ГОСТ Р-99 <<Энергосбережение. Маркировка бытовой энер гопотребляющей продукции. Общие требования>>. Головной стандарт является документом нового поколения в связи с тем, что в нем произведена стратегическая систематиза ция структурных блоков на основе разработанной для нужд оте чественной стандартизации обобщенной схемы (см. рис. 2.1) расположения по четырем аспектным стратегиям главных требо ваний общества. Основополагающие стандарты призваны упорядочить на фе деральном, региональном, ведомственных и локальных уровнях активно развивающиеся процессы информационного и норма тивно-методического обеспечения энергосбережения с достиже нием энергетической эффективности на всех стадиях жизненного цикла энергопотребляющих процессов, продукции, работ и услуг. Основополагающие стандарты разработаны на базе совре менных достижений отечественной, мировой (ООН), межгосу дарственной (деятельность МТК 111 <<Энергосбережение>>: стан дарт Украины ДСТУ 2339 ГОСТ 30166-95 и ГОСТ 30167-95), зарубежной (США, Франция) и региональной (ЕС) стандартиза ции, теории, методологии, практики отечественной стандартосо фии. Указанные стандарты предназначены для использования различными специалистами, участвующими в разработке норма тивной и технологической документации, связанной с добычей, производством, хранением, транспортировкой, использованием первичных энергетических ресурсов, при разработке, эксплуата ции, ремонте, списании и ликвидации (как последней стадии жизненного цикла продукции - с уrилизацией техногенных и удалением опасных составляющих) энергопотребляющего обору дования, а также специалистами - разработчиками нормативных документов, оборудования, технологий, методов контроля, испы таний, сертификации, лицензирования, страхования в обеспече нии энергосбережения в отраслях промышленности и сельского хозяйства. Глава 56 2.4. 2. Основы законодательной базы Основы государственного управления энергосбережением Энергосберегающая политика государства осуществляется на основе реализации федеральных и межрегиональных программ в области энергосбережения путем: • стимулирования производства и использования топливо и энергосберегающего оборудования; • организации учета энергетических ресурсов, а также кон троля за их расходом: • осуществления государственного надзора за эффективным использованием энергетических ресурсов; • • проведения энергетических обследований организаций; • реализации демонстрационных проектов высокой энерге проведения энергетической экспертизы проектной доку ментации для строительства; тической эффективности; • реализации экономических, информационных, образова тельных и других направлений деятельности в области энер госбережения. Разработка энергосберегающей политики государства осуще ствляется в порядке, определяемом Правительством Российской Федерации. Государственный надзор за эффективным использо ванием энергетических ресурсов организует и проводит уполно моченный на то Президентом Российской Федерации федераль ный орган исполнительной власти. Энергетические обследования проводятся в целях оценки эффективного использования энергетических ресурсов и сниже ния затрат потребителей на топливо- и энергообеспечение. Обязательным энергетическим обследованиям подлежат ор ганизации независимо от их организационно-правовых форм и форм собственности, если годовое потребление ими энергетиче ских ресурсов составляет более 6 тыс. т у. т. или более l тыс. т моторного топлива. Энергетические обследования организаций, если годовое потребление имй энергетических ресурсов состав ляет менее 6 тыс.ту. т., проводятся по решению органов испол нительной власти субъектов Российской Федерации, ответствен ных за координацию работ по эффективному использованию энергетических ресурсов. 2.4. Основы государственного управления энергосбережением 57 Порядок и сроки проведения энергетических обследований определяются Правительством Российской Федерации. Весь объем добываемых, производимых, перерабатываемых, транспортируемых, хранимых и потребляемых энергетических ресурсов с 2000 r. подлежит обязательному учету. Очередность и правила оснащения организаций приборами для учета расхода энергетических ресурсов, а также правила пользования электри ческой и тепловой энергией, природным и сжиженным газом, продуктами нефтепереработки устанавливаются в порядке, опре деляемом Правительством Российской Федерации. Учет потребляемых энергетических ресурсов осуществляется в соответствии с установленными государственными стандарта ми и нормами точности измерений. Государственное статистическое наблюдение за величиной и структурой потребления энергетических ресурсов и их эффек тивным использованием организует и проводит уполномочен ный на то федеральный орган исполнительной власти по стати стике в порядке, определяемом Правительством Российской Фе дерации. Финансирование федеральных и межреrnональных программ в области энергосбережения осуществляется за счет средств го сударственной финансовой поддержки федерального бюджета, средств бюджетов соответствующих субъектов Российской Феде рации, средств российских и иностранных инвесторов, а также за счет друтих источников в порядке, установленном законода тельством Российской Федерации, законами и иными норматив ными правовыми актами субъектов Российской Федерации. Потребителям и производителям энергетических ресурсов, осуществляющим мероприятия по энергосбережению, в том чис ле за счет производства и потребления продукции с лучшими, чем предусмотрено государственными стандартами, показателя ми, предоставляются льготы в порядке, определяемом Прави тельством Российской Федерации. Производители электрической и тепловой энергии, не входя щие в региональные энергоснабжающие организации, имеют право на отпуск энергии в сети этих организаций в количествах и режимах, согласованных с энергоснабжающей организацией и региональной энергетической комиссией. Энергоснабжающие организации обязаны обеспечить прием энергии от указанных производителей в свои сети по ценам, формируемым в порядке, утвержденном региональными энергетическими комиссиями. Глава 58 2. Основы законодательной базы Для энергетических установок, которые используют возоб новляемые источники энергии и сооружение которых осуществ ляется в соответствии с программами в области энергосбереже ния, цены на электрическую энергию должны обеспечить оку паемость капитальных вложений в строительство этих установок в срок, согласованный с региональной энергетической комис сией. Строительство и эксплуатация энергетических установок , которые используют сертифицированное оборудование и име ют производительность тепловой энергии до 300 кВт или 100 кВт, осуществляются без ли электрическую мощность до цензии. В целях стимулирования эффективного использования энер гетических ресурсов в порядке, определяемом Правительством Российской Федерации, осуществляется установление сезонных цен на природный газ и сезонных тарифов на электрическую и тепловую энергию, а также внутрисуточных дифференцирован ных тарифов на электр«ческую энергию. Региональные энергетические комиссии при определении та рифов на электрическую и тепловую энергию должны учитывать экономически обоснованные затраты потребителей электриче ской и тепловой энергии на энергосбережение . Порядок консо лидации указанных средств и порядок их использования потре бителями в целях финансирования энергосберегающих проектов определяются органами исполнительной власти субъектов Рос сийской Федерации . Потребители энергетических ресурсов - юридические лица в случае использования энергетических ресурсов не в том объе ме, который предусмотрен договорами с энергоснабжающими организациями, освобождаются от возмещения расходов, поне сенных указанными энергоснабжающими организациями, если недоиспользование энергетических ресурсов является следстви ем осуществления мероприятий по энергосбережению. При реализации российскими организациями совместно с российскими и иностранными инвесторами проектов в области энергосбережения Правительство Российской Федерации или уполномоченный им федеральный орган исполнительной вла сти может выступать в качестве поручителя перед указанными инвесторами в пределах средств, предусмотренных федераль ным бюджетом на финансирование мероприятий по энергосбе режению. 2.5. Международное сотрудничество в области энергосбережения 59 2.5. Международное сотрудничество в области энергосбережения Международное сотрудничество Российской Федерации в области энергосбережения осуществляется в соответствии с за конодательством Российской Федерации. Основными направлениями международного сотрудничества в области энергосбережения являются: • взаимовыгодный обмен энерrоэффективными технология ми с иностранными и международными организациями; • участие Российской Федерации, российских организаций в международных проектах в области энергосбережения; • согласование смотренных показателей энергоэффективности, государственными стандартами преду Российской Федерации, с требованиями международных стандартов, а также взаимное признание результатов сертификации. Если международным договором Российской Федерации ус тановлены иные правила, чем предусмотренные Федеральным законом, то применяют правила международного договора. Международное сотрудничество является одним из важней ших элементов государственной энергосберегающей политики России, разработка и координация практической реализации которой поручена Минэнерго России. Создана нормативно-пра вовая база сотрудничества, принят ряд постановлений Прави тельства, стимулирующих привлечение зарубежных инвестиций, сформирована организационная структура на федеральном и ре гиональном уровнях, разработаны финансовые и экономические механизмы реализации энергосберегающих программ и проек тов с участием зарубежных партнеров. Участие представителей Минэнерrо России и ТЭК в руководящих органах таких между народных организаций как Европейская Экономическая Комис сия ООН (Комитет по устойчивой энергетике, Комитет по эко логической политике, Газовый центр и др . ) позволяет отстаи вать политические и экономические интересы как ТЭК, так и России в целом в рамках мирового сообщества. Основными направлениями сотрудничества с зарубежными партнерами в области энергоэффективности являются: совер шенствование нормативно-правовой базы, модернизация систем теплоснабжения, широкомасштабное внедрение возобновляемых источников энергии и использование местных видов топлива, Глава 60 2. Основы законодательной базы разработка экономических механизмов практической реализации государственной энергосберегающей политики в условиях пере хода страны к рыночной экономике, использование энергоэф фективности в качестве инструмента решения экологических проблем, в частности, выполнения обязательств по снижению выбросов парниковых газов в соответствии с Киотским Протоко лом, ратифицированным Советом Федерации России 27.10.04. Совместно с Великобританией ведется работа по повышению эф фективности источников теплоснабжения на объектах социаль ной сферы и промышленности, в частности, со специалистами фирмы Cochran Boilers, осуществляющими с Федеральным цен тром малой и нетрадиционной энергетики комплекс мер по мо дернизации котельного оборудования в Санкт-Петербурге, Сара тове, Калуге, Иванове. Уникален опыт Дании по организации и функционированию всего энергетического хозяйства. Трудом и талантом датских специалистов в этой области дос тигнуты огромные успехи, и Дания сейчас занимает ведущее ме сто в мире по эффективности использования топлива и энергии. Достаточно сказать, что в течение уже более чем 20 лет годовой объем потребления страной энергоресурсов остается практиче ски неизменным. В то же время производство ВВП возросло за эти годы более чем в 1,5 раза. Другим примером является тот факт, что при увеличении за последние ванного теплоснабжения с 30 до 50 %, 25 лет доли централизо произошло одновремен ное абсолютное снижение потребления на эти цели первичных энергоресурсов. При этом наилучшие результаты были достигну ты в отоплении жилых зданий, где, наряду с повышением надеж ности и комфортности теплоснабжения, потребление первичной энергии на единицу отапливаемого объема снизилось на 45 %. Датчане по праву могут гордиться своими успехами в области энергоэффективности. Эти успехи не только обеспечивают рост конкурентоспособности датской продукции и более высокое ка чество жизни датчан, но и успешно решают эту проблему в на циональном плане. Успехи в области энергоэффективности име ют и другую сторону: они снижают отрицательное воздействие человеческой деятельности на окружающую среду. А это уже меж дународный, планетарный срез проблемы энергоэффективности. Практические результаты сотрудничества с Голландией, Швейцарией получены в Нижегородской области по модерниза ции систем уличного освещения (r. Дзержинск), теплоснабжения 2.5. Международное сотрудничество в области энергосбережения 61 (п. Большое Мурашкино), уrилизации биогаза (Нижегородская станция аэрации), снижения выбросов парниковых газов на неф теперерабатывающем заводе (r. Кустово). Основными направле ниями сотрудничества в Северо-Западном регионе России явля ются: модернизация существующих систем тепло- и электроснаб жения, замена экологически «грязного» топлива и переход на местные виды топлива. Контрольные вопросы 1. Что понимают под энергосбережением? 2. В чем проявляется энергосберегающая политика государства? З. Что подразумевают под энергетическим ресурсом? 4. 5. На каких принципах основана энергетическая политика государства? Какова роль стандартизации, сертификации и метрологии в решении проблемы энергосбережения? б. Назовите основы государственного управления энергосбережением. 7. Какова роль международного сотрудничества в области энергосбережения? 8. Какие показатели включаются в государственные стандарты на энерrопо требляющую продукцию? 9. На базе каких документов разработаны стандарты нового поколения по энергосбережению? Глава 3 ПЕРСПЕКТИВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ РОССИИ 3.1. Общие сведения о Федеральной целевой программе «Энергосбережение России» За последние годы энергоемкость отечественной экономики возросла на 46 %, затраты энергоресурсов на производство ме талла в среднем увелич»лись на 30 %. Потери электроэнергии в сетях общего пользования выросли 13,5 % от до объема производства. Ежегодные потер» нефти оцениваются в составляет 3, 7 % от объема производства. · 10 ... 12 млн т, что Ежегодные потери моторных топлив оцениваются в 5,7 % от объема их про»зводства. Доля энергозатрат в себестоимости продукци» и услуг суще ственно увелич»лась и составляет в среднем на транспорте 17 %, в сельском хозяйстве - 11 %, в промышленности - 18 %, а в ряде масштабных производств достигает 40 и даже 60 %. Эти негативные тенденции в использовании топливных и энергетических ресурсов явились причинами разработки феде ральной целевой программы «Энергосбережение России>>. Такая программа сформирована и была утверЖдена Постановлением Правительства Российской Федерации от 24.01.98 г. № 80. Цель программы перехода отечественной экономики в период - обеспечение 1998-2005 гг. на энергосберегающий путь развития, повышение конкурентоспособности российской промышленной продукции и улучшение на этой основе условий жизни насе ления. 3.1. Общие сведения о программе «Энергосбережение России» 63 За период ее реализации - с 1998 по 2005 гг. - предусма~, ривается сэкономить от 365 до 435 млн ту. т . , что должно умень шить энергоемкость ВВП на 13,4 %. Необходимо отметить, что каждый процент экономии энерго ресурсов обеспечивает прирост национального дохода на О, 35 %. Стоимость программы оценивается ее разработчиками в млрд р. (в ценах 1998 г.). Предусматривается, что финанси 55,3 рование из федерального бюджета будет самым минимальным и не превысит 3 % от ее общей стоимости. Предполагается также, что около 25 % всех инвестиций для реализации программы будет получено из специальных регио нальных фондов и из местных бюджетов, столько же - от при бьmи паевых специализированных инвестиционных фондов, а также от выпуска ценных бумаг. Финансирование в объеме 15 ... 20 % планируется обеспечить за счет выделения государст венных кредитов. Остальные средства, как надеются разработчи ки программы, будут инвестированы самими предприятиями. Федеральная целевая программа «Энергосбережение Россию> охватывает следующие основные напрамения (табл. 3.1): • ТЭК, где должны быть существенно снижены за счет энер • жилищно-коммунальное хозяйство, где должны быть суще госбережения тарифы и цены на энергоресурсы; ственно снижены затраты на топливо- и энергообеспече ние населения из бюджетов всех уровней; • энергоемкие отрасли осущестмения промышленности, программных где мероприятий в результате должны сни зиться издержки и на этой основе повыситься конкуренто способность производимой продукции. В качестве первоочередных мер программой предусмотрено развитие нормативно-правовой базы энергосбережения. Реали зуя эту меру Минтопэнерго России своевременно утвердило «Правила проведения энергетических обследований предпри ятий•, «Правила учета энергетических ресурсов>>, «Правила ли митирования потребления электрической и тепловой энергию>, •Методику формирования лимитов потребления энергии орга низациями, финансируемыми из бюджета», «Правила пользова ния тепловой и электрической энергией в Российской Федера ции», пересмотрело нормы тепловых потерь в зданиях и др. Важное значение в программе уделено вопросам государст венной поддержки энергосбережения, которая осуществляется в форме предоставления исполнителям средств на возвратной ос- Глава 64 3. Перспективы энергосбережения России Таблица З. 1. Потенциал энерrосбережения и об'J.емw экономии в период 1998-2005 ~т. Отрасли ТЭК, ЖКХ и промыш- Потенциал энерго- ленностн млн ту. т. Отрасли топлив- Экономия ТЭР в 2005 г. по Суммарная экономия ТЭР сравнению за период сбережения, с 1995 г., 1998-2005 гг., Использование потенциа- па энергосбе- режения, млн ту. т. млн т у.т. 110... 130 33 ... 37 136... 155 28 ... 30 65 ... 75 22 ... 25 93 ... 110 30... 34 100... 125 33 ...40 136... 170 32 ... 33 275 ... 330 88 ... 102 365 ...435 30 ... 32 % но-энергетиче- ского комплекса, тэк Жилищно-коммунальное хо- зяйство, жкх Энергоемкие отрасли промыш- ленности ВСЕГО по отраслям ТЭК, ЖКХ и промышленности нове, на льготных условиях и на ограниченный срок, исходя из значимости и сроков окупаемости проектов. Источниками таких средств являются: • целевые средства федерального бюджета, используемые на • средства субъектов РФ, включая средства создаваемых ими конкурсной основе; региональных фондов энергосбережения; • внебюджетный целевой источник государственного заказ чика данной программы - Минтопэнерrо России. Региональные фонды энергосбережения формируются орга нами исполнительной власти субъектов РФ исходя из требова ний федерального закона «Об энергосбережении~. Консолиди руемые в соответствии с этим законом средства используются для финансирования региональных программ энергосбережения, а в соответствии с утвержденной программой - для финансиро вания на первом этапе оснащения потребителей регионов при борами и системами учета и регулирования расхода энергетиче ских ресурсов. 3.2. Этапы реализации программы «Энергосбережение России» 3.2. Этапы 65 реализации программы «Энергосбережение России» Программу энергосбережения предусматривалось реализовы вать в два этапа, сопряженных во времени с проводимой в стране жилищно-коммунальной реформой, первый этап и второй - 1998-2000 rr. - 2001-2005 rr. В начале первого этапа, приходящегося в соответствии с Ос новными направлениями энергетической стратегии России на период осуществления комплекса антикризисных мер в эконо мике и в энергетическом хозяйстве, основными направлениями работы в области энергосбережения были: разработка и принятие субъектами РФ законодательных ак • тов, направленных на регулирование отношений в регионах России в сфере производства и услуг, рационального ис пользования и экономного расходования топлива и энергии с учетом требований Федерального закона <<Об энергосбе режении,> и других нормативно-правовых документов; • создание системы управления энергопотреблением и энер госбережением в регионах на основе децентрализации и антимонопольного законодательства и повышения роли регионов в энергосбережении; • оказание финансовой поддержки энергосбережения со стороны государства за счет целевых бюджетных ассигно ваний и внебюджетных целевых средств, средств регио нальных фондов энергосбережения с целью инвестирова ния наиболее эффективных энергосберегающих проектов и программ; • организация работ по оснащению потребителей приборами и системами учета и регулирования расхода энергоресур сов, а также средствами и оборудованием энергосберегаю щей электротехники; • дальнейшее совершенствование системы цен на топливо и энергию с приведением внутренних цен в соответствие с за тратами на их производство и доставку потребителям и уст ранением несоответствия с ценами на основную промыш ленную продукцию. Это увеличит эффект от предлагаемых законодательных, административных, научно-технических и иных энергосберегающих мер, о чем свидетельствует весь предыдущий опыт в стране и за рубежом. 5 - 2633 Глава 66 • 3. Перспективы энергосбережения России дальнейшее совершенствование системы тарифов на элек трическую и тепловую энергию и цен на природный газ для потребителей с консолидацией на этой основе части средств, необходимых для финансирования энергосбереже ния в регионах в соответствии со статьей закона <<06 энергосбережении,>; • 14 Федерального введение в действие рыночных механизмов мобилизации средств, в том числе населения, а также механизмов, обес печивающих привлечение заемных средств российских и зарубежных инвесторов. Особое внимание при достижении целей энергосбережения на первом этапе было уделено организации массового производ ства и оснащения всех категорий энергопотребителей относи тельно дешевыми и качественными коммерческими средствами учета и регулирования расхода топлива и энергии, что является непременным условием достижения предусмотренных в про грамме объемов экономии энергоресурсов. Исключительно важное значение это мероприятие имеет для сферы жилищно-коммунального хозяйства, где приборный учет и регулирование расхода энергоресурсов позволят решить социальные задачи, связанные с энергообеспечением населения при сокращении и последующей отмене дотаций в жилищно коммунальном секторе за счет исключения переплат за энерго ресурсы. На втором этапе должны получить свое дальнейшее развитие создание и освоение производителями принципиально новых малоэнергоемких технологий, высокоэффективных в энергетиче ском отношении видов оборудования, технических средств и ма териалов как за счет внедрения достижений научно-технического прогресса, так и за счет совершенствования структуры производ ства и расширения сферы услуг. В общем объеме валового внут реннего продукта будет постоянно возрастать доля наукоемких и энергоэкономичных производств, появится возможность присту пить, исходя из более благоприятной экономической ситуации, к реализации крупных инвестиционных проектов, финансируемых в основном за счет заемных средств российских, а также зару бежных инвесторов. В результате наращивания объемов эконо мии энергетических ресурсов во всех сферах экономики и сокра щения затрат производителей промышленной продукции на энергообеспечение произойдет повышение конкурентоспособно сти российской промышленной продукции. 3.3 . Региональные программы энергосбережения 67 На этом этапе будет также завершено создание системы по казателей энергетической эффективности в составе государст венных стандартов и производственной базы по выпуску энерго сберегающего оборудования и комплексов. 3.3. Региональные программы энергосбережения Важным фактором, определяющим необходимость регио нальной энергетической политики, является федеративное уст ройство России. Разделение властных функций, прав собствен ности и ответственности за топливо и энерrообеспечение регио нов между федеральными органами и субъектами Федерации ускоряет процессы децентрализации упрвления народным хозяй ством и расширяет экономическую самостоятельность террито риально-государственных образований. Региональная энергетическая политика в этих условиях при звана реализовать на рыночных началах выбранную стратегию развития энергетики России и важнейшего ее направления - энергоснабжения, в интересах как государства в целом, так и его составных частей-субъектов Федерации. При этом в области энергосбережения федеральные органы формируют главным образом нормативно-правовую базу и осу ществляют координацию работ по межотраслевым и межрегио нальным проблемам энергосбережения. Федеральные органы иг рают также ведущую роль в создании материально-технической базы энергосбережения, что и отражено в программе «Энерго сбережение России,>. Главным средством реализации региональной энергетиче ской политики являются региональные энергетические програм мы, разрабатываемые, как правило, на 15-20-летний период. В ходе разработки таких программ в большинстве регионов впер вые формулируются цели и задачи энергетической политики на своей территории, прорабатываются механизмы ее реализации, разрабатываются конкретные мероприятия с включением в них дочерних организаций естественных монополий. На базе региональных энергетических программ формируются региональные программы энергосбережения, примерная структу ра которой представлена ниже. 5• Глава 68 3. Перспективы энергосбережения России В региональной программе энергосбережения сконцентриро ваны: • • паспорт программы; характеристика региона, экономики и социальных условий развития; • • • • • цели, задачи и основные положения программы; характеристика потребления энергоресурсов; характеристика топливно-энергетического комплекса; этапы реализации программы; оценка затрат на реализацию программы и направления их расходования; • нормативно-правовое обеспечение программы. Стандарти зация и сертификация. Ценовая, налоговая, бюджетная по литика и тарифы; • основные направления экономики ТЭР: экономия энергоресурсов в промышленности; энергосбережение на предприятиях энергетики; экономия энергоресурсов в жилищно-коммунальном хо зяйстве; экономия энергоресурсов в сельском хозяйстве; экономия энергоресурсов на транспорте; повышение энергоэффективности систем теплоснабжения; - утилизация вторичных энергоресурсов и отходов произ водства. Использование средств автономной и малой энергетики; • • источники и механизмы финансирования программы; информационное обеспечение программы энергосбереже ния. Подготовка кадров. Реклама и пропаганда; • • объекты демонстрационной зоны; • управление энергосбережением. оценка экономической, соuиальной и экологической эф фективности программы; Главная цель региональной программы энергосбережения - разработка стратегии и первоочередных мер в области энергосбе режения, направленных на улучшение соuиальных условий жизни населения, с учетом меняющихся экономических условий, дейст вующего федерального и регионального законодательства, прове дения uеновой и тарифной политики в регионах. При этом реша ют следующие основные задачи управления энергосбережением: • разрабатывают нормативно-правовой блок, основу которого составляют региональный закон «Об энергосбережении,> с 3.3. Региональные программы энергосбережения 69 нормами преимущественно прямого действия, а также нор мативные правовые документы, принимаемые субъектами РФ. Региональные законы и нормативно-правовые доку менты должны соответствовать положениям федерального закона <<Об энергосбережению> и другим нормативно-пра вовым актам федерального уровня; • создают программный среднесрочную блок, программу содержащий региональную энергосбережения. Этот блок включает пакет инвестиционных и инновационных энерго сберегающих проектов и подпрограмму оснащения пред приятий и организаций (в первую очередь бюджетной и муниципальной сферы) приборами учета и регулирования расхода энергоресурсов, а также электротехническим энер госберегающим оборудованием и устройствами; • формируют блок финансового обеспечения программы энергосбережения за счет консолидации средств в порядке, предусмотренном статьей 14 федерального закона «Об энергосбережении,>. Согласно этому закону региональные энергетические комиссии при определении тарифов на электрическую и тепловую энергию должны учитывать эко номически обоснованные затраты потребителей электро- и теплоэнергии на энергосбережение. Порядок консолидации указанных средств и порядок их использования в целях фи нансирования энергосберегающих проектов определяются органами исполнительной власти субъектов РФ. В этом же блоке предусматриваются все другие источники финанси рования программы, не противоречащие законодательству, а также порядок их формирования, направления, сроки ис пользования и система гарантий возврата инвестиций; • создается блок управления, определяющий организацион ные структуры энергосбережения на территории субъекта РФ, обеспечивающие управление финансовыми ресурсами и соответствующими региональными программами энерго сбережения. Региональные проблемы энергосбережения и пути их ре шения в программе «Энергосбережение Россию> проработаны с учетом предложений и конкретных мероприятий по энерго сбережению, поступивших от 57 субъектов Российской Феде рации. Большое внимание при этом уделено концентрации финан совых и материально-технических ресурсов на обеспечение од- Глава 70 3. Перспективы энергосбережения России ной из важнейших региональных проблем при проведении жи лищно-коммунальной реформы а за пределами 2005 r. существенному сокращению, - и прекращению непомерных для местных бюджетов дотаций на оплату энергоресурсов, потребляемых в жилищно-коммунальном хозяйстве. В процессе реализации программы ожидаются следующие конечные результаты: общая величина сэкономленных в период 1998-2005 rr. энергетических ресурсов достигнет 365 .. .435 млн т у. т. На пер вом этапе, в 1998-2000 rr. экономия энергоресурсов составит 53 ... 69 млн т у. т. Это позволит снизить энергоемкость ВВП к концу первого периода на 5,3 %, а к 2006 r. - на 13,3 %. 3.4. Определение теоретически возможного потенциала энергосбережения Для унификации оценок экономии ТЭР и возможности обобщения в масштабах страны региональных энергетических программ, особенно в части энергосбережения предлагается ис пользовать приведенные ниже рекомендации. В числе основных направлений экономии в Пояснительной записке региональной долгосрочной программы должны быть указаны: • • • снижение расхода котельно- печного топлива; уменьшение расхода электроэнергии; увеличение использования вторичных энергетических ре сурсов; ., экономия энергоресурсов на всех видах транспорта, в сель ском хозяйстве, в коммунально-бытовом хозяйстве городов; • использование атомной энергии и возобновляемых источ ников энергии. В представляемые материалы необходимо включать меро приятия по экономии ТЭР, вытекающие из конкретных условий состояния и развития региона. База для сравнения ходов ТЭР в 1998 r. - фактические показатели удельных рас Необходимо сопоставить удельные расходы ТЭР на производство продукции, работ или на однотипные про цессы в России и развитых капиталистических странах и обос- 3.4. новать Определение теоретически возможного потенциала имеющиеся расхождения. Федеральным 71 законом «Об энергосбережении,> и программой <<Энергосбережение России» были поставлены задачи улучшить использование ТЭР, шире во влекать вторичные энергетические ресурсы. Этим задачам соот ветствуют следующие основные мероприятия: • разработка конструкций и организация производства но вых типов технологического и энергетического оборудова ния и транспортных средств, требующих меньших удель ных затрат ТЭР; • замена и модернизация устаревшего оборудования, транс- • • • рациональный выбор энергоносителей; портных средств; интенсификация технологических процессов; разработка и внедрение менее энергоемких технологиче ских процессов, обеспечивающих снижение удельных рас ходов ТЭР; • использование ТЭР и исходного сырья улучшенного каче ства; • комбинирование технологических производств, комплекс ное использование топлива и сырья; • устранение или снижение потерь ТЭР при транспортиров ке и хранении; • снижение потребления электрической энергии в пиковой части графика электрической нагрузки энергосистемы; • улучшение тепловой изоляции зданий и технологических аппаратов; • • снижение сопротивления движению транспортных средств; расширение пропускной способности транспортных узлов и дорожных путей; • строительство новых дорожных путей улучшенного качест ва; переключение грузопотоков с энергоемкого на менее энергоемкий вид транспорта; • • экономия энергоемких материалов; • создание совершенствование ситем эксплуатации топливо- и энерго потребляющего оборудования и транспортных средств; менее энергоемких и безотходных технологий и т. д. Кроме того, целесообразно оценить экономию ТЭР при со вершенствовании систем управления включая использование ЭВМ. предприятиями региона, Глава 72 3. Перспективы энергосбережения России Наряду с экономией повышение эффективности использова- ния ТЭР включает также: • замену дефицитных ТЭР менее дефицитными; • • снижение затрат на транспорт ТЭР; получение из нетранспортабельных топлив транспортабель ных видов ТЭР и т. д. Предусматриваемые долгосрочной региональной програм мой мероприятия должны быть конкретными, например , «уве личение доли работы, выполняемой дизельным автотранспор том», <<установка котлов-утилизаторов» и т. д. В расчетах экономию ТЭР следует определять на последний год (2015 г.) программы по сравнению с уровнем зультат осуществления мероприятий за период 1998 г., как ре 1998-2005 rr. и 2005-2015 rr. Методы расчетов экономии ТЭР зависят от содержания ме роприятий и исходной информации. 1. Экономию ТЭР в общем случае можно определять по раз ности удельных расходов ТЭР до и после осуществления меро приятия: (3.1) где qc и qn - существующий и прогнозируемый удельные расхо ды ТЭР соответственно; А 2. - объем выпуска продукции. Снижение или устранение прямых потерь ТЭР. Экономия определяется по результатам замеров, имеющимся аналитическим зависимостям и т. д. 3. Использование вторичных энергоресурсов (подробно рас смотрено в 4. § 10.2). Внедрение более экономичного топливо- или энерrоис пользующего оборудования, транспортных средств. Расчет экономии рекомендуется осуществлять прямым сче том, по изменению удельных расходов ТЭР на производство про дукции на заменяемом оборудовании, по изменению расхода ТЭР на единицу оборудования (например, станок), по относи тельному снижению расхода топлива и т. п. 5. Экономия ТЭР за счет снижения использования энергоем ких материалов. Экономия топлива, тыс. ту. т., за счет снижения веса изде лий, применения специальных профилей припуска на обрабатываемые изделия, проката, снижения увеличения количества 3.4. изделий, 73 Определение теоретически возможного потенциала получаемых путем штамповки и другими методами, рассчитывается по формуле (3.2) где qтэr - удельный расход ТЭР на получение энергоемких ма териалов ту. т./т продукции; а, и а 2 - удельный расход энерго емких материалов на изготовление продукции соответственно до осушествления мероприятий и после, т/т продукции. 6. Экономия ТЭР от комплексного использования топлива и энергии. Комплексное использование топлива и энергии предусмат ривает наряду с технологическим использованием топлива и энергии, получение дополнительной энергии, например, за счет установки противодавленческих турбин за котельными агрегата ми средних и малых мощностей и др. Экономия ТЭР, тыс. т у. т., в этом случае определяется по формуле: (3.3) где W- дополнительная годовая выработка энергии, млн Гкал или млрд кВт · ч; qfэ"r - удельный расход топлива для получения того же вида энергии на замещаемой установке (котельной или ТЭЦ) при выработке тепловой энергии, т у. т./Гкал; конденса ционной электростанции при выработке электрической энергии, т у. т./(МВт · ч); qi-эr и q~эr - удельные расходы ТЭР на выпуск продукции по базовому варианту и варианту с комплексным ис пользованием ТЭР соответственно, ту. т./т продукции. 7. Экономия ТЭР при применении комбинированных техно логических производств или комплексном использовании сырья. При комбинировании технологических процессов или ком плексном использовании сырья экономия ТЭР достигается в ре зультате меньшего расхода ТЭ Р на производство нескольких ви дов продукции в комбинированном производстве по сравнению с их раздельным производством в базовом варианте. Экономия ТЭР, тыс. ту. т., рассчитывается по формуле (3.4) где Qтэr; - удельный расход ТЭР в производстве отдельного i-го вида продукции; А; объем выпуска i-го вида продукции; Глава 74 В. 0 " 6 3. Перспективы энергосбережения России расход ТЭ Р на получение тех же видов и одинакового объема продукции в комбинированном производстве, ту. т. 8. Экономия топлива достигается за счет оптимизации гра фика электрической нагрузки энергосистемы. Экономия топлива достигается за счет выработки электро энергии на более экономичном оборудовании путем перевода ра боты некоторых потребителей электрической энергии из пико вой в провальную часть графика электрической нагрузки энерго системы . В этом случае расчетная формула имеет вид: Вгэr = Рср t Лq, где Рср - (3.5) среднее снижение максимума электрической нагрузки, тыс. кВт; t - длительность прохождения максимума, ч; Лq - до полнительный удельный расход топлива для выработки энергии, вызванный необходимостью использования для покрытия мак симума нагрузки низкоэкономичного оборудования или исполь зования базового оборудования в нерабочем режиме. Эта величина должна учитывать затраты топлива на содержа ние части мощности в горячем резерве. 9. Экономия ких ТЭР за счет внедрения новых менее энергоем технологических процессов и совершенствования дейст вующих. Экономия по этой группе мероприятий в общем случае рас считывается прямым счетом, по изменению удельных расходов под влиянием мероприятий. Если новая технология влияет на расход ТЭР в последующих переделах, то в расчет экономии надо включать изменение расхода ТЭР по этим переделам. 10. Экономия ТЭР за счет реализации организационных ме роприятий. При осуществлении таких мероприятий, как центра лизация энергоснабжения, внедрение систем автоматического регулирования, экономия ТЭР рассчитывается достаточно точно прямым счетом по аналитическим зависимостям, с учетом изме нений удельных расходов ТЭР . При осуществлении организационных мероприятий, харак теризующихся высокой степенью неопределенности исходной информации (например, оснащение приборами контроля потре бителей энергии, совершенствования системы снабжения или стимулирования за экономию ТЭР), расчеты экономии ТЭР воз можно выполнять на базе статистических показателей, путем со- 3.4. Определение теоретически возможного потенциала 75 поставления затрат (или потерь) энергии на оцениваемом произ водстве с показателями аналогичных производств на передовых предприятиях страны, за рубежом, по экспертным оценкам и др. 11. Оценка годового нерационального расхода электроэнер гии, например, двигателя при его неполной загрузке произво дится по выражению: (3.6) где Т- время работы двигателя; Рн - номинальная паспортная мощность двигателя, кВт; Рд - реальная развиваемая двигателем мощность, кВт. Для асинхронных двигателей эффективно применение авто матического частотно-регулируемого электропривода, дающего экономию электроэнергии не ниже 50 ... 60 %, что позволяет в среднем обеспечить срок окупаемости такой установки 1-2 года. Особенно эффективны такие частотно-регулируемые приводы для вентиляторов и насосов. Контрольные вопросы 1. Какие негативные факторы способствовали разработке и утверждению Правительством РФ целевой программы «Энергосбережение России»? 2. Каков потенциал программы энергосбережения? З. Как финансируется программа энергосбережения? 4. Расскажите об этапах реализации программы. 5. Как разрабатывают региональные программы энергосбережения? б. Как определяют теоретически возможный hотенциал энергосбережения? 7. 8. Как оценить нерациональный расход электроэнергии? Как оценить экономию ТЭР за счет снижения использования энергоемких ма териалов? 9. Как определить экономию ТЭР при применении комбинированных технологи ческих производств или комплексном использовании сырья? Глава 4 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ОБСЛЕДОВАНИЯ И ЭНЕРГОАУДИТЫ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЯЮЩИХ ОБЪЕКТОВ 4.1. Общие положения В соответствии с Федеральным Законом «Об энергосбереже нии>> в целях оценки эффективности использования ТЭР и сни жения затрат потребителей на топливо и энергообеспечение про водятся энергетические обследования (энерrоаудиты) промыш ленных объектов и объектов Федеральной собственности. Комплекс вопросов, определяющих общие положения, орга низацию, виды, методику проведения энергетических обследова ний, требования к обследуемым потребителям ТЭР, оформление результатов и финансирование энергетических обследований, а также права и ответственность при проведении этих работ опре делены <<Правилами проведения энергетических обследований организаций>>, утвержденными Министерством энергетики. Минтопэнерrо рассматривает проведение энергетических об следований одним из основных механизмов организации выпол нения Федеральной целевой программы <<Энергосбережение России». При этом предполагается, что существует два близких, но от личающихся по смыслу понятия - энергетическое обследование и энерrоаудит: • энергетические обследования - обязательная процедура, осу ществляемая в соответствии со ст. 1О Федерального закона «Об энергосбережении>> для предприятий и организаций, 4.1. потребляющих более Общие положения 6 тыс.ту. т. или 77 I тыс.ту. т. моторно го топлива в год. Энергетическое обследование проводится органами Госэнерrонадзора с выдачей соответствующего предписания; • энергоаудит - энергетическое обследование организации на основе добровольной заявки на предмет рационального и эффективного использования ею энергетических ресур сов с составлением энергетического паспорта, выдачей со ответствующих рекомендаций. Энерrоаудит должен предшествовать процедуре лимитирова ния потребностей в топливно-энергетических ресурсах предпри ятий и организаций бюджетной сферы. Общее руководство и координацию работ по проведению энергетических обследований потребителей ТЭР в соответствии с «Правилами» в Российской Федерации осуществляет Главrос энерrонадзор России. В соответствии с утвержденной Посrановлением Правительства РФ (от 12.08.98 r. No 998) трехуровневой структурой энергетического надзора (федеральный, региональный, территориальный) организа цию работ по энергетическому обследованию потребителей ТЭР на территории субъектов Российской Федерации осуществляют регио нальные (территориальные) органы Главrосэнерrонадзора России. Как видно из вышеприведенного, деятельность органов Гос энерrонадзора должна быть направлена, как правило, на созда ние условий востребованности энергоаудита. Минтопэнерrо ре комендует: • всем энерrопроизводителям перед обращением в Региональ ную энергетическую комиссию (РЭК) с предложением о пе ресмотре тарифов пройти независимый энерrоаудит и иметь заключение территориального управления Госэнерrонадзора; • всем потребителям энергетических ресурсов, которые обра щаются в РЭК с просьбой о предоставлении льготных та рифов, пройти независимый энерrоаудит и иметь заключе ние управления Госэнерrонадзора; • потребителям и производителям топлива и энергии, заяв ляющим об оказании им бюджетной поддержки, в том чис ле и в период подготовки к зиме, иметь энерrоаудиторское заключение управления Госэнерrонадзора; • хозяйствующим субъектам, заявляющим об увеличении сво его энергопотребления или создающим свои энерrоисточ ники, иметь заключение энерrоаудиторской фирмы; Глава 78 • 4. Энергетические обследования и энергоаудиты предприятиям, где вследствие банкротства введено внеш нее управление, при утверждении мероприятий по выводу предприятия из кризиса иметь заключение Госэнергонад зора об эффективности использования ими энергетических ресурсов. Эти рекомендации касаются и сельских потребителей, имею щих в настоящее время 50%-ную скидку к тарифам на электро энергию, которым будут устанавливать лимиты потребления де шевой электрической энергии после энергоаудиторского заклю чения об эффективности использования энергии. Согласно <<Правилам>> существуют шесть видов энергетиче ских обследований организации: предпусковое и предэксплуата ционное первичное; периодическое (повторное); внеочередное; локальное; экспресс-обследование. Практика проведения энергоаудита в нашей стране и за ру бежом показала необходимость корректировки изложенного в «Правилах проведения энергетических обследований организа ций>> перечисления видов энергоаудита. При решении проблемы энергосбережения и проблемы ли митирования потребления энергоресурсов достаточно проводить всего два вида энергоаудита: экспресс-обследования и углублен ные энергетические обследования. По результатам экспресс-об следования оценивают состояние энергохозяйства предприятия, укрупненно энергетический баланс предприятия, нерациональ ные потери энергии, основные направления снижения энергети ческих затрат и платы за энергоресурсы. При проведении углубленных обследований помимо указан ного выше проводится сравнение фактических и нормированных затрат на технологию, отопление, вентиляцию, горячее водо снабжение, оценивают возможный потенциал энергосбережения при использовании различных энергосберегающих мероприятий. Углубленные энергетические обследования могут завершать ся составлением энергетического паспорта. Энергетический паспорт разрабатывают в соответствии с ГОСТом Р-99 по единой форме. Он является нормативно-хо зяйственным документом. В расчетно-пояснительной записке к энергопаспорту должны содержаться следующие данные: • краткая характеристика объекта и структурная взаимосвязь его основных производств; • энергоемкость производств по видам потребляемых энер горесурсов; 4.2. • Рекомендации по энергетическому аудиту 79 динамика удельного энергопотребления по видам энерго ресурсов и основным видам продукции, сравнение их с со ответствующими характеристиками энергоэффективных объектов-аналогов; • фонд фактического рабочего времени технологических аг регатов и машин с оценкой использования установленных мощностей и коэффициентов их загрузки; • структура распределения и учета потребления энергоноси телей с оценкой точности их поступления и распределения; • распределение расхода всех видов энергоносителей по тех нологическим процессам, основным, ремонтным и вспо могательным службам; • нормативные и фактические потери энергоносителей в рас пределительных сетях и системах. 4.2. Рекомендации по энергетическому аудиту промышленных предприятий Для проведения энергоаудита различного уровня аудитору необходимо собрать статистические данные и получить первич ную информацию о потреблении энергоресурсов на промышлен ном предприятии. Эта информация должна содержать следую щие данные: а) схемы систем теплоэлектроснабжения, водоснабжения, сжатого воздуха предприятия в целом, и отдельных его подразде лений (цехов, участков), из которых видно распределение видов энергоносителей (количество, параметры и т. п.), и можно опреде лить объекты, имеющие коммерческий учет расхода энергоноси телей, а также объекты, имеющие внутрипроизводственный учет; б) годовой выпуск основной и дополнительной продукции за предыдущий (базовый) и текущий год; в) годовое потребление и расход энергоресурсов (топлива, те пловой и электрической энергии, сжатого воздуха, воды, сжи женных газов и др.) по предприятию и внутрипроизводственным подразделениям; выявление энергетической составляющей в се бестоимости продукции; данные по удельным расходам тепло вой, электрической энергии на единицу продукции за базовый и текущий год; г) фонд рабочего времени, сменность; Глава 80 4. Энергетические обследования и энергоаудиты д) источники теплоснабжения, электроснабжения, сжатого воздуха и тому подобного, включая перечень и их технические характеристики (производительность, параметры, тип оборудо вания, потребляемая мощность и т. п.); е) показатели энергопотребления в существующих формах статистической отчетности и внутрипроизводственной отчетно сти (эксплуатационные журналы, регламенты, проектная доку ментация, паспорта на оборудование, графики загрузки оборудо вания и т. п.); ж) мероприятия и их выполнение за последние повышению эффективности 1-2 энерrоиспользования, года по снижению потерь тепловой и электрической энергии, не требующие значи тельных финансовых затрат; з) состояние учета и нормирования расхода тепловой и элек трической энергии; и) уровень автоматизации работы энерrопотребляющего обо рудования и оснащенность его приборами контроля режим но-технологических параметров; к) наличие паспортов на энергоемкое оборудование, венти ляционные системы, технические характеристики энерrопотреб ляющего оборудования, результаты проведения балансовых ис пытаний и контрольных замеров; л) выход вторичных энергоресурсов (ВЭР) в том числе низ копотенциальных и их использование; м) наличие энергетического паспорта предприятия и дата его составления (обновления). Наличие отчетности по энергобалан су предприятия, цехов. Полученные данные (минимум за последние 2 года) группи- руются, например, по отдельным разделам: • • • • система горячего и холодного водоснабжения; • • система центрального отопления зданий и цехов; система электроснабжения объекта; система газоснабжения объекта; системы технического и коммерческого учета расхода энер- гоносителей; производственные и административные здания. Структура потребления энергоресурсов по предприятию, це хам, участкам основного и вспомогательного производства мо жет быть представлена по форме табл. 4.1. Выполнение планов организационно-технических мероприятий (ОТМ), предписаний и ранее реализованных технических решений по экономии энер- 4.2. Рекомендации по энергетическому аудиту горесурсов представляется в виде табл. 4.2. 81 Остальные статисти ческие данные и информация, отмеченные в п.п. а-е настояще го раздела, отражаются при написании отчета по обследованию. Принципиальные схемы разводки по территории предпри ятия (основных коммуникаций теплоснабжения, электроснабже ния, газовоздухоснабжения, водоснабжения) прилагаются к ма териалам обследования. Таблица 4.1. Структура потребления энергоресурсов по предприятию, его цехам, участкам основного и вспомогательного производства Котель- Предпри- но-печное ятие, в № топливо в том числе тыс.ту. т. цех, уча- газ, мазут извод ст во 3 4.2. энергия, МВт (Гкал) тыс. кВт· ч и т. д.) 2 Таблица Электро- энергия, (уголь, сток, про- 1 Тепло- 4 Расход Сжатый Сжиженные воды вода- воздух в газы в тыс. проводная, тыс. м куб м куб, его артезиан- и его дав- вид и дав- екая, ление Р ление Р тыс. м куб (МПа/атм) (МПа/атм) 6 7 8 5 Выполнение планов ор~технических мероприятий (ОТМ), предписаний и ранее реализованных технических решений по экономии энергоресурсов (по данным обследованного предприятия, цеха, участка и т. д.) за последние один-два года Предприятие, цех, установка разработки Экономия теплоэнерrии, в тыс. Гкал (топ- в тыс. кВт Название мероприятия, Экономия электроэнергии, · ч/rод количест- количест- во мера- экономия во мера- экономия, приятий, план/факт приятий, план/факт план/факт 2 1 ливо в т у. т./rод) Год внедрения 3 4 план/факт 5 6 7 Для проведения энергоаудита привлекают исполнителей от аудиторских, проектных и научно-исследовательских организа ций и заинтересованных исполнителей-специалистов обследуе мого объекта. Состав группы энергоаудита зависит от технологи ческих особенностей объекта и должен включать специалистов по водоснабжению, электроснабжению, газоснабжению, теплоснаб жению, компрессорному, холодильному, электротехническому оборудованию, метрологии. Эти специалисты должны иметь не обходимые технические средства с программным обеспечением для выполнения достоверных качественных замеров на обследуе мом объекте. 6 - 2633 Глава 82 4. Энергетические обследования и энергоаудиты Группа специалистов, проводящих обследование энергохо зяйства предприятия, работает в тесном взаимодействии со служ бами главного энергетика (главного механика), главного техноло га предприятия и другими службами в зависимости от отраслевой специфики. Непосредственную помощь группе оказывает служба главного энергетика (главного механика) предприятия: сбор дан ных, ознакомление с энергохозяйством предприятия, доступ к оборудованию и соответствующим помещениям, подлежащих об следованию, составление принципиальных схем, проведение кон трольных замеров и испытаний. Служба главного технолога (главного металлурга, главного химика и др.) обеспечивает доступ к изучению и ознакомлению с технологическими картами, регламентами и паспортами на энергоемкое оборудование, нормам расхода энергоресурсов на единицу выпускаемой продукции. Выполненный анализ данных о расходе энергоносителей обеспечивает получение достоверной оценки динамики измене ния удельного энергопотребления, эффективности энергопотреб ления на обследуемом объекте с учетом особенностей его техно логических процессов. Методически проведение энергоаудита необходимо разделять на два этапа: предварительный этап (со ставление программы энерrоаудита, определение энергетических характеристик объекта, выделение энергоемких процессов и обо рудования и мест наибольших потерь энергоресурсов); и основной этап - собственно энерrоаудит. 4.3. Анализ энергобаланса Тепловой баланс (например котельной установки) представ ляет собой распределение введенной теплоты сгорания топлива между полезно использованной в установке теплотой и тепловы ми потерями согласно соотношению (4.1) где q1 - газами; га; q5 - полезно воспринятая теплота; q3 , q4 - потери остатками. q2 - потери с уходящими потери от химического и механического недожо в окружающую среду; q6 - потери с очаговыми 4.3. Анализ энергобаланса 83 Коэффициент полезного действия котельной установки 'llк.y представляет собой отношение полезно воспринятой теплоты Qпол к затраченной Qзатр· Для парового котла он определяется по формуле (4.2) для водогрейного котла (4.3) Здесь Dn, G. - расход пара и нагреваемой воды, кг/ч; энтальпии пара и питательной воды, кДж/кг; т 1 , т 2 ра воды на входе и выходе котла; Вт, in, in.в - температу Q;- расход, кг/ч, и распо лагаемая теплота топлива, кДж/кг (твердое и жидкое топливо), кДж/м 3 (газообразное); с. - теплоемкость воды, кДж/(кг · К). Величина КПД 'llк.y необходима для определения расхода топ лива Вт котлом. Значение 'llк.y согласно уравнениям (4.2), (4.3) называется КПД по прямому балансу и может быть определено в результате испытания конкретной установки, при котором измеряются рас ходы топлива Вт, пара Dn или воды G., а Q: определяется по эле ментному составу топлива или по справочным данным. Во многих случаях при испытаниях нет возможности опреде лить расходы топлива или количества пара (воды). Это в особен ности относится к установкам, работающим на твердом топливе, для которых измерение расхода топлива возможно лишь в эпи зодических случаях. В этих условиях величину flк.y определяют по уравнению обратного баланса, вычитая из располагаемой те плоты сгорания топлива вышеуказанные тепловые потери, отне сенные к единице сжигаемого топлива или l м 3 газообразного) (l кг твердого и жидкого (4.4) При сжигании жидкого и газообразного топлива всегда име ют место потери теплоты: с уходящими газами (q5), а в (q3). При - (q2), в окружаю щую среду случае неполного сгорания от химического недожога сжигании твердого топлива в пылевидном со стоянии в камерных топках к указанным добавляются еще поте ри от механического недожога 6* (q4), а в слоевых топках дополни- Глава 84 4. Энергетические обследовани11 и энергоаудиты тельные потери теплоты со шлаком (q6). Из указанных потерь наибольшую величину имеют потери с уходящими газами q2, за висящие от температуры уходящих газов lyx, а также от степени их разбавления воздухом. Количественно степень разбавления выражается коэффициентом избытка воздуха а, представляюще го собой отношение действительного количества поступающего в газовый тракт воздуха J,: к теоретически необходимому а= Величину q2, %, J/;i: J,: /Vo. (4.5) можно определить по формуле q2 =(А+ Bh) (tyx - 11 ) , где lyx, /1 - (4.6) температура уходящих газов и воздуха, используемого для горения, соответственно; h- отношение объемов сухих га зов: действительного и теоретического при а= 1 (величина приближенно может быть принята равной значению а); А и В h - коэффициенты, значения которых зависят от вида топлива: каменные угли А= 6,45. 10-30= 3,47. 10-2 ; мазут А= 6,9 · 10- В= 3,26 · 10-2; природный газ А= 9,9. 10-3 В= 3,14. 10-2• 3 Потери q3, q4 , q6 зависят от вида топлива, типа топочного устройства и ориентировочно могут приниматься: для слоевых топок q3 = 1... 2 %; q4 = 0,5 ... 1 %; q6 = 1... 2 %; при сжигании пылевидного топлива в камерных топках q3 = 1... 2 %; q4 = 0... 0,5 %; q6 = О; при жидком и газообразном топливе q3 =0 ... 0,5 %; Потери q4 =0 %; q6 =0. q5 зависят от мощности котла и составляют для всех видов топлива следующие величины: Тепловая мощность, МВт........ . q5, % ............................................ 1,6 2,5 ... 3,3 3 2,2 ... 3,0 4,5 1,6... 2, 6 1,2 ...2,0 8 1,6 1О 1,5 Анализ энерrоиспользования в энергетических установках, технологических процессах и на предприятии в uелом необходи мо проводить с целью качественной и количественной оuенки 4.3. Анализ энерrобаланса 85 состояния энергохозяйства. Он позволяет решить следующие ос новные задачи: оценку фактического состояния энерrоиспользо вания и выявление причин и значений потерь энергоресурсов. Для этого необходимо исследовать и оценить структуру посту пления и потребления энергетических ресурсов на предприятии (энерrобаланс), определить показатели эффективности энерrоис пользования, к которым относятся: КПД основных энерготехно логических процессов и установок; коэффициент полезного ис пользования энергии (КПИ) по отдельным видам и параметрам энергоносителей; удельные (фактические) расходы энергоносите лей по основным видам выпускаемой продукции. Кроме того, не обходимо оценить влияние качества энергоносителей на рацио нальное их использование на промышленном предприятии. Энергоносители характеризуются технико:...экономическими по казателями, которые включают в себя: стоимость энергоносите лей, параметры энергоносителей (для электроэнергии - напря жение, частота; для тепловой энергии теплоемкость; для топлива - - давление, температура, теплота сгорания, зольность, влаж ность и т. д.), график суточного и годового потребления энерго носителей. По способу разработки энерrобалансы разделяют на: опыт ный, составленный по замерам параметров и расходов; расчет ный, составленный на основании расчета энергопотребления; опытно-расчетный, составленный с использованием замеров и расчетов. В результате оценки и рассмотрения энергетических балан сов определяют фактическое состояние энерrоиспользования предприятия и его отдельных элементов (цехов, участков и т. д.). При этом следует иметь в виду, что все элементы и структуры предприятия, подлежащие обследованию, подразделяют на груп пы процессов и установок, однородных по виду используемых энергоносителей. При оценке и анализе энерrобаланса предпри ятия, его цехов и участков, а также энерrобаланса основных энерготехнологических процессов зовать данные, приятия, находящиеся технологических в и установок, энергетическом регламентах, следует исполь паспорте режимных картах, пред пас портах установок, а также в формах статистической отчетности. При анализе энерrобаланса промышленного предприятия не обходимо изучить и оценить технические и энергетические харак теристики основных технологических процессов и установок, ко торые должны содержать материальные потоки (материальный Глава 86 4. Энергетические обследования и энергоаудиты баланс) на предприятии: расходы и параметры сырья, топлива, энергии и отходов; конструктивные особенности установок (габа ритные размеры, состояние изоляции и т. п.), наличие установок по утилизации теплоты вторичных энергоресурсов, наличие кон трольно-измерительных приборов и автоматики и т. п.; режимы работы оборудования (периодичность использования, продолжи тельность нахождения в «горячем резерве>> и т. п.). На основании данных энерrобаланса предприятия энергоресурсов и намечают пути (цеха) оценивают потери совершенствования энерrоис пользования на предприятии. На ряде предприятий отсутствуют данные по учету расхода тепловой энергии на отопление и вентиляцию. Поэтому количе ственная оценка расхода тепла на отопление, вентиляцию и го рячее водоснабжение по цехам проводится по укрупненным ме тодам расчета, изложенным в СНиП-2-04-05-91 (отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха). Данные расходной части балансов тепловой и электрической энергии на предприятии (цех, участок) согласно табл. и 4.3 4.4 позволяют сделать оценку состояния использования тепловой и электрической энергии и потерь с целью дальнейшей проработ ки вопросов рационального энерrоиспользования и разработки Таблица 4.3. Расходная часть баланса темовой энерrин, тыс. Гкал/rод Напраw~ение использования тепловой энергии Общее по• требление предприятия Год ТСХНОЛО· хозяйствен· гические но-бытовые или (цех , процессы участок) и уста- чее водоснаб- новки жение) 3 4 2 1 Таблица 4.4. нужды (горя- Отпуск вентиляция и отопле- кондициониро- ние вание (хлада- Потери на сто- рону снабжение) 5 8 7 6 Расходная часть баланса электроэнергии, тыс. кВт · ч/r Напраw~ение использования электрической энергии Общее потребление предпри- ятия или (цех, Год процессы и сило- участок) вые установки, в тыс. кВт 1 2 Потери, технологические 3 освещение, тыс . кВт тыс. кВт · ч/г Отпуск на сторону, тыс. кВт . ч/г · ч/г 4 5 6 · ч/г 4.4. Организация работ по аккредитации энергоаудиторских фирм 87 конкретных технических решений (пример составления электро баланса приведен в приложении 2). При более углубленном обследовании (например, для состав ления энергетического паспорта промпредприятия) выполняется расчет составляющих энергетического баланса при нормативных условиях. После чего проводится сопоставление фактических данных расходной части энергобаланса с расчетно-нормативны ми. Полученная при этом разница указывает на нерациональный расход энергоресурсов. Результаты данной работы после обсуждения с ответственным за проведение обследования предприятия докладывают главному энергетику (главному механику) с целью решения вопроса о про ведении балансовых испытаний энергоемкого оборудования и со ставления энергобаланса предприятия (цеха). 4.4. Организация работ по аккредитации энергоаудиторских фирм В соответствии с приказом Минэнерго России от No 27 01.09.2000 г. <<0 проведении обязательных энергетических обследований на предприятиях и в организациях ТЭК>> аккредитацию энерго аудиторских организаций, осуществляющих свою деятельность на предприятиях ТГК, выполняет непосредственно ТГК при обя зательном согласовании с Департаментом Госэнергонадзора. В целях организации работ по проведению энергетических об следований в дочерних и зависимых акционерных обществах Мин энерго, приказом от 26.05.2000 г. No 297 проведение аккредитации энергоаудиторских фирм поручил Центру энергосбережения. Основными задачами Центра энергосбережения в области проведения энергетических обследований являются: • проведение аккредитации энергоаудиторских фирм при Минэнерго; • ведение реестра энергоаудиторских фирм, аккредитован • своевременная ных при Минэнерго; передача информации об энергоаудитор ских фирмах, имеющих аккредитацию, в Департамент Гос энерrонадзора и энергосбережения Минэнерго России; • аналитическая обработка информации, получаемой в ходе организации и проведения энергетических обследований. Глава 88 4. Энергетические обследования и энергоаудиты Аккредитация энергоаудиторских фирм заключается в про верке компетентности энергоаудитора и его готовности к прове дению работ по энергетическим обследованиям. Для прохождения аккредитации энергоаудиторская фирма должна отвечать следующим требованиям: • • обладать правами юридического лица; иметь опыт выполнения работ в соответствующей области деятельности; • располагать квалифицированным аттестованным персо налом; • • иметь необходимое методическое обеспечение; иметь необходимое инструментальное и приборное обеспе чение (см. приложение • 3); иметь соответствующие лицензии на право проведения ра бот, выполняемых в период энергетического обследования. Центр энергосбережения: • в установленные нормативными документами сроки рас сматривает заявку энергоаудитора; • в соответствии с областью аккредитации, на которую пре тендует энергоаудитор, назначает уполномоченную экс пертную организацию для проведения экспертизы энерго аудитора и составления заключения по представленным энергоаудитором документам. Перечень организаций, упол номоченных осуществлять экспертизу при прохождении энергоаудиторами аккредитации, определен приказом Мин энерrо; • на основании заключения уполномоченной экспертной ор ганизации Центр энергосбережения устанавливает область аккредитации и выдает энергоаудитору Свидетельство на право проведения энергетических обследований энергообьек тов, которое согласовывается с Департаментом Госэнерго надзора и энергосбережения Минэнерго России. Основные направления работ по совершенствованию проце дуры аккредитации: • • расширение состава экспертных организаций; совершенствование нормативной базы (уточнение узких (локальных) областей аккредитации - более по видам и типам оборудования, видам энергетических обследований, видам ТЭР и др.); • определение и конкретизация требований к энергоаудито рам в части квалификации персонала. 4.5. Методическое обеспечение энергоаудиторов 89 4.5. Методическое обеспечение энергоаудиторов Перечень основной нормативной документации, обязатель ной к применению при проведении энергетических обследова ний организаций утвержден приказом РАО <<ЕЭС России» от г. № 297 <<0 проведении обязательных энергетических 26.05.2000 обследований>> . Основными документами, обеспечивающими проведение энергетических обследований, являются: 1. Методические указания по проведению энергетических об- следований: • • • • • • • • • • • • • котельного оборудования ТЭС и районных котельных; топливоподачи и пылеприrотовления; газового и мазутного хозяйств ТЭС и РК; паровых турбин; маслонаполненного оборудования и маслохозяйства; вакуумно- конденсационных установок; системы технического водоснабжения ТЭС с градирнями; питательно-деаэрационных установок; регенеративных подогревателей; водно-химического хозяйства ТЭС; теплофикационных установок; теплопроводов тепловых сетей; центральных тепловых пунктов, находящихся в ведении АО-энерrо и АО-электростанций ; • • насосно-дроссельных станций тепловых сетей; оборудования электролизной установки и системы водо родного охлаждения генератора; • • воздушных и кабельных линий электропередачи; силового электрооборудования подстанций напряжени- ем • • • 2. 10 ... 750 кВ; подразделений электрических сетей АО-энерго; электротехнического оборудования электрических станций; гидроэлектростанций . Рекомендации по оценке эффективности энергосберегаю щих мероприятий и мероприятий по повышению надежности, разрабатываемых на основе энергетических обследований элек трической части ТЭС. 3. Пакет методик расчета экономической эффективности энергосберегающих мероприятий по результатам энергетических Глава 90 4. Энергетические обследования и энергоаудиты обследований различных типов электрические и тепловые сети). 4. энергообъектов (ТЭС, ГЭС, Методические указания по определению энергетической эффективности систем транспорта тепловой энергии . 5. Предложения по механизмам финансирования и методике проведения энергетических обследований . 6. Рекомендации по определению стоимости проведения энер гетических обследований энергооборудования и энерrобъектов РАО «ЕЭС РОССИИ>>. 7. Рекомендации по определению стоимости экспертизы при аккредитации энерrоаудиторов. 8. Методики учета затрат на проведение энергетических об следований в составе тарифов на электрическую и тепловую энергию. 9. Отраслевые требования к оборудованию, материалам, ис пользуемым в составе энергосберегающих мероприятий, и сред ствам измерений и диагностики, применяемых при проведении энергетических обследований. Контрольные вопросы 1. В чем состоит различие между энергетическим обследованием и энерго- аудитом? 2. 3. 4. С какой целью проводится энергообследование предприятия? С какой целью проводится энергоаудит предприятия? Какова структура энергетического надзора, предусмотренная постановлени- ем от 5. 12.08.98 r. № 998 Правительства РФ? Какие виды энергетического обследования предусмотрены «Правилами»? б. Какую информацию должен получить энергоаудитор от предприятия? 7. 8. 9. 10. Какие специалисты могут проводить энерrоаудит? Что дает анализ энерrобаланса энерrоаудитору? Как организуют работу по аккредитации энерrоаудиторских фирм? Какие методические указания для энергоаудиторов разработаны РАО «ЕЭС России» на сегодняшний день? 11. 12. Какие сведения содержит энергетический паспорт предприятия? Кто, когда и зачем разрабатывает энергетический паспорт предприятия? Глава 5 ПРИРОДООХРАННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ 5.1. Антропогенная деятельность и ее влияние на экологию Антропогенные факторы разрушают химические процессы, регулирующие основные экосистемы. Углекислый газ, который природа миллионы лет удаляла в кладовые земли в виде угля и нефти, человек за несколько деся тилетий ХХ в. снова выбросил в атмосферу. Ежегодные выбросы пыли, копоти и сажи к 2008 r. составили 6,6 млрд т. Их концен трация в атмосфере достигла 372 единиц. Экологи считают, что такого уровня она не достигала за предшествующие 20 млн лет. Это стало одним из самых мощных факторов изменения клима та, явлением, которое уже почувствовали в своей повседневной жизни все земляне. За последние 50 лет среднемировая температура повысилась 1 ·с, с 13,87 в 1958 г. до 14,53 в 2008 r. Со времени на почти на чала регистрации температуры, более ста лет тому назад, девять самых высоких среднегодовых температур в мире отмечены в последние 12 лет. За 250 лет промышленной революции концен трация углекислого газа в атмосфере увеличилась на 31 %, в том числе на 18 % с 1960 r. Чем больше повышается температура, тем меньше способен океан поглощать сажу. Установлено, что ее содержание в океане в 50 раз выше, чем в атмосфере. По мере повышения температуры вод океана снижается их способность абсорбировать сажу из атмосферы. Это означает, что парнико вый эффект ускоренно нарастает. США, население которых составляет 4% мирового населе ния, выбрасывают в атмосферу четверть всей пыли, копоти и 92 Глава - сажи в 17 5. Природоохранная деятельность раз больше на душу населения, чем в Индии, чис ленность населения которой приближается к миллиарду. Повышение температуры для многих людей, например для россиян, живуших в самой холодной стране, может казаться долгожданным благом. На деле оно ведет к нарушениям при вычных природных явлений и ритмов. Тают ледники и айсберги. Глобальный уровень Мирового океана поднимается на несколь ко миллиметров в год. Казалось бы, что особенного: речь о мил лиметрах! Но за прошлое столетие океан поднялся на Ученые считают, что в на и даже на 50 100 XXI 10 ... 20 см. в. уровень океана может подняться см. Это означает, что миллионы гектар суши уйдут под воду, в том числе многие островные государства на Тихом океане. Одно временно быстро увеличивается численность населения на зем ном шаре. Рост народонаселения сам по себе не является решающим фактором загрязнения окружающей среды. Решающим является использование энергии и то, из чего она производится и как ис пользуется. Жизнь есть потребление и отдача энергии. Энерго носители стали решающим фактором и современного производ ства, и современной геополитики. В экономической науке уже давно используется показатель энергоемкости, измеряемой за тратой энергии на денежную единицу продукции. Подсчитано, что за 120 лет, с 1850 по 1970 г., число жителей на нашей плане те утроилось, а потребление энергии увеличилось в потребление 2050 энергии будет расти г. оно должно увеличиться еще в известные успехи в снижении на ции, 1973 прежними достигнутые после 5 28 % нефтяного 12 раз. Если темпами, то к раз. И это несмотря на энергоемкости продук эмбарго, объявленного в г. нефтедобывающими странами, и пятикратного роста цен на нефть. Использование возобновляемых источников энергии остается по-прежнему низким. Потребление энергии и выбросы в атмосферу углекислого газа в развитых странах несравнимо с большинством менее развитых стран, о чем свидетельствуют данные, приведенные в табл. 5.1. Обращает на себя внимание не столько то, что американец в среднем потребляет электричества в 560 раз больше, чем эфиоп, а то, что он потребляет его вдвое больше, чем немец, житель не менее индустриально развитой страны. Соответственно вклад немца в загрязнение атмосферы вдвое меньше, чем вклад амери канца. 5.1. Таблица 5.1. Антропогенная деятельность и ее влияние на экологию 93 Потребление энер111и и выбросы уrлекнслоrо rаза на душу населения в разных странах Потребление в год Выброс углекислого Страна нефти, т, на душу населения электричества, газа, т, на душу населения кВт/ч, на душу населения США 8,1 12331 19,7 Япония 4,1 7628 9,1 Германия 4, 1 5963 9,7 Польша 2,4 2511 8,1 Бразилия 1,1 1878 1,8 Китай 0,9 827 2,3 Индия 0,5 355 1,1 Эфиопия 0,3 22 0,1 (без Гонконга) Добыча, производство, переработка, хранение и использова ние ТЭР объективно оказывают негативное воздействие на при родную среду, изменяется ландшафт, потребляется большое ко личество пресной воды и кислорода, загрязняются все элементы окружающей среды продуктами сгорания топлива, твердыми и жидкими отходами. В России с производством и потреблением топлива, включая транспорт, связано свыше 70 % вредных вы бросов в атмосферу, около трети сточных вод и твердых отходов всех отраслей народного хозяйства. Доля отдельных потребителей топлива в общем объеме вредных выбросов в атмосферу составляет,%: Транспорт ................................... ... ............... ................... 29,0 Электроэнергетика .................. ........... ... ... ....................... 32,0 Топливные отрасли промышленности .......................... 11,0 Несмотря на меры, принимаемые в области охраны окружающей среды, абсолютные объемы вредных выбросов от пред приятий ТЭК до 2002 г. возрастали. 94 Глава 5. Природоохранная деятельность Состояние воздушной среды определяется в основном объе мами и условиями переработки и сжигания топлива в стацио нарной энергетике и на транспорте. С продуктами сгорания топ лива поступает в атмосферу основная масса золы, сажи, окислов серы и азота, углеводородов и канцерогенных веществ. В районах действия крупных ГРЭС и предприятий топлив ной промышленности ежегодно на 1 км 2 территории осаждается до 20 т соединений серы, до ческих соединений, до 50 т друrих легкорастворимых хими 1000 т ограниченно растворимых твердых продуктов. В составе твердых продуктов в почву поступает до 0,5 т/км 2 токсичных микроэлементов и канцерогенных веществ. Крупные ТЭС создают повышенные локальные концентра ции вредных компонентов на территории 400 ... 500 км2, увеличи вают минерализацию воды в реках, ухудшают их гидрохимиче ские и гидробиологические характеристики. Добыча и использование твердого топлива связаны с выхо дом большого количества твердых отходов, свыше 1,6 млрд т в год, которые вызывают загрязнение атмосферы, почвы и поверх ностных вод вредными компонентами, требуют вывода земель из полезного использования, приводят к нарушению ландшафта. Особенно велик ущерб, причиняемый окружающей среде золо шлаковыми отходами, объем которых достиг 100 млн т/год. Ученые-прогнозисты считают, что доля транспорта в потреб лении энергии будет увеличиваться, если человечество не при мет меры, чтобы сокращать энергоемкие виды транспорта, избе гать переездов и перевозок, которые не соответствуют критерию устойчивости развития. Критерий этот должен учитывать не только требования рынка, но требования общества и природы. Только 0,5 % пассажиров используют воздушный транспорт, но на него тратится 5 % всей энергии транспорта. Автоперевозки в 4-5 раз - раз более энергоемки, чем железнодорожные, и в десятки чем морские. Наиболее быстро растут затраты энергии на частный парк автомашин. По дорогам планеты в 2008 г. мчались, отравляя ат мосферу, 682 млн автомобилей. Дыхание каждых девяти человек сопровождается выхлопами одной автомашины. Треть из них (214 млн) - в США, 72 млн - в крошечной Японии. Число лич ных пассажирских автомашин достигло 583 млн, треть из них опять же в США. Данные о динамике роста парка автомобилей в некоторых странах приведены в табл. 5.2. 5.1. Таблица 5.2. Антропогенная деятельность и ее влияние на экологию 95 Динамика роста парка автомобилей, млн шт. Год Страна 1960 1970 1980 1990 1999 73,9 168,4 155,8 188,8 213,5 Япония 1,3 17,3 37,1 56,5 71,7 Германия 5,6 15,5 24,6 32,2 45,8 Китай - - 1,7 5,8 12,8 Индия 0,5 1,1 1,9 4,2 8,2 Аргентина 0,9 2,3 4,3 5,9 6,6 Южная Африка 1,2 2,1 3,4 5,1 6,6 Чехословакия 0,4 1,0 2,6 3,7 5,1 США Опыт показывает, что увеличение производства автомашин - дело простое, несравнимое с постройкой «Шаттлов,> и <<Бурана», с освоением космоса. Японцы за десять лет, с увеличили свой автопарк в 15 млн личных автомашин 20 лет. 13 до 1970 rr., 2003 r. было 2009 r. и 150 млн 1960 раз. В Китае в конце и ожидается 24 млн в через Растет потребление энергии и в жилых домах. Четверть насе ления планеты или не имеет вообще крыши над головой, или прозябает в трущобах. Но в богатых странах жилища становятся все просторнее и потребляют все больше энергии. За 20 лет с по 1992 r. более просторные жилища стали причиной 20%-ноrо роста потребления энергии на душу. На жилища при ходится 12 % парникового эффекта. Средний размер жилища в США за последнюю четверть века 1973 r. вырос на 38 %, составив 210 м 2 на семью, что вдвое больше, чем в Европе, и в 26 раз больше, чем в Африке. Уже не только ученым и специалистам, но и простому обы вателю становится ясным, что природа болеет. Это с запоздани ем в 20-30 лет начинают осознавать даже жители городов и ме гаполисов, которые почти полностью оторваны от природы и ее циклов. Глава 96 В 1997 5. Природоохранная деятельность г. в японском городе Киото после двухлетних перего воров было достигнуrо соглашение - Протокол Киото, который предусматривает сокращение к 2012 г. загрязнения атмосферы на 5,2 % по сравнению с выбросами 1990 г. Япония, Канада и 15 стран Европейского союза , ратифицировали его. К концу 2003 г. его, без особых раздумий, подписали 120 государств . Протокол Киото установил для стран квоты выброса сажи, пыли, копоти и газов в атмосферу, за превышение которых пре дусматривается штраф. Недоиспользованные квоты могуr быть проданы другим государствам, которые не укладываются в свою квоту. Россия присоединилась к Киотскому соглашению в нояб ре месяце 5.2. 2004 г. Основные направления экологической политики при развитии ТЭК Осуществляемые в стране социально-экономические рефор мы позволяют формировать варианты активной экологической политики, направленной на обеспечение нормативных санитар но-гигиенических требований во всех регионах страны. Эту генеральную линию в экологической политике на совре менном этапе целесообразно осуществлять в первую очередь в регионах с наиболее неблагоприятной экологической ситуацией. Реализация активной экологической политики связана с выделе нием дополнительных материальных ресурсов. Поэтому, прини мая активную экологическую политику как основу, ее необходи мо гибко осуществлять в региональном разрезе, сообразуясь с масштабностью работ и этапностью их проведения. Объем вредных выбросов зависит от структуры топлив но-энергетического баланса (ТЭБ), экологической чистоты ис пользуемого топлива (рис. 5.1), от технического уровня и усло вий эксплуатации топливоисполъзующих установок и очистного оборудования, от организации управления природозащитной деятельностью. Поэтому для успешного решения проблемы за щиты окружающей среды недостаточно применения каких-то отдельных разрозненных мероприятий, связанных с научно-тех ническим прогрессом в какой-то одной отрасли, а необходима система взаимосвязанных технических, вовых и экономических мероприятий . организационных, пра 5.2. Основные направления экологической политики 97 Твердое топливо Твердое топливо Газ Мазуr ~~ Оксиды азота Оксиды серы Твердые частицы О - ТЭС; ~ - котельные районные и промышленные; ~ - печи и коммунальные котельные Рис. 5.1. Сопоставление удельных выбросов вредных веществ в атмосферу при сжигании топлива различными потребителями, кr/т у. т. Учет требований защиты окружающей среды и охраны при роды начинается при формировании и оптимизации ТЭБ страны и экономических районов. Энергетическая потребность, как из вестно, может быть покрыта различными видами топлива и энер гии, которые имеют различную экологическую чистоту и эконо мические показатели, изменяющиеся в широком диапазоне. На объем вредных выбросов оказывает влияние качество то плива, экологическая чистота подготовки и сжигания (табл. и совершенство технологии его 5.3). Важным направлением уменьшения объема вредных выбро сов является комплексная переработка топлива и уrилизация от ходов его сжигания. Комплексная переработка топлива не только позволяет решать остро стоящие проблемы экологии, но и суще ственно расширяет сырьевую базу важной для страны продукции (алюминия, кремния, галлия, серы). Особого внимания заслужи вает вопрос уrилизации серы, содержащейся в топливе. При сло жившемся дефиците серы в народном хозяйстве увеличивается выход ее в окружающую среду в составе выбросов и отходов при использовании топлива. Причем себестоимость извлечения по пуrной серы из топлива меньше, чем ее производство из само родных источников. Вместе с тем в стране извлекается только около 7 - 2633 20 % попуrной серы от содержания в исходном сырье. Из Глава 98 Таблица 5.3. 5. Природоохранная деятельность Удельные выбросы вредных веществ в атмосферу при сжигании топлива различными потребителями, кr/т у. т. Виды используемого топлива и удельные выбросы вредных веществ Виды вредных выбросов Газ Мазуr Твердое топливо (ер. взвешенное) Тепловые электростанции Оксиды серы - 40,6 46,1 Оксиды азота 5,3 7,0 14,7 - - 12,1 Твердые частицы Районные и промышленные котельные Оксиды серы - 40,6 41,7 Оксиды азота 5,0 5,5 7,3 - - 47,4 Твердые частицы Печи и коммунальные котельные Оксиды серы - 40,6 41,4 Оксиды азота 3,5 3,5 5,2 - - 78,7 Твердые частицы угля извлекается - 0,4 %, из нефти - 1,8 %, в газовой промыш ленности доля извлекаемой серы составляет 90 %, что обусловле но не интересом к использованию серы, а необходимостью обес печить требования к качеству газа. Увеличение извлечения серы из топлива до рациональных объемов позволит ликвидировать дефицит серы в народном хозяйстве без выделения капитальных вложений на добычу самородной серы. Зольные отходы электростанций являются ценным сырьем для производства строительных материалов и могут применяться в дорожном строительстве, производстве минеральных удобре ний. Однако несмотря на растушую потребность в строительных материалах и сырье, фактические объемы утилизации золошла ковых отходов в народном хозяйстве составляют около 10 %. На перспективу намечается наращивание объемов утилизации зо лошлаковых отходов. Строительство установок по сбору золы и 5.3. 99 Виды вредностей и их воздействие на человека шлаков электростанций, ввод необходимых мощностей для их переработки даст большой экономический и экологический эф фект. Мероприятия по высвобождению светлых нефтепродуктов на транспорте и замене их альтернативными видами также являются важной природоохранной мерой. топлива Вытеснение бензина и дизельного топлива сжатым, сжиженным газом не только сокращает удельный расход топлива, но и в 2,5 раза сни жает выход вредных веществ в воздушный бассейн при эксплуа тации двигателей. Помимо этого, от объектов добычи и перера ботки газа загрязнение окружающей среды в 7 раз меньше, чем от объектов добычи и переработки нефти. В целом при замене нефтепродуктов на сжатый и сжиженный газ выход вредных ве ществ в атмосферу снижается на 650 кг в расчете на тонну заме щаемых на транспорте светлых нефтепродуктов. Энергетическое использование метана, образующегося при шахтной добыче угля, позволило бы предотвратить более 4 млн т ежегодных выбросов углеводородов при одновременном расши рении ресурсов экологически чистого газообразного топлива. Благоприятные для окружающей среды последствия будет иметь намечаемое на перспективу повышение степени хозяйст венного использования попутного нефтяного газа, уменьшение потерь нефтепродуктов при переработке и хранении нефти. 5.3. Виды вредностей и их воздействие на человека Человек чувствует себя нормально, если вдыхаемый им воз дух чист и не содержит вредных для организма и жизнедеятель ности различных пылей, паров и газов. Вредные примеси, содер жащиеся в воздухе, могут проникать в организм человека через дыхательные пути, желудочно-кишечный тракт, кожные покро вы. При создании новых и перевооружении существующих пред приятий предусматривают мероприятия, обеспечивающие усло вия для нормальной работы, при которых воздух очищается от вредных примесей. Но существуют еще технологические процес сы, сопровождающиеся выделением вредных веществ или вы полняемые в условиях повышенной запыленности и загрязнения воздуха (землеприготовительные цехи, углеразмольные участки, литейные и кузнечные цехи и др.). Одним из самых распростра7* Глава 100 5. Природоохранная деятельность ненных вредных веществ является пыль. Пыль - это мелкие час тицы твердого вещества, способные находиться в воздухе во взве шенном состоянии. Пыль образуется при строительных работах (разборке старых конструкций, дроблении камня и других сырье вых компонентов, транспортировке сыпучих грузов и т. п.), обра ботке твердых металлов, перегрузке угля и др. По воздействию на организм человека различают пьmи ядо витые (токсичные) и неядовитые (нетоксичные). Ядовитые пыли растворяются в биологической среде организма и вызывают от равления. Например, свинцовая пыль, образующаяся при изго товлении и ремонте свинцовой оболочки кабелей, аккумулято ров, попадая в организм вместе с вдыхаемым воздухом, вызывает изменения в нервной системе, крови, дыхательных путях. Неядо витые пыли оказывают вредное действие на дыхательные пути, являясь причиной заболевания их верхних отделов и легких, дей ствуют на кожу, глаза и уши. Попадая на слизистую оболочку носа, трахеи, бронхов, пыль вызывает разнообразные реакции в зависимости от ее происхождения. Развиваются острые и хрони ческие риниты (насморки). Задерживаясь в дмхательных путях, пыль вызывает катары бронхов, бронхиальную астму. Вредность воздействия зависит от количества вдыхаемой пьmи, размеров и формы пылинок и их химического состава. Мелкие пьmинки размером О, 1... 0,2 мкм называются дымом. В легких он не задерживается и выдыхается обратно. Частицы размером IО мкм и более задерживаются в носоглотке. Наиболее опасны частицы размером 0,2 ... 7 мкм не задерживаются в верх них дыхательных путях, а проникают в легкие и вызывают про фессиональные заболевания - пневмокониозы (силикоз и др.). Силикоз возникает от действия пыли, содержащей двуокись кремния. Пневмокониозы ведут к ограничению дыхательной по верхности легких и изменениям во всем организме человека. Некоторые производственные процессы сопровождаются вы делением вредных веществ, попадающих в воздух рабочей зоны в газо- и пылеобразном состоянии. Например, при монтаже и ре монте аккумуляторных установок выделяются пары кислот или щелочей, при изготовлении электродвигателей и проведении ла кокрасочных и пропиточных работ сварке и пайке - - пары растворителей, при пары металлов и др. Поступление вредных ве ществ через органы дыхания - самый распространенный и опас ный путь: всасывание ядовитых веществ происходит интенсивно, они попадают в большой круг кровообращения, минуя печень. Предельно допустимые концентрации вредных веществ 5.4. Поступление ядовитых веществ через 101 желудочно-кишечный тракт несколько менее опасно, потому что большая часть их, всо савшаяся через стенки кишечника, попадает в печень, где задер живается и обезвреживается. Проникающие через неповрежден ную кожу ядовитые вещества также весьма опасны, так как попа дают в этом случае прямо в большой круг кровообращения и вызывают отравление организма человека. Тяжесть отравления зависит от концентрации веществ, времени действия, температу ры окружающей среды (при высокой температуре воздуха ядови тые пары проникают в организм быстрее). Яды оказывают ток сичное действие на организм в целом, но некоторые ядовитые вещества действуют преимущественно на отдельные органы и системы (например, нерв; бензол 5.4. - метиловый спирт поражает зрительный кровотворные органы и т. д.). Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны Вредные вещества эпиднадзора - вещества, для которых органами сан установлена предельно допустимая концентрация (ПДК). Список «Предельно допустимые концентрации вредных ве ществ в воздухе рабочей зоны>> разработан в рамках секции <<Про мышленная токсикология>> проблемной комиссии <<Научные ос новы гигиены труда и профпатологии». ПДК - это Государственный гигиенический норматив для ис пользования при проектировании производственных зданий, технологических процессов, оборудования, вентиляции, для кон троля за качеством производственной среды и профилактики не благоприятного воздействия на здоровье работающих. ПДК - концентрации, которые при ежедневной (кроме вы ходных дней) работе в течение тельности, но не более 41 8 ч или при другой продолжи ч в неделю, в течение всего рабочего стажа не могут вызывать заболеваний или отклонений в состоя нии здоровья, обнаруживаемых современными методами иссле дований в процессе работы или в отдаленные сроки жизни на стоящего и последующих поколений. ПДК для большинства веществ являются максимально ра зовыми, т. е. содержание вещества в зоне дыхания работающих Глава 102 усреднено периодом 5. Природоохранная деятельность кратковременного отбора проб воздуха: мин для токсических веществ и 30 мин для веществ преиму щественно фиброrенноrо действия. Для высококумулятивных 15 веществ наряду с максимально разовой установлена среднесмен ная ПДК, средняя концентрация, полученная при непрерывном или прерывистом отборе проб воздуха при суммарном времени не менее 75 % продолжительности рабочей смены или концен трация средневзвешенная во времени длительности всей смены в зоне дыхания работающих на местах постоянного или времен ного их пребывания. Под воздействием применяемого оборудования и технологи ческих процессов в рабочей зоне создается определенная внеш няя среда. Ее характеризуют микроклимат, содержание вредных веществ, уровень шума, вибраций, излучений, освещенность ра бочего места. Содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны не должно превышать установленных ПДК. В соответствии с СН 245-71 и ГОСТ 12.1.007-76 БТ все вредные вещества по степе ни воздействия на организм человека подразделяют на четыре класса опасности: первый класс - чрезвычайно опасные с ПДК< l мr/м 3 (сви нец, ртуть - 0,001 мr/м 3 ); второй класс - высокоопасные с ПДК=О,1 ... 1 мr/м 3 (хлор О, l мг/м 3 ; серная кислота - 1 мr/м 3 ); третий класс - умеренно опасные с ПДК = 1, 1... 1О мг/м 3 (спирт метиловый - 5 мr/м 3 ; дихлорэтан - 10 мr/м 3 ); четвертый класс - малоопасные с ПДК> 10 мr/м 3 (напри мер, аммиак - 20 мr/м3; ацетон - 200 мr/м 3 ; бензин, керосин 300 мr/м 3 ; спирт этиловый - 1000 мr/м 3 ). По характеру воздействия на организм человека вредные ве щества можно разделить на группы: р аз др аж а ю щ и е (хлор, аммиак, хлористый водород и др.); уд у ша ю щи е (оксид угле рода, сероводород и др.); нар к от и чес кие (азот под давлени ем, ацетилен, ацетон, четыреххлористый углерод и др.); тические, ети ор r ан вызывающие нарушения с ом а - деятельно из м а (с,винец, бензол, метиловый спирт, мышьяк). Согласно требованиям санитарных норм и стандартов Систе мы стандартов безопасности труда, на предприятиях должен осу ществляться контроль за содержанием вредных веществ в возду- 5.4. Предельно допустимые концентрации вредных веществ 103 хе рабочей зоны. Где применяются высокоопасные вредные ве щества первого - класса контроль непрерывный, с помощью автоматических самопишущих приборов, выдающих сигнал при превышении ПДК. Где применяют вредные вещества второго, третьего и четвертого классов, должен осуществляться периодиче ский контроль путем отбора и анализа проб воздуха. Отбор про изводят в зоне дыхания в радиусе до 0,5 м от лица работающего; берется не менее пяти проб в течение смены. К вредным веществам однонаправленного действия, относят вредные вещества, близкие по химическому строению и характе ру биологического воздействия на организм человека. Примерами сочетаний веществ однонаправленного действия являются: а) фтористый водород и соли фтористоводородной кислоты; б) сернистый и серный ангидрид; в) формальдегид и соляная кислота; г) различные хлорированные углеводороды (предельные и непредельные); д) различные бромированные углеводороды (предельные и непредельные); е) различные спирты; ж) различные кислоты; з) различные щелочи; и) различные ароматические углеводороды (толуол и ксилол, бензол и толуол); к) различные аминосоединения; л) различные нитросоединения; м) амино- и нитросоединения; н) тиофос и карбофос; о) сероводород и сероуглерод; п) оксид углерода и аминосоединения; р) оксид углерода и нитросоединения; с) бромистый метил и сероуглерод. При одновременном содержании в воздухе рабочей зоны не скольких вредных веществ однонаправленного действия сумма отношений фактических концентраций каждого из них (К 1 , К 2 , ... , Кп) в воздухе к их ПДК (ПДК 1 , ПДК 2 , ... , ПДКп) не долж но превышать единицы: ~+ пдк 1 К2 пдк 2 + ... + Кп пдкп <1. (5.1) Глава 104 5. Природоохранная деятельность В списке ПДК используют следующие обозначения: п пары и/или газы; а п аэрозоль; +а смесь паров и аэрозоля; требуется специальная защита кожи и глаз; + О вещества с остронаправленным механизмом действия, требующие автоматического контроля за их содержани ем в воздухе; А вещества, способные вызывать аллергические заболевания в производственных условиях; К канцерогены; Ф аэрозоли преимущественно фиброгенноrо действия . При одновременном выделении в воздух рабочей зоны помещений нескольких вредных веществ, не обладающих однонаправ ленным характером действия, количество воздуха при расчете об щеобменной вентиляции следует принимать по тому вредному веществу, для которого требуется подача наибольшего объема чистого воздуха. В нашей стране ПДК устанавливают санитарные органы Минздрава России. Периодически, в соответствии с уровнем раз вития медицинских знаний ПДК пересматривают, как правило, в сторону ужесточения. Так, например, до 1968 г. действовали нор мы, предусматривающие ПДК бензола 20 мг/м 3 • Клинико-гигие нические исследования выявили случаи неблагоприятного воз действия таких его концентраций на организм человека. Это по служило основанием к снижению ПДК бензола до 5 мг/м 3 • В общем, можно сказать, что все предельно допустимые концен трации стремятся к некоторым пределам, называемым обычно предельно допустимыми экологическими концентрациями (ПДЭК). Имеются в виду концентрации вредных веществ, не оказываю щие вредного влияния (ближайшего или отдаленного) на эколо гические системы, т. е. на совокупность живых организмов, сре ду обитания и их взаимосвязь. В настоящее время ПДК установлены для воздуха рабочей зоны более чем для 850 веществ . В табл. 5.4 приведены ПДК не которых вредных веществ в воздухе рабочей зоны и атмосферно го воздуха населенных мест . 5.4. Предельно допустимые концентрации вредных веществ 105 Таблица 5.4. ПДК некоторых вредных веществ в воздухе производственных помещений и атмосферном воздухе населенных мест Предельно допустимые концентрации, мr/м 3 Загрязняющее вещество рабочей максимальная средняя зоны разовая суrочная Азота ДИОКСИД 5,0 0,085 0,085 Аммиак 20 0,20 0,20 Ацетон 200 0,35 0,35 Сероводород 10 0,008 0,008 Фенол 5 0,01 0,01 Формал1'деrид 0,5 0,035 0,012 Хлор 1,0 1,10 0,03 Бензол 5,0 1,50 0,80 Дихлорэтан 10 3,0 \,О Серы ДИОКСИД 10 0,5 0,05 Метанол 5,0 1,0 0,5 Фтористые соединения 0,5 0,02 0,005 6 0,5 0,05 1000 5 5 (в пересчете на фтор) Пыль нетоксичная (известняк) Этанол Другой важнейшей величиной, характеризующей уровень за грязнения атмосферного воздуха, является предельно допустимый выброс (ПДВ). В отличие от ПДК, ПДВ является научно-техни ческим нормативом. Его измеряют во времени и устанавливают для каждого источника организованного выброса при условии, что выброс вредных веществ от данного источника и от совокуп ности источников района (с учетом перспективы развития про мышленных предприятий и рассеивания вредных веществ в ат мосфере) не создает приземной концентрации, превышающей 106 Глава 5. Природоохранная деятельность их ПДК для атмосферного воздуха. Предельно допустимые кон центрации можно получать за счет разбавления отходящих га зов - увеличения мощности вентиляционных систем или строи тельства более высоких труб. На предприятиях, где применяют вредные вещества, разраба тывают и внедряют мероприятия по улучшению санитарно-тех нического состояния. Предусматривается прогрессивных технологий, применение новых исключающих контакт человека с вредными веществами. 5.5. Охрана атмосферного воздуха от загрязнений промышленными предприятиями На промышленных предприятиях воздух, выбрасываемый в атмосферу из систем местных отсосов общеобменной вентиля ции и технологических процессов, содержащий загрязняющие вредные вещества, должен подвергаться очистке, а остаточное количество вредных веществ необходимо рассеивать в атмо сфере. <<Методика вредных расчета веществ, концентрации содержащихся в в атмосферном выбросах воздухе предприятий>> (ОНД-86) Госкомгидромета СССР предусматривает, что концен трации вредных веществ от вентиляционных выбросов данного объекта с учетом фоновых концентраций от других выбросов не должны превышать: а) в атмосферном воздухе населенных мест предельно допус тимых максимальных разовых концентраций вредных веществ (ПдКп), 0,8 ПДК" установленных - в зонах Госкомсанэпиднадзором санитарно-защитной России, охраны или курортов, крупных санаториев, домов отдыха и в зонах отдыха городов; б) в воздухе, поступающем в помещение производственных и административно-бытовых зданий через приемные устройства, открываемые окна и проемы, используемые для притока воздуха 0,3 предельно допустимых концентраций вредных веществ для рабочей зоны производственных помещений (ПДК,.., ). Очистку выбросов пылегазовоздушной смеси можно не пре дусматривать из систем с естественным побуждением, а также из систем источников малой мощности с искусственным побужде нием, если эти выбросы не нарушают требований соответствую- 5.5. Охрана атмосферного воздуха от загрязнений 107 щего раздела проекта <<Охрана атмосферного воздуха от загряз нений». Для упрощения расчетов по охране атмосферного воздуха введены понятия - вентиляционный источник малой мощности, и условный источник. Это один источник или условный источник, заменяющий группу источников, находящихся на кровле здания в пределах площади круга диаметром 20 м. Общий расход пыле газовоздушной смеси таких источников составляет L :S 10 м 3/с. Условная концентрация q, мг/м3, по каждому вредному веществу не должна превышать q1, q2 и q3 , а для пыли, кроме того, небо лее 100 мг/м 3 • Значения q1, q2 и q3 определяют по формулам: q1 = 10 H+D D qп; (5.2) L Q2 (5.3) = zn qn; / D (5.4) q3 =0,08-Kqw·· Здесь Н - " высота расположения устья источника над уровнем земли, м; для группы источников высоту Н определяют как вы соту условного источника, равную среднему арифметическому из высот всех источников группы; D- диаметр устья источника, м; для группы источников диаметр условного источника равен: (5.5) если устье источника не круглое, то за D следует принимать диа метр, определяемый по формуле D = 1, 13 А 0 • 5 , здесь А - площадь поперечного сечения устья источника, м2; Lcon - условный рас ход атмосферного воздуха для разбавления выбрасываемых вред ных веществ; при расстояниях от источника до границы населен ного пункта 50, 100, 300, 500 ми более условный расход воздуха равен соответственно 60, 250, 2000, 6000 м 3/с; L - расход пылега зовоздушной смеси для одного конкретного или условного ис точника, м 3/с; /- расстояние, м, между устьем одного источника и приемным устройством для наружного воздуха по горизонтали: при/< 10 следует принимать/= l0D; при/> 60 / = 60D. Расстояние условного источника от приемного отверстия для группы i источников / равно: (5.6) 108 где Глава / 0 , lь, ... , 1; - 5. Природоохранная деятельность расстояние по горизонтали каждого из источни ков группы, оси струй которых при направлении ветра в сторону рассматриваемого приемного устройства для наружного воздуха вписываются в его габариты; К - коэффициент, характеризую щий уменьшение концентрации вредных веществ в струе, его определяют по приложению 23; СН и П 2.04.05-91*; qn, qw,z - ПДК, мr/м3, вредных веществ соответственно по отношению к воздуху населенных мест и к воздуху рабочей зоны. Условную концентрацию q, мr/м 3 , для одного источника и условного источника с выбросом вредных веществ, обладающих эффектом суммаuии действия, приведенную к одному веществу, определяют: а) при сравнении с q1 и q2 по формуле (5.7) б) при сравнении с q3 по формуле qw z, qw,z, q = q. + q2 _._ + · · · + qi - - · qw,z, qw.z, q; - концентрация вредных веществ, мr/м 3 , обладаю эффектом суммации действия; qn , ... , q п ; q w• , ... , q w•. - со1 •"1 Здесь q 1, щих (5.8) ••• , I • "-1 ответственно ПДКn и ПдКw, z для вредных веществ, обладающих эффектом суммации действия; 1, ..., i - число вредных веществ, обладающих эффектом суммации по отношению к воздуху рабо чей зоны. Из систем общеобменной вентиляции помещений, систем, удаляющих вредные вещества первого и второго классов опасно сти и местных отсосов вредных и неприятно пахнущих веществ и взрывоопасных смесей выбросы следует производить через трубы и шахты, не имеющие зонтов, вертикально вверх. Расстояние от источников выброса систем местных отсосов взрывоопасной парогазовоздушной смеси до ближайшей точки возможных источников воспламенения (искры, газы с высокой lz, м следует принимать, не менее температурой и др . ) (5.9) 5.6. Инвентаризация выбросов в атмосферу загрязняющих веществ 109 D - диаметр устья источника, м; q - концентрация горю чих газов , паров, пыли в устье выброса, мг/м 3 ; q" - концентра Здесь ция горючих газов, паров и пыли, равная 10 % их нижнего кон центрационного предела распространения пламени, мг/м 3 • Выбросы от систем вытяжной вентиляции следует распола гать отдельно, если хотя бы в одной из труб или шахт возможно отложение горючих веществ или если при смешении выбросов возможно образование взрывоопасных смесей. 5.6. Инвентаризация выбросов в атмосферу загрязняющих веществ тепловых электростанций и котельных Инвентаризация выбросов загрязняющих веществ в атмосфе ру - систематизация сведений о распределении источников вы деления загрязняющих веществ и источников загрязнения атмо сферы на территории, а также о количестве и составе выбросов. Инвентаризацию проводят все тепловые электростанции (ТЭС) и котельные вне зависимости от организационно-право вой формы и формы собственности ТЭС, используемого топли ва , мощности. Результаты инвентаризации используют для: • • • • • • нормирования выбросов в атмосферу; ведения производственного контроля за выбросами и соблюдением установленных нормативов; ведения статистической отчетности о вь1бросах; определения платежей за выбросы; экологической паспортизации предприятия; информирования органов государственного надзора в об ласти охраны окружающей среды; • других специальных случаев, установленных законодатель ством и общеотраслевыми нормативно-техническими доку ментами. Инвентаризацию проводят сами ТЭС или по их поручению организации и фирмы, имеющие лицензию на вид деятельности «Нормирование предельно допустимых выбросов ... >> (код 006), или <<Экологическая паспортизация оборудования, производств, предприятий ... >> (код 008). При проведении инвентаризации си лами самого предприятия специальной лицензии не требуется (при том условии, что необходимое для инвентаризации инстру- Глава 110 5. Природоохранная деятельность ментальное и лабораторное определение параметров выбросов осуществляется метрологически аттестованной лабораторией). Инвентаризация должна проводиться периодически, но не I реже, чем раз в 5 лет. Досрочная инвентаризация выбросов всего предприятия или его отдельных производств должна быть проведена в случаях: • обнаружения неучтенных при предыдущей инвентаризации загрязняющих веществ, источников выделения и источни ков загрязнения атмосферы, режимов работы предприятия и оборудования; • выявления существенных расхождений между фактически ми данными и данными последней инвентаризации, обу славливающих повышение загрязнения атмосферного воз духа; • изменения технологии производства, вида и качества топ лива и в случаях, приводящих к увеличению выбросов. Досрочная инвентаризация может быть проведена по пред писанию председателя регионального (на уровне субъекта РФ) органа Государственного комитета РФ по охране окружающей среды с обязательным обоснованием необходимости досрочной инвентаризации. Ответственность за полноту и достоверность данных инвен таризации несет предприятие (в лице одного из руководителей). Технический отчет по результатам отдельно проводимой ин вентаризации утверждается руководителем предприятия. Если инвентаризация является составной частью работ по нормированию выбросов, то технический отчет по инвентариза ции в виде приложения включается в проект нормативов ПДВ и утверждается вместе с ним; отдельного документа по инвентари зации в этом случае не требуется. Объекты инвентаризации. На ТЭС инвентаризации подлежат: выбросы загрязняющих веществ в атмосферу; источники выде ления загрязняющих веществ; источники загрязнения атмосфе ры; пылегазоочистные установки. При инвентаризации определяется количество выбросов максимально разовое (г/с) не менее, чем за 20-минутный интер вал и годовое (т/год) для каждого источника выделения, каждого источника загрязнения атмосферы и всего предприятия в целом. При инвентаризации, проводимой совместно с нормирова нием выбросов, а также для целей отчетности, паспортизации производства, ведения производственного контроля за выброса- 5.6. Инвентаризация выбросов в атмосферу загрязняющих веществ 111 ми, определения платежей за выбросы, учету подлежат загряз няющие вещества, установленные <•Инструкцией по нормирова нию выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для тепловых электростанций и котельных РД 135-34.0-02.303-98>>, и источни ки выделения загрязняющих веществ, приведенные в табл. 5.5. Таблица 5.5. Нормируемые загрязняющие вещества и источники их выделения Загрязнитель Диоксид азота NO2 Код Источник выделения Котлы, газовые турбины, 0301 дизельные установки 0304 То же Оксид углерода СО 0337 « Оксиды серы в пересче- 0330 Оксид азота NO Котлы, газовые турбины, ди- те на диоксид (серни- зельные установки, сжигаю- стый ангидрид) щие серосодержащее топливо SO2 Мазутная зола ТЭС Котлы, сжигающие мазут 2904 (в пересчете на ванадий) Зола твердого топлива 2907, 2908 или 2909 в зависимости от со- держания Сажа Si02 0277 Котлы, сжигающие твердое топливо . Золошлакоотвал при выемке золы Котлы мощностью менее 30 т пара/ч, сжигающие твердое и жидкое топливо Угольная пыль 2902 Угольный склад при перевал- ке топлива Бенз(а)пирен 0703 Котлы мощностью менее 30 т пара/ч При напряженной экологической ситуации в районе распо ложения ТЭС, обусловленной повышенным содержанием в ат мосферном воздухе загрязняющих веществ, по согласованному с Госкомэкологией РФ заданию территориальных органов охраны природы для ТЭС выполняется инвентаризация выбросов этих веществ. Для объектов ТЭС, расположенных вне промплощадки пред приятия и санитарной защитной зоны (СЗЗ), инвентаризацию выбросов проводят в полном объеме. Глава 112 5. Природоохранная деятельность Методы инвентаризации. Параметры и характеристики источ ников выделения, месторасположение и геометрические характе ристики источников выбросов беруг из экологического паспорта ТЭС, проектной и иной официальной документации . Координа ты источников выбросов определяют в городской системе, или в системе координат, согласованной региональным органом Гос комэкологии. Определение максимально разовых и годовых выбросов загряз няющих веществ выполняют методами, указанными в табл. Таблица 5.6. 5.6. Методы определения количества выбросов Выбросы Загрязнитель максимально разовые годовые NO 2 и NO в пе- Измерение концентрации ресчете на N0 2 по [1); расчет выбросов - по (3) Расчет выбросов по (3) с нс- пользованием концентрации, с использованием измерен- соответствующей среднегодо- ной или рассчитанной по вой нагрузке каждого котла и (2) no (2) величине расхода дымовых рассчитанной газов не расхода дымовых газов со Тоже То же S02 Расчет по Мазутная зола, Тоже Расчет по (3) величи- (3) То же сажа Бенз(а)пирен Зола из дымо- Расчет по Расчет по (7) Измерение запыленности [4]; расчет выбросов - Расчет выбросов - по вых труб Пыль с уголь- (2) вели- годо- ва, его зольности и изме~н- ному по чине расхода дымовых газов телей Расчет по Расчет (5) - no вому расходу твердого топли- с использованием измеренной или рассчитанной по (7) [4] кпд золоулови- no (5) ного склада Зола с золоот- То же Тоже вала Ненормируемые Расчет по Расчет по (6) [6] загрязнители Примечание. В квадратных скобках обозначены следующие НТД: [1] - МУ 34-70-041-83 (РД 34.02.307). Методические указания по оп ределению содержания окислов азота в дымовых газах котлов (экспресс-ме- 5.6. Инвентаризация выбросов в атмосферу загрязняющих веществ тоды). М.: СПО Союзтехэнерго, применение стаuионарных конuентраuии NOx Тепловой [2] Энергия, 1983 г., а также иные НТД, допускающие переносных газоанализаторов для измерения в дымовых газах ТЭС; расчет котельных агрегатов (нормативный метод. М .: 1972); РД [3] и 113 34.02.205-97. Методика определения валовых выбросов загряз няющих веществ в атмосферу от котельных установок тепловых электро станuий . М.: ВТИ, РД [4] 1998; 34.02.308-97. Методика контрольных испытаний золоулавли вающих установок тепловых электростанций и котельных. М.: РД 34.27.301-91. тепловых электростанuий и котельных . М . : СПО ОРГРЭС, РД 34.11.310-97. твердых частиu с 1991; Методика выполнения измерений валового выброса дымовыми АИД-210 «Энергия~. М.: ВТИ, [5] 1998; Методика испытаний золоулавливающих установок газами ТЭС с применением дымомера 1988; Методическое пособие по расчету выбросов от неорганизованных источников в промышленности строительных материалов. НПО Союзст ройэкология, Новороссийск, 1989; Отраслевая методика расчета количе ства отходящих, уловленных и выбрасываемых в атмосферу вредных ве ществ предприятиями Пермь, [6] по добыче и переработке угля. ВНИИОСуголь, 1990; Сборник методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами . Л.: Гидрометеоиздат, 1986, а также иные НТД, согласованные с Госкомэкологией; [7] Методика расчета выбросов бенз(а)nирена в атмосферу паровыми котлами тепловых электростанций (ВТИ). Условия определения максимально разовых выбросов нор мируемых загрязняющих веществ: • для котла , газотурбинной или дизельной установки - при максимальной нагрузке агрегата и сжигании топлива с ха рактеристиками, обуславливающими образование наиболь шего количества загрязняющих веществ; • для дымовой трубы - суммарной часовой по наибольшей за последние нагрузке агрегатов , 3-4 года подключенных к этой трубе, при сжиг;:~нии топлива с характеристиками, обу славливающими образование наибольшего количества за грязняющих веществ; • для ТЭС в целом - по наибольшему за последние 3-4 года часовому расходу топлива с характеристиками, обуславли s- 2633 Глава 114 5. Природоохранная деятельность вающими образование наибольшего количества загрязняю щих веществ . Максимально разовые выбросы от сжигания топлива на ТЭС определяются точников - на условия зимнего времени, от всех других ис на условия летнего времени. Годовые выбросы от источников выделения, из дымовой трубы и от ТЭС в целом определяются с использованием наи большего за последние 3-4 года расхода топлива, приходящего ся на каждый из указанных объектов, сложившегося за этот пе риод соотношения видов топлива и самых неблагоприятных для выбросов характеристик топлива, использовавшегося за этот пе риод . Эффективность пылеrазоочистных установок определяется по результатам их последних испытаний, которые согласно Пра вилам технической эксплуатации, электрических станций и се тей РФ проводятся не реже Основные требования 1 раза при в rод. использовании инструменталь но-аналитических методов следующие. При проведении измерений должны применяться методики, соответствующие требованиям ГОСТ 8.010-90 <<Методики вы полнения измерений, ГОСТ Р8.563-96 <<Государственная систе ма обеспечения единства измерений. Методики выполнения из мерений» и другие НТД, утвержденные для применения органа ми Госстандарта и Госкомэколоrии . Не допускается применять для измерения содержания за грязняющих веществ в выбросах методики, предназначенные для определения загрязнения воздуха рабочей зоны и атмосфер ного воздуха. Допускается использование экспресс-анализаторов при усло вии их метрологической аттестации и обеспеченности методи ками выполнения измерений, отвечающих требованиям ГОСТ 8.010-90 <<Методики выполнения измерений>>, ГОСТ Р8.563-96 <<Государственная система обеспечения единства измерений . Ме тодики выполнения измерений». Все аналитическое оборудование, применяемое при проведе нии инвентаризации, должно быть проверено и иметь свидетель ство о метрологической аттестации. Не разрешается применять приборы , не прошедшие государственные испытания на соот ветствие типа и не имеющие сертификата на право их примене ния на территории РФ. 5.6. Инвентаризация выбросов в атмосферу загрязняющих веществ 115 Места выполнения измерений и пробоотбора выбираются в соответствии с ГОСТ 17.2.4.06-90, ОНД-90, <<Методикой ис пытаний золоулавливающих установок ТЭС и котельных>> РД 34.27.301- 91, <<Методикой контрольных испытаний золоулавли вающих установок ТЭС и котельных>> РД 34.02.308-98 и други ми нормативно-техническими документами (НТД), регламенти рующими теплотехнические измерения. Все значения концентраций и объемов отходящих газов долж ны быть приведены к нормальным условиям а для котлов равному - (0 ·с, 101,3 кПа), также к содержанию кислорода в дымовых газах, 6 %, для газовых турбин - равному 15 %. Если в выбросах ТЭС присутствует загрязняющее вещество, концентрация которого ниже предела определения, установлен ного в применяемой методике, и этот предел: • равен или превышает 0,5 ПДК, то концентрация данного вещества считается равной нижнему пределу измерения ме тодики; • меньше 0,5 ПДК, то это классифицируется как отсутствие выброса (выделения) данного вещества в атмосферу. Определение значений концентрации, полученных в резуль тате измерений, производится согласно ГОСТ 8.207-76 <<Пря мые измерения с многократными наблюдениями. Методы обра ботки результатов наблюдений. Основные положения» и дейст вующей инструкции по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу Госкомэкологии РФ. Годовые выбросы определяются путем умножения значения часового выброса каждого источника выделения на коэффици ент использования оборудования при средней нагрузке и число часов работы в году; полученные значения суммируются по тру бе и ТЭС в целом. Отчет оформляется в соответствии с ГОСТ 7.32-91 и требо ваниями действующей инструкции по инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу Госкомэкологии РФ. По согласованию с местным (региональным) органом Госко мэкологии технический отчет по инвентаризации может быть представлен на машинном носителе. Формы таблиц, требования к их заполнению и другие прило жения к техническому отчету по инвентаризации приведены в действующей инструкции по инвентаризации выбросов загряз няющих веществ в атмосферу Госкомэкологии РФ. 8* Глава 116 5. Природоохранная деятельность 5. 7. Организация контроля выбросов в атмосферу на тепловых электростанциях и в котельных Контроль выбросов должен обеспечивать: • • систематические данные о выбросах; • информацию к оценке соблюдения установленных норм исходные данные к отчетности ТЭС по форме № 2-тп (воздух); выбросов и к анализу причин, вызывающих превышение норм. Контроль подразделяют на производственный и технологи- ческий (внутрипроизводственный). Производственный контроль должен обеспечивать: • • • оценку соблюдения установленных норм валовых выбросов; систематические данные о валовых выбросах; исходные данные к отчетности ТЭС по форме № 2-тп (воздух). Производственный контроль осуществляют в обязательном порядке для источников выбросов (дымовых труб, угольных шта белей при перевалке топлива, золоотвалов при выемке золы) и ТЭС в целом. Он включает определение валовых выбросов в граммах в секунду (r/c) и тоннах в год (т/год), их учет и отчет ность по ним. Технологический контроль должен обеспечивать: • • систематические данные об удельных выбросах; информацию к оценке соблюдения норм удельных вы бросов; • информацию для воздействия на технологические процес сы в котлах и пыле-газоочистном оборудовании, вл'ияющие на выбросы в атмосферу. Технологический контроль осуществляется в объеме, уста навливаемом руководством ТЭС. Разработка план-графика контроля выбросов На ТЭС должен быть разработан план-график контроля за соблюдением установленных нормативов выбросов. План-график должен включать: • перечень источников выбросов и выбрасываемых в атмо сферу загрязняющих веществ, подлежащих контролю; 5.7. • • Организация контроля выбросов в атмосферу 117 величины валовых выбросов из источников выбросов; наименование методов, частоту и сроки осуществления контроля выбросов; • перечень подразделений или (персонала), ответственных за ведение контроля. План-график должен быть согласован с местным органом Госкомэкологии и утвержден главным инженером ТЭС. Если разработанный на ТЭС и согласованный с местным ор ганом Госкомэкологии РФ проект норм выбросов включает раз дел о контроле выбросов, содержащий указанные выше сведе ния, то разработка отдельного плана-графика не требуется. Администрация ТЭС утверждает перечень подразделений и лиц, ответственных за проведение инструментальных измерений выбросов, проверку эффективности газоочистных установок, проведение расчетов выбросов, учет и отчетность по контролю за выбросами, информацию о соблюдении норм выбросов. К контролю выбросов могут на договорных условиях привле каться сторонние организации, имеющие соответствующую ли цензию Госкомэкологии РФ или его регионального органа. Но ответственность за осуществление контроля несет ТЭС. Контролю подлежат выбросы нормируемых загрязняющих веществ. К нормируемым веществам, выбрасываемым с дымовыми газами, относят: • • • • • • • пыль (зола твердого топлива); оксиды серы (в пересчете на диоксид серы); диоксид азота; оксид азота; оксид углерода; мазутную золу (в пересчете на ванадий); сажу и бенз(а)пирен (оба только для котлов производитель ностью менее На угольных 30 т/ч). складах нормированию подлежат угольной пыли при перевалке топлива, на золоотвалах выбросы - выбро сы золошлаковой пыли при выемке сухой золы. При контроле определяют выбросы: максимальные (средние за 20 мин) в граммах в секунду (r/c) и суммарные (за длитель ный период ~ месяц, квартал, полугодие, год) в тоннах. Контроль максимальных выбросов осуществляют только ДЛЯ веществ, на которые установлен норматив выбросов в граммах в секунду (r/c). Глава 118 5. Природоохранная деятельность Категорирование источников по инструментальному контро лю выбросов устанавливают из зависимостей: 100 ф Н-ПДК 100 Q = q 100 - . (5.10) 100-т~' ТJ' (5.11) rде М1 максимальный выброс вещества из источника, r/c; Н - высота источника, м; ПДК - предельно-допустимая кон центрация, мr/м 3 ; т~ - эффективность газоочистки,%; q - при земная концентрация вещества на границе СЗЗ или ближайшей жилой застройки, ед. ПДК. Контроль подразделяют на систематический, осушествляе мый непрерывно или периодически, и разовый. Непрерывный систематический (аналитический) контроль с определением максимальных и годовых выбросов их дымовых труб осушествляют с помощью стационарных автоматических газоанализаторов, пылемеров, расходомеров дымовых газов. Установки сероулавливания и азотоочистки должны осна щаться автоматическими стационарными газоанализаторами в обязательном порядке. Допускается определение объема дымовых газов расчетным методом по расходу топлива и содержанию кислорода в дымо вых газах при условиях их регистрации прямыми или косвенны ми методами. В случае временного отсутствия стационарных газоанализа торов и пылемеров систематический контроль осушествляют пе риодически по плану-графику с применением переносных газо анализаторов и пылемеров или расчетными методами. Частоту контроля устанавливают в соответствии с табл. 5.7. При систематическом периодическом контроле: • максимальные выбросы диоксида серы при наличии серо очистной установки, золы твердого топлива, оксидов азота, оксида углерода определяют расчетом с использованием результатов плановых инструментальных измерений содер жания этих веществ в дымовых газах; при отсутствии серо очистных установок максимальные выбросы диоксида серы 5.7. Организация контроля выбросов в атмосферу 119 допускается определять расчетными методами без инстру ментальных измерений; • максимальные выбросы мазутной золы (в пересчете на ва надий), сажи, бенз(а)пирена и годовые выбросы всех ве ществ определяют расчетными методами с использованием при наличии таковых зависимостей содержания вещества в дымовых газах от нагрузки котла. Таблица 5. 7. Периодичность коwrроля источников выбросов Одновременное условие параметров ф Q менее менее менее менее 0,5 1 1 раз в квартал 0,1 менее 0,5 1 1 раз в квартал менее более м) менее 0,5 11 2 раза в год 0,01 менее 0,5 11 2 раза в год 10 м) 0,001 менее 0,5 III 1 раз в год 0,01 более 0,5 III 1 раз в год (для Н < более 10 0,001 (для Н< менее Частота контроля 0,01 (для Н < менее Категория источника 10 м) 0,001 более 0,5 IV 1 раз в 5 лет 0,01 более 0,5 IV 1 раз в 5 лет (для Н < 10 м) Разовый контроль выбросов из дымовой трубы осуществляют: • после выхода котла, его пылегазоочистного оборудования из капитального ремонта; • после чая , реализации воздухоохранного мероприятия, мероприятия, предназначенные для вклю реализации при неблагоприятных метеоусловиях, для оценки его эффек тивности; 120 Глава • при переводе 5. Природоохранная деятельность котла на длительное использование нового топлива; • после реконструкции, замены, изменения режима работы пыле-газоочистного оборудования; • по завершении пусконаладочных и режимоналадочных работ. Разовый контроль осушествляется путем инструментального измерения содержания в дымовых газах золы твердого топлива, оксида азота, оксида углерода, диоксида серы при реализации мероприятий, связанных с изменением его выброса, а также рас четными методами. При инструментальном измерении используют стационарные и переносные приборы, прошедшие сертификацию и аттеста цию, и методы из числа включенных в «Перечень методик изме рения концентраций загрязняющих веществ в выбросах про мышленных предприятий, допущенных к применению>> (1996 г.). Расчетные методы применяют из числа включенных в «Пере чень методических документов по расчету выбросов загрязняю щих веществ в атмосферный воздух, действующих в (СПб.: НИИАтмосфера, 1996 r.) 1966 r.>> и в обновленные перечни после дующих лет. Допускается использовать другие расчетные методи ки по согласованию с местным органом Госкомэкологии РФ. Определение количества выбросов Измерения при контроле с использованием стационарных и переносн·ых приборов должны производиться в дымовой трубе или газоходе за газоочистной установкой, а при отсутствии уста новки - При за последней поверхностью нагрева котла. наличии рециркуляции дымовых газов расходомеры объема дымовых газов должны устанавливаться в газоходе за ме стом отбора дымовых газов на рециркуляцию или устанавли ваться два расходомера - один до места отбора на рециркуля цию, другой на линии рециркуляции. Сечения для инструментальных измерений следует выбирать, руководствуясь рекомендациями <<Методики испытаний золо улавливающих установок тепловых электростанций и котельных РД 34.27.301-91,> (М.: СПО ОРГРЭС, 1991 r.). При измерении содержания газообразных загрязняющих ве ществ в дымовых газах допускается отбирать пробы из шунтовых труб на участках газоходов. 5.7. Организация контроля выбросов в атмосферу 121 Место отбора проб должно быть оборудовано всем необходи мым для работы (площадкой, штуцерами, подводом сжатого воз духа и др.) Периодические инструментальные измерения целесообразно проводить при максимальных нагрузках, имеющих место в уста новленный период измерения. Периодические измерения содержания загрязняющих ве ществ проводятся при максимальной или близкой к максималь ной нагрузке котла, группы котлов, подключенных к трубе; при этом измерения проводят на всех видах топлива, составляющих не менее 5 % от всего годового расхода топлива на котле. Периодические измерения должны проводиться единовре менно на всех котельных установках, подключенных к трубе и выбрасывающих данное вещество. Исключение допустимо для одинаковых установок, работающих в этот момент на оди наковом топливе и имеющих одинаковую нагрузку и одинако вый режим работы газоочистных установок. Для них достаточ но измерение на одной измерений при этом из котельных установок, распространяются на результаты остальные уста новки. Объем дымовых газов при этом определяется косвенным ме тодом по нагрузке котла и содержанию кислорода в дымовых га зах, а при оснащенности прибором определения объема дымо вых газов - по его показаниям. Независимо от периодичности инструментальных измерений осуществляется контроль расчетными методами не реже l раза в месяu . При расчетных методах определения суммарных выбросов за месяu используют следующие показатели, входящие в расчетные формулы: • содержание оксидов азота в дымовых газах в зависимости от • зольность, сернистость, влажность, калорийность топлива, нагрузки котла (при наличии такой зависимости на ТЭС); средние за месяц по данным химической лаборатории, а при их отсутствии портам топлива; - по удостоверениям о качестве и пас эксплуатационную среднемесячную сте пень очистки дымовых газов от золы в золоуловителях; • расход топлива, средняя эксплуатаuионная нагрузка кот лов, избытки воздуха - по ежемесячному<,Отчету электро станции о тепловой экономичности оборудования. Макет 15506-1>>; 122 Глава • 5. Природоохранная деятельность содержание ванадия в мазуrе - по данным нефтеперегон ных заводов (при наличии данных); • остальные показатели - по данным испытаний котлов или по <<Тепловому расчету котельных агрегатов (Нормативный метод)» (М.: Энергия, 1973 г.). При расчетном определении максимального в течение месяца выброса определяют следующие показатели, входящие в расчет ные формулы: • максимальный суrочный расход наиболее загрязняющего данным веществом топлива всей группы котлов, подклю ченных к дымовой трубе, и ТЭС в целом (для различных за грязняющих веществ и источников выбросов это могуr быть разные топлива). Допустимая составляет погрешность ±25 % в определения валового выброса соответствии с «Методикой выполнения из мерения валовых выбросов с использованием автоматических, полуавтоматических НИИАтмосфера, и 1991 экспрессных газоанализаторов>> (СПб.: г.). Погрешность инструментального определения выброса скла дывается из среднеквадратичной суммы погрешностей измере ния концентрации загрязняющего вещества и объемного расхода дымовых газов. Допустимая погрешность при этом обеспечива ется соблюдением режима проверки и профилактики приборов, качественным выполнением импульсных линий. Погрешность расчетного определения выброса складывается из среднеквадратичной суммы погрешностей определения вхо дящих в расчеты параметров, основные из которых содержатся в <<Норме точности измерений технологических параметров теп ловых процессов электростанций РД 1988 34.11.321-88>> (М.: ВТИ, г.). Учет выбросов и отчетность по контролю за выбросами По согласованию с Управлением социальной статистики Госкомстата РФ ведение первичного учета выбросов на ТЭС осуществляется по журналам. Для учета выбросов в атмосферу ТЭС должна вести два жур нала: учета выбросов и измерений выбросов. В журнале учета выбросов учет валовых выбросов ведется по дымовым трубам, по складу угля, по золоотвалу, по ТЭС в целом. 5. 7. Организация контроля выбросов в атмосферу 123 В этот журнал на основании обработки информации измере ний, а при их отсутствии на основании расчетов ежемесячно за писываются: • • выброс за месяц в тоннах; максимальн,ый в течение месяца выброс в граммах в секун ду (r/c) (при отсутствии стационарных газоанализаторов и пылемеров наибольшее из значений расчетного выброса, - рассчитанного с использованием данных инструменталь ных измерений, если таковые проводились в этот месяц) для веществ, на которые установлен норматив выброса в граммах в секунд~ (r/c). Если в течение месяца выброс не производился, то в соот ветствующей графе следует ставить О (нуль). Запись производится не позднее чем через 5 сут. после окон чания месяца. На основании записей в журнале учета выбросов определяет ся выброс в атмосферу (в тоннах) для отчета электростанции по формам No 2-тп (воздух). Выброс за отчетный период М определяется по формуле (5.12) где M,.i, М,12> М,..п риода, т; п - - месячные выбросы в течение отчетного пе число месяцев в отчетном периоде. Максимальный валовый выброс за любой период времени больше месяца определяют по наибольшему значению из макси мальных за месяц выбросов в течение интересующего периода из журнала учета выбросов. Журнал измерений выбросов ведется хронологически. Запи си производят не позднее чем через 5 сут. после проведения из мерений. Контрольные вопросы 1. Как влияет антропогенная деятельность на экологию? 2. Охарактеризуйте основные направления экологической политики при разви тии ТЖ. 3. Какие вредные примеси могут содержаться в воздухе и как они воздействуют на человека? 4. Что подразумевают под вредными веществами? Глава 124 5. 6. 5. Природоохранная деятельность Что понимают по ПДК вредных веществ? Как в России и на основании каких документов осуществляется охрана атмо сферного воздуха от загрязнения промпредприятиями? 7. Как организована инвентаризация выбросов в атмосферу загрязняющих ве ществ тепловых электростанций и котельных? 8. Какие выбросы котельных и электростанций подлежат контролю? 9. Как определяют количество выбросов? 10. Что должен обеспечивать технологический контроль выбросов? 11. Что должен включать план-график контроля выбросов? 12. Как ведется журнал измерений выбросов? 13. Назовите нормируемые загрязняющие вещества и источники. их выделений. 14. Как определяют максимально разовые выбросы от сжигания топлива в топках котлов ТЭС? Глава б ВАЖНЕЙШИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ПОЛИТИКИ 6.1. Энергосберегающие технологии в электроэнергетике России В электроэнергетике работает более 1 млн человек. На произ водство электрической и тепловой энергии в России в израсходовано более 50 % всех добываемых в 2008 г. было стране ТЭР. Эконо мия энергии в электроэнергетике обеспечивается путем улучше ния использования мощностей в максимуме нагрузок, расшире ния использования межсистемного эффекта, снижения удельных расходов топлива на электростанциях за счет модернизации обо рудования, ввода крупных высокоэкономичных блоков, повыше ния уровня теплофикации и др. Значительное количество горючих энергоресурсов за период 2010-2020 гг. будет сэкономлено в результате ввода более совер шенного оборудования на новых и реконструируемых ТЭС. Повышение технического уровня ТЭС намечается достигнуть за счет дальнейшего роста удельного веса и единичной мощности высокоэкономичных агрегатов на сверхвысокие параметры пара (13,0 и 24,0 МПа), а также за счет демонтажа мелкого и устарев шего оборудования, вывода малоэкономичного оборудования в холодный резерв и консервацию, перевода конденсационных аг регатов в теплофикационный режим, существенное улучшение структуры оборудования ТЭС произойдет от укрупнения электри ческой мощности агрегатов до 500 ... 800 тыс . кВт. Улучшение структуры теплоснабжения предусматривается за счет большего использования высокоэкономичных видов топлива, дальнейшего Глава 126 Важнейшие направления энергосберегающей политики 6. развития теплофикации на базе строительства крупных тепло электроцентралей, повышения технического уровня их эксплуа тации. Это позволит добиться снижения удельного расхода услов ного топлива на электростанциях России уже к 2011 r. 4... 5 %. на Оценка эффективности укрупненных мероприятий по эконо мии топлива, намеченных к реализации за период на ТЭС России, приведена в табл. 2009-2015 rr. Анализ данных таблицы 6.1. показывает, что основными направлениями снижения удельных расходов топлива на ТЭС являются мероприятия по модерниза ции энергетического оборудования, увеличения уровня теплофи кации, вводу нового высокоэффективного оборудования. Таблица 6. 1. Основные напраВJJения снижени11 удельных расходов топлива на ТЭС Снижение удельного Мероприятия расхода топлива, г/(кВт Модернизация конденсационных энергоблоков и · ч) 5,2 оборудования неблочных электростанций, демон- таж физически изношенного оборудования Повышение использования тепловой мощности те- 4,5 ллофикаuионного оборудования действующих ТЭЦ и увеличение уровня централизованной теллофикации жилищно-коммунального хозяйства Ввод и освоение крупных высокоэкономичных 3,8 энергоблоков на закритические параметры пара , уменьшение производства электроэнергии на низ- коэкономичном оборудовании Доведение до проектных показателей работы дей- 1,5 ствующего и вновь вводимого энергетического оборудования Итого 15,0 Номенклатура изготовляемых электротехнической промыш ленностью турбо- и гидрогенераторов, с диапазоном стей от 25 ...30 тыс. кВт до 1 млн 200 их мощно тыс. кВт весьма разнооб разна. Турбогенераторы изготовляют с различными системами ох лаждения, в которых хладоаrентами служит воздух, водород, вода, масло. Гидрогенераторы изготовляют в зонтичном, подвес- 6.1. Энергосберегающие технологии в электроэнергетике России 127 ном, капсульном исполнениях. Один из перспективных путей развития rенераторостроения - использование явления сверх проводимости. В России создан и испытан криотурбоrенератор КТГ-20 мощностью 20 МВт, ведется проработка сверхпроводни ковоrо турбогенератора мощностью бинированного цикла. МВт для станций ком 220 Внедрение таких генераторов в снизит потери электроэнергии, в 2-2,5 2 раза раза уменьшит массоrа баритные показатели, существенно повысит надежность их рабо ты в энергосистеме, увеличит реактивную мощность в режиме потребления. Имеющийся в настоящее время в России потенциал гидро ресурсов используется недостаточно. Это обусловлено большими экологическими издержками при создании традиционных ГЭС и применением традиционного оборудования. ВНИИэлектромаш совместно с АО <<Уралэлектротяжмаш» и АО <<ЭлСиб•> разрабатывают и внедряют гидрогенераторы мощ ностью от 0,5 до 10 МВт в вертикальном и горизонтальном ис полнениях для малых ГЭС. Эффект от экономии топлива на ТЭС и дизельных станциях за счет внедрения малых ГЭС соста вит 10 %. В России и за рубежом накоплен значительный опыт по со вершенствованию конструкции электрогенераторов для ветровых электростанций. Этот опыт должен быть использован для ветро вых электростанций уже в 2015 r. при создании генераторов мощностью до 1000 кВт, способных работать с переменной час тотой вращения. Внедрение таких станций обеспечит экономию топлива на ТЭС порядка 6... 7 % при высокой экологической чис тоте. Важными направлениями экономии ТЭР в электроэнерге тике являются: • внедрение системы мощностью 60 ... 220 возбуждения для турбогенераторов МВт со 100%-ным резервированием, с микропроцессорной системой управления типа СТС-МРУ- 1200-2,5 УХЛ. Это значительно повысит надежность и без опасность работы электрической части электростанций за счет полной автоматизации и ввода систем информации, контроля и диагностики; • внедрение паротурбинного оборудования для парогазовых установок (ПГУ) мощностью 10 ... 15 МВт обеспечат сокра щение удельного среднегодового расхода топлива на 20 ... значительно уменьшит площади машинных залов электростанций, удешевит новое строительство на 20 ... 25 %; ... 25 %, Глава 6. Важнейшие направления энергосберегающей политики 128 • создание и внедрение экологически чистых ПГУ с внутри цикловой 300 ... 320 газификацией твердого топлива мощностью МВт для ТЭЦ позволят снизить выбросы оксидов азота, углекислого газа в 10 раз, золы с 50 до 8 мг/м 3 отхо дящих газов, уменьшить расходы топлива на талла на • 12 ... 15 %, воды на 10 ... 12 %, ме 25 .. .40 %; освоение производства котлов утилизаторов для ПГУ раз личной производительности позволит сэкономить до 20 % топлива; • создание экологически чистых мусоросжигающих станций с котлами единичной производительностью 5 т/ч по сжига нию 100 тыс. т/год твердых бытовых отходов и 10 т/ч по сжиганию 200 тыс. т/год твердых бытовых отходов улучшит экологическую обстановку в крупных городах, обеспечит дополнительную тепловую и электрическую энергию за счет сжигания отходов; • экономия ТЭР ожидается от создания и освоения произ водства стью 5 химико-технологического оборудования мощно МВт по переработке сероводородосодержащих газов Астраханского газоконденсатного месторождения; • создание и внедрение средств измерения расхода тепловой и электрической энергии могут обеспечить снижение по терь ТЭР в объеме 3... 7 %. В последнее время в России и за рубежом проявляют повы шенный интерес к котлам, оборудованным топками с псевдо сжиженным или кипящим слоем. Эти топки занимают промежу точное положение между топками слоевого сжигания и факель ными. Представляют большой интерес новые технологии сжигания угля в топках котлов тепловых электростанций. Например, котел Бенсона новой конструкции оснащен тороидальным вихревым предтопком с удалением шлака в жидком виде (рис. 6.1). Удале ние до 90 % золы в виде шлака позволяет уменьшить габариты и стоимость котла. В дополнение к очистке дымовых газов от SO 2 и связывание SO 2 в предтопке и топке осушествляется инжек цией сорбента, при этом образуется NO. более низкого уровня. NO. Газотурбинный цикл с непрямым сжиганием угля основан на применении пиролиза угля и керамического воздухоподогревате ля, расположенного внутри топки (рис. 6.2). Тонко раздроблен ный уголь подвергается при пониженном содержании зу в выхлопных газах ГТУ при 0,3 МПа и 870 0 2 пироли °С с инжекцией из- 6.1. Энергосберегающие технологии в электроэнергетике России 129 Интенсивный Зона , обогащенная тороидальный топливом вихрь Первичный воздух/уголь Сорбент Интерционный сепаратор Оrвод шлака Рис. 6.1. Тороидальный вихревой предтопок с удалением шлака в жидком виде, установленный на котле Бенсона вестняка для связывания серы. Образующийся кокс сжигается в предтопке (с удалением шлака в жидком виде), установленном перед основной топкой, где в трубках нагревается чистый воздух до температуры 760 ·с . Газ пиролиза сжигается в усовершенство ванных малотоксичных горелках, а образовавшиеся продукты сгорания проходят над керамическими трубками, в которые по дается чистый воздух с температурой 760 ·с . Чистый воздух выходит из керамического теплообменника с температурой 980 ·с. Для реализации преимуществ современной газотурбинной технологии в дополнительных горелках сжигается природный газ , чтобы повысить температуру воздуха в газовой турбине до 1260 ·с. При очистке пиролизного газа от золы и частиц сорбента применяют циклоны. В случае необходимости производится дополнительная очистка в керамическом фильтре при этом используется отдельное устройство за ним для улавли вания S0 2• Пиролизер, газовая топка и предтопок работают при давле нии, примерно равном атмосферному давлению . Если возникает необходимость очистки топливного газа в керамическом или в 9 - 2633 .... Камера сrотия "" о Топка с высокотемпературным воздухоподогревателем ;, "' "' а, ?' Пазовая турбина Дымовая труба оз "':Е :r п, :s:, Е к воздухо :s: п, подогревателю Воздух :r "'::, "' :::, от компрессора -а i а, Пароrене- Пироли ратор зер Тканевый Паропере греватель Паровая турбина фильтр, дымосос п, :r :s: "' "' :r п, -а -, о n О\ п, -а п, Конден- Уrольl Сiрбент iiJ сатор ёS .Е п, :s:, ::, g :s: .... :s: :,:: :s: Рис. 6.2. Схема газотурбинного uикла с непрямым сжиганием угля, включающая пиролизер угля, двухступенчатый высокотемпературный воздухоподогреватель с керамическими компонентами; предтопок для сжигания кокса с удалением шлака в жидком виде 6.1. Энергосберегающие технологии в электроэнергетике России 131 высокотемпературном фильтре другого типа, следует учитывать, что его объем невелик. Приведенный пример свидетельствует о возможности в пер спективе внедрения на ТЭС РАО «ЕЭС РоссиИ>> нового способа сжигания твердого топлива . Особое значение этот метод сжига ния ухудшенного качества углей имеет для условий технического перевооружения и реконструкции ТЭС, при установке новых котлов в ячейки демонтируемого устаревшего оборудования. По экспертной оценке специалистов большая группа дейст вующих ТЭЦ располагает свободной тепловой мощностью около 20 тыс . Гкал/ч, использование которой обеспечило бы увеличе ние годовой экономии условного топлива примерно на 4 млн т у. т. В связи с этим на некоторых предприятиях для повышения теплофикационной нагрузки ТЭЦ в летний период компресси онные холодильные агрегаты заменяют абсорбционными и для кондиционирования воздуха пароэжекторными установками. Кроме того , увеличивается отпуск тепловой энергии предпри ятиям для нужд вентиляции . Оптимизируются режимы работы отопительно-вентиляцион ных установок потребителей, особенно установок промышлен ных предприятий. Широкое развитие теплично-парникового хо зяйства, являющегося крупным потребителем тепла в осенне-ве сенний период, приводит к увеличению тепловой нагрузки ТЭЦ. В теплоснабжении страны велика роль котельных. По отпус ку тепловой энергии котельные занимают значительный удель ный вес в общем балансе теплопотребления России. Так, доля тепловой энергии , отпускаемой всеми видами котельных, дости гает 45 % суммарного годового теплопотребления городов и от раслей промышленности. Повышение эффективности топливопоТребления намечается достигнуть путем установки на тепловых источниках промыш ленных и районных котельных оборудования с более высоким КПД. В связи с необходимостью передачи больших потоков энергии на дальние и сверхдальние расстояния важным направ лением экономии ТЭР является снижение потерь в электриче ских сетях. Наибольшие потери имеют место в сетях 11 О кВ и выше (до 77 % всех сетевых потерь). Кроме того, в ряде энерго систем имеются перегруженные плотностью тока, значительно (в участки 2-3 сети, работающие с раза) превышающие эко номическую, что приводит к резкому увеличению потерь. Боль шие потери обусловлены прежде всего тем, что электрические 9• Глава 132 Важнейшие направления энергосберегающей политики 6. сети энергосистем недостаточно оснащены средствами регулиро вания напряжения и компенсацией реактивной мощности - трансформаторами с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН) , трансформаторами с продольно-поперечным регулиро ванием, синхронными компенсаторами, батареями статических конденсаторов и др. В целях улучшения режимов работы энерго систем в последние годы в практику диспетчерского управления РАО «ЕЭС РоссиИ>> внедрены математически обоснованные ме тоды оптимизации режимов энергосистем, что позволяет сокра тить расход потерь в сетях на 1... 1,5 %. Это составляет около 3.. .4 млн ту. т. в год. Значительная часть этой экономии дости гается за счет снижения потерь в сети 110 кВ и выше, путем оп тимального выбора реактивных мощностей, напряжений , вне дрения регулировочных ответвлений трансформаторов . Снижение потерь электроэнергии следует ожидать и от вне 1- IV габаритов и дрения новой серии силовых трансформаторов выше. В конструкции их магнитопроводов будет использована электротехническая сталь с уменьшенными потерями электро энергии на гистерезис . В последние годы эксперты АО <<ЭНИН им. Г. М. Кржижа новского» провели коррекцию потенциала энергосбережения в части, относящейся к сфере интересов Минэнерго России, т . е . к электроэнергетике и конечному потреблению электроэнер гии и тепла (табл. 6.2). Таблица 6.2. Потенциал энерrосбережения в электроэнергетике и конечном потреблении В том чи сле Вес ь Потребитель потенuи ал, млн Гкал эле ктроэне р гия , тепло вая э нерг и я , млрд кВт· ч мл н Гкал млн ту. т. то пливо , Электроэнергетика 595 ...720 25 ... 30 120 ... 135 65 ... 80 Сфера конечного 490 ... 560 290 ... 335 240 ... 270 - 57 ... 60 68... 70 45 ...50 - 36 ... 34 25 ...22 50 .. .45 - 1085 ... 1280 315 ... 365 360 .. .405 65 ... 80 пртреябления В том числе : промышл е н- ность , % бытовой сектор , Всего % 6.2. Энергосберегающие технологии в энергоемких отраслях 133 Скорректированный потенциал энергосбережения в электро энергетике определяется лей работы в 1991-2009 ухудшением экономических показате гг. Потери электроэнергии в сети обще го пользования (с учетом потерь из-за ее хищения) и расходы электроэнергии на собственные нужды электростанций в целом по стране увеличились в процентном отношении к выработке с 14,5 % в 1990 г. до 17,2 % в 2009 г. и составили 145,5 млрд кВт· ч. Производство электроэнергии экономическими энергоблоками сократилось в 2009 г. по сравнению с 1991 г. на 33 %, снижение выработки на ТЭС составило 25,5 % за тот же период. В АО-энерго в настоящее время работает более 5 млн кВт обору дования со средним использованием мощности 47 % и удельным расходом условного топлива более 440 г у. т. /(кВт· ч), что при водит к ежегодному перерасходу топлива в 1,2 млн т у. т. Потери энергии в тепловых сетях составляют около 90 % экономии топ лива, получаемой при комбинированной выработке электриче ской и тепловой энергии. Недостаток устройств компенсации реактивной мощности в электрических сетях АО-энерго и у по требителей приводит к увеличению потерь электроэнергии. 6.2. Энергосберегающие технологии в энергоемких отраслях промышленности Черная металлургия России относится к наиболее энергоем ким отраслям. В 2009 г. она потребляла 13,5 % ТЭР страны. Наиболее топливоемкими производствами отрасли являются: доменное производство, которое расходует около 41 % общего расхода топлива в отрасли, прокатное и трубное рационное - 7 %, мартеновское - 7 %, - 10 %, коксохимическое агломе - 6 %. К электроемким производствам относятся: ферросплавное, потребляющее 17 % общего расхода электроэнергии в отрасли, горнорудное (добыча и обогащение железной руды) 14,6 %, прокатное - 12 %, производство кислорода 7 %, электроплавиль ное - 4,4 %. Наибольшее количество тепловой энергии используют про изводства: коксохимическое - 18,4 %, прокатное 7,6 %, домен ное - 6 %. Большие объемы потребления ТЭР предприятиями Роском металлургии ставят перед отраслью серьезную задачу по изыска- Глава б. Важнейшие направления энергосберегающей политики 134 нию резервов экономии и повышению эффективности их ис пользования. Повышение эффективности использования ТЭР в черной металлургии возможно за счет увеличения и оптимизации объе мов металлургических агрегатов; создания новых технологиче ских процессов, агрегатов и оборудования; разработки и совер шенствования техники и методов подготовки сырья, материалов, топлива; интенсификации и совершенствования технологиче ских процессов на базе новейших достижений науки; комплекс ной механизации и автоматизации производства с применением ЭВМ; электрификации производства. Одним из основных видов топлива в доменном производстве является дорогостоящий кокс. В связи с этим вопросы ero эко номии имеют важное значение. Специалистами ЦНИИчермета проведен анализ использова ния кокса в доменном производстве, который показал, что в на стоящее время имеется ного расхода кокса на реальная возможность снижения удель 1т выплавляемого чугуна. Направления работ, которые проводятся предприятиями и организациями отрасли для повышения эффективности исполь зования кокса, представлены ниже: Ожидаемое снижение Мероприятия удельного расхода кокса, кr/т чугуна Повышение содержания железа в шихте ... .. . .. .. . .. . . .. .... .. . 9 .. .34 Вывод сырого флюса из доменной шихты 9 ... 11 Снижение: содержания золы и серы в коксе ........ ................... .. ..... 3... 9 доли литейного чугуна и ферросплавов в общей выплавке чугуна ........ .. ............. .. .... . .... .. ..... ......... .... ...... . 8... 16 Увелич.ение объемц доменных печей .... ......................... . 2 ... 3 Уhучшение : качества железнорудных материалов .... .. ............... .. .... . 12 .. .20 физико-механических характеристик кокса .... .... .. .. .... 5... 8 Повышение давления газа на колошнике доменной печи .... ...... .. ... ........ .......... .. .. .. .......... .. ............. . 4 .. . 10 6.2. Энергосберегающие технологии в энергоемких отраслях 135 Применение природного газа и мазуrа .. ...... . 20 ... 34 дугья ............................................... . 7... 18 в сочетании с дуrьем, обогащенным кислородом Повышение нагрева 6... 15 Вдувание измельченного твердого топлива Применение: 4... 13 металлизированного сырья горячих восстановительных газов .... ............................. 15 Автоматизация управления тепловым процессом доменной печи .. ......... ...... ............................. ......... .......... 1.. .2 Таким образом, кокса на l наибольшее снижение удельного расхода т выплавляемого чугуна осуществляется за счет при менения в технологических процессах газа и мазута в сочетании с дутьем, обогащенным кислородом чества железорудных материалов жания железа в шихте (9 ... 34 (20 ... 34 кг), повышения ка (15 ... 20 кг) , повышения содер кг). Совместное применение для дутья в доменную печь измель ченного твердого и газообразного топлива приводит к сокраще нию его расхода без снижения эквивалента замены кокса твер дым топливом. По результатам исследований на одном из метал лургических заводов увеличение расхода угля на 10 кг/т привело к сокращению расхода природного газа на 4,5 м 3/т чугуна. Эффективность применения для доменного дутья нагретых восстановительных газов в комбинации с кислородом подтвер ждается опытными плавками , проведенными на Нижнетагиль ском металлургическом комбинате, которые показали высокую эффективность и техническую осуществимость этого процесса. При температуре восстановительных газов снижение расхода кокса на 95 1200 ° С достигается кг/т и сырого природного газа на 100 м 3 в расчете на l т чугуна по сравнению с работой печи на сыром природном газе и обогащении дутья кислородом до 30 %. Промышленные установки по отмывке колошникового газа от углекислого газа позволяют получить в сочетании с холодным техническим кислородом восстановительный газ. Использование его сокращает расход кокса на 30 % и увеличивает произво 20 %. Если оборудовать такими установками восемь доменных печей емкостью по 2000 м 3 и выше, то ежегодно можно экономить 2,4 млн т кокса и сокра- дительность доменных печей на Глава б . Важнейшие направления энергосберегающей политики 136 тить потребление природного газа в доменном производстве на 1,95 млрд м 3 • Цветная металлурmя также относится к энергоемким отрас лям промышленности. В свинцовом и медно-цинковом производстве применение кивцетной плавки приводит к снижению удельных расходов топ лива на 20 ... 50 %. При внедрении автогенной плавки медно-никелевого сырья в агрегате непрерывного действия снижается удельный расход электроэнергии более чем в 2 раза. Бездиафрагменные электро лизеры уменьшают удельный расход электроэнергии при полу чении магния на 8... 10 %, а закрытые руднотермические печи наряду с оптимизацией режимов плавки в них - на 5... 7 %. Несмотря на высокую долю электроэнергии в общем балансе энергоиспользования имеются реальные возможности дальней шего снижения доли расхода органического топлива в процессах плавки цветных металлов за счет внедрения электротехнологиче ских процессов . Целесообразно повысить долю плавки в элек тропечах взамен плавки в шахтных и отражательных печах, которые в настоящее время приходится соответственно и 40 ... 50 % общего на 15 ... 25 производства. В этом же направлении следу ет развивать кислородно-взвешенную и кислородно-факельную плавки, кивцетный процесс для комплексной переработки мед ных и свинцово-цинковых сульфидных концентратов и т. д. В производстве алюминия наиболее перспективным меро 10 ... 15 лет является применение элек приятием на ближайшие тролизеров с обожженными анодами , обеспечивающее снижение удельного расхода электроэнергии на 5... 7 %. Например , Волховский алюминиевый завод , оборудованный электролизерами с обожженными анодами, имеет удельный рас ход электроэнергии на уровне 15 ... 15,5 тыс. кВт · ч/т. Одним из крупных потребителей тепловой энергии в цвет ной металлургии является производство глинозема. Кроме того, удельные расходы тепловой и электрической энергии и топлива на разных заводах этого производства имеют большое различие (в 2-6 раз), что объясняется неоднородностью качества сырья и технологии производства. Для снижения расхода энергоресурсов в глиноземном произ водстве осуществляется ряд мероприятий , основными из кото рых являются: перевод печей спекания и кальцинации на сжига ние природного газа , внедрение рекуперативных холодильников 6.2. Энергосберегающие технологии в энергоемких отраслях 137 (циклонных или «кипящего,> слоя), повышение степени регене рации тепловой энергии в автоклавных установках выщелачива ния и обескремнивания, увеличение кратности использования пара в выпарных батареях, внедрение подогревателей контактно го типа и др. Выполнение указанных мероприятий позволит снизить удельные расходы топлива на 20 ... 25 % и тепловой энер гии - в 1,5-2 раза. Определяющую роль в стабилизации и оптимизации техноло гических режимов играет применение систем автоматизации и контроля. Это приводит к максимальному снижению расхода энергоресурсов, повышению эффективности процессов. Внедре ние систем «Алюминий,>, <<Электролиз,>, <<Драга-!», <<Нефелин,>, <<Карат,> и <<Автоматизированная система аналитического контро ля» дают значительную реальную экономию топливно-энергети ческих ресурсов. В нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленно сти рост объемов и глубины переработки нефти, повышение ка чества и ассортимента продукции сопровождаются увеличением абсолютной величины потребления ТЭР. Доля энергозатрат в структуре эксплуатационных производств отрасли 50 %. расходов достигает для отдельных Поэтому снижение расхода ТЭР ста новится одной из важнейших ее задач. Уже проделана работа по сокращению объемов сжигания га зов нефтепереработки на факелах в результате ввода установок по его сбору и компримированию. Снижены размеры безвоз вратных потерь нефти и нефтепродуктов. На предприятиях про водятся работы по совершенствованию тепловых систем за счет замены паровых насосов на насосы с электроприводом, перевода отопления спутников технологических трубопроводов с пара на горячую воду. Одним из энергоемких производств Роскомхимнефтепрома является производство синтетического каучука. Широко приме няемая в настоящее время технология получения дивинила (полу продукта при производстве синтетического каучука) двухстадий ным дегидрированием требует большого количества энергозатрат (рис. 6.3). В Нижнекамском производственном объединении при производстве дивинила, в целях снижения расхода энергоресур сов, осушествлен переход от двухстадийных схем дегидрирования углеводородов к одностадийным (рис. 6.4). Внедрение такой тех нологии получения дивинила в Нижнекамском производствен ном объединении позволило сэкономить 1621 кВт ·ч электро- .... w II 00 ;, """' "" Xl а, / [J:, "",Е :i: tD 9 8 s, Е s XI tD :i: "" :::, "С "":::,"' tD :i: s "'"' :i: tD .., "С о n О\ 19 tD "С tD i,J ёS ~ s, х JX Vll/ XII Рис. 6.3. Схема производства дивинила двухстадийным дегидрированием н-буrана : испарители; 2, 11 - печи; 3, 12 - реакторы; 4, 6, 13, 14 - котлы-утилизаторы; 5 - скруббер; хш 7 - охладитель; компрессоры; 9 - колонна газоразделения; /5 - конденсатор; 16 - скруббер; /7 - конденсатор; 19 - колонна выделения дивинила; / - н-бутан; 1/ - н-буrан с реuикла; 11/ - пар; IV - дымовые газы; V - топливный газ; VI - газ регенерации; VII - контактные газы; VIII - охлаждающая вода; /Х - горячая вода потребителям; Х - дизельное топливо; XI - абrаз; Х/1 - загрязненный конденсат; XIII - дивинил /, 10 8, /8 - :::, о :::, . s ..... s s: 6.2. Энергосберегающие технологии в энергоемких отраслях Рис. 6.4. 139 Схема получения дивинила одностадийным дегидрированием н-бутана: J - реактор; 4 - подогреватель воздуха; 5 - перегре 7 - масляный охладитель; 8 - компрессор; 9 - абсор бер; 10 - десорбер; / / - депропанизатор; 12 - котел-утилизатор; / - сырье н-бутан; J/ возвратная бутан-бутиленовая фракция; J/1 контактный газ; JV - газы регенерации; V - горячие газы на регенерацию; VJ - воздух; VJ/ - топливный газ; VJJ/ - пар; IX - дивинил 1- испаритель; ватель; 2- печь; воздуходувка; 6- энергии, 14 Гкал тепловой энергии, 450,6 кг у. т. в расчете на 1т дивинила. При этом следует отметить, что на первой стадии де гидрирования изопрена из изопентана экономия энергоресурсов осуществляется за счет применения более активного и селектив ного катализатора ИМ-2203. Кроме того, в производстве синтетического каучука значи тельная экономия достигается за счет увеличения доли использо вания бутадиеновой фракции, получаемой от производства эти лена. В химической промышленности объем потребления ТЭР в ос новном определяют несколько энергоемких продуктов - мета нол, каустическая сода, кальцинированная сода, химические во локна и пластмассы. Экономия энергоресурсов здесь обеспечи вается при внедрении новых энерготехнологических схем по производству метанола в реакторах мощностью 300 и 750 тыс. т в год. Преимущество этих схем состоит в том, что для сжатия синтез-газа применяются турбокомпрессоры, обладающие высо кой производительностью и имеющие привод от паровых тур бин. Это позволяет повысить степень использования тепловой Глава б. Важнейшие направления энергосберегающей политики 140 энергии дымовых газов в котлах-уrилизаторах, вырабатывающих пар высоких параметров, пригодный для привода турбокомпрес соров. Кроме того, повышение давления в процессах паровой конверсии экономит энергию при дальнейшем сжатии син тез-газа и интенсифицирует процессы теплообмена при уrилиза ции тепла реакторных газов. Внедрение крупных технологиче ских агрегатов по производству метанола и частичный вывод старых схем позволяют значительно снизить удельные расходы энергоресурсов. Удельный расход электроэнергии на выработку l т метанола в 2000 г. по отношению к 1990 г. за счет внедрения 1, 7 раза. Суммар новых энерготехнологических схем снизился в ная экономия электрической и тепловой энергии при производ стве метанола составила в 2000 г. по отношению к 1990 г. около 265 тыс. т у. т. В 2000 г. на производство аммиака было израсходовано более 15 % всей электроэнергии, потребляемой химической промыш ленностью. Основным пуrем дальнейшей экономии электро энергии в производстве аммиака является наращивание его про изводства на крупнотоннажных агрегатах М400 и М450 с нормой расхода электроэнергии порядка 200 кВт· ч/т. Изменение структуры производства аммиака в сторону уве личения доли производства на крупнотоннажных агрегатах наря ду с дальнейшим совершенствованием технологических процес сов 1т позволит уменьшить удельный аммиака к 2011 г. примерно на расход электроэнергии на 20 %. Основной источник экономии электроэнергии при произ водстве каустической соды - это дальнейшее наращивание мощностей по производству соды диафрагменным методом на базе мощных отечественных биполярных электролизеров с улуч шенными технико-экономическими показателями. При этом на мечается снизить расход электроэнергии стической соды не менее чем на на производство кау 5 %. В производстве химических волокон и нитей намечается соз дать и освоить новые виды высокопрочных и высокомодульных химических волокон и нитей. Опережающие темпы роста объ емов производства менее энергоемких синтетических волокон и нитей позволят к 2011 г. снизить (не менее чем на электроэнергии по сравнению с 2000 r. 3 %) расход Производство пластмасс и синтетических смол является наи более быстрорастущей подотраслью химической промышленно сти. Прогнозируется уменьшить не менее чем на 10 % расход 6.2. Энергосберегающие технологии в энергоемких отраслях электроэнергии на производство пластмасс в результате 141 ввода новых мощностей по производству карбамидных смол и поли стирола. В промышленности по производству минеральных удобрений потребление ТЭР определяется главным образом несколькими энергоемкими продуктами: аммиаком, метанолом, карбамидом, желтым фосфором, калийными удобрениями. В производствах аммиака, метанола, карбамида экономия энергоресурсов достигается за счет внедрения крупных техноло гических агрегатов, отличающихся значительно меньшими удель ными расходами энергоресурсов на выработку I т продукта. Удельные расходы электроэнергии в зависимости от схем произ водства аммиака колеблются в широких пределах. Внедрение крупных агрегатов по производству аммиака, метанола, карбами да и вывод неэкономичных технологий и агрегатов окажет значи тельное влияние на снижение расхода энергоресурсов. Так, за счет внедрения вышеназванных мероприятий сум марная экономия электрической и тепловой энергии при произ водстве аммиака и карбамида в 2,4 млн ту. т. 2000 r. по отношению к 1990 r. составила Существенная экономия энергоресурсов может быть получе на за счет ввода и освоения энерготехнологических схем по про изводству желтого фосфора, с внедрением которых увеличивает ся производительность технологического агрегата по сравнению с руднотермической печью равной электрической мощности, бо лее экономично решается задача комплексного использования сырья с вовлечением в промышленную переработку большей части мелких фракций. Это позволило снизить расход электро энергии в в 2000 r. в среднем на 3% по сравнению с расходом 1990 r. В rорнорудном производстве структура энергоемкости техно логических процессов характеризуется следующими показате лями(%) : Производство железной руды Производство Производство Производство ........ .... ........ .................. .. железорудных окатышей .. .... ......... ........ агломерата ............................................... марганцевой руды .................................. 70 .. .75 11 ... 13 3,5 ... 5 2,5 ... 3 Производство нерудного сырья (известняк , бентонит, доломит), включая прочие расходы и коммунально-бытовое потребление .......... .... ......... ... . 8... 8,5 Глава 142 6. Важнейшие направления энергосберегающей политики Энергетическая структура производства товарной железной руды по расходу электроэнергии ( %) имеет следующий вид: Добыча руды (включая вскрышные работы и электрифицированный карьерный транспорт) ............ 15 ... 25 ...... .... ... ...... .. ... ...... .. .... .... ... ... .............. 65 ...75 ........................................................... .................. 5... 1О Обогащение руды Прочие При обогащении руды 60 ... 65 дробление и измельчение руды и % электроэнергии идет на 25 ... 30 % на гидротранспорт хвостов и техническое водоснабжение фабрик. Экономия электроэнергии может быть получена за счет ра ционального использования ее в технологических процессах и за счет уменьшения потерь в электрической сети . Энергетические потери бывают устранимые в данных техни ческих условиях и неустранимые - потери в сетях , в передачах оборудования, потери напора в трубопроводе и т. д. Потери электроэнергии, устранение которых возможно и эко номически целесообразно, делятся на потери, обусловленные: • неудовлетворительной эксплуатацией технологического обо • конструктивными недостатками технологического оборудо рудования и инженерных энергетических сетей; вания, компоновочных решений его установки и техноло гического режима работы, отставанием развития инженер ных сетей и т. д. К причинам потерь первой группы относятся: • неполная загрузка технологического оборудования, непла новые простои оборудования, нарушение технологического процесса и нерациональное использование технологиче ского оборудования , плохая организация труда; • наличие двигателей завышенной мощности, нерациональ ная схема электроснабжения, работа оборудования не в ав томатическом режиме, холостой ход сварочных трансфор маторов и технологического оборудования , недостаточная компенсация реактивной мощности , низкое качество на пряжения; • нерациональное использование осветительных установок и т. д. К причинам потерь второй группы относят: • несовершенные системы буровых работ и организация по грузки горной массы в транспортные сосуды в карьере; 6.2. Энергосберегающие технологии в энергоемких отраслях • 143 нерациональная эксплуатация рудоразмольного оборудова ния из-за нерациональной его компоновки; • несовершенная система гидротранспорта хвостов обогати тельных фабрик; • работа технологического и электрического оборудования соответственно с пониженной производительностью или повышенными потерями электроэнергии; • работа устаревшего оборудования и оборудования малой единичной производительности и т. д. Потери электроэнергии в сетях можно уменьшить путем при менения более высокой ступени напряжения, компенсации реак тивных нагрузок, повышения качества электроэнерmи, совершен ствования системы возбуждения синхронных двигателей, поддер жания нагрузки силовых трансформаторов и электропривода в оптимальном режиме, использования резервных линий и т. д. Основные мероприятия по экономии электроэнергии на гор нообогатительных комбинатах приведены в табл. 6.3. Таблица 6.3. Основные меропри11ТИя по экономии электроэнергии на rориообоrатительных комбинатах Экономическая эффективность Наименование мероприятий (снижение расхода электроэнергии) Улучшение качества дробления горной массы в 2,5 ... 3 % по карьере путем выбора оптимальных параметров добычи руды открытым переделу бурения и взрывания с целью увеличения коэф- способом фициента наполнения транспортных сосудов , ковшей погрузочно-разгрузочного оборудования и сниже ния за счет этого удельного расхода электроэнергии на погрузке и транспортировании гор- ной м ассы Регулирование оптимальной загрузки дробильно- 2...3 % по размольного оборудования на обогатительных обогащения переделу фабриках Повышение ста бильности работы окомкователь- 2... 3 % по ных фабрик за счет исключения непл а новых про- окомкования переделу стоев и равномерной за грузки оборудования Обеспечение работы окомковательных фабрик с 3...5 % по постоя нной высотой спекаемого слоя и исключе- окомкования ние п одсосов холодного воздуха в надвоздушном тракте обжиговой машины переделу Глава 6. Важнейшие направления энергосберегающей политики 144 Окончание табл. 6.3 Экономическая эффективность Наименование мероприятий (снижение расхода электроэнергии) Оптимизация заrрузки агломерационных машин, 2...3 % снижение холостого хода оборудования, орrаниза- агломерации по переделу ция работы по специальному графику в период нехватки шихты Уменьшение подсосов воздуха в газовоздушном 2... 2,5 % тракте агломерационных машин на агломерации 10 % Снижение разубоживания руды в карьере, обеспе- О, 1... 0,2 чивающее повышение содержания железа в исход- ной руде на 1т по переделу % на производство концентрата 0,05 % Увеличение коэффициента заполнения ковша экскаватора на I О % 7,5 ... 8 % по переделу экскаваторных работ в карьере Повышение заrрузки (производительности) рудо- 1,5 ... 2 размольных мельниц на центрата 5... 10 % кВт· ч на Снижение удельного веса технологической воды 1 кВт · ч при обогащении на та 5% на I Повышение производительности обжиговых ма- 1... 2 % по шин за счет автоматизации процесса спекания на окомкования I т кон- т концентра- переделу 1... 2% Совершенствование вождения поездов в карьерах 1,5 ... 2 при электротяге в комплексе с мероприятиями по товарной руды кВт ·ч на I т уменьшению потерь электроэнергии в рельсовых цепях, обеспечивающие снижение расхода элек- троэнерrии на электротягу до 10 % В производстве строительных материалов наиболее топливо емким процессом является производство клинкера, а энергоем ким - производство цемента. При обжиге клинкера в качестве топлива используют газ, мазут, уголь. Расход их при обжиге клинкера на цементных предприятиях неодинаков. Наилучшие показатели расхода топлива на обжиг I т клинкера наблюдаются на Ангарском цементно-rорном комбинате - 197,1 кг у. т., Маг нитогорском цементном заводе - 214,7 кг у. т., комбинате Но воросцемент - 216 кг у. т. 6.2. Энергосберегающие технологии в энергоемких отраслях 145 При производстве цемента в среднем по отрасли в расчете на 1 т расходуется 109,4 кВт· ч электроэнергии. Можно отметить ряд предприятий, где достигнут низкий удельный расход электро энергии. К ним относятся объединение <<Воскресенскцемент>>, Магнитогорский цементный завод. К первоочередным мероприятиям по экономии энергоресур сов в цементной промышленности относятся: вывод или модер низация устаревших печей по обжигу клинкера, снижение сред ней влажности шлама в отрасли с 39,2 до 30 %, использование промышленных отходов (зол и шлаков ТЭС, металлургических шлаков и др.) в качестве добавок к сырью. Только за счет этих мер в отрасли может быть сэкономлено до 1,5 млн т у. т. Кардинальным решением проблемы экономии и повышения эффективности использования энергоресурсов в цементной про мышленности является перевод производства цемента с мокрого способа на сухой. В настоящее время в производстве цемента по сухому спосо бу перспективным является применение агрегатов с выносным реактором-декарбонизатором. Расчеты показывают, что путем перевода только 75 % мощ ностей с мокрого на сухой способ производства может быть сэ кономлено около 6 млн. т у. т. в год. Крупные резервы экономии топлива и энергии имеются в производстве сборного и монолитного железобетона. На основа нии расчетов видно, что внедрение энергосберегающих техноло гий производства, модернизация энерrопотребляющих устано вок и ряд других мероприятий в около 0,5 2000 r. позволили 1990 r. сэкономить млн ту. т. по сравнению с В обеспечении экономии ТЭР в производстве сборного же лезобетона первоочередной задачей является снижение объемно керамзитобетонных однослойных панелей с 1200 до 900 кг/м 3 за счет снижения объемного веса керамзита и широко го веса го использования зол и шлаков тепловых электростанций в ка честве мелких заполнителей керамзита-бетона. При снижении объемного веса керамзита до 15 % снижается расход топлива на его обжиг. Экономия топлива и природного сырья в производстве гли няного кирпича достигается в результате расширения выпуска пустотелого кирпича и керамических камней, а также использо вания промышленных отходов при их производстве. Производ ство активных (пустотелых) 10 - 2633 керамических камней и кирпича Глава б. Важнейшие направления энергосберегающей политики 146 обеспечивает экономию сырья до 30 %, топлива до - 20 %. Кро ме того, при кладке наружных стен из пустотелых камней и кир пича на I О % снижается расход топлива на отопление зданий и сооружений. Перспективным направлением экономии топлива в произ водстве глиняного кирпича является применение промышлен ных отходов угледобычи и углеобогащения, зол и шлаков. В целлюлозно-бумажной промышленности потребляется боль шое количество электрической и тепловой энергии. Так, при из готовлении т целлюлозы расход электроэнергии составляет по I разным заводам 2013 218 ... 600 кВт· ч, а при производстве I т бумаги - кВт· ч. Удельные расходы тепловой энергии на т также изменяются I в значительных пределах по предприятиям: 1,23 ... 8,994 Гкал/ч 1,67 .. .4,74 Гкал/ч (бумага). Такая разница объясня (целлюлоза), ется в основном существенными различиями в технологии про изводства разных видов целлюлозы и бумаги. При этом следует отметить, что только учет изменений в соотношении объемов производства разных видов целлюлозы или бумаги делает воз можным сопоставление удельных расходов по годам. Так, на Ба лахнинском целлюлозно-бумажном удельные расходы энергии ( 1,67 комбинате (ЦБК) низкие электроэнергии Гкал) на (527,7 кВт· ч) и тепловой производство I т целлюлозы связаны с производством небеленой сульфитной целлюлозы, не требующей высокой степени помола полуфабрикатов. Аналогично объясня ются низкие удельные расходы энергоресурсов при производстве целлюлозы на Соликамском ЦБК. На Байкальском целлюлозном заводе 600,8 удельные кВт · ч и расходы 8,994 энергоресурсов на I т составляют Гкал и значительно превышают среднеотрас левые, что объясняется производством на этом заводе высокока чественной кордной целлюлозы, тельной варки, дополнительной требующей более продолжи отбелки, промывки и других операций, связанных с большим расходом энергоресурсов. На бумажной фабрике «Красный курсант>> вырабатывается конден саторная бумага толщиной 6... 8 мкм, что связано со значитель ными затратами электрической и тепловой энергии (в 2-3 раза выше среднеотраслевых) на процесс высококачественного размо ла целлюлозы. Основными факторами, влияющими на увеличение удельных расходов энергоресурсов в отрасли, являются изменение струк- 6.2. Энергосберегающие технологии в энергоемких отраслях 147 туры выпускаемой продукции в сторону более высококачествен ных сортов бумаги и целлюлозы, вовлечение в производство низкосортной древесины, повышение выходов годного продукта и осущестмение мероприятий по охране окружающей среды . Основными направлениями и мероприятиями, обеспечиваю щими существенное снижение удельных расходов энергоресур сов на производство бумаги и целлюлозы, ямяются: замена и реконструкция устаревшего технологического оборудования ; мо дернизация бумагоделательных машин и внедрение автоматизи рованных систем упрамения технологическими процессами; со вершенствование технологических схем выпарки отработанных щелоков; повышение степени использования коры и увеличение доли использования макулатуры. Транспорт. На автомобильном транспорте одним из наиболее важных энергосберегающих мероприятий ямяется дизелизация. Доля грузооборота, выполняемого дизельными автомобилями, возросла к 2009 r. до 78,4 %. Большегрузные дизельные автомо били характеризуются значительно меньшими расходами топли ва на тонно-километр работы по сравнению с автомобилями, ра ботающими на бензине. Экономия топлива за счет дизелизации составила в 2009 r. по отношению к 1990 r. 2,6 млн ту. т. Наряду с экономией топлива за счет дизелизации на автомо бильном транспорте осущесТRЛяются также мероприятия, праменные на снижение расхода топлива, повышение на эконо мичности двигателей, применение тахоrрафов, приборов учета расхода топлива, систем предпускового подогрева двигателей в зимнее время, расширение применения прицепов, а также улуч шение дорожных условий. В результате внедрения этих мероприятий прогнозируется получить экономию в объеме 1,7 млн т у. т. к 2011 г. Основ ные напрамения экономии светлых нефтепродуктов на авто грузоперевозках страны дадут к 20 l l г. следующую экономию, млн ту . т.: Дизелизация автомобильного парка .... ......................... 7 ,4 Повышение топливной экономичности автомобилей за счет совершенствования конструкции двигателей и трансмиссий, снижение собственной массы ....... ... .. ........................ 1,3 Развитие сети автомобильных дорог с твердым покрытием 10• .............. ...... .. ..... ... ................ .............. .. ... ... 0,8 148 Глава 6. Важнейшие направления энергосберегающей политики Улучшение технического состояния и условий содержания действующего парка автомобилей ......... О, 7 Повышение качества смазочных масел за счет применения антифрикционных присадок ................. 0,2 Совершенствование организации, планирования и управления перевозочным процессом .................... 1,0 итого············································································· 11,4 Замещение моторного топлива сжатым и сжиженным газами ................................................... 8,3 ВСЕГО (экономия с учетом замещения) ..................... 19,7 На железнодорожном транспорте наиболее важным направ лением повышения эффективности использования ТЭР является электрификация железных дорог. Потребление электроэнергии электрифицированным железнодорожным транспортом, исходя из объемов перевозок и норм расхода электроэнергии на тягу поездов, в ся, 2011 г. составит что удельная норма 47 млрд кВт расхода · ч. При этом учитывает электроэнергии на электротягу поездов будет зависеть от различных факторов, обеспечивающих в целом снижение этой нормы с 124,1 кВт· ч/104 т · км брутто в 2000 r. до 119 кВт· ч/10 4 т · км брутто в 2011 г. К этим факторам относятся: увеличение массы поездов с электровозной тягой до 2010 r. (грузовое движение), а также доли бесстыко 28 % в 2000 r. до 32,2 % в 2011 г. Прирост массы по ездов на 1 % снижает расход топливно-энергетических ресурсов на единицу грузооборота на 0,2 ... 0,25 %, а пассажирооборота на 0,4 ... 0,45 % при снижении себестоимости перевозок на 2 %. 3,2 тыс. тв вых путей с Увеличение доли бесстыкового пути обеспечивает снижение со противления движению и дает экономию топливно-энергетиче ских ресурсов на 4... 6 %. Кроме того, обеспечивает повышение пропускной способности дорог за счет увеличения скорости дви жения, роста массы поездов, повышения сроков службы рельсов на 15 ... 20 %. Перевод к 2015 г. до 89 % грузовых вагонов на роликовые подшипники позволит снизить расход ТЭР на 3... 5 %. Проведение организационно-технических мероприятий по дальнейшему внедрению рекуперативного торможения на элек трифицированных участках железных дорог обеспечит возврат электрической энергии в сеть к 2015 г. до 1,2 млрд кВт · ч. 6.3. Энергосберегающие технологии в теплоснабжении 149 Заметную экономию топлива и энергии на железнодорож ном транспорте можно получить за счет рационализации грузо перевозок. 6.3. Энергосберегающие технологии в теплоснабжении промышленных предприятий Важной структурной составляющей расходной части топлив но-энергетического баланса является энергии, на которое расходуется более производство 43 % всего тепловой котельно-печ ного топлива. Главными направлениями развития теплоснабжения являют ся и остаются на перспективу дальнейшая централизация и ук рупнение теплоисточников, обеспечивающие экономию топли ва, снижение затрат материальных и трудовых ресурсов. Более 77 % всей произведенной в стране в 2000 г. тепловой энергии вырабатывалось на централизованных источниках теп лоснабжения, на которых расход условного топлива на произ водство тепла составляет 170 ... 175 кг/Гкал вместо 200 кг/Гкал и выше на децентрализованных. Основными источниками тепло вой энергии в системах централизованного теплоснабжения яв ляются теплоэлектроцентрали и крупные котельные, тепловые мощности и размеры выработки тепла которых в стране делятся примерно поровну с небольшим преимушеством ТЭЦ. Выбор того или иного источника теплоснабжения определя ется в каждом конкретном случае технико-экономическими рас четами и зависит главным образом от концентрации и размеров тепловых нагрузок и от стратегии формирования генерирующих мощностей электроэнергетики. Исследования показывают, что в структуре энергопотребле ния промышленности происходят важные изменения. До начала семидесятых годов ХХ в. в структуре потребления ТЭР в про мышленности основную долю составляло первичное топливо прямого использования, а теплопотребление составляло около 25 %. К концу 1990 г. рост теплопотребления в промышленности привел к равенству долей топливо-теплопотребления, составив ших в обшем энергопотреблении по 42 .. .44 %. К 2015 г. прогно зируется дальнейший рост доли теплопотребления примерно до 50 % при снижении доли топливной составляющей до 30 ... 35 %. Глава 6. Важнейшие направления энергосберегающей политики 150 Возрастание доли теплопотребления в промышленности предъ являет дополнительные требования к увязке развивающихся сис тем теплоснабжения с вопросами энергосбережения в промыш ленности. Политика предприятий в области экономии тепловой энергии во многом определяется схемами теплоснабжения и мощностями заложенных в них источников. Как правило, только при недостаточной мощности тепловых источников на предпри ятиях начинают заниматься вопросами экономии тепловой энер гии. В свою очередь мощности источников теплоснабжения во многом зависят от заявляемых тепловых нагрузок предприятий. Разрабатывавшиеся в конце девяностых годов региональные программы не включали анализа фактических и перспективных тепловых нагрузок промышленных предприятий, в результате чего перспективы экономии тепловой энергии на промышлен ных узлах не были увязаны с перспективами развития схем теп лоснабжения. Вследствии этого разрабатываемые схемы тепло снабжения ориентируются на тепловые нагрузки предприятий без учета анализа перспектив их энергосбережения и, в конеч ном счете, оказывают сдерживающее влияние в решении важ нейших задач экономии энергоресурсов в промышленности. Схемы присоединения систем отопления к теплосети под разделяют на зависимые и независимые. При зависимой схеме теплоноситель в отопительные приборы поступает непосредст венно из теплосети, поэтому давление в местных системах опре деляется режимом давления в наружной теплосети. В свою оче редь возможны ситуации, когда высокое давление в местной системе передается в теплосеть и вызывает в ней недопустимое повышение давления. В таких случаях применяют независимую схему присоединения местной системы через подогреватель, при которой она гидравлически изолируется от теплосети. Давление в местной системе не зависит от давления в теплосети; местная система оборудуется расширительным баком, создающем собст венное независимое гидростатическое давление. Независимая схема присоединения существенно сложнее и дороже за счет установки громоздких подогревателей, ее приме нение имеет вынужденный характер и прибегать к ней следует только в особых случаях. Основной схемой присоединения следует считать зависи мую. На рис. 6.5 показаны разновидности зависимой схемы при соединения местной системы. На рис. 6.5, а дана самая простая схема с непосредственным присоединением местной системы, 6.3. Энергосберегающие технологии в теплоснабжении б а Рис. Схемы 6.5. в присоединения 151 д г местных систем отопления и горячего водоснабжения в двухтрубных водяных системах: а - зависимая схема без смешения; б нием; в - ватором и насосом ; д прибор; Р - зависимая схема с элеваторным смеше - зависимая схема с насосным смешением; г - - зависимая схема с эле независимая схема с верхним баком; О расширительный бак; Э - элеватор; Н - - отопительный циркуляционный насос местной системы; ПК - пиковый котел; ТП - теплофикационный подогрева тель; СН, ПН - сетевой и подпиточный насосы; РП, РР, РТ - регуляторы подпитки, расхода и температуры; ОК которая применима для - обратный клапан промышленных предприятий, допус кающих высокую температуру в отопительных приборах. Обычно расчетная температура в теплосети допустимой в местных нальных потребителей системах (95 отопления (150 °С) выше жилищно-комму °С) . В этих случаях необходимо сни жать температуру поступающей в систему воды. При наличии достаточной разности давлений в подающей и обратной трубе (0,08 ... 0, 15 МПа) применяется схема с установкой элеватора на вводе, подмешивающего обратную воду к высокотемпературной сетевой воде из подающего трубопровода . Недостатками элеватора являются низкий КПД, необходи мость повышения давления в наружной теплосети, а также пре кращение циркуляции воды в местной системе при отключе нии наружной теплосети, что может привести к размораживанию приборов. В том случае, когда располагаемая разность давлений в теплосети недостаточна для эффективной работы элеватора, при меняют схему, представленную на рис . 6.5, в, с насосным подме- Глава б. Важнейшие направления энергосберегающей политики 152 шиванием обратной воды. Недостатком насосного смешения яв ляется создав.аемый шум, что требует выноса насоса в отдельное помещение. Наиболее универсальна схема, изображенная на рис. 6.5, г с совместной установкой элеватора и насоса на перемычке, при которой насос используется только в периоды отключения теп ловой сети. При теплоносителе в виде пара присоединение тех нологических потребителей, калориферов производится либо не посредственно, либо через редукционный клапан, снижающий давление до допустимого. Системы водяного отопления присое диняют к теплосети через пароводяной теплообменник. На рис. 6.5, д показана независимая схема присоединения местных установок к теплосети через водоводяные теплообмен ники, применяемая для многоэтажных зданий. Темпы роста теплопотребления в промышленности опреде ляются как темпами роста самого промышленного производства, так и рационализацией технологий и осуществлением энергосбе регающих мероприятий. Совершенствование технологических процессов теплоис пользующего оборудования, систем отопления, сокращение и устранение прямых потерь, перевод процессов на рациональные виды и параметры теплоносителей, улучшение режимов работы оборудования и другие мероприятия по уменьшению расхода те пловой энергии позволят снизить нормы удельного теплопо требления в подавляющем большинстве видов производств, что заметно снизит потребность в тепловой энергии на перспективу. Динамика удельных расходов тепловой энергии на производство основных видов продукции показана в табл. 6.4. Таблица 6.4. Удельный расход темовой энерrии на производство продукции, ГДЖ/ед. продукции Единица Вид продукции измерения 1970 r. 1980 r. 2000 r. продукции Чуrун тыс. т 258,9 249,3 209,3 Сталь мартеновская тыс. т 141,2 125,7 117,2 Прокат черных металлов тыс. т 357,0 276,5 276,3 Трубы стальные тыс.т 350,3 527,9 535,9 6.3. Энергосберегающие технологии в теплоснабжении 153 Окончание табл. 6.4 Единица 1970 r. 1980 r. 2000 r. тыс.т 922,2 907,1 921,1 Сода кальцинированная т 7,04 7,75 7,45 Химические волокна т 89,08 74,16 57,0 Каучук синтетический т 98,3 107,18 111,4 Пластмассы и синтетические т 25,56 23,46 22,1 Аммиак синтетический т 10,89 5,57 3,2 Фенол т 42,74 34,78 36,6 Метанол т 10,73 11,31 8,2 Нефть (добыча) тыс.т 75,4 62,22 53,5 Нефть (переработка) тыс.т 1043,3 838,00 816,7 Уголь (добыча) тыс . т 129,05 113,13 105,9 Бумага т 10,06 9,85 11,8 Картон т 9,64 9,64 11,05 Целлюлоза т 14,54 14,87 17,8 мЗ 4,61 4,4 3,4 Хлопчатобумажные ткани тыс. м 2 9,05 10,64 10,3 Льняные ткани тыс . м 2 14,71 15,29 14,6 Шерстяные ткани тыс. м 2 39,47 42,74 41,1 Шелковые ткани тыс. м 2 19,73 15,92 13,4 т 1,66 1,34 1,25 тыс. руб. 10,48 8,09 5,9 Вид продукции измерения продукции Кокс 5%-й влажности, включая коксохимию смолы Древесностружечные плиты Сахарная свекла (переработка) Продукция машиностроения и металлообработки Глава 6. Важнейшие направления энерrосбереrающей политики 154 В целом к 2015 г. 68 % всего потребного прироста тепловой энергии будет обеспечено за счет экономии тепловой энергии производства ее на теплоутилизационных установках и путем ис пользования нетрадиционных возобновляемых ресурсов, а также атомной энергии. 6.4. Энергосберегающие технологии в теплоснабжении муниципального хозяйства Россия - самая холодная страна в мире, что требует колос сальных затрат на отопление, абсолютно исключая возможность отключения объектов муниципального хозяйства (жилые дома, школы) от отопления в зимнее время. Уже более 10 лет как спе циалистами Госстроя России признано, что в целях экономии средств на строительство из-за дешевизны ТЭ Р в стране стены жилых домов проектировались и строились в 3 раза тоньше, чем этого требуют климатические условия России. Поэтому сейчас до 50 % тепловой энергии уходит в виде потерь через стены и окна на «обогрев,> уличного воздуха. На отопление 1 м 2 жилья в России расходуется 84 кг условного топлива в rод, тогда как в - только 27 кr. Решая эту про Северных Европейских странах блему правительства всех Европейских стран (теплой Франции, более холодных Германии и Финляндии) в схожих условиях энергетического кризиса 60-70-х годах ХХ в. нашли выход из создавшейся ситуации - составили программу массового утеп ления муниципальных жилых домов и в течение одного десяти летия выполнили эту программу, тем самым сократив в 2 раза расходы на их отопление. В июле 1996 г. Госстроем России были введены новые сани тарные нормы и правила, касающиеся строительной теплотехни ки. Новые строительные нормы предусматривают увеличение те плового сопротивления стен строящихся жилых домов в В соответствии с новыми требованиями 2,5 раза. постановлением Госстроя России принято решение, у всех существующих много этажных домов при сопротивление стен в капитальном 2,5 ремонте увеличить тепловое раза путем утепления стен эффектив ными утеплителями (минераловатные маты, пенополистироль ные плиты и т. д.). Широкомасштабные работы по утеплению жилых домов в западных странах стали возможными потому, что правительства 6.4. Энергосберегающие технологии в теплоснабжении сумели сконцентрировать средства на развитии 155 производства утепляющих материалов и их целевом использовании на утепле ние стен. Так, производство эффективных утеплителей (пенопо листирол, минераловатные маты) в Швеции составляет 600 м 3 на 1 тыс. жителей, в Финляндии 416 м 3 , у нас же в России, несмот ря на самый холодный климат, этому производству не уделяется никакого внимания, в результате выпуск изоляционных мате риалов составляет всего 87 м 3 на I тыс. жителей. По данным Московского института <<ТеплопроекТ>> примене ние 1 м 3 утеплителя позволяет экономить 1,45 т условного топ лива в год. Зарубежный опыт находит все более широкое применение в регионах России. Так, администрация сотрудничает с муниципалитетом r. Екатеринбурга с Парижа 1988 r. и с французскими фирмами, занимающимися утеплением жилых домов. Проводятся также работы по утеплению жилых домов в Санкт-Петербурге, в Подмосковье и других регионах. С выходом ряда регламентирующих документов Минстроя и изменением СНИП в строительном комплексе страны разверну лась большая работа по энергосбережению. Перед заказчиками, проектировщиками, производителями стройматериалов и строи телями поставлена Правительством РФ задача коренным обра зом изменить теплозащитные характеристики зданий и сооруже ний, использовать для этого новые архитектурно-конструктив ные приемы и решения. В целях изменения геометрии зданий с таким расчетом, чтобы уменьшить поверхность, контактирую щую с отрицательными температурами, в r. Челябинске АО <<Мо нолит,> уже строит жилые дома с широкими корпусами, изменен ной пластикой фасадов, лоджий, балконов. В России преобладает индустриальное домостроение и поэто му в первую очередь приходится комбинатах и заводах, перестраивать технологию на выпускающих панели, блоки и другие строительные конструкции, переналаживать всю базу строитель ной индустрии с учетом изменений в СНИП. Значительно откор ректировал панели для промышленных зданий Миасский завод железобетонных изделий, перешел на новую технологию Челя No 1, немало поработал над внедрением теплозащитных технологий завод No 2 Южно бинский завод железобетонных изделий Уральского управления строительства (r. Озерск), уверенно ос ваивают трехслойные панели с повышенными теплозащитными характеристиками трест <<Магнитострой,>, Челябинский <<Моно- Глава 156 6. Важнейшие направления энергосберегающей политики лит>> и др. Новосинеглазовский завод успешно производит ячеи стые блоки, теплозащитные качества которых очень высоки, да и материал этот экологически чистый - на втором месте после де рева. Используют строители и другие прогрессивные методики, в частности колодцевую кладку, с засыпкой пустот легкими напол нителями. Серьезно занимаются строители и проблемами увели чения теплозащитных качеств окон. В Челябинске переходят на трехслойное остекление с использованием пластмассовых и алю миниевых рам со стеклопакетами. Второе важное направление, позволяющее обеспечить эко номию тепловой энергии в квартирах, зданиях, учреждениях - установка приборов учета и регулирования температуры воздуха, воды, газа и других энергоресурсов. Использование счетчиков и приборов регулирования позволяет не только экономить, но и создает более комфортные условия для проживания. Постановление Госстроя России «Об экономии энергоресур сов при проектировании и строительстве>> предписываеt всем организациям, осуществляющим строительное вести его в строгом соответствии со всеми проектирование, изменениями норм, принятыми за последние годы по утеплению зданий, системам тепло- и водоснабжения, и также газоснабжения. Поэтому про екты, принимаемые к работе, но выпущенные до 1996 г. должны быть откорректированы с учетом новых требований. Проекты массового применения должны обязательно пройти сертифика цию, не говоря уже о проектах индивидуальной разработки. На органы Госархстройнадзора возложена обязанность осуществ лять строгий контроль за обязательным включением указаний и мероприятий по экономии энергоресурсов в проектную доку ментацию на здания и сооружения. На крупных централизованных системах теплоснабжения КПД тепловой энергии у потребителя, с учетом потерь на источ нике, транспорте и у потребителя, не превышает тивно обусловленные потери составляют всего 65 ... 70 %. Объек 12 ... 13 %, а осталь ные вызваны техническим несовершенством систем и устройств для выработки, транспортировки и распределения тепловой энер гии. Рациональная реструктуризация систем теплоснабжения в условиях реформы жилищно-коммунального хозяйства, реализа ция мер по уменьшению затрат на выработку тепловой энергии вместе с мерами по энергосбережению у потребителей (новое энергосберегающее оборудование; автоматизация систем тепло потребления; использование регулируемого электропривода в 6.4. Энергосберегающие технологии в теплоснабжении 157 технологических процессах производства и распределения тепла и т. п.) позволят примерно в 2 раза снизить затраты потребителя на тепловую энергию, что, в свою очередь, должно облегчить осу ществление реформы в жилищно-коммунальном секторе. Перевод отдельных секторов экономики страны на энергосбе регающий путь развития зависит от конкретных действий в ре гионах. Основные задачи регионального энергосбережения на со временном этапе можно представить на примере Республики Та тарстан. Расход первичных энергоресурсов на единицу валового внутреннего продукта в Татарстане в 2 раза выше по сравнению со странами Западной Европы. Отсутствие инвестиций в ТЭК приводит к прогнозу роста дефицита энергоресурсов. В энерго системе республики более 50 % оборудования выработало свой ресурс, часть его уже выведена из работы. Такое положение в ТЭК Татарстана подтверждает необходимость энергосбережения во всех отраслях экономики. Основные программы по повышению эффективности ис пользования энергии в регионе предусматривают создание зако нодательной базы, организационное обеспечение процесса энер госбережения, конкретные производственные решения. В каче стве примеров производственных решений в программах можно назвать: • полное оснащение предприятий региона приборами учета энерго- и водопотребления; • • • частотное регулирование электроприводов (экономия элек троэнергии до 40 % на объект); внедрение котлов типа КВГМ с высоким КПД (экономия от внедрения 40 9,6 млн кВт электроэнергии); ·ч котлов составляет 15, 1 тыс. т у. т. и перевод жилищного сектора и объектов соцкультбыта на закрытую систему горячего водоснабжения с установкой приборов учета и регулирования тепловой энергии (сниже • ние теплопотребления на 20 ... 25 %); перевод 80-ти котельных жилкомхоза на газообразное топ ливо (экономия топлива до 135 кг у. т. на I Гкал вырабо танного тепла); • внедрение автоматизированного коммерческого учета элек трической и тепловой энергии, топлива по опыту Казан ской ТЭЦ-3 . Многие из эффективных решений экономически обоснова ны и оформлены в виде бизнес-планов инвестиционных проек- Глава 158 тов, 6. Важнейшие направления энергосберегающей политики направленных на расширение существующего и создание нового производства энергосберегающего оборудования, мате риалов, приборов и систем учета энерго- и водопотребления. Контрольные вопросы 1. Какие направления энергосберегающей политики в электроэнергетике являются важнейшими? 2. Какие резервы экономии ТЭР есть в черной металлургии? З. Перечислите наиболее энергоемкие производства цветной металлургии. 4. Какими резервами экономии ТЭР располагает нефтеперерабатывающая про мышленность? 5. Как можно повысить эффективность использования ТЭР в химической промышленности? 6. Каковы резервы экономии ТЭР в горно-рудном производстве? 7. Назовите резервы экономии ТЭР в целлюлозно-бумажной промышленности. 8. Какие энергосберегающие технологии являются первоочередными при теп лоснабжении промышленных и гражданских зданий? 9. Какова структура производства товарной железной руды по расходу электро энергии? 10. Что подразумевают под удельным расходом тепловой энергии на производст во продукции? Глава 7 ОПЫТ РЕАЛИЗАЦИИ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ОБЪЕКТАХ РФ И ЗА РУБЕЖОМ 7.1. Опыт эффективного использования энергоресурсов в электроэнергетике Максимальный эффект энергосбережение могло бы дать в случае глубокой структурной перестройки всех отраслей народ ного хозяйства в направлении увеличения доли отраслей про мышленности и народного хозяйства, характеризующихся наи большей эффективностью и наименьшей энергоемкостью, на ос нове широкого внедрения достижений науки и техники и прежде всего в машиностроении, электронике, вычислительной технике, в производстве прогрессивных материалов. Однако к таким кар динальным изменениям на этапе перехода к рыночной экономи ке народное хозяйство страны не готово, так как для этого требу ются большие капитальные вложения, в том числе и государст венные, практически во все отрасли, а также длительное время на их освоение. Вместе с тем в нашей стране и за рубежом на многих предпри ятиях и в быту внедряются многочисленные энергосберегающие технологии , оборудование, системы регулирования , приборы и различные организационно-технические мероприятия, не тре бующие значительных капитальных вложений, материальных ре сурсов и времени на их реализацию . Однако информация об этих разработках разрознена и значительная часть ее не доходит до тех, кому она больше всего необходима. Поэтому фирмой «Энерrо- Глава 160 7. Опыт реализации энерrосбереrающих технологий сбережение» были выпущены аналитические альбомы <<Энерго сберегающие технологии в СССР и за рубежом>>, которые были хорошо встречены широкой инженерно-технической обществен ностью. Некоторые технологии энергосбережения, приведенные в альбомах, не устарели до настоящего времени и могуr представ лять интерес для студентов вузов энергетических специальностей . Повышение надежности и экономичности котлов БКЗ-320- 140ГМ. Предложена новая конструкция трехканальной газома зутной горелки (рис. 7.1) и новая схема размещения газомазут ных горелок на фронтальной и задней стенках топочной камеры 7.2). Оси всех горелок расположены горизонтально, 1, 5, 6, 8 развернуты к центру топки под углом 10°. (рис . ки горел 4 3 2280 Рис. / для 7.1. Трехканальная газомазуrная горелка мощностью до 30 МВт: 2 - подвод природного газа ; 3 - труба патрубок ввода первичного воздуха ; ввода мазуrной 5- форсунки; 4 - патрубок ввода газов рециркуляции ; патрубок ввода вторичного воздуха Количество, конструктивные особенности и взаимное распо ложение (встречно-смешанная компоновка) горелок обеспечили возможность автономного развития и регулирования факела ка ждой горелки в пределах топочной камеры, равномерное, без набросов на экраны, заполнение факелом топки, минимальные и фактические одинаковые по периметру топки тепловые потоки на экраны , полноту выгорания топлива . Кроме того, конструк тивные особенности горелок по сравнению с установленными ранее обеспечивают более надежную и экономичную работу кот лов в диапазоне нагрузок (0,5 + 1,0) Dн 0 " за счет перераспределе ния газовоздушных потоков по каналам и поддержания высоких скоростей потоков у корневой части факела , а ввод газов рецир- 7.1. Опыт эффективного использования энергоресурсов 4288 4288 161 12096 12096 9400 ;----~- - ~---~ _____ l_ -н- -н 7 4 4288 2176 2176 б а Рис. а - 7.2. 4288 Схема размещения газомазутных горелок топки (вид снаружи): фронтальная стенка; б - задняя стенка; 1-8 - номера горелок (стрелками обозначено направление вращения газовоздушных потоков) куляции между воздушными потоками и подача части этих газов в центральный канал являются эффективным средством сниже ния содержания оксидов азота в дымовых газах. В результате реализации разработки на одном из котлов БКЗ-320-140ГМ КПД котла (брутто) повысился на 1,01 %; сни зились локальные тепловые потоки в зоне максимального тепло выделения; концентрация оксидов азота в дымовых газах умень шилась на 40 %. Модернизация топочных устройств котлов ПК-38. На Троиц кой ГРЭС предусмотрена возможность подачи сушильного аген та (полностью или частично) через специальные сопла в ниж нюю часть холодной воронки котла ПК-38 с целью создания вихревого процесса в холодной воронке для интенсификации те плообмена в ней и снижения температуры на выходе из топки. Проект разработан для котлов, оборудованных системами пыле приготовления с промбункером. Используется сбросной сушильный агент от системы пыле приrотовления, направляемый через специальные сопла на про тиволежащую наклонную стенку холодной воронки под углом к ней (в данном случае угол между осью сопла и стенкой холодной воронки составляет примерно 21 °). Устанавливаемые под холодной воронкой короба имеют ко рытообразную форму, их выходные участки направлены вверх под углом 35° к горизонту. Расположение и конфигурация сопел выбраны с таким расчетом, чтобы выходящая из них струя с уче11 - 2633 Глава 162 7. Опыт реализации энергосберегающих технологий том ее расширения целиком попадала на экраны противолежа щего ската холодной воронки. Для сохранения направления выходящей струи в соплах ус тановлена продольная перегородка, которая едновременно уве личивает жесткость конструкции. На один корпус устанавлива ется шесть сопел, по три на каждой стенке; сопла на одной стен ке расположены по отношению к соплам на противоположной стенке в шахматном порядке. При этом образующийся вихрь от каждого отдельного сопла не препятствует развитию вихрей от соседних противолежащих сопл, имеющих встречные направле ния вращения. Распределяющие короба выполнены с учетом оптимизации их аэродинамики для равномерной подачи сушильного агента во все сопла. При соударении струй со стенкой происходит расплющива ние струи с увеличением ее поверхности и, следовательно, эжек тирующей способности. Возрастает подсос газов сверху, из ядра горения, интенсифицируется процесс сжигания мелкой пыли, содержащейся в сушильном агенте. Аэродинамика описываемого процесса подтверждена специальными исследованиями, выпол ненными НПО ЦКТИ на модели. Одновременно происходит обдувка скатов холодной воронки и очистка их от золы и шлака. Описанная схема хорошо реализуется при использовании подачи пыли высокой концентрации в основ ные горелки. Годовой экономический эффект составил 120,8 тыс. 140 тыс. усл. ед. усл. ед., затраты на реконструкцию котла около Пенно-модульный вакуумный деаэратор ДВ-1600-ПМ предна значен для деаэрации подпиточной воды тепловых сетей и пита тельной воды котлов ТЭЦ и котельных . Техническая характеристика Номинальная производительность , т/ч ...... ..... ....... .... .. 1600 ............... ............. .. ... 30 ... 120 Подогрев воды, С ........... .... .......... ............. .... ..... .. ......... 15 ...30 Температура греющей среды, ·с ................................... 90 ... 120 Рабочее дааление, МПа ...................... ....... ..................... 0,0075 ... 0,05 Диапазон изменения нагрузки,% 0 Остаточные концентрации газов в деаэрированной воде , мкг/кг: кислород ...... ......... ........ ............. ... ..... ..... ...... .... ... .. ... .... 50 ... .. .................................. ............ ... ... Отсутствует диоксид углерода 7.1. Опыт эффективного использования энергоресурсов 163 Габаритные размеры, мм: диаметр длина Масса, .... ....... .......... .......... ............... ... ..... .... .... ..... ..... . 3000 .. ...... ..... ...................... ........... ............ ................... 4000 т ........................................................................... 12 Подлежащая деаэрации вода (рис. тор через патрубок релки 2 1, 7.3) поступает в деаэра распределяется затем на две сетчатые та и двумя параллельными потоками проходит нагрев и частичную деаэрацию в струйной 3 и смешивающих 4, 5 ступе нях. Подвод греющего агента осуществляется через систему спе циальных раздающих коллекторов с перфорированными наклон ными стенками. Деаэрированная вода и выпар отводятся через соответствующие патрубки 7 Рис. /, 6, 7 - патрубки; 7.3. 2- 6, 7. 1 Пенно-модульный вакуумный деаэратор : сетчатые тарелки; J- струйная ступень; 4, 5 - смеши вающие ступени Совокупность технических решений позволяет при сохране нии габаритных размеров, входных и выходных параметров де аэратора увеличить его производительность вдвое по сравнению с серийно выпускаемым ДВ-800, повысить гидродинамическую устойчивость аппарата и его тепло- и массообменные характери стики. 11• Глава 7. Опыт реализации энергосберегающих технологий 164 Примененный способ термической деаэрации воды позволя ет значительно интенсифицировать процессы тепло- и массооб мена за счет увеличения поверхности контакта фаз взаимодейст вующих сред и повышения скорости обновления поверхности контакта. Годовой экономический эффект составил ед. на один деаэратор. 65 тыс . усл . · Утилизация теплоты дымовых газов действующих ТЭЦ и ко тельных с использованием отработавших летный ресурс авиацион ных газотурбинных двигателей. Температура уходящих дымовых газов на большинстве действующих котельных и ТЭЦ составляет 110 ... 140 °С, что влечет за собою потери 5... 8 %. С учетом потерь теплоты уровне тепловой энергии на конденсации водяных паров, неизбежно присутствующих в отходящих дымовых газах, но в силу традиций не принимаемых во внимание в тепловом балансе подобных энергоустановок, общая величина потерь дос 18 ... 22 % по тигает отношению к низшей теплотворной способ ности топлива. Предлагаемая технология позволяет сделать оче редной шаг в утилизации тепла дымовых газов, благодаря кото рому достигается более полное использование энергии сгорания топлива при одновременном расширении ассортимента выраба тываемых на ТЭЦ и котельных энергоносителей . Принципиальная схема утилизационной установки показана на рис. 7.4. Отбираемые из газохода дымовые газы с температу 110 ... 120 °С подаются для охлаждения разбрызгиваемой во дой в контактный аппарат 2. Температура газов на выходе из ап парата понижается до 40 ... 60 °С. Выпадающий при этом конден рой сат накапливается в нижней части аппарата 2 и поступает далее в систему подпитки энергоустановки. Отбираемая от газов теп лота , включающая теплоту конденсации содержащихся в газах водяных паров, утилизируется посредством водоводяного тепло обменника пературы 5. Циркулирующая в нем вода 9' нагревается до тем 70 ... 90 °С (либо превращается в пар), после чего на правляется потребителю в сеть горячего водоснабжения. Для удаления из охлажденных дымовых газов капельной влаги в схе ме предусмотрены сепараторы 3' и 3". После сепаратора 3' газы поступают для сжатия в компрессор 6. Сжатые и нагретые газы (Р= 0,3 ... 0,5 майзер 4, МПа ; t= 185 ... 210 °С) подаются в напорный эконо представляющий собой рекуперативный теплообмен ник газоводяного типа. Здесь теплота сжатия дымовых газов в компрессоре 6 передается циркулирующему потоку 9" , которая 7.1. 1'8с. 7.4. Опыт эффективного использования энергоресурсов 165 Принципиальная схема утилизационной установки с использованием авиационных газотурбинных двигателей: подвод уходящих газов от котла; 2- контактный утилизатор; 3', 3", 7- се параторы капельной влаги; 4 - напорный экономайзер; 5 - вода-водяной тепло обменник; 6 - компрессор; 8- турбодетандер; 9', 9" - нагреваемая вода (пар); 10 - выхлоп в дымовую трубу; 11 - электродвигатель 1- (подобно потоку 9') либо нагревается до 70 ... 90 ·с перед подачей в систему горячего водоснабжения, либо преобразуется в техно логический пар с температурой выше 100 ·с. В экономайзере 4 происходит дополнительное осушение газов с выделением и ути лизацией теплоты конденсации водяных паров. Температура га зов на выходе из экономайзера 4 составляет 30 .. .40 ·с, которая ниже их точки росы при указанном давлении. После сепарации капельной влаги в сепараторе 3" дымовые газы поступают в сидящую на одном валу с компрессором 6 тур бину 8. Расширяясь в ней до давления О, 11 ... 0, 12 МПа, дымовые газы совершают работу, используемую для привода указанного компрессора, либо электрогенератора 11. С параметрами, близ кими к параметрам окружающей среды, отработанные в турбо детандере 8 газы удаляются в дымовую трубу нического средства для сжатия 10. В качестве тех и расширения дымовых газов в схеме используется отработавший свой летный ресурс авиацион ный газотурбинный двигатель (АГГД). Остальное примененное в схеме оборудование является стандартным. Таким образом, бла годаря повышению давления утилизационном цикле до дымовых 0,3 ... 0,5 газов в рассмотренном МПа удается поднять потен циал не только физических продуктов сгорания, но и скрытой Глава 166 теплоты 7. Опыт реализации энергосберегающих технологий конденсации содержащихся в них водяных паров , вследствие чего обеспечивается утилизr.ция значительной части высшей теплотворной способности топлива. Иапеrрация ПУ в технологический процесс нефrеперерабаты вающеrо завода. На заводе компании Shell в r. Фредерисиа, Да ния работает ПУ мощностью 27 МВт , интегрированная в про цесс нефтепереработки. Образующиеся при переработке газы, раньше сжигавшиеся в факеле, используются в качестве топлива для ПУ. Теплота отработавших в ней газов, поступающих в ути лизационный теплообменник, используется в его первой ступе ни для подогрева сырой нефти (рис. 7.5). Во второй ступени на гревается вода местной системы централизованного теплоснаб жения. Bodewes и Lugten считают, что это первое коммерческое использование тепла выхлопных газов ПУ для подогрева сырой нефти. Система централизо ванного !=:====::> тепло Топливный газ снабжения от нефтеперерабатывающего завода Топка Рис. 7.5. Схема использования выхлопных газов ГГУ для подогрева сырой нефти Реализации установки способствовало несколько факторов: необходимость повышения октанового числа бензина , приводя щего к увеличению выхода низкокалорийного газа; ограничения по сжиганию этого газа в факеле; потребность в увеличении теп ловой мощности для переработки датской нефти, добываемой в Северном море; желание увеличить тепловую мощность местной системы централизованного теплоснабжения. В ПУ сжигается примерно 150 т/сут. нефтезаводскоrо газа . Выхлопные газы с температурой 485 ·с нагревают сырую нефть со 165 до 365 ·с, охлаждаясь до 230 ·с. При этом замещается 7.1. Опыт эффективного использования энергоресурсов 35 167 МВт тепловой мощности , требующейся ежесуточно для подог рева сырой нефти, остальное дают существующие топочные уст ройства. Еще 9 МВт тепловой мощности теплосеть получает при дальнейшем охлаждении выхлопных газов до 160 ·с. Общий ко эффициент использования теплоты топлива в зимние месяцы мо жет достигать 76 %. В результате осуществления проекта выбросы нефтеперерабатывающего завода увеличились. Но экологическая обстановка в целом по району значительно улучшилась, посколь ку электроэнергия заменила ту, которую пришлось бы вырабаты вать на местной угольной ТЭС. Подогрев воды устраняет необхо димость использования котлов системы централизованного теп лоснабжения, работающих на жидком и газообразном топливе. Наконец, сам нефтеперерабатывающий завод может способство вать реализации других проектов энергосбережения, эксплуата ция которых в описанном варианте сдерживается недостаточным количеством технологической тепловой энергии. Топки с кипящим слоем. Большой опыт использования в энер гетике топочных устройств с кипящим слоем накоплен в ФРГ, США, Финляндии и некоторых других странах. В последние годы большое внимание уделяется топкам с циркулирующим ки пящим слоем . Эти котлы отличаются прежде всего наличием ци клонов, в которых улавливаются частицы (рис. 7.6). вынесенные из слоя крупные Тепловое напряжение сечения в таких топках Рис . 7.6. Схема котла с циркулирующим кипящим слоем при атмосферном дав- / 4- уголь и известь; 2 испарительная часть ; лении: фильтр; 8- вторичный воздух; 5 - циклон ; 6, / / воздухоподогреватель ; тель материала слоя; 9- /J - J - - реактор с кипящим слоем; 7 - электро паровые котлы ; дымовая труба ; /О воздух; 14 - - зола ; 12 - первичный воздух охлади- Глава 168 достигает гичные 7. Опыт реализации энергосберегающих технологий 4... 8 МВт/м2, а скорость газов в слое - 3... 8 м/с. Анало параметры у равны соответственно топок со стационарным кипящим слоем 2 МВт/м 2 и 1... 2,5 м/с. Топки с циркули рующим кипящим слоем отличаются более высокой степенью выгорания топлива (примерно 99 % против 90 ... 95 % у котлов со стационарным кипящим слоем), они могут работать с меньшим (1,1-1,15 коэффициентом избытка воздуха вместо 1,2-1,25). Система подачи топлива у котлов с циркулирующим кипя щим слоем проще, они менее требовательны к качеству топлива и лучше приспособлены к его ступенчатому сжиганию, необхо димому для снижения выбросов оксидов азота. Такие топки по зволяют связывать более Ca/S = 2, ем для связывания вестняка 90 % серы при мольном отношении в то время как в топки со стационарным кипящим сло 80 ... 90 % серы требуется подавать больше из (Ca/S = 3). Самый крупный в Европе котел с циркулирующим кипящим слоем сооружен фирмой 1987 r. Lurgi 10 он отработал около котла составляет в Дуйсбурге (ФРГ). К середине тыс. ч. Паропроизводительность 270 т/ч, давление свежего пара - 14,5 МПа, тем - 535 ·с. пература перегрева В последнее время значительно расширились исследования топок с кипящим слоем под давлением (рис. 7.7). Основное дос- з 8 Рис. 7.7. Принципиальная схема установки с кипящим слоем под давлением : газотурбинная установка; 2- уходящие газы; 3 - циклон; 4- зола; 5 - ка мера с кипящим слоем под давлением; 6 - паротурбинная установка ; 7 - уголь /- и известь; 8- воздух 7.1. тоинство Опыт эффективного использования энергоресурсов таких топок состоит в возможности 169 осуществления комбинированного цикла, когда генерируемый в котле пар ис пользуется в паровой турбине, а продукты сгорания повышенно го давления - в газовой турбине. При этом повышается термо динамический КПД цикла, еще в большей степени снижаются габаритные размеры топочных устройств (почти на 60 % по сравнению с котлами обычного типа) и уменьшаются вредные выбросы в атмосферу. Широкое внедрение котлов с топками кипящего слоя под давлением сдерживается тем, что имеется еще ряд нерешенных проблем. Например, продукты сгорания, которые используются в газовой турбине, требуют тщательной очистки. Тканевые фильтры в этом случае нельзя использовать из-за высокой темпе ратуры газов, а механические золоуловители не обеспечивают не обходимой степени очистки газов . Вторая нерешенная пробле ма - обеспечение плотности установки, работающей под давле нием до 1,4 МПа. Энергетическая 1976 компания American E\ectric Power еще в г. заявила о сооружении демонстрационного энергоблока мощностью 170 МВт с топкой кипящего слоя под давлением. Предварительно были проведены испытания на пилотной уста новке в Лизерхэд (Великобритания) . Они подтвердили, что вы бросы сернистого анmдрида и оксидов азота существенно умень шаются, работоспособность лопаточного аппарата ПУ на про дуктах сгорания повышается. Экономия капиталовложений на сооружение станций, обору дованных топками с кипящим слоем под давлением, составит 10 %, а время, необходимое для строительства, сокращается на 25 %. По расчетам сотрудников фирм Combustion Engineering Lungi, блок мощностью 250 МВт, состоящий из шести модулей, может быть почти полностью собран в заводских условиях, что позволит свести к минимуму объем монтажных работ на месте сооружения тэс. Приведенные материалы свидетельствуют о перспективности внедрения на ТЭС Минэнерго России нового для отрасли спосо ба сжигания твердых топлив, обеспечивающего экологический эффект, некоторое снижение металлоемкости и капитальных за трат. Особенно привлекательным этот метод сжигания ухудшен ного качества углей представляется для условий технического пе ревооружения и реконструкции ТЭС, при установке новых кот лов в ячейки демонтируемого устаревшего оборудования. Глава 7. Опыт реализации энергосберегающих технологий 170 7.2. Опыт рационального использования ТЭР в промышленности Закалка отливок воздухом на агрегате отжига. Для экономии тепловой и электрической энергии, газа, воды и удешевления технологического процесса при получении перлитного чугуна предложено отливки закаливать в том же закалочном баке, но не в масле, а продувкой воздухом. Для этого в закалочном баке вместо масляного гидрозатвора была установлена поворотная крышка 1 с уплотнением 2. Для защиты направляющих штанг механизма подъема стола 3 закалочного бака от нагрева установ лен экран 4 (рис. 7.8). Воздух от вентилятора по воздуховоду 5 подается в полость 90° 6 стола закалочного бака 7, затем под углом проходит между отливками снизу вверх, охлаждая их. Внедрение предложения позволяет исключить используемые для закалки масла индустриальное оборудование (емкости для масла, насосы, фильтры, маслоохладители, трубопроводы, запор ную и регулирующую арматуру и т. д . ), ликвидировать процесс промывки и комплекс оборудования для этой цели (емкости для приготовления и хранения растворов, насосы, трубопроводы, за порную и регулирующую арматуру и т. д.), сэкономить дефицит ные материалы (масло, каустическую соду или триполифосфат). Применение закалки отливок воздухом на агрегате отжига на предприятиях машиностроения позволяет экономить 20,4 тыс. м 3 технической и 153 тыс. м 3 оборотной воды в год. Экономия ТЭР составляет 145 тыс . кВт ·ч электрической и 11,3 тыс. ГДж тепло вой энергии в год. Опыт экономии электроэнерrии при металлообработке. Энер госберегающие технологические процессы при обработке реза нием. В производственном объединении «Ижорский завод>> прово дится большая работа по внедрению новых энергосберегающих технологических процессов при обработке резанием и экономич ного высокопроизводительного оборудования. Хорошие резуль таты достигнуты при внедрении совмещенной плазменно-меха нической обработки слитков, полученных вакуумно-дуговым или электрошлаковым переплавом. В литейной корке обрабатывае мых на токарных и строгальных станках слитков массой до 60 т и диаметром до 1350 мм содержится 40 ... 80 % марганца и других примесей. Процесс обработки резанием до внедрения новой тех- 7.2. Опыт рационального использования ТЭР в промышленности 171 з 2 7 а б Рис. 7.8. Агрегат для отжига отливок из белого чугуна для получения перлитного ковкого чугуна: а 2- до внедрения предложения : / - механизм подачи поддонов линий мойки; моечная установка ; З - механизм окун а ния ; 4 - механизм подъема и пово рота стола закалочного бака ; 7- ствол закалочного бака; 5 8- разгрузочн ая камера; /- для масла ; б - после внедрения предложения : лотнение ; З механизм подъема и поворота стола; - 6- 6 - закалочный бак ; емкость для моющего раствора; полость стола ; 7- 9- поворотная крышка; 4- экран; 5- емкость 2- уп воздуховод; стол закалочного бака нологии был очень трудоемок, твердосплавные пластинки резцов заменяли через 4- l О смен. Плазменно-механической обработкой обеспечивается строго согласованное воздействие на поверхность слитка в зоне резания Глава 172 7. Опыт реализации энергосберегающих технологий дуги плазматрона (плазмообразующим газом является воздух) и резца. Температура поверхности слитка в зоне действия плазма трона достигает 800 ... 900 ·с, металл размягчается, что облегчает условия работы режущей части резца. С внедрением плазменно-механической обработки произво дительность обработки слитков, полученных вакуумно-дуговым способом повысилась в 3-5 раз, расход инструмента снизился в 5-6 раз. Высвобождено три токарных станка. Экономия элек троэнергии составила около 150 тыс. кВт мости капитальных вложений - 4 года. ·ч в год. Срок окупае В объединении также освоена обработка овальных отверстий в решетке блока защитных труб реактора ВВЭР-1000 специаль ной шестишпиндельной головкой. Производительность труда на этой операции повышена в три раза, экономия электроэнергии составила 40 тыс. кВт ·ч на из делие. Одним из важнейших направлений в снижении удельного расхода электроэнергии на производство и металлообработку яв ляется получение рациональных заготовок в кузнечно-прессовом и литейном производствах путем приближения размеров загото вок к размерам готовых деталей. В кузнечном производстве крупные поковки изготовляют на автоматизированных ковочных комплексах вместо используемой ранее свободной ковки. При этом припуски на обработку реза нием уменьшаются с 30 .. .40 мм при свободной ковке до 5... 8 мм при ковке на автоматизированном комплексе. Если учесть, что на 1 т стружки при обработке изделий на металлорежущих станках расходуется около 500 кВт ·ч электро энергии, а массу крупных поковок измеряют десятками, а то и сотнями тонн, то совершенно очевидно, что уменьшение при пусков на обработку обеспечивает экономию электроэнергии в пределах 10... 25 %. 7.3. Опыт энергосбережения при эксплуатации котельных Реконструкция котлов ПТВМ-30 и ТВГМ-30 в целях выработ ки дополнительной тепловой энергии. Для выработки дополни тельной тепловой энергии проведена реконструкция котлов 7.3. Опыт энергосбережения при эксплуатации котельных 173 ПТВМ-30 и ТВГМ-30, которая позволяет утилизировать теплоту уходящих газов. Для этого каждый котел оборудуется дополнительным кон вективным пакетом (дКП), который устанавливают за основны ми поверхностями нагрева котла и обогревают уходящими ды мовыми газами. В отличие от существующих конструкций водогрейных кот лов ДКП по воде включается не в циркуляционную схему непо средственно котла, а в систему сетевых и рециркуляционных тру бопроводов котельной параллельно котлу. Такое включение по воде ДКП позволяет поддерживать в нем автономно расход воды через котел и ее температуру, т. е. независимо от тепловой на грузки котла. Возможность поддержания постоянно темш~ратуры воды в ДКП ,минимальной, но допустимой по условиям коррозии, по зволяет более глубоко охлаждать уходящие дымовые газы во всем диапазоне тепловых нагрузок котла, существенно снижая потери теплоты с уходящими газами и повышая КПД котла. После реконструкции котлы ПТВМ-30 и ТВГМ-30 получили наименование ПТВМ-30-У и ТВГМ-30-У. Внедрение предложения позволяет: увеличить производи тельность котла при работе на мазуте до ном газе - до 170 147 ГДж/ч, на природ ГДж/ч; повысить КПД котлов; снизить удель ные расходы электрической энергии на тягу и дутье за счет уменьшения воздуха в тракте дутья на 5,05 % и аэродинамиче ского сопротивления воздушного тракта на 10%; снизить по требляемую мощность на тягу на 6,2 %. Существующие дымососы и два рециркуляционных насоса обеспечивают нормальную работу котлов после их реконст рукции. и Годовая экономия составила 201,9 тыс. кВт . ч электрической тыс. ГДж тепловой энергии. Капитальные вложения оку 39,1 пились в течение года. Принципиальная схема подключения ДКП в систему трубо проводов котельной приведена на рис. 7.9. Беспровальные колпачковые решетки для котлов с ручной за грузкой топлива. На Алданском предприятии тепловых и элек трических сетей изготовлена и смонтирована в котлах с ручной загрузкой топлива беспровальная колпачковая решетка наподо бие трубной колпачковой решетки для котлов с кипящим слоем (рис. 7. 10). Решетка представляет собой ряд заглушенных труб 2 Глава 174 7. Опыт реализации энергосберегающих технологий НР нс з 4 Рис. 7.9. Принципиальная схема подключения ДКП в систему трубопроводов котельной: ВК 1- - водогрейный котел; НС регулятор; 2 - сетевой насос; Н Р измерительная шайба ; З воды; Рис. /- - 7.10. короб; 4- - - рециркуляционный насос; трубопровод обратной сетевой то же, прямой воды Беспровальная колпачковая решетка: 2- трубы; З - патрубки; 4- колпачки (диаметром му 100 мм) , приваренных (с шагом 120 мм) к воздушно / перед котлом. К трубам приварены (с шагом вертикальные патрубки З (высотой 100 и диаметром коробу 120 мм) 32 мм), заглушенные сверху шарообразными колпачками 4 (диа метром 40 мм), в качестве которых использованы отработанные шары барабанной мельницы . В патрубках на высоте 90 мм от трубы 2 просверлены равномерно по окружности шесть отвер стий диаметром 7 мм. Диаметр и количество отверстий, расстоя ние между патрубками по длине и ширине решетки выбраны из 7.3. Опыт энергосбережения при эксплуатации котельных 175 условия перекрытия струями воздуха всей площади решетки, что обеспечивает равномерное горение. Для изготовления решетки использованы бывшие в употреб лении трубы, монтаж выполняют два человека за 3-4 дня. Решетку устанавливают в котле на месте демонтированной чугунной колосниковой решетки. Топку на 1/3 высоты патруб ков засыпают песком, поверх которого насыпают (до колпачков) шлак. Воздух от вентилятора, обеспечивающего давление не ме нее 100 кгс/м 2 , подается через короб в трубную систему решетки и далее через шлаковую подушку - в слой топлива. Вентилятор типа Ц 14-70 No 3 с частотой вращения 58 с- 1 обеспечивает необ ходимое количество воздуха (2000 ... 2200 м 3/ч) с указанным дав лением для выработки котлом тепловой энергии 0,5 ... 0,6 Гкал/ч. Удаление шлака в процессе работы котла осуществляется обыч ным способом до уровня колпачков. Сибирским отделением ПТП <(Роскоммунэнерrо>> были про ведены сравнительные испытания котлов НР-18 (поверхность нагрева - 45 м 2 ) с обычной чугунной и беспровальной колпачко вой решетками. В котлах сжигался рядовой уголь Нерюнгринско го месторождения с низшей теплотой сгорания 5867 ккал/кг, ра бочей зольностью 12 %, влажностью 9,2 %, содержанием фрак ций с размерами частиц до 6 мм - 80 %. В котле с беспровальной колпачковой решеткой благодаря равномерному и горизонтальному распределению воздуха в слое топлива резко изменился характер факела, который стал сплош ным по всему зеркалу горения, что способствовало уменьшению содержания горючих в шкале с 65,7 также высоким отсутствию провала с до 6,6 %. Благодаря этому, а содержанием горючих удельная потеря теплоты с механическим недожогом в шлаке и провале на этом котле снизилась с 17 до 0,6 % по сравнению с котлом с обычной колосниковой решеткой, КПД котла повы сился с 53,3 до 64,3 %, т. е. на 20 %. Возможность сжигания в та ких условиях большого количества топлива позволила увеличить теплопроизводительность котла с 0,45 до 0,68 Гкал/ч. Увеличение КПД котла на 20 % получено также при анало гичных сравнительных испытаниях котлов <(Универсал-6>> с раз личной поверхностью нагрева. Во всех опытах коэффициент избытка воздуха за котлом при переходе на беспровальную колпачковую решетку снизился при мерно на 0,3. В то же время в связи с повышением температуры уходящих дымовых газов до 390 °С, вызванным увеличением те- Глава 176 7. Опыт реализации энергосберегающих технологий плопроизводительности котла, встал вопрос об использовании теплоты продуктов сгорания за счет развития поверхности на грева котла или утилизации теплоты уходящих дымовых газов с переходом на принудительную тягу. Все это создает предпосыл ки для дополнительного увеличения теплопроизводительности котельной в целом. Применение беспровальной колпачковой решетки на котлах с ручной загрузкой топлива весьма перспективно, особенно при использовании рядовых углей с большим содержанием мелочи. Это позволит нормализовать теплоснабжение многих населен ных пунктов за счет увеличения тепловой мощности котельных и получить значительную экономию топлива. 7.4. Опыт энергосбережения в системах отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования Система теплоснабжения промышленных предприятий с ис пользованием низкопотенциальной теплоты. Система, представ ленная на рис. 7.11, разработана с целью экономии топлива и энергии при теплоснабжении любых предприятий с преоблада нием воздушного отопления, совмещенного с вентиляцией про изводственных помещений, и характеризуется следующими осо бенностями. 1. Нагрев наружного воздуха, поступающего в приточные ка меры производственных помещений, осуществляется в двух сту пенях с использованием низкотемпературной воды: 1 ступень - подогрев воздуха в 5... 10 ·с в контактной пературы до диапазоне от наружной тем камере агрегата УОВА с ис пользованием отбросной теплой воды, отводимой от охлаждае мого технологического оборудования при температурах 25 ... 50 ·с 25 .. .40 ·с на градирни водоотборных систем. II ступень - нагрев воздуха в диапазоне от 5... l О до производится в обычных калориферах с использованием 70-гра дусной воды от ТЭЦ, котельной и других источников. 2. Традиционная система теплоснабжения с расчетными тем 150/70 ·с заменяется на низкотемпе пературами теплоносителя ратурную с расчетными параметрами 70/30 ·с. 7.4. Опыт энергосбережения в системах отопления 177 гво зо ·с тэц водогрейная..,_Г_В_П_7_0_С _ _ _ _ _-...---------+----t 0 Воздух Воздух в производственные в производственные помещения помещения котельная ~----, Наружный воздух -зо ... +10 •с Охлаждаемое 25 40 15 ... 25 •с технологическое~-.::.::.:.·::.. ·· .;..=.....::....1...----+-=--=-;;._---=:..::.:.;.:....:..с..::........:::._+-t><]---,f,с,:~\ оборудование •с промышленных 1-----~}-......L---------J..t><ЖI предприятий Рис. 7.11. Система теплоснабжения промышленных предприятий с использова нием низкопотенциальной теплоты (на примере nромузла) 3. При теплоснабжении от ТЭЦ подача потребителям в тече ние всего отопительного сезона горячей воды с расчетными тем пературами 70/30 ·с значительно увеличивает выработку элек троэнергии на тепловом потреблении. 4. Охлаждение тепловой воды, отводимой от технологическо го оборудования, не в градирнях, а в агрегатах УОВА позволяет существенно поднять качество технического водоснабжения за счет перехода на замкнутые системы охлаждения, не связанные с атмосферой, что одновременно снизит нагрузку градирни и в 8-1 О раз сократит расход свежей речной воды для подпитки системы . 5. Низкие температуры сетевой воды позволяют перейти на пластмассовые трубы, сократить затраты на прокладку тепловых сетей, уменьшить потери теплоты через изоляцию. Автоматизация системы упраWiения приточных камер. До вне дрения данного предложения в отопительный период приточные камеры для отопления работали круглосуточно на полную мощ ность. При этом температура в цехах была выше значений, уста новленных строительными нормами и правилами . Проведенные в нерабочее время зимой замеры температуры показали , что средняя температуры в цехах составляет 12 - 2633 19 ·с. Это Глава 178 7. Опыт реализации энергосберегающих технологий приводило к нерациональному расходу электрической и тепло вой энергии. Принципиальная схема автоматизации системы управления 7.12. Все катушки маг приточными камерами приведена на рис. нитных пускателей калориферов включаются и отключаются ав томатически от щита управления калориферами ЩУК через промежуточное реле РПI и выключатель ВК2. На щите управле ния размещен усилитель ЭРА-М, который управляется термо сигнализатором тем. Усилитель ЭРА-М настраивают на температуру бочее время и 18 5 ·с в нера ·с в рабочее время. В щите управления уста новлены трансформатор 220/127 В, переключатель рода работ BKI и сигнальные лампы ЛСI и ЛС2 . Схема предусматривает отключение выключателем ВК2 калориферов для ремонта. -220 у Рис. ЩУК - 7.12. В у ЩУК Принципиальная схема управления калориферами: щит управления калориферами; BKI - переключатель рода работ ; ЛСI, ЛС2 - сигнальные лампы ; TPI - трансформатор 220/127 В мощностью 25 Вт ; ТСМ - термосигнализатор ; ЭРА-М - электронный регулирующий авто матический прибор ; К - пускатель магнитный ; ПМЕ; К\ - контактор калори РП 1 промежуточное реле РП-23 ; ВК2 пакетный выключатель; фера ; ДI - двигатель 7.4. Опыт энергосбережения в системах отопления В результате внедрения предложения экономится кВт ·ч электрической энергии и 5418 179 160 тыс. Гкал тепловой энергии в год. Предложение может быть использовано там, где приточная вентиляция работает в качестве воздушного отопления. Модернизация схемы упраWJения вентиляционными агрегатами. Управление вентиляционными агрегатами окрасочной камеры в цехах ПО «Ижорский завод» осуществлялось с места их установ ки, расположенного вне рабочего места оператора, что часто приводило к непроизводительной работе электродвигателей об щей мощностью 41 О кВт и значительным потерям электроэнер гии. Внедрение модернизированной схемы управления восемью вытяжными и двумя приточными вентиляционными агрегатами позволило дистанционно регулировать режим работы установок в зависимости от режима работы окрасочной камеры. Полностью исключена непроизводительная работа двигате лей вентиляторов, что обеспечило годовую экономию электро энергии в 262 зацию схемы тыс. кВт· ч. Срок окупаемости затрат на модерни - до одного года. Автоматический регулятор прямого действия. Воздушно-тепло вые завесы железнодорожных ворот при въезде в цех работали в периодическом режиме по подаче вентиляционного воздуха при открытии ворот, а теплофикационная вода во избежание замора живания калориферов подавалась постоянно. Это приводило к нерациональному расходу воды, повышению температуры обрат ной воды и нарушению температурного графика работы системы теплоснабжения. В целях улучшения использования тепловой энергии и ее экономии на калориферных установках приточной вентиляции и воздушно-тепловых теплоносителя завесах реконструировали схему подачи и установили автоматические регуляторы темпе ратуры. Внедрение предложения позволяет стабилизировать режим ра боты калориферных установок систем воздушного отопления и воздушно-тепловых завес, уменьшить расход сетевой воды и под держивать температуры обратной воды в соответствии с графиком. Годовая экономия ческой и 46 508 составляет 1229,8 тыс. кВт· ч электри Гкал тепловой энергии. Окупаемость затрат - в течение года. Безнасосная подача горячей воды. Завод <<Прожекторные угли,>, г. Елец, получает технологический пар от ТЭЦ Минэнерго 12• Глава 180 7. Опыт реализации с параметрами: Р= 5. энергосберегающих технологий 105 Па и Т= 200 ·с. После использования пара в технологическом процессе образовавшаяся пароконден сатная смесь самотеком поступала в атмосферные баки сбора конденсата с параметрами: Р= 1,1 кгс/см 2 и Т= 102 ·с. Баки сбо ра конденсата установлены в центральном тепловом пункте заво да. Часть пара пароконденсатной смеси через атмосферные тру бы конденсатных баков безвозвратно терялась, а конденсат отка чивался на ТЭЦ. На заводе бьmа внедрена система (рис. 7.13) более глубокой конденсации пара путем пропуска пароконденсатной смеси по змеевикам, вмонтированным в баки-аккумуляторы, которые за полняются холодной водой из заводского водопровода. Проходя по змеевикам, пароконденсатная смесь нагревает холодную воду и после этого поступает в виде конденсата в коденсатные баки. Однако нагретая в баках-аккумуляторах вода до Т = 90 ·с в тех- Паропровод -----------------1>4-- - - - - - - -, - - - -l><t - , Конденсатопровод -.---.-+_в_атм_ос_фе __Р_У_ _ _ _ _ _с...п..а.ро_и-тзво_д_ства....---, , j · 1 i о а t; u Е "' ::t Конденсатопровод на ТЭЦ 1 а-·-·-·-·-·-·-·- · -·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·-·- · -· - rорячая вода; - вторичный конденсат; - паропровод; - конденсат, откачиваемый - конденсатопровод; - - холодная вода; паровые выхлопы на ТЭЦ; из конленсатных баков: Рис. / - 7.13. Схема безнасосной подачи rорячей воды: баки-аккумуляторы V= 16 м 3 ; 2 З - конденсатные баки V= 10 м 3 каждый; бойлер-утилизатор паровых выхлопов для ГВС столовой 7.4. нологии Опыт энергосбережения в системах отопления не используется 181 и подается только для горячего водо снабжения (ГВС) 3 раза в сутки. В дальнейшем уменьшается эф фект конденсации и пар через атмосферные трубы теряется. Для устранения потерь пара был дополнительно установлен бойлер на ЦТП V = 6 м 3 • По змеевикам бойлера подавалась вода из заво дского водопровода. Выхлопы из конденсатных баков по трубам направляются в бойлер, омывая змеевики. Нагретая до 50 ... 55 ·с вода за счет давления в сети водопровода выдавливается в сеть ГВС столовой, а образовавшийся конденсат самотеком поступа ет во всасывающий трубопровод конденсатных насосов и отка чивается на ТЭЦ. В звене ГВС столовой исключен насос К а за счет использования паровых выхлопов из конденсат ных баков получен дополнительно конденсат. Это позволило увеличить возврат конденсата на ТЭЦ на 10 ... 15 % против дого 45/55, ворного, а следовательно, и тепла с возвращенным конденсатом. Станция смешивания теплоносителей I и II контура систем те плоснабжения. Принципиальная схема технологического процес са представлена на рис. 7.14. 4 Рис. 1- 7.14. Принципиальная схема технологического процесса: водогрейные котлы ТЭЦ; тели; 4- потребители 2- I и паровые котлы; II контуров; 5- J- пароводяные подогрева смешивающие насосы В период высоких наружных температур, от длительность которых может достигать ности отопительного сезона, 20 ... 30 % +3° до +8 ·с, продолжитель температура теплоносителя в теп лосетях от ТЭЦ держится не ниже 70 ·с из-за условий горячего водоснабжения. Это приводит к значительному перерасходу теп ловой энергии. Кроме того, график теплоснабжения от ТЭЦ рассчитан на 18 ... 20 ·с (для жилья), а на заводе, где 80 % состав ляют производственные помещения, СНиПом разрешается под держивать + 16 ·с, в связи с этим также происходит перерасход тепловой энергии. Глава 182 7. Опыт реализации энергосберегающих технологий Внедрение станции смешивания позволяет снижать темпера туры подаваемой воды и поддерживать ее по внутризаводскому графику. Контроnьные вопросы 1. 2. 3. 4. 5. Приведите примеры эффективного использования ТЭР в электроэнергетике. Как работает пенно-модульный деаэратор ДВ-1600-ПМ? Как можно утилизировать тепло'IУ дымовых газов действующих ТЭЦ? Приведите примеры интеграции ПУ в технологические процессы. Как работают топки с кипящим слоем? б. Расскажите об опыте энергосбережения при эксплуатации котельных. 7. Перечислите мероприятия по энергосбережению в системах ГВС, отопления, вентиляции и кондиционирования. Глава 8 НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ТОПЛИВА И ЭНЕРГИИ 8.1. Возобновляемые источники энергии Экономический ресурс возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в мире в настоящее время оценивают в в год, что в 2 20 млрд т у. т. раза превышает объем годовой добычи всех видов ископаемого топлива. Это обстоятельство указывает путь разви тия энергетики ближайшего будущего. К ВИЭ относят: энергию Солнца, ветра, тепла Земли, энер гию морей и океана, биомассу, новые виды жидкого и газообраз ного топлива, представленные синтетической нефтью на основе угля, органической составляющей горючих сланцев и битуминоз ных пород (дополнительные углеводородные ресурсы), а также некоторые виды топливных спиртов и водород. Указанные энергоносители в процессе технологических пре вращений различной глубины и сложности позволяют получать продукцию, свойства которой сопоставимы с продукцией, полу чаемой за счет природного газа, угля, нефти и продуктов их пе реработки и тем самым могут обеспечить экономию традицион ного энергетического сырья. Главное преимущество этих энергоресурсов состоит в том, что большинство из них являются местным видом топлива, а районы наибольшей концентрации их сырьевой базы, как пра вило , испытывают определенные трудности в формировании своего ТЭБ. Хозяйственное освоение их будет не только способ ствовать оптимизации структуры ТЭБ этих районов, но и сниже нию напряженности транспортных грузопотоков. Глава 184 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии Многие из нетрадиционных источников энергии являются сложными энергоресурсами, компоненты которых позволяют получать и нетопливную продукцию, широко применяемую в химии, строительной индустрии, сельском хозяйстве, металлур гии и т. д. Например, термальные воды, горючие сланцы и битуминозные породы содержат в промышленных концентра циях литий, ванадий, никель, рубидий, серу и другие элементы, принципиальная возможность извлечения которых доказана. Минеральная составляющая горючих сланцев и битуминозных пород является исходным сырьем для производства изделий для дорожной и строительной индустрии. Рациональная утилизация различных видов отходов (биомасса) позволит получать высоко качественные удобрения. Ресурсы этих видов энергии велики. Так, например, теплоту, которую можно извлечь из земной коры с глубины до 3 км, оценивают в 2 · 10 ккал, до 5 км - до 10. 10 17 ккал; полная мощность солнечной радиации, приходя щей к Земле от Солнца за год, составляет 1500 . 10 15 кВт. ч 17 и только 40 % ее достигает поверхности Земли. Энергопотенци ал морских приливов и отливов оценивается в мире в целом 3000 - ГВт. Основное преимущество ВИЭ - неисчерпаемость и экологи ческая чистота. Их использование не изменяет энергетический баланс планеты. Эти качества и послужили причиной бурного развития возобновляемой энергетики за рубежом и весьма опти мистических прогнозов их развития в ближайшем десятилетии. Возобновляемые источники энергии играют значительную роль в решении трех глобальных проблем, стоящих перед человечест вом: энергетики, экологии, продовольствия (табл. 8.1). Таблица 8. 1. Роль ВИЭ в решении трех глобальных проблем человечества Вид ресурсов или установок Энергетика Эколоrnя Продовольствие Ветроустановки + + +1 Малые и микроГЭС + + +2 Солнечные тепловые установки + + +З Солнечные фотоэлектрические + + +4 + + /- о установки Геотермальные электрические станции 8.2. 185 Ветроэнергетика Окончание табл. 8. / Энергетика Экология Продовольстви е Геотермальные тепловые установки + + /- +5 Биомасса. Сжигание твердых бытовых + +/- о + +/- +6 + + +1 Биомасса. Газификация + + о Биомасса. Получение жидкого топлива + + +8 Установки по утилизации низкопотенци- + + о Вид ресурсов или установок отходов Биомасса. Сжигание селъскохозяйствен ных отходов, отходов лесозаготовок и лесопереработок Биомасса. Биоэнергетическая переработка ОТХОДОВ ального тепла Примечание. О - + - положительное влияние , - - отрицательное влияние , отсутствие влияния . 1 Водоподъемные установки на пастбищах и в удаленных населенных пунктах. 2 Орошение земель на базе малых водохранилищ, водоподъемные уст ройства таранного типа . 3 Установки для сушки сена, зерна, сельскохозяйственных продуктов, фруктов . 4 Водоподъемные системы, питание охранных устройств на пастбищах. 5 Обогрев теплиц геотермальными водами. 6 Использование золы в качестве удобрения. 7 Получение экологически чистых удобрений в результате сбраживания отходов. 8 Получение дизельного топлива из семян рапса - самообеспечение сельского хозяйства дизельным топливом. 8.2. Ветроэнергетика Установленная мощность ветроустановок в мире увеличилась с 6172 -36 МВт в 1966 г. до 12 ООО МВт в 1999 ООО МВт. Страны-лидеры: Германия г. , прогноз на - 4444, 2015 г. - 1819, США Глава 186 Дания - 1752, 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии Испания - 1539, Индия - 1100 МВт. Оборот вет 2004 г. составил 1,9 млрд предыдущим rодом на 32 %. роэнергетической индустрии в мире в долл. и увеличился по сравнению с Приоритет как в развитии теоретических исследований вет роэнергетики, так и в создании проектов ветроэнергетических станций принадлежит нашей стране. Еще в г. была сооружена в Крыму самая крупная в мире станция (ВЭС) мощностью 100 кВт. Станция работала до 1942 r. и давала электроэнергию в сеть Се вастопольэнерrо напряжением 6300 В. Среднегодовая выработка ветровая 1931 электрическая энергии на ВЭС превышала 270 МВт · ч. Во время Великой Оте чественной войны она была разрушена. К этому же периоду от носится создание в нашей стране проектов самых крупных в мире ВЭС мощностью 1000 и 5000 кВт, которые не смогли быть реализованы из-за войны. Особенно широко в целях энерrообеспечения индивидуаль ных объектов ветродвигатели в нашей стране применялись в пе риод 1950-1965 rr., когда их производство достигло 8-9 тыс. единиц в rод. Снижение потребности в ветродвигателях и пре кращение их серийного производства в дальнейшем связано с широким развертыванием электрификации сельского хозяйства и подключением сельскохозяйственных объектов к электриче ским сетям . Сфера экономически целесообразного применения ветроус тановок в районами, современных имеющими условиях ограничивается децентрализованное в основном, энергоснабжение, благоприятные ветровые условия и возможность эксплуатации ветроустановок в течение большей части года. Энергетические ветровые зоны в России расположены, в ос новном, на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Каспийского моря, нижней и средней Волги, на побережье Охотского, Баренцева, Чер ного и Азовского морей и составляют почти 5 млн км2 . Валовой вет ровой потенциал оценивается в 80 · 10 кВт· ч/г., технический в 6,2 · 10 15 кВт· ч/r., экономический - в 31 · 10 12 кВт. ч/г. При этом 15 длительность действия энергетического потока ветра составляет от 2000 ДО 5000 Ч В ГОД. Акционерное общество «Нетраэл>> с привлечением ряда орга разработал «Атлас ветропотенциала России» с про низаций граммным обеспечением расчета ветропотенциала и выработки 8.2. Ветроэнергетика 187 электроэнергии для любой намечаемой строительной площадки и любого ветроэнергетического оборудования. Около 30 % экономического потенциала ветроэнергетики со средоточено на Дальнем Востоке , примерно по 16 % - в Запад ной и Восточной Сибири, 14 % - в Северном экономическом районе и менее чем по 5 % - в остальных районах. Наиболее перспективны для размещения ветроэнергетиче ских установок являются побережья морей и участки их шель фов. На шельфах морей удельная мощность ветрового потока достигает 1000 ... 1500 Вт/м2, а на побережьях - 500... 1000 Вт/м2, в то время как на удалении от побережий и в глубинных районах удельная мощность ветрового потока составляет 100 ...500 Вт/м 2 • Кинетическую энергию Экин (Дж) воздушного потока со сред ней скоростью v (м/с), проходЯщего через поперечное сечение F(м 2 ), перпендикулярное v, и массой воздуха т (кг) рассчитыва ют по формуле mv 2 экин =-2-· (8.1) Величину т определяют по формуле т где р - =pvF, (8.2) плотность воздуха, кr/м 3 • При расчетах в качестве р часто принимают ее значение, равное 1,226 кr/м 3 соответствующее нормальным климатическим условиям: t= 15 ·с, р = 760 мм рт. ст. , или 101,3 кПа . Если в (8.1) в качестве т принять секундную массу воздуха (кг/с), то полу чим значение мощности, развиваемой потоком воздуха (Дж/с или Вт), т . е . N=0,5 pv 3 F. (8.3) Для F = 1 м 2 получаем значение удельной мощности (Вт) вет рового потока N уд (Вт/м 2 ) со скоростью v (м/с): N уд= 0,5 pv 3 • В ветроэнергетике обычно используют скоростей ветра, не превышающих 25 (8.4) рабочий диапазон м/с. Эта скорость соответ ствует 9-балльному ветру (шторм) по 12-балльной шкале Бофор- Глава 188 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии та. Ниже приведены значения Nуд для указанного рабочего диа пазона скоростей ветра : v, м/с .............. 2 3 4 5 10 14 18 Nуд, Вт/м 2 •.... .. 4,9 16,55 39,2 76,6 613 1682 3575 20 25 23 4904 7458 9578 Ветроэнергетические установки (ВЭУ), классифицируют по следующим признакам: • • мощности круnные (от малые (до 100 до 1000 10 кВт), средние (от 10 до кВт), сверхкрупные (более числу лопастей рабочего колеса - 100 кВт), 1000 кВт); одно- , двух- , трех- и мноrолопастные; • отношению рабочего колеса к направлению воздушного по тока - с горизонтальной осью вращения, параллельной (рис. 8.1, а) или перпендикулярной вектору скорости (ротор Дарье) (рис. 8.1, б). В мире и в России в настоящее время наибольшее распро странение получили трехлопастные ВЭУ с горизонтальной осью вращения, в состав которых входят следующие конструктивные узлы: рабочее колесо башня З и фундамент Конструкция реже - 1, 4. гондола с редуктором башни чаще имеет 2 и генератором, трубообразную форму, решетчатую, на ней в гондоле размещают основное энер гетическое, механическое и вспомогательное оборудование ВЭУ (рис. 8.1, в), в том числе рабочее колесо или ротор с лопастями, преобразующий энергию ветра в энергию вращения вала, редук тор для повышения частоты вращения вала ротора и генератор. Лопасти ротора могут быть жестко закреплены на его втулке или изменять свое положение в зависимости от скорости ветра для повышения полезной мощности ВЭУ. В качестве генератора мо гут использоваться: синхронные и асинхронные (чаще всего), а также (реже) асинхронизируемые синхронные генераторы . Для каждой ВЭУ можно выделить следующие три характерных значения рабочей скорости ветра: v: - v;in - для О::;; v::;; v;in мощ- ность ВЭУ равна нулю; расчетная скорость ветра по мощ ности, для v;in < v::;; v; мощность ВЭУ меняется в зависимости от скорости ветра и частоты вращения ротора; v ;"" для v > v ;"" мощность ВЭУ равняется нулю за счет принудительного тормо жения ротора или разворота его лопастей параллельно вектору скоростей ветра. 8.2. 189 Ветроэнергетика ] 1 3 3 4 б а Рис. 8.1. щения Современная ВЭУ с горизонтальной (а) и с вертикальной (/ - рабочее колесо; повая конструкuия (в) 4 - 8- (/ - 2- гондола; лопасть; 2- 3- башня; 4- (6) осью вра фундамент); а также ти система разворота лопасти; 3- втулка; дисковый тормоз; 5 мультипликатор; 6 гидромуфта; 7 генератор; механизм системы поворота; 9 - тормоз системы поворота; /О - датчик системы поворота) Глава 190 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии Для ориентировочных расчетов в диапазоне скоростей ветра от v;in v: до полезную мощность ВЭУ N83 y (кВт) для заданной скорости ветра ра ВЭУ D1 (м) v (м/с) на высоте башни Н6 (м) и диаметре рото рассчитывают по формуле Nвэу = NYJJ F ВЭУ ТJр 11r ½1о-з, где Nуд (Вт/м2 ) определяют по (8.4); F83 y (м 2 ) (8.5) - отметаемая пло щадь ВЭУ с горизонтальной осью вращения, вычисляют по фор муле (8.6) 0,45 в практических расчетах, отн. ед.; 1lp - КПД ротора (порядка 0,9), отн. ед.; 11г - КПД генератора (порядка 0,95), отн. ед. После подстановки всех указанных значений в (8.5) получа i; - коэффициент мощности, обычно принимают равным ем для ориентировочных расчетов: N 83y = l,85Dfv 3 • а (8.7) Для малых ВЭУ v;in находится обычно в пределах 2,5".4 м/с, v;- от 8 до 10 м/с. Для крупных ВЭУ указанные значения со ставляют 4 ... 5 м/с и 12 ... 15 м/с соответственно. Предельная до пустимая скорость ветра по соображениям прочности ВЭУ равна 60 м/с. Турбины в составе ветровых электростанций (ВЭС) нужно располагать на расстоянии не менее пяти диаметров ротора одна от другой. Если ВЭУ располагают в ряд перпендикулярно на правлению доминирующих ветров, то расстояние между ними может быть сокращено до четырех диаметров ротора. Системы управления современных ВЭС - микропроцессоры, осуществ ляющие мониторинг всех функций ВЭУ с возможностью дис танционного контроля. Интенсификация по вовлечению энергии ветра в ТЭБ Рос сии возобновилась в 1981 r. и финансировалась из госбюджета. В результате этих работ создана экспериментальная база нетра диционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) в Да гестане, начато и ведется строительство Калмыцкой ВЭС мощ ностью 22 МВт, продолжается строительство Заполярной ВЭС мощностью 2,5 МВт в условиях вечной мерзлоты (табл . 8.2). Соз- 8.2. Ветроэнергетика даны и испытаны сетевые ВЭУ мощностью ный образец ВЭУ мощностью тевых ВЭУ мощностью Таблица 8.2. 1000 1000 191 200 и 250 кВт, опыт кВт, начато производство се кВт улучшенной конструкции. Технико-экономические показатели сетевых ВЭС в России УстановНаименование ленная вэс мощность, тыс. кВт Калмыцкая Годовая выработка Общие капиталь- электроэнергии, млн кВт· ч ные затраты/на установленный 1 кВт, млн долл. Себестои- Среднесис- мость элек- темный троэнергии тариф, цент/ цент/ /(кВт· ч) /(кВт· ч) 22,0 53,0 39,5/0,0018 4,52 6,5 8,0 17,6 12,5/0,0016 5,5 4,6 3,0 6,0 6,6/0,0022 4,75 5,3 5,0 11,4 11, 1/0,0022 4,2 4,6 50,0 127,0 125,Q/0,0025 9,7 4,2 Сахалинская вэс 5,0 10,0 10,2/0,0020 8,9 12,8 Радаевская 6,0 17,6 12,4/0,0021 4,6 4,3 16,0 64,0 16,9/0,0011 10,1 17,1 2,4 2,5 2,8/0,0012 4,8 4,63 3,0 15,4 9,3/0,0031 8,6 13,8 3,0 18,6 9,3/0,0031 6,7 13,8 вэс Морская ВЭС (1 очередь) Ленинградская вэс Валаамская вэс Магаданская вэс вэс Камчатская вдэс Воркугинская вдэс Таймырская ВДЭС Ямальская ВДЭС Примечание. ВДЭС - ветродизельная электростанция. В системе АО <<Ростовэнерго,> действует ВЭС установленной мощностью Schitтswerft 300 кВт, состоящая HSW-30 мощностью из десяти ВЭУ фирмы по 30 кВт каждая. Husumer Глава 192 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии На Куликовской ВЭС (Калиниrрадская обл.) введена в дей ствие ВЭУ 600 кВт датского производства. Решаются вопросы строительства ВЭС мощностью 5 МВт с участием датских фирм. Энергоснабжение практически всех объектов на указанных территориях традиционно осуществляется с помощью дизельных или газотурбинных электростанций, как правило, с использова нием привозного топлива. Отопление и горячее водоснабжение также осуществляется либо путем сжигания привозного органи ческого топлива в централизованных котельных, либо с помо щью индивидуального печного отопления с использованием ме стных лесных ресурсов. Применение гибридных энергосистем в комплексе с ВЭУ позволит по меньшей мере вдвое сократить за воз топлива, перейти частично или полностью на электроото пление и электронаrрев воды, резко сократить лесосводку, улуч шить экологическую обстановку за счет уменьшения вредных выбросов в атмосферу и сохранения лесных угодий. При решении вопроса о целесообразности строительства гибридных электростанций в указанных регионах следует иметь в виду, что стоимость электроэнергии, производимой для изоли рованного потребителя, определяется, в основном, стоимостью топлива, которая для обеспечения экономической эффективно сти ветроэнергетики не должна быть меньше 30 ... 35 центов за килограмм, а стоимость электроэнергии не выше I О центов за 1 кВт· ч. Эффективное и широкое использование энергии ветра в Рос сии может быть достигнуто при условии, что стоимость сетевых ВЭУ не будет превышать 500 ... 600 долл. за установленный I кВт, суммарные капитальные затраты на строительство ВЭС - 800 ... ... 1000 долл. за установленный I кВт, количество часов использо вания установленной мощности - не менее 2500 ч. Общая мощность ВЭС, по которым выполнены проектные или предпроектные проработки, превышает 200 МВт. Широкое развитие ветроэнергетики в России позволило бы использовать экономический потенциал, эквивалентный 13 .. . ... 15 млн т у. т. в год, а также существенно сократить вредные выбросы СO 2 в атмосферу, что весьма важно, в частности, по ус ловиям конвенции со скандинавскими странами об охране окру жающей среды. Системная ветроэнергетика в мире представляет собой на правление, с которым прежде всего связывается крупномасштаб ное использование энергии ветра, значимое для ТЭБ стран . При 8.3. этом 100 предполагается Геотермальная энергетика использование ВЭУ 193 мощностью более кВт, главным образом, мощностью в несколько мегаватт, яв ляющейся предельной по современным понятиям. В настоящее время ВЭУ мощностью 100 кВт и выше по строены в США, Канаде, ФРГ, Дании, Швеции, Нидерландах, Великобритании, Франции. ВЭУ мегаваттного класса построены в США, Швеции и ФРГ, создаются в Великобритании и Канаде. Однако мощные ВЭУ не прошли опытной эксплуатации и еще не ясно, готова ли современная наука и техника к созданию на дежных и долговечных ВЭУ мощностью в несколько мегаватт с ветроколесами диаметром около 100 м. Параллельно с созданием и испытанием опытных ВЭУ выполняется большой объем работ по поиску более рациональных схем мощных ВЭУ, их узлов и систем, разработке ВЭУ новых типов. Активные исследования проводятся по использованию ВЭС в энергосистемах. 8.3. Геотермальная энергетика Установленная мощность геотермальных электростанций (ГеоЭС) возросла с 678 МВт, в 1970 г. до 8000 МВт в 2000 г. Стра ны-лидеры: США - 2228, Филиппины - 1909, Италия - 785, Мексика - 755, Индонезия - 589 МВт (Россия - 23 МВт). Сред негодовой рост мощности ГеоЭС за последние 30 лет составил 8,6 %. Установленная мощность геотермальных тепловых устано вок за последние 20 лет возросла с 1950 до 17 175 МВт. 2000 г. ГеоЭС работали в 21 стране. За последние пробурено 1150 скважин глубиной более 100 м. На начало 5 лет было Россия располагает огромными запасами глубинного тепла Земли следующих типов: геотермальные (месторождения горя чей воды с температурой от 20° до l 00 ... 120 °С), парогидротер мальные (месторождения пароводяной смеси и пара с темпера турой от l 00 ... 120° до 250 °С) и петротермальные или тепло гор ных сухих пород. На О 1.01 .2008 r. в эксплуатации находилось ний термальных вод с общим количеством 21 О 56 месторожде скважин. Добыто и использовано потребителями термальной воды и пароводяной смеси эквивалентное замещению l ,05 млн ту . т. Термальные воды в основном используют в теплоснабжении . Из общего объема использованной термальной воды на сельское 13-2633 Глава 194 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии хозяйство израсходовано до 46 %, на жилищно-коммунальное хо зяйство - до 28 %, на промышленное теплоснабжение - до 18 % (сушка чайного листа, производство железобетонных конструк ций, деревообрабатывающая промышленность и др.) и до 8 % бальнеология, плавательные бассейны, прудовое хозяйство и про чие потребители. Геотермальным отоплением и горячим водо снабжением пользовался ряд районов в городах Грозный, Кизляр и других с населением около 350 тыс. человек. Общая площадь те плично-парниковых хозяйств на базе геотермальных вод состав ляет 80, l га. Значение термальных вод не ограничивается исполь зованием только их теплового потенциала. Минерализованные воды содержат гамму ценных компонентов, из которых особый интерес представляют редкие и рассеянные элементы: литий, ру бидий, стронций, цезий, йод, бром и др. Целесообразность полу чения ценного химического сырья из термальных вод подтвер ждается длительной добычей его во многих странах. В России тех нология эффективного получения концентратов и попутных продуктов разработана Институтом физико-химических основ переработки минерального сырья Сибирского отделения АН Рос сии и в настоящее время прошла опытно-промышленную про верку . Потенциальные эксплуатационные России с температурой 40 .. .140 ·с запасы термальных и минерализацией l ... 200 вод г/л предварительно оценены (в зависимости от метода эксплуатации): • при фонтанном способе l,2 млн м 3/сут . (2,6 млн ту. т./rод); • при насосном способе 37 млн м 3/сут. (59 млн ту. т.jrод); • при осуществлении обратной закачки с поддержанием пла стового давления 70 ... 75 млн м 3/сут. (130 .. .140 млн ту. т./rод). Месторождения пароводяных смесей, перспективные для ос воения, расположены, главным образом, в вулканических облас тях: на Камчатке, Курильских островах, о. Сахалине. На территории Камчатки имеется 26 районов, многие из ко торых перспективны для выработки электроэнергии и способны обеспечить суммарную электрическую мощность около 1000 МВт (Мутновское, Ходуткинское, Паужетское, Кошелевское, Киреун ское и др.). Есть сведения о наличии месторождений пароводяных сме сей в Дагестанской, Чеченской, Ингушской и Кабардино-Бал карской республиках, Краснодарском и Ставропольском краях. В целом можно сказать, что расширение фронта работ в об ласти освоения новых методов и способов как добычи, так и ис- 8.3. 195 Геотермальная энергетика пользования геотермальной энергии, решение ряда экономиче ских и организационных вопросов, а также комплексный подход к использованию термальных вод - не только теплового потенциала, вот основные задачи, решение но и самих которых по зволит более широко использовать тепло Земли в ТЭБ страны. Еще в 1970 г. в России был предложен новый способ преобра зования энергии пароводяной смеси в электрическую, получив ший название метода полноrо потока, который апробирован на Паужетском и Паратунском месторождениях на Камчатке. Одна 9,5 МВт), исполь зующая этот метод преобразования, построена в США в 1985 г. ко первая ГеоТЭС (<<Дезерт Пию> мощностью Камчатская область является уникальным районом страны по своим особенностям, стимулирующим использование геотер мальной энергии. Во-первых, она расположена в области совре менного вулканизма, где геотермальная энергия наиболее доступ на и создание на ее основе систем энергоснабжения экономиче ски наиболее целесообразно. Во-вторых, Камчатка по существу лишена собственных ресурсов органического топлива за исклю чением небольшого месторождения газа на западном экономиче ски мало развитом побережье и двух небольших месторождений угля, уголь одного из которых имеет очень высокую зольность, а второе расположено на севере в плохо освоенном районе. Еже годный завоз топлива на Камчатку составляет около в том числе до 0,9 2 млн ту. т., млн т жидкого. Запасы природных теплоносителей Камчатского полуострова позволят покрыть до 100 % потребности в централизованном электроснабжении и более 50 % в теплоснабжении. Однако в настоящее время доля геотермальных ресурсов в общем балансе полуострова составляет в электроэнергии менее 2 %, а в теплоснабжении около 8 %. При этом использование те плового потенциала уже освоенных и разведанных месторожде ний осуществляется часто неудовлетворительно. Так, например, максимальная нагрузка Паужетской ГеоТЭС менее 50 % установ ленной мощности, не решен вопрос об использовании теnловой энергии добываемой вместе с паром термальной воды в количе стве 23 тыс. м 3 в сутки, законсервировано Верхне-Паратунское месторождение с утвержденными запасами в 23,3 тыс. м 3 в сутки. Прогнозные запасы пара на семи наиболее перспективных ме сторождениях Камчатки, намечаемых к освоению до 2015 г., дос таточны для создания ГеоТЭС суммарной мощностью около 500 1з• МВт. В 1999 г. (по заказу АО «Камчатскэнерго,>) завершилось Глава 196 строительство (рис. 8.2). 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии блочно-модульной Мощность станции 12 Верхне-Муrновской ГеоЭС МВт. Насосы системы закачки отработавшего теплоносителя, пожарные и вспомогательные на сосы, электрощиты управления, а также система защиты рабоче го тракта ГеоЭС от коррозии и солеотложений расположены в насосном отсеке. При эксплуатации система защиты позволяет удалять отложения солей из турбин и воздушных конденсаторов, в период простоя предотвращать стояночную коррозию. г---------, г-··-··-··-· ! + 16 1- 'О 14 З ...................... i i Т11 · О-·-т--~ 9 t! 15Q б турбина; ~ '-16 iвliГ m!Г Рис. 8.2. 2- генератор; З Г 1 f --1 1 t---oJ.L .... !1 6 ____ j Ln12 L-~, 8 1- s 1 -<>10 , Принципиальная тепловая схема энергоблока: - воздушно-кощенсационная установка; 4- кон денсатосборник; 5 - бак охлаждающей воды; 6 - насос; 7 - сепаратор; 8 - рас ширитель; 9 - станционный шумоrлушитель; 10 - маслоохладитель; 11 - возду хоохладитель; 12 абсорбер; 13 дроссельно-увлажнительная установка; 14 - эжекторная установка; 15 - водо-кольцевой компрессор; 16 - выхлопная труба; 17 - добычная скважина; 18 - скважина закачки сепарата; 19 - скважина закачки конденсата Турбины для Верхне-Муrновской ГеоЭС имеют несколько специфических отличий: регулирование расхода пара на входном трубопроводе осуществляется с помощью вращательной захлоп ки типа «баттерфляй>>, а выхлоп пара из турбин происходит вер тикально вверх. Все 10 ступеней турбины имеют наружный бан даж и развитую систему сепарации влаги. В перспективе предстоят реконструкция и расширение до МВт Паужетской ГеоТЭС, начаты работы по разведке Ниж не-Кошелевского месторождения. На Курильских островах АО 21 8.3. Геотермальная энергетика 197 «Сахалинэнерго,> осваивает Океанское месторождение на о. Иту руn и Менделеевское на о. Кунашир. Уникальным объектом является система централизованного теплоснабжения, создаваемая на базе Муrновского геотермаль ного месторождения и использующая сбросное тепло ГеоТЭС (тепловая энергия сепарата и конденсата паровых турбин) и теп ло пароводяной смеси некондиционных скважин. В качестве теплоносителя для I очереди системы теплоснаб жения будет использовано 600 т/ч конденсата паровых турбин ГеоТЭС и 600 т/ч артезианской воды, которые после дегазации и подщелачивания по однотрубной тепломагистрали с трубопрово дом диаметром 83 500 мм будут подавать в г. Елизово на расстояние км. К этому теплопроводу подключат системы отопления восьми населенных пунктов. Замена в системах отопления подключаемых населенных пунктов органического топлива геотермальным теплом сократит завоз на полуостров 65 тыс. т мазуrа и 150 тыс. т каменного угля в год, сократит загрязнение воздушного бассейна и, кроме того, заметно улучшит технико-экономические показатели ГеоТЭС. Оценивая состояние проблемы изучения и практического использования геотермальных ресурсов в России в целом, необ ходимо отметить следующее. Современная практика, организация, техническая и техноло гическая обеспеченность работ не может быть признана удовле творительной. Темпы наращивания объемов использования тер мальных вод остаются низкими, плуатацию месторождений, сроки изучения и ввода в экс а также затраты на их освоение неоправданно завышены, степень использования ресурсов и их теплоэнергетического потенциала очень мала, составляя доли процента от имеющихся возможностей. Не соответствует объективным возможностям и зарубежному опыту научно-технический уровень решения задач в этой облас ти на этапах изучения и оценки месторождений, их обустройст ва, эксплуатации и разработки. Все современные достижения в практическом использовании геотермальных ресурсов связаны в основном с низкоминерализо ванными высоко- и среднепотенциальными природными тепло носителями, которые могут быть использованы по прямому цик лу без серьезных затрат на решение экологических задач безопас ного их сброса. Однако такие теплоносители имеют сравнительно ограниченное распространение и ресурсы. Низкопотенциальные Глава 198 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии подземные воды пользуются очень широким распространением, охватывая обширные районы страны, в том числе лишенные ме стных топливных ресурсов, и характеризуются неблагоприятной экологической ситуацией. Однако введение низкопотенциальных теплоносителей в хозяйственный оборот требует предварительно го решения ряда научно-технических и технологических задач, так как в России отсутствует как опыт их эксплуатации по «замк нутой» rеоциркуляционной технологии, так и соответствующие технические средства, обеспечивающие глубокую сработку тепло энергетического потенциала (в первую очередь, тепловые насосы и теплообменное оборудование), а также комплексное исполь зование в качестве гидроминеральных и бальнеологических ре сурсов. Накопленный опыт использования энергии недр, возмож ность решения технических и технологических проблем, уровень подготовленности практических и теоретических вопросов, ме тоды добычи геотермальной тепловой энергии свидетельствуют о том, что основным направлением использования в настоящее время и в ближайшей перспективе является геотермальное теп лоснабжение жилищно-коммунальных, сельскохозяйственных и промышленных объектов, за счет которого и может быть полу чена значительная экономия традиционного органического топ лива. 8.4. Солнечная энергетика Использование солнечной энергии в России в соответствии с программой развития нетрадиционной энергетики предусматри валось в l3 регионах: Алтайском, Краснодарском, Приморском, Ставропольском и Хабаровском краях, Кабардино-Балкарии, Калмыкии, Северной Осетии, Чечне и Ингушетии, Астрахан ской, Волгоградской и Ростовской областях. Однако осуществляется программа пока только в четырех ре гионах: в Краснодарском крае (города Краснодар, Новорос сийск, Тимошевск, Усть-Лабинск), Ростовской обл. (r. Азов), Кабардино-Балкарии (r. Нальчик) и в Дагестане (села Гимры, Рубас, Хунзах и др.). Использование солнечной энергии для отопления, горячего водоснабжения, сушки овощей и фруктов и ряд других техноло- 8.4. Солнечная энергетика 199 гических процессов в сельском хозяйстве определяется объемом выпуска солнечных коллекторов. Простейшая и наиболее дешевая система солнечного горяче го водоснабжения основана на термосифонном принципе. Сис тема состоит из солнечного коллектора и расположенного выше него бака-аккумулятора горячей воды. Плотность воды , нагретой в коллекторе, меньше, чем плотность более холодной воды в нижней части бака-аккумулятора, в результате чего в контуре возникает циркуляция. Когда бак-аккумулятор не может быть расположен выше коллектора (например , в больших системах), тогда циркуляция воды осуществляется насосом. Помимо небольших солнечных систем теплоснабжения, рассчитанных на односемейный дом, все большее распространение получают системы, способные удовлетворить потребности мно гоквартирного дома или даже жилого района. Такие системы со стоят из центрального блока теплоснабжения, распределитель ной сети и тепловых аккумуляторов. В Краснодарском крае эксплуатируется шесть солнечно-топ ливных котельных в городах Краснодаре, Анапе, Новороссийске, Тимашевске, Усть-Лабинске общей площадью солнечных кол лекторов 1ООО м 2 • В установках применены солнечные коллекто ры (СК) Братского, Тбилисского и Киевского заводов. Анализ опыта работы солнечно-топливных котельных показал низкую надежность СК Братского завода, высокую стоимость СК других заводов и незаинтересованность эксплуатационного персонала в обслуживании гелиоустановок (техническое обслуживание сис тем горячего водоснабжения с применением солнечных коллек торов не всегда соответствует техническим условиям заводов-из готовителей) . Солнечные приставки могут выполняться по всем котель ным, работающим по открытой схеме (т. е. на нужды горячего водоснабжения) при наличии территории для размещения СК более 2 тыс. м 2 (пустыри, эстакады и пр.). Гелиоприставки мож но сооружать к существующим котельным и вновь проектируе мым. Мощность солнечных приставок может составлять от мощности котельных, в среднем порядке 15 %. Конструктивные и технические характеристики 5... 30 % некоторых гелеоустройств повышенной эффективности приведены ниже. Концентрирующий солнечный водонагреватель КСВ-3 на осно ве двугранного фоклина предназначен для нагревания воды или других жидкостей за счет использования солнечной энергии . . Глава 200 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии Солнечный водонагреватель КСВ-3 (рис. 8.3), в отличие от при меняемых в настоящее время у нас в стране и за рубежом плоских солнечных водонагревателей, обеспечивает нагрев воды до более высокой температуры и может работать не только в летнее время, но и зимой. Трубчатая конструкция теплоприемника КСВ-3 по вышает его долговечность (по сравнению с плоским водонагрева телем) более чем в 5 Рис. 1- 8.3. корпус ; 2 раза. 3 4 1 2 Схема концентрирующего солнечного водонагревателя КСВ-3 : 2 - теплоприемник; 6- J - фоклин; 4- теплоизоляция; 5- днище; оконное стекло Концентрирующие солнечные водонагреватели устанавлива ют на кровлях зданий или на специальных опорах на открытых площадках, облучаемых солнцем и ориентированных на юг. Ос новными элементами их являются: трубчатый теплоприемник и набор зеркальных концентрирующих элементов в виде двугран ных фоклинов. Теплоприемник и фоклины помещены в алюми ниевый теплоизолированный корпус, закрытый сверху оконным стеклом. В качестве теплоизоляции применяется пенополисти рол. Для лучшего восприятия солнечной радиации поверхность труб имеет черное гальваническое покрытие. Принцип действия водонагревателя заключается в концен трации солнечной энергии на поверхности труб и передаче его теплоносителю, который под давлением 1-6 атмосфер поступа ет через подающий штуцер в теплоприемник, где воспринимает тепло от горячих стенок и подается через сливной штуцер потре бителю. 8.4. Солнечная энергетика 201 Техническая характеристика (при интенсивности солнечной радиации 600 Вт/м 2 и температуре окружающей среды не ниже О "С) Суrочная производительность: по теплоте, кДж ....................................................... 15 ООО по воде (80 "С), кг ................................................... 50 КIIД, % ......................................................................... 50 Площадь нагрева, м 2 ......................... ..... . ............ . ... .... 1,0 Габаритные размеры, мм ............................................ 1200 х 880 Вес (сухой), кг ............................................................. 40 Емкость теплоприемника, л ..................... ...... ............ О, 7 х 160 Использование водонагревателей площадью 100 м 2 позволяют экономить 15 т у. т. в год. Водонагреватель рекомендуется использовать для систем отопления и горячего водоснабжения гражданских зданий, а также для технологических целей, где требуется горячая вода с температурой до 80 ·с. Гелиооолиrон круr.ооrодичиоrо дейсrвия мощносп.ю 9 тыс. м3/ rод с механизированной технолоrической линией размещен на дейст вующем заводе железобетонных изделий. В технологическую линию изготовления сборных железобе тонных и3делий с использованием солнечной энерmи для тер мовлажностной обработки входят rелиокамеры, накрытые не съемными rелиопокрытиями типа СВИТАП (рис. 8.4). Форма-вагонетка (типовая форма, оснащенная колесами) по сигналу с пульта управления системой цепной передачи выкаты вается на линию формовки, козловой кран укладывает арматуру, бетоноукладчик с вибротележкой укладывает бетон, вибрирует и переходит на следующий заданный пост. Форма-вагонетка зака тывается в rелиокамеру. Оборот форм суточный. В осенне-зим не-весенний период в качестве дополнительного источника теп ловой энерmи для термовлажностной обработки применены ин фракрасные излучатели с напряжением Система термовлажностной 36 В. обработки автоматизирована. Применение этой системы позволяет экономить около 80 % теп ловой энерmи на термовлажностную обработку сборных железо бетонных и3делий. Используется при изготовлении сборных железобетонных изделий для мелиоративного строительства. Глава 202 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии ( 5 :з 6 ••1 ========================J•• ' = Рис. 8.4. • ' ' ' ' ' ' Состав технологической линии: бетоновозная эстакада; 2 вый кран; 4 - rелиокамеры; 1- ' - бетоноукладчик с виброустановкой; З - козло 5 - щитовые и пультовые; 6 - склад арматуры и готовой продукции Плоский солнечный коллектор повышенной эффективности предназначен для преобразования энергии излучения Солнца в тепловую. Он позволяет без использования концентратора сол нечного излучения нагревать в ясный летний день 60 ... 70 л воды (в расчете на 1 м 2 площади тепловоспринимающей поверхности) до температуры 55 ... 60 ·с. Плоский солнечный коллектор (рис. 8.5) работает в ком плекте с баком-аккумулятором. Основными его элементами яв ляются: поглощающая панель с каналами для теплоносителя; прозрачная изоляция, состоящая обычно из одного или двух слоев стекла; тыльная и боковая изоляция и корпус, в котором Горячая вода (к потребителю) ,------, - 2 Горячая вода - Холодная вода Рис. 8.5. З Схема солнечной установки с коллектором повышенной эффективности : 1- солнечный коллектор; 2- бак-аккумулятор; З - вентиль 8.4. Солнечная энергетика 203 размещаются все перечисленные выше элементы. Прозрачная изоляция фронтальной поверхности и тыльная (и боковая) изо ляция предназначены для снижения тепловых потерь от нагре ваемой лучами Солнца панели в окружающую среду. В коллекторе теплопоглощающая панель выполнена в виде листотрубной конструкции из латуни. Трубки уложены в цилин дрические продольные пазы и равномерно припаяны к листу. Для повышения КПД коллектора на поглощающую панель наносится покрытие с селективными оптическими свойствами, обеспечивающее снижение тепловых потерь от излучения в не сколько раз по сравнению с обычным коллектором. Применение селективного покрытия в солнечных коллекто рах повышает их эффективность и обеспечивает более высокий уровень рабочих температур. Так, например, эффективность плоского солнечного коллектора с селективным покрытием при температуре теплоносителя 60 ... 80 °С в 1,5-2 раза выше, чем у не селективных коллекторов. Без использования концентратора сол нечного излучения можно нагревать в солнечный день 80 ... 100 л воды. Плоский солнечный коллектор с площадью тепловосприни мающей панели 1 м 2 экономит от О, 1 до 0,2 т у. т. в год в зонах с благоприятными для использования солнечной энергии клима тическими условиями. Указанный коллектор может использоваться как в небольшой душевой установке индивидуального назначения (для нужд од ной семьи), так и в крупных установках для горячего водоснаб жения объектов коммунально-бытовой сферы (гостиницы, боль ницы, санатории, пионерские лагеря и т. д.) и сельскохозяйст венных потребителей. Солнечные тепловые электростанции (СТЭС) основываются пока на двух способах преобразования солнечной энергии в элек трическую: термодинамическом и фотоэлектрическом. Все современные СТЭС независимо от их типа имеют сле дующие основные элементы: концентратор, теплоприемник, сис тему транспорта и аккумулирования теплоты, систему преобразо вания теплоты в работу. В настоящее время нашли применение две разновидности СТЭС: башенного типа и с параболоцилиндрическими концен траторами. В первом случае теплоприемник-парогенератор кругового об лучения или полостного типа расположен на вершине башни. 204 Глава 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии Вокруг башни (теплоприемник кругового облучения) или с ее се верной стороны (теплоприемник полостного типа) расположены плоские зеркала на подвижных опорах (гелиостаты), которые следят за солнцем и отражают солнечные лучи на поверхность теплоприемника. Водяной пар, полученный в теплоприемнике, направляется в паровую турбину. Дальнейшее преобразование теплоты в электроэнергию осушествляется по обычной схеме с циклом Ренкина. Пример тепловой схемы СТЭС башенного типа МВт, Барстоу, США) показан на рис. 8.6. (10 Рис. 8.6. Схема СТЭС башенного типа: центральный приемник; 2 - турбина; З - тепловой аккумулятор; 4 - па рогенератор системы аккумулирования; 5 - расширительный бак; 6 - охлади 1- тель пара, идущего на зарядку системы аккумулирования; нагреватель системы аккумулирования теплоты; ватели; 9- 8- 7- промежуточный регенеративные подогре- деаэратор Техническая характеристика СТЭС Барстоу Площадь теплоприемной поверхности, м 2 ....•.............. 302 Общая площадь гелиостатов, м .................................... 340 ООО Количество гелиостатов ................................................. 1818 Температура пара на входе в турбину, ·с ..................... 510 Давление пара на входе в турбину, МПа ..................... 10 2 Электрический КПД (нетто) при расчетной радиации, % ..................................................................... 15,3 Экспериментальные СТЭС башенного типа были построены в США (10 МВт), СССР (5 МВт), Франции (2 МВт), Японии (1 МВт), Италии (1 МВт), Испании (0,5 МВт). В настоящее время .разрабатывается новая концепция СТЭС башенного типа, в которой рабочим телом служит сжатый воз- 8.4. Солнечная энергетика 205 дух. В теплоприемнике сжатый воздух нагревается до температу ры 1000 °С и направляется в газовую турбину. На рис. 8.7 пока зана принципиальная тепловая схема СТЭС с параболоцилинд рическими концентраторами (80 МВт, Калифорния, США). 1 Рис. 8.7. Принципиальная тепловая схема СТЭС с параболоцилиндрическими 1- поле параболоцилиндрических концентраторов; 2 пароперегреватель; парогенератор; 4 экономайзер; 5 - теплоприемник промпереrрева; концентраторами: 3 - 6- паровая· турбина; 7- газовый котел Вдоль линейного фокуса каждого параболоцилиндрического концентратора расположен теплоприемник в виде стальной тру бы, окруженной стеклянной оболочкой. Пространство между трубой и стеклянной оболочкой вакуумировано, а на поверх ность трубы нанесено селективное покрытие с высоким коэф фициентом поглощения в видимой области спектра и низким коэффициентом излучения в инфракрасной области. Такая кон струкция теплоприемника позволяет свести к минимуму потери теплоты в окружающее пространство за счет излучения, конвек ции и теплопроводности. Теплоноситель (термостойкое крем нийорганическое масло), проходя через теплоприемник, нагре вается до температуры 390 °С и передает теплоту воде и водяно му пару. Солнечные фотоэлектрические электростанции (СФЭС) преду сматривают прямое преобразование солнечной энергии в элек трическую. В настоящее время фотопреобразователи установле ны на морей, маяках, навигационных знаках Баренцева Рыбинского водохранилища, Ладожского и Черного озера, озера Байкал, на радиорелейной линии УКВ связи газопровода Сред няя Азия-Центр и др. Все они выполнены на основе унифици- Глава 206 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии рованных модулей с пиковой электрической мощностью от до 240 lО Вт . Важным обстоятельством является тот факт, что СФЭС от личаются относительной простотой конструкции, низкой метал лоемкостью, могут работать с одинаковой эффективностью в любом диапазоне мощности и на любой географической широте. Трудности в практической реализации строительства СФЭС обу словлены прежде всего высокой стоимостью фотопреобразовате лей (в настоящее время 10 ... 12 тыс. руб.jкВт). Удешевление СФЭС и увеличение их мощности связано с продолжением исследований в области электродинамики и вы явлением новых перспективных способов преобразования сол нечной энергии. Необходим переход к крупномасштабной, авто матизированной технологии изготовления солнечных элементов из монокристаллического и поликристаллического кремния, а также переход к тонкопленочной технологии производства сол нечных элементов . Солнечный элемент на основе кремниевых пластин пред ставляет собой полупроводниковый фотоэлектрический преоб разователь (рис. тронного 8.8). Он отличается от типичного микроэлек прибора только тем, что имеет большую площадь р-п-переходов, простирающуюся по всей поверхности пластины. В основе фотоэлектрического эффекта лежит процесс погло щения света в объеме полупроводника (в базовой области 5, см. рис. 8.8), при котором рассеиваемый фотон рождает электрон но-дырочную пару. Электродвижущая сила (ЭДС), возникающая за счет разности коэффициентов диффузии носителей заряда электронов и дырок, в однородном полупроводнике обычно очень мала. При поглощении света значительную ЭДС получают в неоднородном полупроводнике, пространственное разделение (электронов (-) и дырок (+)) в котором обеспечивается носителей заряда разного знака за счет встроенного электрического поля, создаваемого конструкционно на основе р-п-переходов (3 и 5 на рис. 8.8, а и J1 и 5 на рис. 8.8, б). Области р-проводимо сти (дырочной) и п-проводимости (электронной) получают за счет диффузионного легирования основного вещества цепторами (В, Al) и донорами электронов (Р, As, Sb) (Si) ак соответст венно. Разница работ выхода носителей заряда на р-п-переходе образует потенциальный барьер для основных носителей (равно весных носителей заряда в базовом материале, т. е. дырок в базе р-типа). Для работы СЭ основную роль играют неосновные но- 8.4. ОТ 300 ДО Солнечная энергетика 3000 207 2 см МКМ 1ТТ 3/ 4 5/ 6.___ _____________________ _ 7 -9 / -......8 а 5 6 7 б Рис. а - 8.8. Конструкции кремниевых солнечных элементов: простейшая типичная конструкция; б - конструкция с утопленным контактом; / лицевой сетчатый токосъемный контакт Тi-Рd-Аg-припой); 2 - просветляющее покрытие; З - па; 4- слой объемного заряда; 5- база р-типа; 6- (многослойная система легированный слой п-ти тыльный р;-слой; 7- тыль ный контакт; 8 - токосъемная шина; 9 - сетчатый токосъем; 10 - приконтактная сильнолегированная п++-область; /J - фронтальный п+-слой; 12 - слой оксида; 13 - канавка; 14 - утопленный фронтальный контакт сители заряда (НН), т. е. неравновесные носители, появляющие ся в результате поглощения фотонов. Неосновные носители, проходя через р-п-переход, ускоряются и создают фототок, отвод которого обеспечивают контакты на рис. 8.8, 6). (1, 7, 8, 9 на рис. 8.8, а и 7, 14 Величина фототока в значительной мере зависит от времени жизни tн.н (или от <<диффузионной длины» /н_н) неос новных носителей. В настоящее время уже предложено большое число конст рукций солнечных элементов как на основе кремния, так и с ис пользованием других полупроводниковых материалов. Различия Глава 208 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии конструкций во многом обусловлены стремлением повышения КПД за счет применения эффективных оптических систем све тособирания и светопоrлощения. Конструкции СЭ на базе плоской поверхности пластин дос таточно широко применяют благодаря относительной простоте технологии. На рис. 8.8, а показана одна из простейших конст рукций солнечного элемента, созданного на пластине кремния. Элемент, изображенный на рис. 8.8, б, имеет лучшие харак теристики светопоrлощения, чем элемент на рис. 8.8, а, и соот ветственно более заполненную вольтамперную характеристику (ВАХ) и больший КПД, а также - большую площадь р-п-пере хода, что обеспечивает менее крутой наклон БАХ в рабочей об ласти. Основная технологическая цепочка производства СЭ на пла стинах кремния включает следующие этапы: 1) обезжиривание и очистка пластин (начальные и проме жуточные); (см. 2) полировка пластин; 3) травление для создания текстурированной поверхности рис. 8.8, 6); 4) газодиффузное внедрение фосфора для создания п-слоя на обеих сторонах пластины кремния; 5) травление для удаления стеклообразного слоя диффузанта; 6) осаждение (напыление) слоя алюминия на тьmьную по верхность СЭ в вакууме; 7) термодиффузионная обработка для создания р-слоя на тьmьной стороне путем проведения диффузии А1 через п-слой при -800 ·с; 8) маскирование для создания рисунка токосъемной сетки на световой стороне с помощью фотолитографии или теневой маски; 9) осаждение токосъемных слоев (в частности, из Ni, Ti, Pd или Ag) на световую и тыльную поверхности; 10) удаление маски (стравливание); 11) 12) отжиг токосъемных слоев при -550 ·с; погружение в расплавленный припой для создания под соединительных контактов; 13) осаждение просветляющего покрытия из Тар 5 (или др.) и последующее его спекание при 14) 450 ·с; резка на прямоугольники (при необходимости) и обра ботка торцов для удаления диффузионных закороток; 15) контроль качества - определение КПД и сортировка . 8.4. Цепочка 2-14 Солнечная энергетика 209 обычно содержит еще промежугочные этапы очистки, сушки и контроля параметров. Если для улучшения све тособирания фронтальная поверхность элемента делается тексту рированной - между этапами с канавками, бороздками и т. п. (рис. 2-4 8.8, 6), то существует еще специальная операция обра зования поверхности сложной формы ное или механическое скрайбирование - вытравливание, [29]. лазер В производстве фотоэлементов (прямое преобразование сол нечной энергии в электрическую) и систем на их основе наблю дается настоящий бум. В 1999 г. годовое производство энергии с помощью фотоэлементов в мире составило 200 МВт. Годовые темпы роста за последние 5 лет составляют 30 %. Страны-лиде ры: Япония - 80, США - 60, Германия - 50 МВт (Россия 0,5 МВт). Общая площадь солнечных водонагревателей (солнеч ных коллекторов) в мире превысила по неполным данным 21 млн м 2 , при этом годовое производство солнечных коллекто ров превышает 1,7 млн м 2 • Страны-лидеры: Япония - 7, США4, Израиль - 2,8, Греция - 2,0 млн м 2 (Россия - О, 1 млн м 2 ). СФЭС в сравнении с другими видами СЭС обладает рядом преимушеств, такими, как возможность получения электроэнер гии даже при рассеянном солнечном свете, постепенного нара щивания мощности добавлением новых секций солнечных бата рей, малое потребление энергии на собственные нужды, большой (более 30 лет) срок службы, высокие надежность, ремонтопри годность и безопасность, относительная простота комплексной их автоматизации с возможностью работы без постоянного об служивающего персонала. Внедрение новой технологии и расширение производствен ной базы создают благоприятные СФЭС средней мощности условия (10 ... 1000 для строительства кВт) в северных широтах для электроснабжения сезонных потребителей, в горных рай онах, на Дальнем Востоке для питания автономных потребите лей, а также для экспорта их в другие страны. Создание крупномасштабной машиностроительной базы, осно ванной на принципиально новых технологических процессах про изводства СФЭС, позволит создавать крупные наземные СФЭС. Если до 1966 г. на мировом рынке преобладала в основном сфера применения фотоэнергетических технологий в потреби тельском секторе, а также в коммуникации и связи, то сейчас все больше и больше начинает преобладать сфера чисто энергетиче ского применения фотоэлектричества. В настоящее время СФЭУ 14 - 2633 Глава 210 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии с успехом используются в ряде стран мира, особенно в Японии, Германии и США В Японии и Германии развитию СФЭУ спо собствовали специальные государственные программы поддерж ки этого нетрадиционного сектора современной энергетики. В Германии вначале была принята и успешно реализована в нача ле 90-х годов ХХ в. программа «1000 солнечных крыш», а сегодня также успешно реализуется программа «100 тысяч фотоэлектри ческих крыш>>. В 1995-1996 rr. в Японии приступили к реализа ции программы «70 ООО фотоэлектрических крыш» . В 1998 r. эта программа была пересмотрена в сторону увеличения до I млн крыш. В США с 1997 r. реализуется программа «Миллион солнеч ных КРЫШ>>. В нашей стране также велика потребность в автономных энергоустановках с использованием фотопреобразователей. Од ной из причин неудовлетворения имеющихся потребностей яв ляются ограничение по сырьевой базе кристаллического кремния и медленное освоение технологии производства преобразовате лей на основе аморфного кремния. НПО «Квант>> сегодня явля ется монополистом в производстве солнечных элементов из кри сталлического кремния. <<КвантЭМПАГРО>> осуществило часть крупномасштабного эксперимента по сооружению в пос. Черно морский Краснодарского края <<Солнечной деревни» но 8 из 20 - построе намечавшихся к строительству коттеджей. Солнечные батареи мощностью 4 кВт сооружены на крышах домов, объеди нены между собой и могут отдавать излишки энергии в сеть. Среднесуточная выработка электроэнергии на одну установку со ставляет IО кВт · ч. Сегодня в России имеются хорошая научная база для разви тия фотоэнерrетики и мощное промышленное производство (в Москве, Санкт-Петербурге, Краснодаре, Рязани и других горо дах), которое способно создавать практически любые современ ные СФЭУ любого назначения. НПО <<Астрофизика» в порядке конверсии оборонного про изводства ведет разработку и изготовление автономных гелио энергетических установок (ГЭУ) и блочных модульных электро станций на основе параболических концентраторов с металличе скими зеркалами и различными преобразователями (двигатели Стирлинга, термоэмиссионные преобразователи и т. д.), осна щенных системами слежения за Солнцем. Создание экологически чистых СЭС электрической мощно стью 1... 10 МВт и выше на основе параболоидных и параболоци- 8.5. Рациональное использование биомассы 211 линдрических ГЭУ, мноrобашенных солнечных станций возмож но с использованием газотурбинных преобразователей энергии. Такие СЭС и автономные ГЭУ могут найти применение в регионах, отдаленных от централизованных сетей электро-, теп ло- и газоснабжения, обеспечивая потребителя электрической, тепловой, механической энергией, в том числе и холодом. НПО <<Астрофизика» в кооперации с другими предприятиями создало два модуля мощностью 2,5 и 5 кВт с двигателем Стир линrа (разработка Физико-энергетического института АН РФ) и диаметром зеркала соответственно 5 и 7 м. Отдельные модули солнечных установок со светосильными концентраторами мощностью 1... 5 кВт можно использовать в ка честве автономных источников электропитания. В 2000 г. США обнародовали новую перспективную цель энергетики страны: строительство солнечной электростанции в Техасе размером 107 х 107 миль, которая могла бы полностью обеспечить потребности США в электроэнергии. По экспертным оценкам вновь вводимая за год мощность СФЭУ в мире в 2010 r. составит 200 МВт, 25 %. а в 2015 г. - 700 МВт при среднегодовом приросте около 8.5. Рациональное использование биомассы Реальная возможность экономии традиционных топлив мо жет быть достигнута в ближайшее время и на перспективу за счет утилизации отходов лесной, деревообрабатывающей, гидро лизной, целлюлозно-бумажной промышленности, сельскохозяй ственного производства (животноводства и птицеводства), осад ков сточных вод, органических отходов ряда отраслей промыш ленности, в том числе пищевой, мясомолочной, а также твердых отходов коммунального хозяйства. - 85 млрд м 3 , в том числе запас спелых и перестойных насаждений - 54,4 млрд м 3 • Сред Общий запас древесины в стране ний ежегодный прирост древесины в настоящее время оценива ют в размере 800 ... 900 млн м 3 , а ежегодный (общий) объем лесо заготовок составляет около 400 млн м 3 • Санитарные рубки, рубки ухода дают около 40 млн м 3 древесины, т. е . примерно 1/10 обще го объема лесозаготовок. Удельный вес же их в перспективе мо жет достигать 14· 30 ... 50 %. Глава 212 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии Около 60 млн м 3 древесины, или 15 млн ту. т., используют в качестве топлива, что составляет примерно 1 % в топливном ба лансе страны. Из 60 ... 80 млн м 3 ежегодных древесных отходов всего лишь 6... 8 % утилизируют, несмотря на то, что это самое высококачественное сырье для целлюлозно-бумажной промыш ленности. В энергетических целях древесина может использоваться в двух направлениях: непосредственное сжигание в топках и про изводство на ее основе твердого, ЖИдкого и газообразного топ лива. Для сжигания древесины разработаны и эксплуатируются на Братском лесоперерабатывающем и Котласском целлюлоз но-бумажном комбинатах высокопроизводительные агрегаты (до 75 т/ч). В 1980 r. за счет сжигания только коры было замеще но около 600 тыс. т у. т. Начато производство топливных брикетов из отходов дерево обрабатывающей промышленности - опилок, стружки, древес ной пыли, технологической щепы и разных видов малоценной древесины, не используемых до последнего времени в промыш ленности. Такое производство позволит превратить неиспользуе мое сырье, вывозимое на свалку, в продукцию народнохозяйст венного назначения. В настоящее время научно-исследовательский институт лес ной промышленности разработал технологию и подобрал эф фективное оборудование для производства брикетов, при этом топливные брикеты из древесных отходов близки по свойствам к торфяным и угольным. Масштаб рациональной мощности цехов (линий) брикети рования древесных отходов составляет 0,26 ... 2,5 т/ч, что позво ляет утилизировать древесные центрацией их от отходы на предприятиях с кон 2 до 1О тыс. м 3 • Использование побочных про дуктов лесного комплекса в качестве источника энергии в виде брикетов существенно повышает экономическую ценность дре весины. Для осуществления безотходной технологии лесопиле ния и деревообработки Гипроторф (Москва) предложил техно логические схемы брикетирования не только для производства топливных и технологических брикетов, но и строительных ма териалов с использованием торфяных брикетных прессов с оп тимальной производительностью для каждого конкретного ва рианта. Предпринята попытка организации выпуска топливных бри кетов из сухих древесных отходов на Одинцовском ДСК (Мое- 8.5. Рациональное использование биомассы 213 ковская область) по технологии прибалтийских предприятий на отечественной линии мощностью 4 тыс. брикетов в год. Низкий уровень использования окорки и влажных древес ных отходов (стружки, опилок) также связан с отсутствием обо рудования для их переработки. Влажные опилки, стружка и кора в настоящее время брикетируются на Камском ЦБК и Перм ском лесозаводе. На Нововятском комбинате древесных плит кора используется в виде брикетов в количестве lO тыс. м 3 • Были попытки создания цеха по производству топливных брикетов из коры на Кондопожском ДОЗе (Карелия), топливные брикеты поставлялись для отопления вагонов МПС. Ресурсами для газогенераторных установок могут служить древесные отходы, в настоящее время используемые в качестве топлива во многих промышленных котельных лесопильной под отрасли. Газогенераторные установки позволяют увеличить мощ ность промышленных котельных, тепловая энергия которых на многих предприятиях в связи с организацией сушки пиломате риалов, является дефицитной. Основным видом топлива для га зогенераторов могут служить окорки древесины, которые не ис пользуются котельными из-за большой влажности. В условиях леспромхозов и лесхозов генераторный газ может использоваться в качестве топлива для газовой котельной, пред назначенной для отопления и горячего водоснабжения жилых домов лесорубов. В настоящее время интенсивные исследования в области га зификации биомассы (древесные и растительные отходы, лиг нин, твердые бытовые отходы) и разработки газогенераторов различных типов ведутся в Лесотехнической Академии, Акаде мии коммунального хозяйства. Целевой программой <<Экологи чески чистая энергетика>> как одно из приоритетных направле ний предусмотрена разработка и организация серийного выпус ка газогенераторов. В промышленном теплоснабжении используется лигнин - крупнотоннажный отход гидролизной и целлюлозно-бумажной промышленности. На большинстве заводов лигнин все еще выво зится на свалки-отвалы. Лигнин как котельное топливо полно стью используется в системе лесной промышленности (ПО «Сык тывкарский лесопромышленный комплекс>>, Сегежский ЦБК, Усть-Илимский ЛПК, Братский ЛПК) . К настоящему времени сформированы три основных направ ления производства энергетического топлива из лесного и рас- Глава 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии 214 тительноrо сырья: гидролиз с получением спиртов; получение синтетической нефти; пиролиз с получением пиролитического топлива и газа. Спирты (этиловый и метиловый), получаемые из древесины, представляют значительный интерес как энергетическое топли во, а так же, как сырье для микробиологической промышленно сти, производящей кормовые белки, аминокислоты и др. Синтез метанола на основе биомассы в стране ни в промышленном, ни в опытно-промышленном масштабах не проводят. Этиловый спирт получают в промышленном масштабе пугем гидролиза целлюло зосодержащего растительного сырья. При этом объем производ ств~ составляет около 5 % всего производимого в стране этилово го спирта. Остальное количество спирта производят из пищевого и нефтяного сырья. ка При гидролизе 1 т сухого древесного сырья производят поряд л этилового спирта. Поскольку ресурсы древесного сырья 200 (отходы лесопиления и деревообработки и т. д.) у нас значитель ны и возобновляемы, имеется реальная возможность экономии нефтяного сырья за счет расширения производства этилового спирта из биомассы по освоенной в промышленности техно логии. Получение синтетической нефти, газообразного и жидкого то плива из растительного сырья находится еще в лабораторно-ис следовательской стадии несмотря на то, что газообразное топливо получали в газогенераторах еще в 30-е годы ХХ в. В период 1955-1960 гг. вырабатывалось до 35 млрд м 3 газа в год. Газифика ция древесных отходов в газогенераторах небольшой мощности может представлять интерес в связи с возможностью их использо вания на месте, поскольку заготовка и обработка древесины про исходит в местах, удаленных от централизованного энергоснаб жения. Особую роль в системе ВИЭ отводят органическим отходам сельскохозяйственного, промышленного производства, а также органическим отходам коммунально-бытового сектора. Оrходы сельскохозяйственноrо производства (пожневые остат ки, побочные продукты переработки сырья и т. д.) составляют ежегодно миллионы тонн, и их можно рассматривать как доста точно крупный источник энергии. При переработке 100 млн т соломы может быть получено до 10 млн т жидкого топлива (эти лового спирта), 1 млн т кормовых дрожжей, а из отходов перера ботки - до 15 млрд м 3 метана, что в сумме может обеспечить 8.5. Рациональное использование биомассы экономию органического топлива в размере до 215 24 млн т у. т. в год. Одновременно будет возвращено в почву около 1,5 млн т высококачественных удобрений. Отходы животноводства составляют ежегодно до (по сухому веществу), что эквивалентно го метана и около В 1990 венное 100 220 млн т 50 ... 60 млрд м 3 товарно млн т минеральных удобрений. г. при Мосгорисполкоме зарегистрировано государст межотраслевое научно-производственное объединение <<Экоэнергетика,> по созданию и освоению экологически чистых технологий в промышленности, энергетике и агрокомплексе (ак uионерное общество <<Экоэн,>). В рамках НПО работает несколь ко научно-исследовательских институтов и научно-инженерных uентров. Научно-инженерный центр «Биомасса,> разрабатывает, проектирует и строит биогазовые установки и станции под все ти поразмерные животноводческие фермы, комплексы и птицефаб рики, установки индивидуального (семейного типа), для фермер ских хозяйств и арендаторов. Работы в области биогазовых техно логий проводятся по полному инновационному циклу, включая НИОКР, разработку сметной документации, исполнения строи тельно-монтажных и наладочных работ вплоть до сдачи объектов <<Под ключ,>. На основе разработанных биогазовых технологий строятся биоэнергетические установки в городах Саратове, Ким рах и Подмосковье. На рис. гического 8.9 представлена схема комплексного энерготехноло обеспечения фермы-комбината, гарантирующая ее полную автономность и экологическую чистоту, достигаемую за счет безотходного характера хозяйственного цикла. В производ ственно-технологический цикл включаются: животноводческий объект (коровник), цех молочной продукции, теплично-парни ковое хозяйство, земельный участок под зерновые, кормовые и овощные культуры, фрукто-овощехранилище с регулируемой га зовой средой, биогазовая установка, водонапорная башня, энер готехнологический комплекс и жилая зона. Биоrазовая установка (БГУ) предназначается для выработки горючего газа, состоящего на 70 ... 80 % объема из метана (СН 4 ) и на 20 ... 30 % объема из СО 2 , а также высококачественного удобре ния. Производимый в БГУ горючий газ по своей теплотворной способности (5 ... 6 тыс. ккал/м 3 ) сопоставим с керосином, углем и будучи в 1,5-3 раза дешевле их по стоимости и эколо бутаном, гичнее. С помощью БГУ не только производится необходимое то пливо, но и утилизируются разнообразные хозяйственные отходы 216 Глава 8.9. Рис. ЖЗ 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии Схема комплексного энерrо-технолоrического обеспечения агропро- жилая зона; БГУ мышленного объекта: биоrазовая установка; ЭТК - энерготехнологический комплекс; Э - электроэнергия; Qт - теплый воздух; Q. - холодный воздух; ТПХ теплично-парниковое хозяйство; ЖО животноводческий объект; РГС - реrулируемая газовая среда; Б - башня водонапорная; ЦМП - цех мо- - лочной продукции; П - пар; В - воздух (навоз и стоки животноводческих объектов, отходы жилой зоны, растениеводства), вследствие чего делаются ненужными очистные сооружения, а также другие меры, связанные с защитой окружаю щей среды. Нуждаясь в электро-, теплоэнерrии и воде, биоrазовая установка <<переваривает>> практически все отходы биологического происхождения, вырабатывая топливо и высококачественные удобрения для поля и тепличного хозяйства. Энерготехнологический комплекс (ЭТК) предназначается для сжигания биоrаза с целью выработки широкого ассортимента энергоресурсов (электроэнергии Э, тепла Q,, холода Q.), а также <<сухого>> льда или сжиженной углекислоты (СO 2 ) и газообразного технического азота пугем утилизации образующихся продуктов сгорания. Принципиальная схема комплексной теплохладоэнер rетической установки представлена на рис. 8.10. Схема состоит из трех ступеней: 1- сжигания биоrаза и генерации продуктов его- 8.5. Рациональное использование биомассы 217 ~---------------------------Гтl Топливо (биогаз) ~ 1 1 1 1 1 1 кс -----------------S 1 1 1 --------1 1 1 э 1 1 1 1 1 ----------4 Сухой лед ЕВ Q-t1 -~ 1 Рис. 8.10. L-------------------------- 11 Принципиальная технологическая схема комплексной теплохладо энергетической установки: КС - камера сгорания; Т ный аппарат; ХНМ дер; Р - - - газовая турбина ; К - компрессор; Э холодильно-наrревательная машина; ТБД регенератор; П - прессователь; С - сепаратор; ОП - - теплообмен турбодетан ожижительная приставка рания; П ла Q;', - выработки теплоты холода Q, Q; или пара; 111 - выработка теп и СO 2 • В камере КС осуществляется сжигание биогаза в среде подаваемого компрессором К сжатого атмосфер ного воздуха. Образующиеся здесь продукты сгорания при повы шенном давлении и температуре направляются в газовую турби ну Т, используемую для привода компрессора К. В турбине про дукты сгорания температуры расширяются 500 ... 550 до промежуточного давления и ·с. Теплообменный аппарат Э служит для выработки горячей воды (60 ... 90 °С), либо пара (l l 0 ... 150 °С), по даваемых в систему горячего водоснабжения. Задача выработки электроэнергии и холода может решаться с использованием различного вида оборудования. На рис. 8.10 по казан наиболее общий случай. Согласно схеме холод вырабаты- Глава 218 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии вается посредством двух технологических линий. Первая из них снабжена холодильно-наrревательной машиной волнового типа (ВРМ), с помощью которой вырабатывается холод Qx на уровне О ... +1 ·с и тепло Q;' на уровне 60 ... 80 ·с. Производимый холод используется для охлаждения холодильной камеры в цехе молоч ных продуктов, а тепло Q;' - для подогрева воды в системе теп лоснабжения. Вторая технологическая линия ступени 111 снабжена турбоде тандером (ТБД) в комплекте с электрогенератором. Будучи вклю ченным в цикл после регенератора Р, турбодетандер обеспечивает охлаждение продуктов сгорания в процессе расширения до ко нечного давления. Посредством элекроrенератора ЭГ работа рас ширения продуктов сгорания преобразуется в электроэнергию, которая расходуется на технологические и бытовые нужды хозяй ства. Достигаемые после турбодетандера температура и давление достаточны для осуществления процесса вымораживания СО 2 • Хлопья этого вещества брикетируют с помощью прессователя П и отгружают потребителю в виде «сухого>> льда. При необходимости в состав установки включается ожижительная приставка ОП, по зволяющая производить сжиженную углекислоту. Отводимые из сепаратора С через регенератор Р остаточные газы, состоящие на 95 ... 97 % объема из азота, направляются в качестве консервирую щей среды во фрукто-овощехранилище (или хранилище зерна, комбикормов) в целях сохранения качества продукции. Преимуществами предлагаемого энерготехнологического обес печения являются его широкие функциональные возможности, экологическая чистота и высокая экономичность. Экономия ус ловного топлива по сравнению с раздельной выработкой энерго ресурсов и СO 2 составляет 40 .. .45 % только благодаря отсутствию потерь теплоты с уходящими газами, утилизации высшей тепло творной способности биогаза, эффекта. использованию теплонасосного Технико-экономические показатели биоэнергетической уста новки, рассчитанной для ферм среднего размера с численностью в 400 голов крупного рогатого скота (КРС) приведены ниже: Основные технико-экономические показатели Количество голов КРС ............................................. ...... 300-400 Сугочный выход навоза , т ... .. .................. ................ ... ... 15 ... 20 Суrочный выход биоrаза, м 3 ••••• .• .••••••••.••••• •.• •• ••••••.•• ••• •.• ll00 .. .1400 Рациональное использование биомассы 8.5. 219 Суrочный выход экологически чистых органических удобрений при влажности 30 %, т ......... Суrочное количество добавляемого торфа, т ............... Суммарная стоимость объекта, млн усл. ед ................. Окупаемость капитальных вложений , лет .................... 26 ... 35 11 ... 15 6,62 l Стоимость эксплуатационных расходов (фонд оплаты труда, электроэнергия, торф и т . д . }, млн усл. ед . ...... ..... ....... .. .... ....... .. ..... ......... 1,0 Общие затраты в год окупаемости, млн усл. ед .. ... .. .. ......... ..... ..... ........ .. .. ... .. .. .. ... ... ... ....... ..... . 7,62 Годовой объем биогаза, тыс. м 3 •••..••• •. ••••• •. .•••• •• ••••• •..••••• 300 Годовой объем органических удобрений, т .. .... ... ...... ... 8500 ... l l 500 Себестоимость I т удобрений , усл . ед .......... .. .. ....... ..... 900 Ориентировочная рыночная стоимость 1т удобрений, усл. ед . ... ............. ...... ...... ................ .. ..... . 2000 Предполагаемая чистая прибыль от реализации l т, усл . ед ............. ...... .... ........ ... ..... ....... 1100 9,4 .......................... . 10 Годовая прибыль , млн усл. ед .......... ............................. Ресурс эксплуатации установки (лет) Этот тип хозяйств широко распространен у нас в стране. В Москве в институrе ВНИИГАЗ разработаны электростан ции МОЩНОСТЬЮ от 3,5 ДО 48 и 100 кВт. Это модульный тип элек тростанции, оборудование которой смонтировано в вагоне, что предполагает сооружение только фундамента-платформы. Био газ экономически выгодно применять для получения электро энергии на свиноводческих и молочных фермах. Процесс анаэробной ферментации лежит в основе переработ ки осадков сточных вод ряда отраслей промышленности, преиму щественно пищевой, мясомолочной, сахарной и т. д . , которые яв ляются крупными потребителями воды и источником ее загрязне ния. Так, средний мясокомбинат дает 4 тыс. м 3 сточных вод в сутки. Выход биогаза из каждого кубометра составляет около 5 м 3 • Всего за сутки может быть получено более 20 тыс. м 3 биогаза. Большие возможности по экономии энергии и затрат имеют ся в спирто-дрожжевой промышленности, сахарной, крахма ло-паточной и др. Во всех случаях при использовании анаэроб ной ферментации предприятия могут экономить до 20 % жидко го и газообразного топлива. Однако работы в этом плане ведутся слабо . Глава 220 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии Объем использования биогаза, полученного из осадков ком мунальных сточных вод, составляет около 50 тыс.ту. т. Научно-исследовательские и опытно-конструкторские рабо ты по созданию эффективных установок по использованию био газа и сокращению энергозатрат на технологические процессы очистных сооружений ведутся рядом организаций. Разработаны принципиально новые газогорелочные устрой ства, позволяющие организовать оптимальный режим работы котельной с учетом неравномерности выхода биогаза и изме няющейся теплопотребностью станции аэрации, а также тепло изоляционные установки к биогазовым двигателям, блоки КИП и автоматики. 8.б. Энергетическое использование твердых бытовых отходов Широкое распространение получили электростанции (США, Дания), на которых сжигаются твердые бытовые отходы (ТБО) городов, а также электростанции, работающие на биогазе свалок ТБО (Италия). Проблема обезвреживания и уничтожения твердых бытовых, больничных, промышленных и других видов отходов актуальных современных задач - - одна из решается во всем мире различ ными путями. Учитывая возможность наличия в этих отходах токсичных, бактериальных и других составляющих, повсеместно возрастают масштабы их радикального термического уничтоже ния. Наиболее рациональным, в первую очередь для крупных многонаселенных городов, является создание централизованной системы обезвреживания отходов, включающих технологические линии их термической переработки и обеспечивающих потреб ности территорий с большой численностью населения. Пилотный образец установки производительностью до в год изготовлен и эксплуатируется с значение - испытание и 1992 r. 1000 т Его основное на отладка основных узлов и агрегатов, а также отработка технологических процессов применительно к различным видам отходов. Установка производительностью 10 ООО тв год спроектирова на, изготовлена и поставлена в r. Челябинск. Ее основным на- 8.6. Энергетическое использование твердых бытовых отходов 221 значением является переработка твердых бытовых отходов в сме си с низкотоксичными отходами других типов. Установка разме щена на городском полигоне захоронения Установка производительностью 25 твердых отходов . ООО тв год для переработки твердых бытовых отходов спроектирована, изготовлена и смон тирована в r. Москва. Фирмой <<ТЕРМОЭКОЛОГИЯ» (АО «ВНИИЭТО») разрабо тана серия установок термической переработки отходов (табл. рис. 8.11 ), 8.3, которые включают устройства, позволяющие осущест вить следующие основные стадии обработки отходов: сушку и частичный низкотемпературный пиролиз, горение отходов, обра ботку твердого остатка горения газовой фазы в барботируемой шлаковой ванне, химико-термическое обезвреживание дымовых Таблица 8.3. Технические характеристики размерного ряда установок для термической переработки, обезвреживания и уничтожения твердых бытовых отходов с получением шлака Тип установки Характеристика установки Годовой объем nереработ- ТПО-2,5 ТПО-10 ТПО-25 ТПО-100 ТПО- 250 2,5 10,0 25,0 100,0 250,0 250,0 1000,0 1800,0 8000,0 16000,0 150,0 200,0 250,0 350,0 500,0 3000,0 9000,0 15 000,0 30 000,0 210,0 170,0 130,0 100,0 80,0 3,0 4,0 6,0 15,0 30,0 10 25 44 65 136 500,0 2000,0 5000,0 20 000,0 40 000,0 ки отходов, тыс. т Мощность источника питания, кВА Диаметр rрафитированных электродов , мм Объем дутьевого воздуха, 500,0 . нм 3 /ч Расход электроэнергии , кВт· ч/т Расход подпиточной воды на охлаждение , м з;ч Требуемая численность пер сонал а, чел . Количество утилизирован ной теплоты, исnол ьзуе- мой на собственные нужды , Гкал/год Глава 222 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии 17.000 48 Рис. 8.11. ООО Общий вид установки ТПО-25.01: масса установки мая площадь - 760 т; занимае- - 865 м 2 газов, утилизацию избыточной теплоты газовой фазы, ее оконча тельную очистку. Твердый осадок сжигания, расплавляясь в шла ковой ванне и подвергаясь корректировке путем введения мине ральных добавок, образует нетоксичный продукт, который может быть использован в строительной промышленности. Многостадийность термохимической обработки позволяет достигнуть полноты обезвреживания токсичных составляющих, содержащихся в отходах. Установка для обезвреживания и уничтожения твердых бы товых отходов производительностью 25 ООО тв год наиболее под готовлена к серийному производству, поэтому описание техно логии и оборудования дано на примере этой установки. Сводные экономические показатели оборудования для термической пере работки отходов приведены в табл. 8.4. Аппаратурно-технологическая схема процесса термической переработки отходов представлена на рис. 8.12. Установка содержит следующие устройства: • • • • • подачи и загрузки отходов J; предварительной сушки (обезвоживания) отходов сжигания органической части отходов 4; электрошлаковую печь для обработки 2; твердого З; остатка сжигания 5; реактор термохимического обезвреживания газовой фазы 6-8; 8.6. Энергетическое использование твердых бытовых отходов • • • систему утилизации тепла дымовых газов систему пылегазоочистки 223 10-, 11; установку для получения товарного шлакопродукта. Таблица 8.4. Сводные экономические показатели оборудования ДJJЯ термической переработки отходов Тип установки Характеристика установки ТПО-25 ТПО-100 ТПО-250 25,0 100,0 250,0 Стоимость оборудования, тыс. долл. 1000,0 3520,0 8000,0 Ежегодное возмещение затрат на перера- 1 l00,0 4300,0 11 000,0 750,0 4000,0 3000,0 16 000,0 7500,0 40 000,0 Годовой объем переработки отходов, тыс. т ботку отходов (при цене приема отходов 40 долл. за I т), тыс . долл. в год Объем производимой продукции, в том числе, т/r: гранулированного металла гранулированного шлака 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Рис. 8.12. Принципиальная схема установки ТПО-25.01: 1- устройство загрузочное; ная; барабан сжигания; камера нейтрализации; 7- 4- го хозяйства; 10 - 2 - барабан сушильный; 3 - камера промежуточ 5 - электропечь плавильная; 6 - камера дожигания; 8 - камера восстановления; 9 - станция реагентно котел-утилизатор; 11 фильтр рукавный; 12 труба; 13 - дымосос; 14 - воздуходувка Глава 224 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии Устройство подачи и загрузки отходов конструктивно пред ставляет собой приемную воронку. Для отходов, поступающих в контейнерах, предусмотрено устройство подъема и опрокидыва ния контейнеров в жерло загрузочной воронки. Нижнее основание соединяется с шлюзовой камерой. Верх няя крышка и днище камеры имеют возможность перемещаться вокруг горизонтальной оси под действием массы отходов, что обеспечивает ритмичность загрузки. Основная задача, выполняемая загрузочным устройством - обеспечение непрерывной регулируемой подачи отходов в уста новку. При этом конструктивное исполнение устройства исклю чает возможность выброса в атмосферу вредных веществ и пыли. Устройство предварительной сушки отходов представляет со бой вращающийся барабан, состоящий из обечайки, упорных ко лец для роликов, привода и рамы. Барабан размещен под углом 3 градуса к горизонту. К верхнему торцевому фланцу подводится выход загрузочной воронки, нижний конец входит в промежу точную камеру. Поступающие в барабан отходы за счет наклон ного его расположения и вращения перемещаются от одного его конца к другому. В барабан поступают влажные отходы (до 50 %), что сильно и возможность эффективного снижает калорийность отходов протекания последующих стадий технологической обработки. Сушка осуществляется попутным потоком дымовых газов Uд.г. = 400 °С), подаваемых из рециркуляционного контура техно логической линии. Дымовые газы являются высокоэффективным сушильным агентом. В массе отходов кроме процесса сушки про текает низкотемпературный пиролиз, т. е. выход летучих из неко торых составляющих, имеющих низкую (до туру разложения. 100 ... 200 °С) темпера В результате поток отводимого сушильного агента кроме исходных составляющих (СО, N 2, Н 2 0 пар) содер жит значительное количество паров воды, а также углеводороды спнт. Этот поток газовой фазы отводится из промежуточной каме ры непосредственно в реактор термохимической обработки, где при дожигании может повысить теплосодержание дожигаемого потока. Промежуточная камера конструктивно состоит из опоры, корпуса и переходного лотка. Последний обеспечивает подачу подсушенных отходов в барабан сжигания. Корпус представляет собой металлический кожух, футерованный изнутри огнеупор- 8.6. Энергетическое использование твердых бытовых отходов 225 ным кирпичом. Камера герметизирована и снабжена двумя от верстиями - для отвода продуктов сушки и для подачи дугьево го воздуха в барабан сжигания отходов. Конструктивные параметры барабана сушки выбраны из рас наиболее полного протекания процесса сушки (с 40 % до 15 ... 18 % массового содержания влаги в отходах). Это позво ляет повысить теплоту сгорания отходов с 1800 ккал/кг до 3000 ... чета .. .4000 ккал/кг, что дает возможность эффективно осуществлять последующее сжигание. Барабан для сжигания подсушенных отходов представляет со 4-5 градусов бой вращающуюся печь, установленную под углом к горизонту, скорость вращения равномерное перемещение об/мин. Это обеспечивает 1... 3 сжигаемой массы и эффективный доступ окислителя (нагретый воздух) ко всем частям загрузки. Очаговое горение подсушенных отходов приводит к разложению органической части и элементарных составляющих в дымовые газы. Твердый остаток сжигания представляет собой минераль ную часть с небольшой долей не сгоревшего кокса (не более 3... 5 %). Твердый шлак поступает в электрошлаковую печь. Электрошлаковая плавильная печь конструктивно выполне на в виде кожуха, футерованного изнугри теплоизоляционным и огнеупорным кирпичом. Ее нижняя часть является одновремен но реакционным объемом и накопителем жидкого шлака и ме талла. Температура жидкой шлаковой ванны поддерживается на уровне 1400 ... 1500 °С (в зависимости от состава шлака). В печи предусмотрены фурмы для подачи дугья и организа ции эффективного перемешивания шлака. При поступлении твердого остатка сжигания в жидкую шла ковую ванну в ней параллельно протекают два основных процес са: дожигание остаточного углерода и расплавление минераль ной части. Дожигание остаточного углерода осуществляется только при правильной организации поступления реагентов к поверхности реакции кокс-кислород, т. е. полнота протекания реакции опре деляется правильно организованным гидродинамическим режи мом плавильной ванны. Кислые составляющие дымовых газов, проходящие над вспененным шлаком и через него, вступают в соединение с ос новными окислами, образуя такие соединения как CaSO4 ются шлаком. 15 - 2633 CaF2, СаС1 2 , или аналогичные соли магния, и частично ассимилиру Глава 226 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии Плавление минерального остатка протекает в объеме ванны с постепенным изменением начального ее состава. Перед выпус ком товарного шлакопродукта состав должен быть усреднен до предусмотренного технологическим регламентом за счет приса док. Температура шлаковой ванны регулируется изменением мощности, вьщеляемой в межэлектродном промежутке. Система термохимического обезвреживания дымовых газов, образующихся в процессе переработки отходов, осуществляет ся в две стадии: • в электрошлаковой плавильной электропечи в процессе контакта дымовых газов с расплавом жидкого шлака; • в реакторе термохимического обезвреживания, состоящем из камеры дожигания, камеры нейтрализации и восстано вительной камеры. В ванне расплава кислые газы контактируют с СаСO 3 с обра зованием CaSO4 , СаС1 2 , Caf2 по следующим реакциям: 1/202 + SO2 + СаСO 3 2HCI + СаСO 3 2HF + СаСO 3 ~ CaSO4 + СО 2 ~ СаС12 + СО 2 + Н 2 О ~ Caf2 + СO 2 + Н 2 О Непрореагировавшие кислые газы в камере нейтрализации контактируют с содой по следующим реакциям: 1/2 0 2 + SO2 + NaCO3 ~ Na2SO4 + СO 2 2HCI + Na 2CO 3 ~ lNaCI + СО 2 + Н 2 O 2HF + Na2CO 3 ~ 2NaF + СO 2 + Н 2 O Избыток соды в камере нейтрализации составляет 20 %, что обеспечивает на практике 100%-ную нейтрализацию кислых га зов и содержание вредных веществ на уровне требований, на пример, законодательства ФРГ (l 7BlmSchV): SO 2 + HCI < 10 мr/м 3 ; HF < 1 r/м 3 в расчете на сухие газы . 8.6. Энергетическое использование твердых бытовых отходов 227 При сжигании отходов в потоке воздуха образуются оксиды азота NOx и оксиды углерода СО. Оксид углерода устраняется в камере дожигания при подаче острого дутья и температуре свыше 950 ·с . В разработанной установке в камере дожигания поддержива ется температура 1000 ... 1135 ре составляет с. 0,6 ·с. Время пребывания газов в каме После камеры дожигания ожидаемый теоретический выход СО должен быть менее 50 мг/м 3 (в расчете на сухие газы). Оксиды азота устраняются в камере восстановления NOx в присутствии карбамида. Теоретический выход держания паров воды и NOx при горении отходов с учетом со рециркуляции дымовых газов 300 ... ... 400 мг/м 3 • Восстановление NOx карбамидном осуmествляется в диапа зоне температур 1050 ... 960 ·с по следующей реакции: При поддержании температурного уровня и условий переме шивания на практике достигается восстановление оксидов до 85 %. Таким образом, ожидаемая концентрация NO, после камеры восстановления составит менее 80 мг/м 3 сухих газов. Диоксины и фураны, содержащиеся в исходных отходах или образующиеся при сжигании, температурного уровня 1200 ·с, устраняются при наличии кислорода ни пребывания газов в этих условиях 2 с. обеспечении 3%и време Суммарное время пре бывания газов в электропечи, камерах дожигания, нейтрализа ции и восстановления составляет 3,6 ... 3,8 с. Образование вторичных диоксинов в тракте охлаждения ды мовых газов исключено за счет полной нейтрализации кислых газов и отсутствия свободного хлора. Система утилизации тепловой энергии состоит из воздухо- и водонагревателей. Воздухонагреватель служит для нагрева возду ха, подаваемого в барабан сжигания отходов. Он представляет со бой два коаксиальных вертикальных цилиндра, в средней части которых проходит дым, а в периферийной кольцевой - воздух. Цилиндры соединяются внизу горизонтальной футерованной пе ремычкой, а подвод и отвод воздуха и дыма осуществляется свер ху. Нагрев воздуха до температуры 1s• 400 ·с повышает интенсив- Глава 228 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии ность процесса окисления, что наряду с предварительной суш кой, позволяет реализовать процесс сжигания в автотермическом режиме. Оrвод дымовых газов в сушильный барабан осуществляется из камеры, соединяющий воздухоподогреватель и котел-утилиза тор. В соединительной камере для эффективной сушки в дым вводится вода. Котел-утилизатор снимает избыточную теплоту дымовых га зов, охлаждая их до 250 ·с. Теплота используется на нагрев воды для собственных нужд. Система пылеrазоочистки очистку потока дымовых предусматривает окончательную газов от вредных веществ и состоит из рукавного фильтра, рассчитанного на работу при температуре 250 ·с. Теоретически возможна очистка газов от пыли до остаточной запыленности 10 мr/м 3 • Содержание вредных веществ (мr/нм 3 ) в дымовых газах поеле системы очистки: со Менее 50 NOx То же 80 S02 + HCl « 10 HF « 1 Диоксины « 100 Пыль « 10 что соответствует стандарту ФРГ 17BlmSchV. Система очистки дымовых газов включает в себя рукавный фильтр, дымосос, продувочный вентилятор, устройство для вы грузки пьmи, уловленной в фильтре, средства контрольно-изме рительных приборов и автоматики. Рукавный фильтр состоит из двух блоков, каждый из кото рых включает четыре раздельные секции. Каждая секция имеет прямоугольный корпус, в котором располагаются фильтроваль ные рукава. В нижней части каждой секции предусмотрен бун кер пирамидальной формы. Со стороны одной из торцевых сте нок каждого бункера расположен участок газохода диаметром 350 мм для подвода запыленного газа, на котором расположен шибер, дающий возможность отключения входного газохода 8.6. Энергетическое использование твердых бытовых отходов 229 секции. С противоположной стенки бункера смонтирован люк обслуживания. На верхней крышке каждой секции предусмотре на установка выпускного и продувочного клапанов. Выпускной клапан сообщается с коллектором очищенного газа, а продувочный клапан - с коллектором продувочного газа. Общее количество пыли, осаждающейся на рукавах состав ляет 100 ... 200 кг/ч, поэтому необходимы периодические встряхи вания посредством подачи встречного потока воздуха и разгруз ки через предусмотренный шлюзовой затвор в специальные ем кости-контейнеры . После фильтра дымовые газы поступают в дымовую трубу. Между фильтром и трубой находится дымосос, обеспечивающий по всему тракту давление меньше атмосферного, что, наряду с герметизацией неплотностей исключает выбросы дымовых газов в окружающую среду. Возможные технологические схемы утилизации минеральной части. При расплавлении минерального остатка сжигания отходов решаются следующие задачи: 1) получение шлаков, кристаллизирующихся с преобладани ем стекловидной фазы; 2) достижение ям, соответствия полученного состава требовани предъявленным к продукции промышленных строительных материалов. Решение первой из них позволяет получить устойчивую упа ковку вредных соединений, содержащихся в шлаке фторидов, хлоридов и солей тяжелых металлов . При переходе шлака в стек лофазу вымывание солей при любой степени измельчения шла копродукта исключается. Соответствие состава шлакопродукта требованиям санитар ных и технических норм позволяет полностью утилизировать ми неральную часть отходов и вернуть ее в хозяйственный оборот. Результаты санитарно-гигиенической экспертизы, выполнен ной лабораторией Государственного комитета санитарно-эпиде миологического надзора Российской Федерации, свидетельству ют, что шлак не содержит солей тяжелых металлов (медь, цинк, кадмий, свинец, хром) и не токсичен. Исследования шлака показали возможность получения из него путем регулирования состава шихты (смесь молотого шлака с добавками) теплоизоляционного засыпного утеплителя (с на сыпной плотностью от 180 до 250 кг/м 3 ), либо пористого запал- Глава 230 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии нителя конструкционных бетонов плотностью до 900 кг/м 3 • В этом случае насыпная плотность пористого заполнителя со 250 ...300 кг/м 3 . Возможно получение пирозита для кон струкционньiх легких бетонов , прочностью 20 ... 30 МПа, а также ставляет пирозитового песка. Сравнительные характеристики пирозита и керамзита и строительных материалов на их основе приведены ниже: Сво й ства Керамзит Пирозит Пористые заполнители Насыпная плотность, кr/м 3 580 2,3 0,20 12 15 275 1,4 0,12 13 15 1200 Прочность, МПа ............................... .. ........... ........... 10,0 Теплопроводность, Вт/(м С) ........ .. .... ...... .... ..... ...... 0,45 Морозостойкость, циклы ... .. .. ... ....... .... ...... ...... ... ... ... 25 Водопоrлощение , % .................................................. 13 800 10,0 О, 18 25 12 . . . ... . ..... . . . ........ .. . . . . ..... .. . . Прочность, МПа ........ ........... ........ ..... ........... ............ Теплопроводность, Вт/(м С) ..................... ........ ...... Водопоrлощение, % .................................................. Морозостойкость, циклы ....... ... .. ... ...... .... ...... ........... 0 Легкий бетон Плотность, кr/м 3 . . .. . ... . ........ .... ... . ..... ... . .... .. ... ... ... . .. .. . 0 Стеновые ограждения из бетонов на пирозите обладают более высоким термическим сопротивлением, а использование такого рода бетона позволяет снизить расход тепловой энергии на под держание комфортных условий в зданиях в отопительный сезон . Технология производства пирозита основывается на грануля ции существующего шлакового порошка с добавками и после дующим обжигом гранул во вращающейся обжиговой печи . 8. 7. Малая гидроэнергетика Экономический потенциал гидравлической энергии в мире оценивается в 8100 ТВт · ч. Установленная мощность всех гидро станций составляет 669 ГВт, а вырабатываемая электроэнер гия - 2691 ТВт · ч . Таким образом , экономический потенциал используется на 33 %. В России экономический потенциал гид- 8.7. 231 Малая гидроэнергетика роэнергии составляет 600 ТВт · ч и используется на 26 % (157,5 ТВт. ч). Установленная мощность ГЭС России оценивает ся 43 940 МВт. Доля малых и микроГЭС в экономическом по тенциале составляет примерно 10 %. Его используют только на 0,5 %. Это обусловлено сокращением числа малых ГЭС с 5000 в 50-х до 300 в 90-х годах :ХХ в. Сейчас начинается процесс вос становления разрушенных и строительство новых малых и мик роГЭС. Мировым лидером в малой гидроэнергетике является Китай, где с 1950 по 1996 г. общая мощность малых ГЭС вырос ла с 5,9 до 19 200 МВт. В ближайшем десятилетии в Китае пла нируется строительство более 40 ООО малых ГЭС с ежегодным вводом до 1000 МВт. В Индии на конец 1998 г. установленная мощность малых ГЭС (единичной мощностью до 3 МВт) состав ляла 173 МВт и в стадии строительства находятся ГЭС общей мощностью в 188 МВт. Определены места строительства еще около 4000 станций с общей проектной мощностью 8370 МВт. Эффективно работают малые ГЭС в ряде европейских стран, в том числе в Австрии, Финляндии, Норвегии, Швеции и др. В последние годы рядом специализированных организаций России разработаны схемы использования гидроресурсов и оп ределены первоочередные объекты возможного строительства с учетом нужд потребителей и дефицита энергопотребления, про ведено обследование состояния существующих сооружений ма лых гидроэлектростанций (МГЭС) и определена возможность их восстановления или реконструкции. НТА <<Прогрессэлектро,>, отдел электроэнергетических про блем Российской академии наук и АО «Гидропроект>> (г. Санкт Петербург) разработали программу строительства на реках Кам чатки малых ГЭС. Разработчики предложили до 20 l О г. построить на Камчат ском полуострове 20 малых ГЭС. В первую очередь намечено ввести в эксплуатацию шесть ГЭС общей установленной мощно стью 50,2 МВт. Эти электростанции будут возводиться на реках, где не развито промысловое рыболовство, или же они будут стро иться без плотин. Вторая очередь строительства охватывает период до За это время будут введены в строй еще стью 132,8 11 2015 г. ГЭС общей мощно МВт. При проектировании также будут максимально отрабатываться вопросы экологии и сохранения рыбных запасов. С 201 О г. по 2015 г. завершится строительство еще трех ГЭС, суммарная мощность которых составит 300 МВт. Глава 232 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии Эффективное использование вводимых энергетических мощ ностей возможно только в комплексе развития сети линий элек тропередачи. Поэтому программа предусматривает строительство десяти ЛЭП напряжением 490 35 ... 220 кВ, общей протяженностью км. Как только малые ГЭС первой очереди начнут входить в строй, жители Камчатки смогут более продуманно подходить к использованию близлежащих природных богатств. Очень скоро они почувствуют немалые выrоды, которые принесет им ликви дация лимитов на электроэнергию. Они свободно смогут разра батывать небольшие, но имеющие коммерческий спрос залежи полезных ископаемых или же создавать в леспромхозах ком плексы по переработке древесины утилизовать отходы этой пе реработки и т. д. Сооружение ГЭС будет сопровождаться разви тием дополнительных объектов инфраструктуры: на полуострове появятся карьеры, жилье, производственные здания, мастерские, склады, линии связи и электропередачи, автодороги и пр. Все это может быть использовано в интересах жителей близлежащих районов. По использованию располагаемых гидроресурсов МГЭС мож но условно разделить на следующие основные rруппы: • новое строительство русловых, приплотинных или дерива ционных МГЭС с водохранилищами суточного или сезон ного регулирования; • восстановление или реконструкция ранее действовавших • утилизация существующих перепадов уровней в водохозяй гидроузлов; ственных объектах (ирригация, водоснабжение, судоходные сооружения, плотины и запруды в зонах отдыха) или тех нологических процессах (сбросы бытовых и промышлен ных очищенных стоков, отепленных вод ТЭС, гидросоору жения водоснабжения тепловых и атомных станций и про мышленных предприятий); • использование скоростной энергии свободною течения больших и малых рек, в том числе в условиях ледостава. В связи с сокращением объемов крупною rидроэнерrетиче скоrо строительства в России предприятия, традиционно произ водившие rидроэнерrетическое оборудование, частично пере ориентировали свое производство на нужды малой rидроэнерrе тики. Одновременно в ряде промышленных центров возникли ма лые предприятия и акционерные компании, в том числе в рам- 8. 7. Малая гидроэнергетика 233 ках конверсии, производящие оборудование для МГЭС. Тем са мым снята декларировавшаяся в течение ряда лет проблема с приобретением оборудования для МГЭС за рубежом. В настоящее время в России может быть обеспечена потреб ность внутреннего рынка с полностью автоматизированными гидроагрегатами единичной мощностью до 1ООО кВт на напоры до 500 м, по индивидуальным разработкам могут быть изготов лены агрегаты значительно большей мощности. Номенклатура электрогенераторов также позволяет укомплектовать серийными машинами гидроагрегаты мощностью до 1ООО кВт. Стоимости комплектных гидроагрегатов мощностью свыше l 00 кВт в зависимости от располагаемого напора составляют 200 .. .400 долл. за I кВт установленной мощности. В соответствии с разработанной в 1993 г. программой строи тельства малых ГЭС в России до 2015 г. может быть введено около 800 МВт установленных мощностей с выработкой электроэнер гии свыше 3000 МВт· ч/год. Распределение вводимых мощно стей - техническое перевооружение, восстановление, модерни заuия списанных и законсервированных МГЭС - 250 МВт; но вое строительство в районах изолированного энергоснабжения 200 МВт. Наибольшие гидроресурсы и гидроузлы, подлежащие техни ческому перевооружению, находятся в следующих энергосисте мах (мощности приведены округленно): АО «Краснодарэнерго,> (45 МВт), АО <<Ставропольэнерго» го» (115 (60 (70 (25 МВт), АО «Карелэнерго>> (100 МВт), АО <•Каббалкэнер (60 МВт), АО <•дагэнерго,> МВт), АО <<Севкавказэнерго» МВт), АО «Ростовэнерго>> (65 МВт), АО <<Хабаровскэнерго» (75 МВт), АО <•Красноярскэнерго,> МВт). Эта программа в зависимости от экономических условий и спроса на объекты малой гидроэнергетики может быть уточнена и существенно расширена. Основными проблемами остаются относительно высокая се бестоимость оборудования и строительно-монтажных работ, от сутствие средств у заказчиков в условиях прекращения государ ственной поддержки развития энергетической отрасли. Стоимость сооружения МГЭС «под ключ,> составляет от до 400 % 100 к стоимости оборудования в зависимости от типа со оружения и количества агрегатов на станuии. Такие стоимости бесперспективны для большинства заказчиков в регионах, где энергия малых рек могла бы обеспечить основные потребности. Глава 234 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии Предварительный маркетинг показывает, что цена электроэнер гии МГЭС должна определяться из условия стоимости 1 т у. т. 200 долл . в регионах децентрализованного энергоснаб или 4 ...5 центов за 1 кВт· ч в регионах централизованного не более жения энергоснабжения с дефицитом электроэнергии. 8.8. Энергия морей и океанов Огромными запасами энергии обладает Мировой океан. По тенциальные запасы энергии, заключенные только в приливах и отливах, составляют 6. 106 Вт, теоретически возможная мощ ность электростанций, работающих на энергии температурного 12 градиента Мирового океана, оценивается в 50 · 10 Вт, общая доступная энергия морских волн составляет 2,7. 10 12 Вт. Основными направлениями преобразования механической и тепловой энергии океана в электрическую, являются приливные электростанции (ПЭС), волновые электростанции (ВолЭС), элек тростанции, использующие энергию морских течений (ЭСМТ), и электростанции, основанные на использовании температурных градиентов (ГиТЭС). По всем указанным возможным источникам энергии океана проводятся научно-исследовательские и опытно-эксперимен тальные исследования. В настоящее время действующими объек тами являются лишь ПЭС. Современные задачи их развития кон центрируются в области совершенствования инженерных реше ний и улучшения эксплуатационных экономических показателей. В России с 1968 г. эксплуатируется единственная в стране приливная электростанция - Кислогубская ПЭС, расположен ная вблизи г. Мурманска, мощностью порядка 400 кВт. Ежеме сячно станция вырабатывает (в периоды, свободные от испыта ния) до 100 тыс. кВт· ч. По своему энергетическому потенциалу приливная энергия может сыграть важную роль на участках побережья Восточного Мурманска, Мезенского залива и Охотского моря. Здесь воз можно строительство электростанций, поскольку энергетические ресурсы приливной энергии оцениваются в сотни миллиардов кВт · ч. В этих районах среднемесячная величина приливной энергии оказывается неизменной в любой период года независи мо от его водоносности, что выгодно отличает ее от энергии рек. 8.9. 235 Использование тепловых насосов Исследования отечественных специалистов показали, что в условиях неравномерного графика энергопотребления получен ная пульсирующая энергия от ПЭС может быть использована для покрытия суточных пиковых потребителей. В настоящее время за рубежом действует одна приливная электростанция на реке Ране (Франция) мощностью 240 тыс . кВт. Благоприятные условия для создания приливных станций имеют ся в США, Канаде, Великобритании и Аргентине. По расчетам американских специалистов, для гипотетической электростанции мощностью ют 1600 МВт удельные капитальные вложения составля 1 кВт установленной мощности, что ниже удель капитальных вложений на 1 кВт установленной мощности 400 ных долл. за для строительства электростанции, работающей на других возоб новляемых источниках энергии. Себестоимость электроэнергии на ПЭС оценивается в 4 цента за 1 кВт· ч, что уступает только со ответствующим показателям для ГеоТЭС. Энергию поверхностных волн использовать трудно из-за низкой концентрации и рассеянности на больших пространст вах, непостоянства во времени и случайном характере. В нашей стране оценка мощности волн рии Черного моря и составляет произведена только для 2 аквато кВт/м фронта волны. Использование энергии волн за рубежом крайне ограничено и направлено, в основном, для электрообеспечения маяков. Пред полагаемая расчетная электростанциям в стоимость 10-20 электроэнергии по волновым раз превышает аналогичный показа тель для электростанций на традиционном топливе. Гидротермальные электростанции (ГиТЭС) могут быть соз даны там, где имеется разность температур между поверхност ными и глубинными холодными слоями и между подледной во дой и воздухом и предназначены для преобразования тепловой энергии в электричество. 8.9. Использование тепловых насосов Определенная роль в решении проблем энергосбережения принадлежит теплонасосным установкам (ТНУ), обеспечиваю щим эффективную утилизацию низкопотенциальной окружающей среды, промышленных и бытовых стоков. теплоты Глава 236 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии Использование теплового насоса получило интенсивное раз витие в мире в последние годы в связи с энергетическими и эко логическими проблемами. Тепловой насос - машина, переносящая теплоту с более низкого на более высокий температурный уровень, затрачиваю щая при этом меньшее количество энергии, чем переносимая тепловая энергия. Он способен во многих случаях обеспечивать экономию топлива и уменьшать тепловое загрязнение окружаю щей среды. С помощью ТНУ природную теплоту и тепловые отходы можно использовать для различных целей теплоснаб жения. Так для одного отечественного предприятия бьm разработан проект системы технологического кондиционирования воздуха с холодильной станцией на базе серийных холодильных паро компрессионных машин типа МКТ-350-2-1 с винтовыми ком прессорами (перевод их в режим теплового насоса согласован с заводом-изготовителем). Для получения в теплонасосной уста новке (ТНУ) теплоносителя с температурой 65 ·с произведена замена хладагента Р-22 на Р-12 с более высокой температурой конденсации при доnускаемых заводом-изготовителем давлени ях конденсации. Эффективность применения ТНУ для ком плексного теплоходоснабжения на данном предприятии воз росла при наличии сбалансированного потребления холода и теплоты и сбросной теплоты технологического оборотного во доснабжения. На рис. 8.13 приведена принципиальная схема разработан ной системы выработки холода и утилизации теплоты с ТНУ. Тепловая мощность ТНУ определяется требуемой холодопро изводительностью . В летний период в качестве низкопотенци альной теплоты используется отепленная вода оборотного водоснабжения системы кондиционирования воздуха 4, кото рая охлаждается в испарителях парокомпрессионных машин J с 11 до 6 ·с и далее используется как хладоноситель. В ото пительный период, кондиционирования когда отсутствует нагретая воздуха, к испарителям вода системы подводится вода технологического оборотного водоснабжения З с температурой около 25 ·с, которая при традиционной схеме охлаждалась в градирнях 5. Для отбора получаемой в ТНУ теплоты организован специ альный контур циркуляционной воды с насосной группой 6. Проходя через конденсаторы 2 ТНУ, вода нагревается до 65 ·с 8.9. 237 Использование тепловых насосов В котельную 7 .., ..,~ 1 :,...12 Рис. 1- 8.13. ;,;: :а g~ используется в ej ~ ~= 15§ "' ::r:: ::r:: 2- конденсаторы; З - "' IQ оборотное водоснаб 4 - система кондиционирования воздуха; 5 - градирня; 6 7 - промышленный корпус; 8- 11 - теплообменные 12 - и 1:1' Схема уrилизации теплоты: парокомпрессионная машина; жение; группа; е a.>t,: ::r;,;: :§_:i: <) 1 1 1 1 насосная аппараты; система уrилизации качестве теплоносителя для технологических нужд котельной и горячего водоснабжения предприятия. Отра ботанная во всех элементах тепловой схемы вода с температурой около 42 циркуляционная °С возвращается в конденсаторы ТНУ для последующего подогрева. В отопительный период наряду с покрытием указанных теп ловых нагрузок циркуляционная вода от ТНУ используется для предварительного подогрева обратной сетевой воды систем теп лоснабжения предприятия перед поступлением ее в котельную. Для этого системы отопления и вентиляции промышленных корпусов 7 были спроектированы на температурный график 150/50 ·с, что дало возможность значительно снизить температу ру обратной сетевой воды систем теплоснабжения предприятия и тем самым более полно использовать утилизируемую в ТНУ теплоту. В разработанной системе утилизации 12 применена схема последовательного соединения тепловых насосов по нагреваемо му и охлаждаемому теплоносителям с противоточным их движе- 238 Глава 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии нием. Среднегодовой расчетный коэффициент комплексной эф фективности (отношение эквивалентных количеств выработан ных теплоты и холода к количеству электроэнергии, затраченной на привод ТНУ) разработанной системы составил 5,4. В качестве 8-11 в тепловой схеме применены теплообменных аппаратов пластинчатые подогреватели типа Р.06, обеспечивающие наибо лее эффективное использование располаrаемоrо напора. На рис. 8.14 приведен график тепловых нагрузок предпри ятия в зависимости от времени года. Заштрихованная область соответствует доле тепловой нагрузки, покрываемой ТНУ (Q - среднемесячная часовая тепловая нагрузка предприятия). Q,МВт 20 15 10 5 I II III IV V VI VII VIII IX Рис. 8.14. Х XI XII Т, мес График тепловых нагрузок Расчеты показывают, что количество утилизируемой теплоты в общем тепловом балансе предприятия составляет около 30 %. Разработанные технические решения позволяют круглого дично покрывать тепловую нагрузку rорячеrо водоснабжения за счет утилизации БЭР предприятия и существенно уменьшить по требление органического топлива на нужды отопления, вентиля ции и технологии. Расчетная годовая экономия тепловой энергии составила более 12 тыс. Гкал. Кроме того, значительно уменьша ются нагрузки градирен и улучшается экологическое состояние воздушного бассейна. С термодинамической и конструктивной точки зрения ТНУ аналогичны холодильной машине, отличаясь от нее лишь темпе ратурным режимом работы. 8.9. Использование тепловых насосов 239 Существует большое разнообразие типов ТНУ, которые мо гут быть классифицированы по различным признакам: по прин ципу действия (парокомпрессионные, абсорбционные, термо электрические и др.), схеме применения (ТНУ в чистом виде либо в комбинации с дополнительным источником теплоты), используемому источнику низкопотенциальной теплоты (наруж ный воздух, поверхностные или подземные воды, грунт, тепло вые отходы и др.), сочетанию сред альной теплоты вода-воздух, и нагреваемой грунт-воздух и - источника низкопотенци (воздух-воздух, др.), источнику воздух-вода, затрачиваемой энергии (электричество, органическое топливо, солнечная энер гия, тепловые отходы производства и т. п.), типу привода ком прессора (электродвигатель, ДВС, турбина и др.). Тепловые насосы с передачей тепла от воздуха к воздуху за воевали не слишком хорошую репутацию. Однако новые модели, использующие воду в качестве источника низкопотенциальной теплоты, полностью свободны от недостатков, свойственных теп ловым насосам <<Воздух-воздух,>, и обладают преимуrnествами, которых эти насосы лишены. К числу таких преимуrnеств отно сятся: лучшие эксплуатационные показатели при низких темпе ратурах наружного воздуха (поскольку источником низкопотен циального тепла служит вода), меньшая потребность в подаче до полнительного тепла и более высокий КПД. В настоящее время тепловые насосы с водяным контуром ис пользуются при сооружении новых и реконструкции суrnествую щих общественных зданий. Их почти всегда располагают в над потолочном пространстве и они не нуждаются в дорогостоящей площади пола. В современных административных зданиях, со стоящих из большого количества помещений, вполне возможна ситуация, при которой одни помещения, расположенные по пе риметру, нуждаются в отоплении, а в то же самое время другие помещения, расположенные по периметру, нуждаются в конди ционировании воздуха. Внутренняя зона здания будет почти круглый год нуждаться в кондиционировании. Тепловые насосы, расположенные во внутренней зоне, подают теплоту в контур, а насосы, расположенные по периметру здания, отбирают теплоту из контура. Во многих случаях дополнительный нагрев не требу ется, поскольку все здания отапливаются за счет повторно ис пользуемой электроэнергии. Бытовым вариантом теплового насоса с водяным контуром является насос, для которого источником низкопотенциальной 240 Глава 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии теплоты служит грунт. Не требуется ни башенный охладитель воды, ни бойлер: вместо них в качестве поглотителя или источ ника теплоты используется грунт. Петля из труб, содержащих жидкий теплоноситель, уклады вается в горизонтальную траншею либо помещается в вертикаль ную скважину или в пруд. Тепловая энергия, выделяемая систе мой, передается грунтовым водам; при обогреве помещения грунтовые воды служат источником низкопотенциальной тепло ты. Поскольку температура грунтовых вод колеблется лишь в пределах от 3 ·с до -26 ·с, требуется лишь незначительный по догрев, а иногда и не требуется вовсе. При использовании ото пительных систем подобного рода период окупаемости капита ловложений обычно составляет от 3 до 5 лет. Тепловые насосы используются также и для нагрева воды. В этом случае они отбирают тепловую энергию из воздуха, нахо дящегося внутри здания; вода нагревается примерно до 60 ·с. Ра ботая в этом режиме, тепловой насос обладает коэффициентом преобразования, равным 2-4. Для сравнения укажем, что наибо лее совершенные газовые водонагреватели имеют коэффициент преобразования, равный 0,6-0,9, а электронагреватели обладают коэффициентом преобразования, равным 0,9-1,0. На практике в большинстве случаев применяются пароком прессионные ТНУ с электроприводом компрессора. Наибольшее применение ТНУ нашли в следующих областях: теплоснабжение (централизованное и децентрализованное) жи лых, административных и производственных объектов; обеспече ние теплотой нужных параметров некоторых технологических процессов (сушка, дистилляция, тепловая обработка); теплохла доснабжение сельскохозяйственных объектов (молочно-товарные фермы, фруктохранилища и др.). Новой областью применения ТНУ стало создание высокотемпературных ТНУ открытого цикла мя получения пара промышленных параметров, а также высоко температурных абсорбционных термотрансформаторов для полу чения горячей воды и пара с температурой до 250 ·с. Применение ТНУ открытого цикла на водяном паре перспективно на манев ренных ТЭЦ, в системах пароснабжения от крупных загородных ТЭЦ, на ТЭЦ при выпаривании солевых растворов. Ведется ос воение крупной ТНУ под Выборгом и проектируется комбиниро ванная установка ДЭС + ТНУ в г. Владимире. Теплопроизводительность ТНУ может составлять от несколь ких сотен ватт до 100 МВт в одном агрегате. 8.9. 241 Использование тепловых насосов В мире ТНУ применяются широко. Они заняли прочное ме сто в ряду других средств теплоснабжения. Так, в США эксплуа тируется около 7 млн ТНУ, половина из которых составляет ТНУ для коттеджей тепловой мощностью 3... 30 кВт. В ФРГ имеется около 300 тыс. ТНУ, в том числе около 500 ТНУ большой мощно сти, десятки ТНУ по 500 кВт с приводом от газовых ДВС для теп лиц. Для Швеции (общее количество ТНУ около 150 тыс.) харак терно применение крупных ТНУ, эксплуатируется около 50 ТНУ по 20 ... 90 МВт. В 1986-1989 гг. в бывшем СССР был разработан ряд пара компрессионных ТНУ на фреоне-12 теплопроизводительностью от 17 кВт до 11,5 МВт типа <<Вода-вода,> и <<Вода-воздух,>. Боль шая часть ТНУ этого ряда прошла стадию изготовления и испы тания опытных образцов на пяти заводах холодильного маши ностроения. Четыре типоразмера выпускались серийно теплопроизводительностью выпуск с г. составил 1987 14, 100, 300, 8500 более 3000 единиц. Кроме того, АО <<ИНСОЛАР» осушествило поставку заказчикам около на 1,5 и 5 (ТНУ кВт) . Общий их ТНУ 25 кВт для горячего водоснабжения и отопления коттед жей <<воздух-вода» и <<грунт-вода», базирующихся на импорт ных компрессорах. Отечественные ТНУ по достигаемому коэффициенту преоб разования (отношение тепловой энергии, отданной потребите лю, к энергии, затраченной на привод ТНУ) не уступают луч шим мировым образцам. При эффективном применении ТНУ обеспечивается экономия топлива в сравнении с прямым элек трообогревом до на 270 кг у. т. и в сравнении с котельными до 55 кг МВт · ч тепловой энергии. Экономическая целесообразность применения ТНУ в зна I чительной степени определяется отношением стоимости элек троэнергии к стоимости топлива в перерасчете на его тепло творную способность. Для нашей страны характерно завышен ное в 3-4 раза по сравнению с западными странами значение данного отношения, что сдерживает широкое распространение ТНУ. Важным резервом экономии топлива и защиты окружающей среды является использование таких источников энергии, как воздух, вода и грунт, температура которых изменяется во време ни под воздействием различных природных и антропогенных факторов. При огромной суммарной мощности эти низкопотен циальные источники могут рационально использоваться много- 16 - 2633 Глава 242 8. Нетрадиционные источники топлива и энергии численными малоэнерrоемкими потребителями, удаленными от систем энергоснабжения. В технико-экономическом докладе ВНИПИэнерrопрома <<Развитие теплонасосных станций>> определены целесообразные области использования тепловых насосов в РФ: • • на объектах курортной зоны; в электрокотельных, вблизи которых находятся источники низкопотенциальноrо тепла (водохранилища ГЭС); • • на электростанциях кВт; 220 ... 500 на ТЭЦ, переводимых в режим котельных и котельных на органическом топливе вблизи источников тепловой энергии; • на ГЭС для использования теплоты охлаждения гидрогене ратора и трансформаторов для теплоснабжения; • для охлаждения обратной сетевой воды в системах дальнего транспорта тепла отходящих и дымовых газов. В Краснодаре ведется сооружение опытной теплонасосной установки теплопроизводительностью 100 кВт с использованием взамен фреона специальной пропан-бутановой фракции. <<Роскоммунэнерrо>> в 2005 r. совместно с Институтом тепло физики Сибирского отделения Академии наук РФ создает ком прессионно-ресорбционный водоаммиачный тепловой насос те плопроизводительностью ния и горячего теплоты 15 ... 30 1... 1,5 МВт для систем теплоснабже водоснабжения на базе низкопотенциальной °С. Для использования тепловой энергии от сжигания твердых и жидких бытовых отходов Сибирский филиал «Техэнерrохим (r. пром» и Бердск) разработал ряд установок различной мощности различного конструктивного исполнения в зависимости от вида преобладающей части бытовых отходов. Применение ТНУ, даже при современном уровне оборудова ния, выпускаемого отечественными заводами, позволяет исполь зовать их для отопительных нужд (с трансформацией тепловой энергии грунта и Солнца, сбросной тепловой энергии от круп ных предприятий, холодильных станций и т. д.). В отдаленных районах Севера и нашли применение подземные Северо- Востока страны машинные распределительные холодильники с зимним холодо-зарядным атмосферным возду хом. Строительство подземных холодильников дешевле назем 20 ... 25 %, 30 %. ных на ся на расход энергии при эксплуатации сокращает 8.9. Использование тепловых насосов 243 Контрольные вопросы 1. 2. 3. Какие источники энергии относятся к возобновляемым? 4. 5. Как конструктивно устроена ветроэлектроустановка? 6. Какой энергетический потенциал у солнца, земли и ветра? В каких регионах России целесообразно использовать ветроэнергетику? Каковы перспективы развития геотермальной энергетики? В каких регионах России размещены основные запасы природных теплоноси- телей? 7. В чем специфическое отличие турбин Верхне-Мутновской ГеоЭС? 8. Каковы перспективы развития солнечной энергетики? 9. Как работает солнечный элемент? 10. 11. Где построены и как работают СФЭС? 12. Какой опыт эффективного использования ТБО Вы знаете? Как рационально использовать энергию биомасс? 13. Как работает установка по термической переработке отходов? 14. Каковы перспективы развития малой гидроэнергетики? 15. Каковы перспективы использования энергии морей и океанов? 16. Роль ТНУ в экономии ТЭР . 17. Чем определяется экономическая целесообразность применения тепловых насосов? 16· Глава 9 ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НОВЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА И РАЗВИТИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ 9.1. Новые виды жидкого и гаэообраэного топлива Нефть «синтетическую>> и газ, полученные из угля, дополни тельные углеводородные ресурсы, представленные органической составляющей горючих сланцев, битуминозных пород, топлив ные спирты, а также водород, относят к новым видам жидкого и газообразного топлива. Уголь, горючие сланцы и битуминозные породы являются главными перспективными источниками получения жидкого и газообразного топлива. Потенциальные запасы содержащегося в них углеводородного сырья намного превосходят известные за пасы нефти и природного газа. Широко доступная и разнообразная сырьевая база и полно стью отработанная и освоенная технология их производства яв ляются одним из основных преимуществ энергетического ис пользования спиртов в качестве топлива или добавки к нему. По мнению многих специалистов водород способен заменить иско паемое органическое топливо в таких сферах его потребления, как авиация, автотранспорт, коммунально-бытовой сектор и т. д. При этом ресурсы водорода (если в качестве его источника рас сматривать воду) практически не ограничены. Самым важным свойством водорода является универсальность его использова ния. Он может применяться в качестве основного топлива или как добавка к нефтяному при относительно небольших конст руктивных переделках двигателя; энергия водорода может также 9.2. Синтетическое топливо из углей 245 преобразовываться в топливных элементах в электроэнергию ; водород способен заменить природный газ и нефть почти во всех крупных химических производствах и т . д . 9.2. Синтетическое топливо из углей Большое значение имеет создание промышленной техноло гии получения синтетических жидких топлив на базе огромных запасов бурых и каменных углей, в состав которых входят орга нические и минеральные компоненты. Перечень и вещественное содержание этих компонентов предопределяет выбор направле ний использования и методов комплексной переработки углей. Существенное влияние на дальнейшее расширение глубокой пе реработки углей оказывает технический прогресс, представляю щий собой непрерывное развитие и совершенствование орудий труда и технологических процессов в этой области . К настоящему времени разработаны и проходят проверку но вые технологические схемы и процессы , внедрение которых зна чительно расширит масштабы комплексной переработки углей. К таким процессам в первую очередь относятся высокоскорост ной пиролиз , гидрогенизация и термическое растворение. Высокоскоростной пиролиз (полукоксование) - процесс по следовательного нагрева предварительно измельченного до пыле видного состояния угля сначала газовым до температуры (сушка), а затем твердым теплоносителем до температуры 300 ·с 650 ·с (разложение с выделением основной массы паров смол и тяже лых углеводородов). При взаимодействии с твердым теплоноси телем происходит теплообмен с высокими скоростями . Это по зволяет резко интенсифицировать процесс по сравнению с тра диционными схемами полукоксования и обеспечить более чем в 2 раза выход продуктов пиролиза. В результате такого интенсивного разложения получаются полукокс (68 %), энергетический газ (15 %) и смола (17 %) , кото рые характеризуются следующими качественными показателями : Полукокс Зольность, % .................................................................. .. 12 .. .20 Содержание летучих , % ....... .. .. .......... .................. .. .. ....... 5... 19 Теплота сгорания, кДж ...... .. .... ..... .. .. ........ .... .. ............... 27 ,21 ... 28,05 3 Насыпной вес, кr/м .... .. .......... ..... ............ .. ........ .......... .. 760 Глава 246 9. Перспективы использования новых видов топлива Смола,% Карбены-карбоиды .............. .. ......................................... ..................... ... ....... ................... ................... Фенолы ............................................................................ Нейтральные масла ............... ............ ........ .. .................... Осмоляющиеся . ... . ... . ... .... ..... ... . .... ....... .... ... ..................... Пиридиновые основания ............................................... Карбоновые кислоты ......... ............................. ................ Асфальтены Энергетический газ, 5 5 26 47 14 2 1 % Углекислоты .................. .......... ........................................ 23 ................ ... .. ....................................... . 16,8 водорода ...................................................................... 24,2 Удельные углеводороды ................................................. 25,0 Непредельные углеводороды ......................................... 4,7 Кислород .. ...... ................... ................ ........... .... .. ............. 0,5 Азот ........................................ ................... ....................... 6,2 Сероводород .............................................. .. .................... 0,3 Теплота сгорания, кДж/кг ............................................. 20,09 Удельный вес, кr/м 3 ..... .. ..... .. ..................... ....... ............. 1,04 Оксиды углерода Исследованиями установлена возможность выделения из смолы до 47 % дистиллятной части, из которой около 50 % отго няется в виде бензиновой фракции. Жидкие топлива из тяжелой части смолы могуг быть получены при ее замедленном коксо вании. Гидрогенизация - процесс получения жидких и газообразных l О МПа, при температуре продуктов из углей под давлением 420 .. .430 ·с и объемной скорости 0,8 ... l ч- 1 в присутствии пасто образователя - донора водорода, катализаторов (солей железа и молибдена) и надбавок ингибиторов радикальной полимери зации. К настоящему времени разработан ряд новых решений. В ча стности, это относится к предварительной сушке угля газовым теплоносителем в вихревых камерах, механохимической подго товке углемасляных суспензий, очистке газов низкотемператур ной короткоuиклонной адсорбцией, сжиганию шламов и сточ ных вод и регенерации катализаторов. Количество органической массы угля (ОМУ), превращаемое в жидкие и газообразные про дукты, составляет 90 ... 92 %. Жидкие продукты с температурой кипения до 300 ·с подвергаются переработке с применением процессов гидроочистки, каталитического риформинга и rидро- 9.3. Горючие сланцы 247 крекинга с получением высокооктанового бензина и дизельного топлива, выход которых составляет исходному углю (ОМУ). Термическое растворение - 45 ... 50 % по отношению к технология получения из углей тяжелых жидких экстрактов и выработки синтетической нефти и моторных топлив пугем деструктивной гидрогенизации продук тов термического растворения. Работы ведугся в Институге го рючих ископаемых, носят поисковый характер и проводятся на лабораторной аппаратуре. Процесс ведется при давлении температуре 5 МПа, 415 °С, объемной скорости 1... 1,3 ч- 1 по пасте с ис пользованием дистиллятного растворителя с температурой кипе 200 ... 350 °С (содержащего до 33 % донора водорода), в коли 1,8 по отношению к углю. Последующая переработка жид ния честве ких продуктов включает фильтрование, коксование беззольного экстракта, гидрогенизационную переработку сырого бензина и части регенерированного растворителя. Выход продуктов состав ляет: бензин автомобильный - 7,45 %, электродный кокс 12,45 %, битум - 25,92 %, газы - 12,17 %, остаточный уголь 25,92 %, потери - 8,63 %. Полученные предварительные резуль таты свидетельствуют о значительно меньшем выходе моторных топлив, чем в процессе прямой гидрогенизации. 9.3. Горючие сланцы Кроме России добычу горючих сланцев и производство син тетического топлива в промышленных масштабах осуществляют в КНР, где производство составляет 0,3 млн тв год, и в Бразилии, где производство сланцевой смолы доведено до 50 тыс. т/rод. На пороге промышленного освоения месторождений горючих слан цев находятся США, Марокко, Австралия. Разработаны различ ные варианты добычи и переработки сланцев. Все они предусмат ривают термическое разложение с получением синтетических то плив и побочных продуктов - серы, аммиака, кокса и т. д. Перспективными способами переработки сланцев являются газификация на парокислородном дугье под давлением (Сара товский политехнический институr) и термическое растворение (ИГИ). Исходя из предварительных разработок при газификации возможно получение газа с калорийностью ме 9 3000 ккал/кг в объе млн ту. т. (если газифицировать все сланцы), что позволит Глава 248 9. Перспективы использования новых видов топлива в перспективе в Поволжье сэкономить до 10 % котельно-печноrо топлива . При термическом растворении можно производство около зольного экстракта и 2 млн 20 40 млн т горючих сланцев воз млн т у. т. высококипящеrо без ту. т. rаза. По расчетам, целесообраз но беззольный экстракт прямо использовать в качестве дорожных битумов, а высвобожденные битумы использовать в дальнейшей переработке с производством энергетической продукции. Большое значение для повышения экономичности использо вания волжских сланцев имеет выделение и утилизация попутно залегающих полезных ископаемых, микрокомпонентов, редкозе мельных металлов и серы. Исходя из запасов, уровней подготовленности к промышлен ному освоению и имеющегося опьrга разработки сланцевых ме сторождений возможна, начиная с 2010 г., разработка месторож дений горючих сланцев Поволжья с доведением в перспективе ДО 30 .. .40 9.4. МЛН Т В ГОД. Битуминозные породы Значительным резервом развития в стране индустрии допол нительного углеводородного сырья являются битуминозные по роды. Это комплексное органоминеральное сырье, которое при термическом воздействии способно выделять органическую со ставляющую, являющуюся заменителем нефти, а минеральные остатки, остающиеся после отделения <<синтетической,> нефти, являются прекрасным сырьем для строительной и дорожной ин дустрии. Месторождения и скопления битуминозных пород довольно многочисленны, и географическое размещение их крайне нерав номерно. В связи с плохой изученностью прогнозные запасы «синтетического» топлива, содержащегося в битуминозных поро дах, варьируют от 20 до 30 млрд т. Значительные разведанные за пасы размещаются на территории Татарстана, Ульяновской и Са марской областей; где они залегают на глубинах до 400 м. Име ются месторождения природных битумов на Северном Кавказе, Восточной Сибири, в Коми и других районах нашей страны. За исключением Татарстана и Якутии специальных геолого разведочных работ на битумы в стране не проводили. 9.5. Спиртовые топлива 249 Наиболее изученными считаются скопления битуминозных пород в пермских отложениях Татарстана. В соответствии с ре шением ГКЗ в качестве основы для планирования геологоразве дочных работ приняты запасы в размере сыщенностью свыше 5 %. 1,0 млрд т с битумона По степени разведанности эти запасы относятся к категории прогнозных. 9.5. Спиртовые топлива Как компоненты моторных топлив спирты - метанол, эта нол ранее в периоды острой нехватки топлива уже использова лись. В настоящее время за рубежом наибольший практический опыт накоплен по использованию этилового спирта. В начале 70-х годов ХХ в. в связи с возрастающими требова ниями к качеству используемых топлив, необходимостью расши рения сырьевой базы производства моторных топлив возрос ин терес и к использованию метанола как топлива или добавки к нему. Известны такие топлива, как «газохол)>, <<дизохол)>. Значительный интерес к спиртовым топливам, особенно ме танольному, обусловлен рядом причин, из которых главными яв ляются: в экологическом отношении такие топлива более прием лемы, чем синтетический бензин и другие не нефтяные топлива, хранение и распределение аналогично бензину, их применение дает возможность достичь повышения топливной экономично сти двигателя. Все это достигается при одновременном расшире нии ресурсов моторных топлив нефтяного происхождения. Технически доказана возможность использования метанола: в качестве 5 и 15 % добавки к бензину; для производства высоко октановой добавки к топливу - МТБЭ (метил-трет-бутиловый эфир); для производства бензина из метаf{ола; в чистом виде. Бензометанольная смесь, содержащая расслаивания при температуре ~3 5% метанола, ввиду ·с может быть использована как летний вид топлива. Если использовать 1,5 млн т метанола в качестве такой добавки, расширение ресурсов моторных топлив может составить 0,8 млн т. В целом бензометанольные смеси стабильны в эксплуатации, выхлопы компонентов в отработан ных газах значительно снижены: углеводородов на 10 ... 20 %, ок - на 30 ... 35 %. В настоящее время в лабораториях сидов азота проводят работы по использованию метанола в чистом виде. Од- Глава 250 9. Перспективы использования новых видов топлива нако такое использование требует значительных изменений кон струкций серийных двигателей, которые не могут быть осущест влены на современном уровне развития техники. Отрабатывают раздельную подачу метанола от бензина. Такие двойные топлив ные системы имеют ряд преимуществ. По данным ГосНИИмета нолпроекта, при внедрении двойных топливных систем потребу ется расход метанола в объеме до 1О % объема бензина и он мо жет использоваться во всех климатических зонах. Такая подача топлива позволяет также использовать низкооктановый бензин. 9.6. Водородная энергетика В настоящее время основным сырьем в России для произ водства водорода является природный газ, из которого произво дят более 90 % водорода. Уже разработаны и внедряются перспективные методы из влечения водорода из водородосодержащих газов различных производств: низкотемпературная конденсация, адсорбция, аб сорбция, мембранная технология. Производство водорода этими методами значительно экономичнее, чем на специальных уста новках паровой конверсии углеводородных газов, считающейся наиболее дешевым методом производства водорода. Перспектив ным источником является уголь. Однако в программе развития водородной энергетики в стране на перспективу предусмотрено, что основным сырьевым источником получения водорода станет вода, для разложения которой должно быть использовано тепло высокотемпературного ядерного реактора (ВТЯР). Водород обладает очень высокой теплотой сгорания: сжигании сжигании 1r 1r водорода получат бензина - 11,2 28,6 при кал тепловой энергии (при кал), его можно транспортировать и распределять по трубопроводам, как природный газ. Главным преимуществом водородной энергетики является возможность экономии традиционного энергетического сырья за счет широ кого использования водорода в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания (как в чистом виде, так и в виде добавки) и газотурбинных двигателей (авиатранспорт, электроэнергетика). Испытания показали, что более эффективно использовать 5... 1О % добавки к бензину, поскольку использо водород в виде вание чистого водорода ведет к нарушению рабочего процесса 9.7. 251 Перспективы развития ВИЗ двигателя и выделению больших количеств NOx, а также к ус ложнению хранения больших количеств водорода на борту авто мобиля. Такая смесь позволяет повысить топливную экономич ность двигателя на бензина на 15-20 10-15 20 ... 25 %, 35 .. .40 % и снизить эксплуатационный расход токсичность отработавших газов по СО в раз, по углеводородам в 1,5-2,0 раза и окислам азота в раз. В связи с отсутствием товарных ресурсов водорода на началь ном этапе перевод автомобильного транспорта на бензоводород ные композиции целесообразно проводить по определенным ре гионам, в которых имеются либо достаточные ресурсы вторично го водорода, являющегося побочным продуктом химических и нефтехимических производств, либо имеются достаточные ре сурсы технологических газов, из которых может быть получен де шевый водород. С целью получения пиковой электроэнергии ис пользование водорода в энергетике необходимо рассматривать одновременно с использованием электроэнергии АЭС для произ водства водорода электролизом воды с дальнейшим сжиганием ero для выработки электроэнергии в часы максимальных нагру зок, либо в паровой турбине, в парогенераторе и МГД-rенерато ре, либо в МГД-rенераторе и парогенераторе. Расчетные значе ния затрат на магистральный транспорт водорода на большие расстояния при той же передаваемой мощности оказываются в 3-5 раз ниже затрат на транспорт электроэнергии. 9.7. Перспективы развития ВИЗ Если в 1980 r. доля производимой электроэнергии на ВИЗ в мире составляла 1 %, то по оценке Американского общества инженеров-электриков к 2020 r. она достигнет - 13 и к 2060 r. 33 %. По данным Министерства энергетики США, в этой стране к 2020 r. объем производства электроэнергии на базе ВИЗ может возрасти с 11 до 22 %. В странах Европейского Союза планирует ся увеличение доли использования ВИЗ для производства тепло вой и электрической энергии с 6 (1996) до 12 % (2011). Исходная ситуация в странах ЕС различна . И если в Дании доля использо вания ВИЗ с 3 % в 2000 r. достигла 10 3 % в 2000 руют увеличить долю ВИЗ с %, то Нидерланды плани r. до 10 % в 2020 г. Основ ной результат в общей картине определяет Германия , в которой Глава 252 9. Перспективы использования новых видов топлива 5,9 % в 2000 г. до 12 % г. в основном за счет энергии ветра, солнца и биомассы. планируется увеличить долю ВИЭ с в 2011 Главными причинами, обусловившими развитие ВИЭ, явля ются: • • обеспечение энергетической безопасности; сохранение окружающей среды и обеспечение экологиче ской безопасности; • завоевание мировых рынков ВИЭ, особенно в развиваю • сохранение запасов собственных энергоресурсов для буду • увеличение потребления сырья для неэнергетического ис щихся странах; щих поколений; пользования топлива. Масштабы роста использования ВИЭ в мире до ставлены в табл . Таблица 9.1. 2011 г. пред 9.1 . Проmоз роста установленной мощности ВИЭ в мире, ГВт Вид оборудования или технологии 2000 r. 2011 r. 0,938(0,26) 9,2(1 ,7) Ветроустановки , подключенные к сети 14 74 Малые ГЭС 70 175 Электростанции на биомассе 18 92 0,2 10 7,97 20,7 Фотоэлектричество Солнечные термодинамические станции Геотермальные эле ктростанции 1 32,25 11 итого Геотермальные тепловые станции 1 111,1 380,9 ...392,45 17,174 44,55 и установки, ГВт 11 Солнечные коллекторы и системы ГВт млн м Примечания: \. 69,50 2 11 55 60 300 В строке «фотоэл е ктричество » в скобках указано годовое производство фотоэлементов . 2. 1, 11 сценарии развития энергетики , соответственно при ежегодном росте 1О геоте рмальной % и 15 %. 9. 7. Перспективы развития ВИЭ 253 Контрольные вопросы 1. Какие новые виды жидкого и газообразного топлива могут быть использова ны в перспективе? 2. 3. Как можно получить «синтетическое» топливо? Где в России размещены основные залежи сланцев и какова перспектива их вовлечения в ПБ страны? 4. Для каких целей можно использовать спиртовые топлива? 5. Каковы перспективы развития водородной энергетики? б. Каковы перспективы развития ВИЭ? 7. Что образуется из пылеугольного топлива при высокоскоростном пиролизе? 8. Как происходит гидрогенизация углей? 9. В чем преимущества спиртовых топлив по сравнению с синтетическими бен зинами и другими не нефтяными топливами? 10. На сколько процентов можно на автомобильном транспорте при эксплуатации снизить расход бензина при использовании 5••. 10 °!о добавки водорода? Глава 10 ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ 10.1. Система определений, понятий и классификация вторичных энергетических ресурсов Под понятием вторичные энергетические ресурсы (БЭР) под разумевается энергетический потенциал продукции, отходов, по бочных и промежугочных отходов, образующихся в технологиче ских установках (агрегатах), который не используется в самом аг регате, но может быть частично или полностью использован для энергоснабжения других установок. Понятие <<энергетический потенциал>> означает наличие определенного запаса энергии (хи мически связанной теплоты, физической теплоты, потенциаль ной энергии избыточного давления). К БЭР не относится хими чески связанная теплота продукции топливоперерабатывающих, газогенераторных, углеобогатительных производств и те энерге тические отходы, которые используются в самом агрегате - ис точнике БЭР (регенерация теплоты). По виду энергии БЭР разделяются на три группы: • топливные (горючие). Под горючими БЭР подразумеваются непосредственно сами горючие отходы, не пригодные для дальнейшей технологической переработки: доменный газ, отходящий газ сажевых печей, абсорбционный газ при про изводстве мономеров для синтетических каучуков и т. д.; • тепловые - физическая теплота отходящих газов техноло гических установок, физическая теплота продукции и отхо дов основного производства, отработанной в технологиче- 10.1. Система определений, понятий и классификация ВЭР 255 ском процессе воды, пара, теплота конденсата. К тепловым ВЭР относятся также: низкопотенциальная теплота вен твыбросов, сбросных жидкостей и газов от теплотехнологи ческих установок; • - избыточное давление потенциальная энергия газов и жидкостей, покидающих технологические агрегаты с избы точным давлением, которое необходимо снижать перед по следующей ступенью использования этих жидкостей или газов при выбросе в атмосферу. Использование ВЭР является важнейшим направлением экономии энергии на промышленном предприятии. Под агрегатом-источником ВЭР следует понимать агрегат, в котором образуется и получает потенциал носитель ВЭР (тех нологические печи, реакторы, холодильники, пароиспользую щие установки и т. п.). Вторичные энергетические ресурсы могут использоваться не посредственно без изменения вида энергоносителя для удовле творения потребности в топливе и теплоте, либо с изменением энергоносителя путем выработки тепловой энергии, электроэнер гии, холода или механической работы в утилизационных уста новках. Принципиальная схема использования энергетических ре сурсов и распределения энергетических потоков при утилизации ВЭР показана на рис. 10.l. На схеме указаны названия отдельных потоков и даны сечения, по которым определяются количествен ные значения этих показателей, причем наименования справа относятся только к правому потоку, а наименования слева - к обоим потокам. При утилизации ВЭР следует различать следующие термины и понятия: Выход ВЭР производства в - количество ВЭР, образующихся в процессе данном технологическом агрегате за единицу времени. Выработка за счет ВЭР - количество теплоты, холода, элек троэнергии или механической работы, получаемых за счет ВЭР в утилизационных установках. Различают возможную, экономически целесообразную, пла нируемую и фактическую выработку. Возможная выработка - максимальное количество теплоты, холода, электроэнергии или механической работы, которые мо гут быть практически получены за счет данного вида ВЭР с уче- Глава 256 10. Технологии использования вторичных ресурсов Подведенная энергия Технологические Потери энергии агрегаты-источники в окружающую вторичных среду энергоресурсов Полезно ВЭР, требующие утилизационных установок ~-- ----- Неизбежны~ потери Возможное использование ВЭР Возможная -. 1 установка I 3 0 ..,.•---~ 0 --~~::~~~~':1'и ат ~ в: обоснованные s'О потери энергии : Экономически : 1uелесообразная•.-----• : 1_ Экономически целесообразное использование установка утилизации I Экономически выработка утилизации.-- _ _ _.___ _., утилизационные1------1~ & ~ установки Фактическая :s: '-----г:-----,:т' (планируемая) & Фактическое (планируемое) Потери выработки выработка использование------- ВЭР Потребитель Экономия топлива за счет сокращения потребления первичных ресурсов 10.1. CQ :s: Е: Действующие Рис. !2' ~целесообразная о Резерв ВЭР ~ >- Принципиальная схема использования энергоресурсов !3 t:: 10.1. Система определений, понятий и классификация ВЭР 257 том режимов работы агрегата-источника ВЭР и уrилизационной установки . Экономически целесообразная выработка - максимальное ко личество теплоты, холода, электроэнергии или механической ра боты, целесообразность получения которых в уrилизационной установке (в течение рассматриваемого периода) подтверждается эконом..,-ческими расчетами . Для проектируемых установок экономически целесообразная выработка - такое количество теплоты, холода, электроэнергии или механической работы, получение которого за счет ВЭР и использование потребителями дает наибольший экономический эффект. Поскольку параметры уrилизационных установок выби рают из условия их наибольшей эффективности, то возможная выработка тепловой энергии в данной уrилизационной установ ке экономически целесообразна. Планируемая выработка - количество теплоты, холода, элек троэнергии или механической работы, которое предполагается получить за счет ВЭР при осуществлении плана развития данно го производства, предприятия, отрасли в рассматриваемый пери од с учетом ввода новых, модернизации действующих и вывода устаревших уrилизационных установок. Фактическая выработка - фактически полученное количест во теплоты, холода, электроэнергии или механической работы на действующих уrилизационных установках за отчетный период. Коэффициент выработки за счет ВЭР - отношение фактиче ской (планируемой) выработки к экономически целесообразной (возможной). Коэффициент выработки может определяться для одного аг регата-источника ВЭР, для группы однотипных агрегатов, для цеха, предприятия, отрасли по каждому виду ВЭР. Использование ВЭР - количество используемой у потребите лей энергии, вырабатываемой за счет БЭР в уrилизационных ус тановках, а также топлива и теплоты, получаемых непосредст венно как ВЭР. Использование ВЭР так же, как и выработка за счет ВЭР, может быть возможное, экономически целесообразное, плани руемое и фактическое (см. рис. 10. l). При определении возможного и экономически целесообраз ного использования ВЭР учитывают наличие технически разра ботанных и проверенных методов и конструкций по уrилизации 17 - 2633 Глава 258 10. Технологии использования вторичных ресурсов БЭР, наличие места для размещения утилизационных установок, наличие потребителей энергии и пр. При использовании БЭР с преобразованием энергоносите ля в утилизационной установке возможное использование ВЭР равнозначно возможной выработке за счет ВЭР и численно равно ей. Экономия топлива за счет БЭР - количество первичного топлива, которое экономится за счет использования вторичных энергетических ресурсов. Экономия топлива, соответственно использованию ВЭР, также может быть возможная, экономиче ски целесообразная, планируемая и фактическая. По величине экономии топлива осуществляют суммирование различных ви дов ВЭР. Коэффициент утилизации ВЭР отношение фактической (планируемой) экономии топлива за счет ВЭР к экономически целесообразной (возможной). Коэффициент утилизации может определяться для одного агрегата-источника ВЭР или для группы агрегатов, для предприятия, отрасли по каждому виду ВЭР и сум марно - для всех видов ВЭР. Вторичные энергетические ресурсы одной группы классифи цируются также по источникам их образования. Например, теп лота уходящих газов мартеновских печей; теплота уходящих га зов нагревательных печей, теплота уходящих газов трубчатых пе чей нефтепереработки и т. д. В зависимости от видов и параметров ВЭР различают четы ре основные направления использования вторичных энергоре сурсов: • - топливное непосредственное использование горючих ВЭР в качестве топлива; • тепловое использование теплоты, получаемой непосред - ственно в качестве ВЭР или вырабатываемой за счет ВЭР в утилизационных установках. К этому направлению отно сится также выработка холода за счет ВЭР в абсорбцион ных холодильных установках; • силовое использование механической или электрической - энергии, вырабатываемой (станциях) • в утилизационных установках за счет вторичных энергоресурсов; комбинированное - использование тепловой и электриче ской (или механической) энергии, одновременно выраба тываемых за счет ВЭР в утилизационных установках (ути лизационных ТЭЦ) по теплофикационному циклу. 10.1. Система определений, понятий и классификация ВЭР 259 Классификация БЭР по видам и направлениям использова ния приведена в табл. 10. /. Таблица Вид ВЭР Горючие 10.1. Классификация ВЭР Носители ВЭР Энергетический потенциал Твердые, жид- Теплота его- кие и газооб- рания разные горю- чие отходы Тепловые Отходящие Физическое газы тепло Способ Выход ВЭР использования Q =Q:твэР Сжигание в топливо-использую- В= Q;,твэР 7000 щих установках (топливное) Выработка в теп- Q= =c(t- t о)твэР Охлаждающая лоутилизацион- ной установке теплоэнергии в виде вода водяного пара или Конденсат горячей воды (те- Отходы произ- пловое) водства Промежуточные продукты Готовая продукция Вторичный или Энтальпия Q = (i - iо)твэР отработанный В теплоиспользующих установ- ках (тепловое) водяной пар либо в утилизационной турбине для выработки электроэнергии (силовое и комбинированное) ВЭР из- Газы и жидко- Работа изоэн- быточного сти с избыточ - тропного рас- давления ширения ным давлением Производство W=lmвэp электроэнергии или механической работы в утилизационной турбине (силовое) Примечание. Q;, - низшая теплота сгорания; твэР - удельное (часовое) количество энергоносителя в виде твердых, жидких или газообразных про дуктов; сителя; /i, - работа изоэнтропного расширения; с конце изоэнтропного расширения, К. 11• - теплоемкость энергоно энтальпия газа перед расширением К; io - энтальпия газа в Глава 260 10. Технологии использования вторичных ресурсов 10.2. Определение Выход и выхода и использования ВЭР возможное использование БЭР рассчитывают в удельных показателях на единицу продукции или единицу вре мени (1 ч) работы агрегата-источника БЭР. Удельные показатели выхода БЭР, выработки энергии и их использования относят к единице продукции основного произ водства в случае многопродуктового производства или к едини це расхода сырья (топлива) в случае мноrопродуктового произ водства. Удельный (часовой) выход БЭР определяют как произведе ние удельного (часового) количества энергоносителя на его энергетический потенциал. Б качестве единиц измерения ко личества энергоносителя используют единицы массы грамм, тонна); для газообразных энергоносителей - (кило единицы объема (кубический метр при нормальных условиях; (Р= t= о ·с). 105 Па, Энергетический потенциал энергоносителей определяется : • • • для горючих БЭР низшей теплотой сгорания - для тепловых БЭР - Q:; перепадом энтальпий Лi; для БЭР избыточного давления расширения /. - работой изоэнтропного Б качестве единиц измерения потенциала используют едини цы для измерения энергии (килокалория, килоджоуль, киловатт час). Таким образом, удельный (часовой) выход БЭР определяется: • для горючих БЭР: г qВЭР = твэР QPн • (10.1) Обычно количество горючих БЭР выражают в килограм мах или тоннах условного топлива, тогда (10.2) • для тепловых БЭР: (10.3) 10.2. Определение • выхода и использования ВЭР 261 для ВЭР избыточного давления: (10.4) где твэР - удельное (часовое) количество энергоносителя в виде твердых, жидких или газообразных продуктов; QY - теплота сгорания условного топлива; 29 300 QY = 7000 ккал/кг или кДж/кг. Удельное (часовое) количество энергоносителя т 83 р определя ют путем расчета материального баланса агрегата - источника ВЭР или из его энерготехнологических характеристик, регламен тов производства, или по показателям соответствующих приборов. Низшую теплоту сгорания горючего ВЭР определяют экспе риментальным путем или по известным в теплотехнике форму лам в зависимости от его элементарного состава. Перепад энтальпий Лi для тепловых ВЭР определяют в зави симости от температуры энергоносителя на выходе из агрега та-источника ВЭР, а также температуры окрУЖающей среды (ко торую для простоты расчетов можно условно принять равной О С), если энергоноситель выбрасывается в атмосферу, или тем 0 пературы, до которой должен быть охлажден энергоноситель при поступлении его на следующую стадию технологического про цесса в случае его промежуточного охлаждения. В общем случае: (10.5) где t1 - температура энергоносителя на выходе из агрегата-ис точника ВЭР, С; с 1 - теплоемкость энергоносителя при этой 0 температуре (для газов берется теплоемкость при постоянном давлении); t0 - температура энергоносителя при поступлении его на следующую стадию технологического процесса либо тем 0 пература окрУЖающей среды, С; с0 теля при температуре - теплоемкость энергоноси t0 • Для водяного пара энтальпию находят по специальным таб лицам либо по is-диаграмме. Перепад энтальпий Лi определяется разностью энтальпий водяного пара и питательной воды, посту пающей на испарение. Температуру энергоносителя t1 на выходе из агрегата-источ ника ВЭР определяют из расчета его теплового баланса, либо из его энерготехнологических характеристик, а также путем замера соответствующими приборами. Теплоемкость энергоносителя Глава 262 в зависимости 10. Технологии от его использования вторичных ресурсов состава определяют по соответствующим справочникам. Работу изоэнтропного расширения (кВт · ч/кг) для жидко стей определяют из выражения: / = О,027(р 1 - р2 ) • ( 10.6) у Здесь р 1 - давление жидкого энергоносителя на выходе из техно логического агрегата, Па; р2 ступлении давление энергоносителя при по на следующую ступень использования или давление окружающей среды при выбросе в атмосферу, Па; у - удельный вес жидкости, кг/м 3 . Для газообразных энергоносителей: / = i1 - i2 860 ' где i1 (10.7) энтальпия газа перед расширением при давлении р 1 и температуре /1 К, ккал/кг; i2 энтальпия газа в конце изоэн тропноrо расширения до давления р 2 при температуре t2 К, ккал/кг. Температуру газа 12 в конце изоэнтропного расширения рас считывают по формуле (10.8) где k - /1 и 12 , определяемый по истинным теплоемкостям газа. средний показатель изоэнтропы в интервале температур Выход ВЭР определяется рядом факторов технологического характера, поэтому в общем случае суточный график выхода ре сурса отличается значительной неравномерностью. В этой связи различают показатели удельного (часового) выхода: максималь ный, минимальный (гарантированный) и средний. В расчетах ВЭР обычно определяют средний выход. Для целей учета и планирования использования ВЭР необхо димо определять объем выхода ВЭР за рассматриваемый период (месяц, год) по формуле: ( 10.9) 10.2. Определение выхода и использования ВЭР 263 или (10.10) где q:~. - удельный выход БЭР; М выпуск основной продук - ции (или расход сырья, топлива), к которой отнесен удельный выход БЭР, за рассматриваемый период; q:ы, БЭР;, - - часовой выход число часов работы агрегата-источника БЭР в рассмат риваемый период. Возможное использование горючих БЭР в качестве топлива как правило равно выходу БЭР. Однако в некоторых случаях имеют место неизбежные потери энергоносителя, обусловлен ные особенностями технологического процесса, либо условиями утилизации БЭР, предварительной его подготовки (очистки, ак кумуляции и т. п.). При этом возможное использование БЭР меньше выхода на величину неизбежных потерь. Возможное использование БЭР, утилизируемых с преобразо ванием энергоносителя, равно возможной выработке энергии за счет БЭР в утилизационной установке. Возможную выработку электроэнергии в утилизационной турбине за счет БЭР избыточного давления можно определить по формуле (10.11) или (10.12) где 11 0 ; - относительный внутренний КПД турбины; 11м - меха нический КПД турбины;r~г- КПД электрогенератора. При выработке механической работы (использование утили зационных турбин для привода рабочих машин) в приведенных выше формулах коэффициент 11г опускают. Если в утилизационной, технологической или энерготехно логической установках вырабатывается пар высоких параметров, то он может быть использован по комбинированному направле нию в теплофикационных турбинах. Основными характеристи ками теплофикационной турбины являются: удельный расход теплоты на производство электроэнергии на тепловом потребле нии qт ккал/(кВт · ч) и удельная выработка электроэнергии на единицу отпуrnенного тепла э - кВт · ч/ккал. Зная эти характе- Глава 264 10. Технологии использования вторичных ресурсов ристики теплофикационной турбины, можно определить отпуск тепла Q0 и выработку электроэнергии Wв зависимости от коли чества теплоты Qт, поступающего на турбину от теплоутилизаци онной установки: (10.13) (10.14) При поступлении пара высоких параметров от теплоутилиза ционных установок на конденсационную турбину выработка электроэнергии может быть определена по формуле (10.15) Здесь qк - удельный расход теплоты на производство электро энергии в конденсационной турбине. 10.3. Определение экономии топлива от использования ВЭР Основой эффективности использования БЭР является дос тигаемая при этом экономия первичного топлива и обеспечивае мая за этот счет экономия затрат по добыче и транспорту топли ва . Важнейшим условием для определения экономической эф фективности использования БЭР является определение вида и количества топлива , которое экономится при утилизации ВЭР. Величина экономии топлива зависит от направления использо вания БЭР и схемы энергоснабжения предприятия, на котором они используются. При использовании тепловых БЭР экономию топлива определяют расходом топлива в основных (замещаемых) энергетических установках на выработку такого же количества и тех же параметров тепла, что получено за счет БЭР. При сило вом направлении использования ВЭР экономию топлива опре деляют затратами ero на выработку в основных энергетических установках количества электроэнергии, равного выработке ее в утилизационных установках. 10.3. Определение экономии топлива от использования ВЭР 265 Экономию топлива за счет использования БЭР определяют по величине уrилизированных БЭР. При тепловом направлении использования БЭР и раздельной схеме энерrоснабжения пред приятия экономию топлива определяют по формулам: • при использовании теплоэнерrии, выработанной за счет БЭР в уrилизационных установках или полученной непо средственно в качестве БЭР: (10.16) • при использовании холода, полученного в угилизационной абсорбционной холодильной установке: (10.17) где Qт - выработка тепловой энергии в уrилизационной установке за счет БЭР; Qи а - ботка холода за счет ВЭР; Е Ь3 - использование тепловых БЭР; коэффициент использования выработки; - выра удельный расход топлива на выработку тепловой энер гии в замещаемой котельной установке, т у. т. у. т. Qx - холодильный коэффициент; / / Гкал или т ГДж: Ь = 0,143 3 Здесь О, 143; 0,0342 - ревода соответственно топлива; 11зам - или 'llзам Ь = 0,0342 3 (10.18) 11зам коэффициенты эквивалентного пе I Гкал и I ГДж в тонну условного КПД энергетической установки, с показа телями которой сопоставляется эффективность использо вания БЭР. Такого рода энергетические установки имену ются обычно «замещаемыми установками>>. Б зависимости от конкретных условий энергоснабжения в качестве заме щаемой установки могут рассматриваться промышленные котельные, котельные ТЭЦ с соответственно различными КПД. Коэффициент cr, представляющий собой долю используемой потребителями выработки тепловой энергии за счет ВЭР, в зна чительной мере зависит от несовпадения режимов выхода ВЭР и потребления уrилизационной тепловой энергии в часовом, су- Глава 266 10. Технологии использования вторичных ресурсов точном и годовом разрезе. Пуrем соответствующего подбора по требителей и их кооперирования следует обеспечить максималь ное использование выработки и повышение значения коэффи циента cr до единицы. При комбинированном энергоснабжении предприятия от за водской или районной теплоэлектроцентрали, использование те пловых БЭР для теплоснабжения приводит к снижению эконо мичности работы ТЭЦ вследствие уменьшения тепловой нагруз ки отборов турбин. Б этом случае экономию топлива за счет БЭР. определяют с учетом перерасхода топлива на ТЭЦ по формуле (10.19) Здесь э удельная выработка электроэнергии по теплофикаци - онному циклу турбинами замещаемой ТЭЦ на единицу отпу щенного потребителям тепловой энергии; 11тэц - КПД котель ной ТЭЦ; qк - удельный расход тепловой энергии на выработку электроэнергии в энергетической системе или теплофикацион ной турбиной по конденсационному циклу; qт - удельный рас ход тепловой энергии на выработку электроэнергии на замещае мой ТЭЦ по теплофикационному циклу. При силовом направлении использования БЭР экономию первичного топлива определяют по формуле (10.20) Здесь Ьэ - удельный расход топлива на выработку электроэнер гии в энергетической системе или на замещаемой установке, с показателями которой сравнивается эффективность использова ния БЭР; W - выработка электроэнергии или механической ра боты уrилизационными установками за счет БЭР. При комбини рованном направлении использования БЭР и комбинированной схеме энергоснабжения предприятия экономию топлива за счет БЭР можно определять по формуле вэк Здесь Qт - 0,143Qт l + эqт - q. (э-эу) 11тэц l + эуqту =- - - - - - - - - - - . (10.21) количество пара теплоуrилизационных установок, поступающего на уrилизационную турбину; эу, qту - удельная 10.3. Определение экономии топлива от использования ВЭР 267 выработка электроэнергии и удельный расход тепловой энергии на выработку электроэнергии на утилизационной ТЭЦ; э, qт - то же на замещаемой ТЭЦ. Если известны величины отпуска тепловой энергии и выра ботки электроэнергии утилизационной турбиной экономию топ лива можно определить как сумму экономии топлива за счет ис пользования тепловой энергии и электроэнергии. При топливном направлении использования горючих БЭР экономию топлива определяют из выражения: В где Qи - эк = О ' 143 Qи 11вэР 11т = Ви 11вэР 11т (10.22) ' величина использования горючих БЭР, Гкал; В" же в единицах условного топлива; 11вэР - то КПД топливоисполь - зующего агрегата при работе на горючих БЭР; 11т - КПД того же агрегата при работе на первичном топливе. Величина отношения КПД в формуле (10.22) зависит в ос новном от физических свойств горючих БЭР. Для высококало рийных горючих БЭР это отношение в большинстве случаев мо жет быть принято равным единице. При использовании горючих БЭР в специальных теплоутилизационных установках для выра ботки пара (как, например, химическая энергия конверторных газов в охладителях с доступом воздуха) - экономию топлива нужно определять по формулам Формулы 10.19, 10.21 и (10.16, 10.19 или 10.21). 10.22 используют при измерении те пла в Гкал. Если тепловая энергия измеряется в ГДж, то коэф фициент О, 143 в этих формулах необходимо заменить на По вышеприведенным формулам ( 1О.16)-( 10.22) 0,0342. определяют экономию топлива для всех категорий использования БЭР: воз можная, экономически целесообразная, планируемая и фактиче ская. По результатам расчетов возможной и фактической (плани руемой) экономии топлива за счет использования БЭР опреде ляется коэффициент утилизации БЭР, характеризующий степень использования отдельных видов БЭР на предприятии, по рес публике, по экономическому району и отрасли промышленно сти в целом. Обобщенная схема расчетов экономии топлива при исполь зовании БЭР показана на рис. 10.2. Глава 268 10. Технологии использования вторичных ресурсов Источники ВЭР 1 Виды в эр 1 Горючие Q~=МвэрQ: их выход 1 1 Тепловые Избыточное давление Q:=МвэрЛiн На правления 1 Топливное 1 и Q:=Мвэр/ 1 1 использования Комбини~ рованное ~ Тепловое Выработка за счет БЭР Холод Теплота Qx QT Электроэнергии или механической работы W Использование энергоносителей, полученных за счет БЭР Топлива Вн $ Тепловой энергии Qи Эле~энерrии или механической работы Экономия топлива в результате использования полученных за счет БЭР энергоносителей Г--:=-~ ~ Рис. 10.2. 0,143Qx - Тlзам· Е W 1 О,l~ЗQи ~ ~ ~ Схема расчета экономии топлива за счет использования БЭР 10.4. Технологии использования ВЭР при эксплуатации и их учет при проектировании Горючие БЭР как дополнительные ресурсы топлива образу ются , в основном, в четырех отраслях промышленности: черной металлургии, химической, нефтехимической и целлюлозно-бу мажной . На предприятиях черной металлургии к горючим БЭР относят доменный, конвертерный и ферросплавный газы. Из трех видов 10.4. Технологии использования ВЭР при эксплуатации и их учет 269 горючих БЭР наиболее полно используется доменный газ в качестве котельно-печного топлива на ТЭЦ, в котельных и технологических печах. Значительная часть этого газа - (34 %) потребляется в са мом доменном цехе на отопление воздухонагревателей. Потери до менного газа в среднем по отрасли составляют 5,5 % и приближа ются к техничес1G1 неизбежным, которые оценивают в 5 % выхода. Ресурсы конвертерного газа при охлаждении его без доступа воздуха составляют в настоящее время около 400 ... 450 тыс. т у. т., но в современных условиях ввиду неравномерного выхода и трудности аккумуляции, конвертерные газы практически не ис пользуются в качестве топлива, а сжигаются на свечах. Ферросплавный газ применяется в качестве топлива в энерге тических котлах и технологических печах для обжига извести. Б настоящее время на металлургических заводах утилизиру ется примерно 30 % имеющихся ресурсов ферросплавного газа. В химической промышленности горючие ВЭР образуются в производствах аммиака, метанола, капролактама, ацетилена, кау стической соды, фосфора и в производствах органического син теза. Б производстве аммиака горючими БЭР являются оксид-уг леродная фракция, танковые, ретурные и продувочные газы, а также жидкие углеводороды, ма - в производствах метанола и капролакта продувочные газы, в производстве ацетилена шлам, в производстве каустической соды изводстве фосфора - - - сажевый водородный газ, в про печной газ. Недостаточный уровень использования горючих БЭР в от расли объясняется тем, что некоторые их виды в силу ряда объ ективных причин совсем не используются. В настоящее время практически не применяется печной газ производства фосфора из-за его взрывоопасности, не совсем решен еще вопрос об ис пользовании избыточного водорода в производстве каустической соды. С низкой степенью используются продувочные газы в производстве метанола по старым схемам и ретурные газы в про изводстве аммиака. Б отрасли ведутся разработки использования указанных БЭР в качестве топлива. В нефтехимической промышленности образуются следующие виды горючих БЭР: абгаз и мототопливо (жидкие углеводороды) производства синтетического каучука (СК), метановодородная фракция (МБФ) производства этилена и отходящие газы произ водства технического углерода (сажи). Значительным резервом экономии топлива является исполь зование отходящих газов производства технического углерода. Глава 270 10. Технологии использования вторичных ресурсов В целлюлозно-бумажной промышленности горючими ВЭР яв ляются: сульфатный и сульфитный щелоки, кора и древесные отхо ды. Наряду с использованием в качестве топлива, сульфитный щелок, кора и древесные отходы используются также по товар ному направлению. Одним из перспективных направлений энергосбережения, требующим для своей реализации совместных координирован ных усилий предприятий - с одной стороны, и научно-исследо вательских и проектных организаций, обеспечивающих разра ботку схем теплоснабжения и служб эксплуатации источников - с другой стороны является комплексное ис пользование ВЭР в схемах теплоснабжения. Хозяйственный ме теплоснабжения ханизм до недавнего времени не способствовал проведению та ких работ, часто ведомственные интересы поставщиков тепловой энергии и его потребителей сводились к стремлению, с одной стороны, увеличить мощности источников теплоты, а с другой, исключить его экономное потребление. По установившейся тра диции проектировщики схем теплоснабжения вынуждены и се годня разрабатывать схемы теплоснабжения на основе выданных предприятиям и потребителям завышенных тепловых нагрузок. Такая практика разработки схем теплоснабжения становится сво его рода защитой для предприятий промузлов от необходимости проводить энергичную энергосберегающую политику. Выбороч ная экспертиза проектов промышленных предприятий показыва ет, что с учетом реальных возможностей энергосбережения теп ловые нагрузки многих потребителей могут быть снижены на 20 ... 30 % и более . Если сопоставить потребность отраслей в тепловой энергии без учета энергосбережения, т. е. по заявляемым перспективным нагрузкам, с данными, учитывающими возможности резервов энергосбережения, то в таких теплоемких отраслях как химия и нефтехимия без учета энергосбережения на перспективу необос нованно планируется рост теплопотребления по предприятиям на 20 ... 50 %. Анализ показывает, что с учетом реальных резервов энергосбережения потребность в тепловой энергии на тех же предприятиях может быть уменьшена на 30 .. .40 %. Данные анализа энергопользов~ния на промузлах показыва ют, что основным резервом экономии тепловой энергии явля ются ВЭР. К ним относятся: потери теплоты с отработанным энергоносителем (уходящие газы топливных агрегатов, конден сат теплопотребляюших агрегатов и т. п.), потери теплоты в ок- 10.4. Технологии использования ВЭР при эксплуатации и их учет 271 ружающую среду и потери теплоты, обусловленные особенно стями технологии (это потери с отходами производства, полу продуктом и продуктом). Наименьший КПД в промышленности и соответственно наибольший выход БЭР имеют топливно-ис пользующие агрегаты промышленности. - различного рода печи во всех отраслях Теплота уходящих газов от этих агрегатов представляет собой наиболее распространенный вид БЭР. По этому, чем больше предприятия промузла потребляют топлива прямого использования, т. е. для энергоснабжения технологиче ских агрегатов, тем больше выход БЭР и тем больше возмож ность покрытия тепловых нагрузок за счет их использования. По промышленности в целом выход ВЭР, включая низкопо тенциальную теплоту уходящих газов, тепловых стоков и вен твыбросов составляет около половины всего их энергопотребле ния. Следовательно, важнейшей задачей при оценке возмож ностей энергосбережения на промузлах является анализ их энергопотребления, структуры, характеристики потребителей с целью выявления объемов выхода БЭР и их возможного исполь зования. Приступая к разработке схем теплоснабжения целесо образно предварительно провести анализ заямяемых тепловых нагрузок с учетом данных о выходе и возможном использовании БЭР на промузле. Технико-экономические расчеты эффективно сти реализации резервов энергосбережения, сопоставление за трат на энергосбережение с затратами на сооружение дополни тельных источников теплоснабжения позволяют обоснованно снижать заявляемые тепловые нагрузки предприятий. При таких расчетах необходимо учитывать кроме того эколо гический эффект, как от использования ВЭР (обычно не учитыва ется), так и от уменьшения мощности источников теплоснабже ния. Во многих случаях экологический эффект от использования ВЭР превышает энергетический и является дополнительным важ ным стимулом в реализации мероприятий по использованию ВЭР. Проводимые исследования на промузлах показывают, что при анализе резервов экономии тепловой энергии на предпри ятиях кроме использования БЭР большой эффект дают такие крупные мероприятия, как: • • регулирование режимов теплопотребления; внедрение систем автоматического контроля и учета за рас ходом тепловой энергии на стадии потребления; • анализ возврата пользования; конденсата и повышение степени его ис Глава 272 • 10. Технологии использования вторичных ресурсов анализ удельных расходов тепловой энергии основного тех нологического оборудования, сравнение их с современным уровнем и рекомендации по внедрению современного обо рудования и технологических процессов; • обоснованное использование теплоты вентиляционных вы бросов. Учет этих мероприятий на промузле должен явиться серьез ным фактором снижения заявляемых нагрузок. Проведение таких технико-экономических расчетов обосновывает не только сниже ние тепловых нагрузок, но и экономию энергоресурсов, получае мую от разработки оптимизированной схемы с учетом этих меро приятий, экономию капитальных затрат из-за уменьшения ко личества производимой и распределяемой тепловой энергии и улучшение экологических показателей на предприятиях и источ никах теплоснабжения . . Проведение таких технико-экономических расчетов позво лит разрабатывать схемы теплоснабжения с учетом реальных возможностей энергосбережения. 10.5. Опыт экономии тепловой энергии за счет использования ВЭР Пример эффективной утилизации тепла в производстве сер ной кислоты показан на рис. 10.3. На нефтеш~рерабатывающих заводах при переработке сернистых нефтей образуется сероводо род, который используется для получения серной кислоты и эле ментарной серы. Получение серной кислоты на нефтеперерабатывающих заво дах осушествляется стоящего с помощью из трех процессов: процесса сжигания мокрого катализа, сероводорода; со окисления образующегося сернистого ангидрида в серный и выделение сер ной кислоты. Сероводород сжигается в топке котла-утилизатора типа ПКС-10/40. При сжигании сероводорода образуется значи тельное количество тепловой энергии, которая используется для получения перегретого пара давлением 360 °С. Выработка тепла на l т серной 4,0 При сжигании сероводорода (см. рис. сернистый ангидрид ный аппарат 2, S0 2 МПа и температурой кислоты достигает 10.3) 0,75 Гкал. образующийся и пары воды направляются в контакт где, пройдя через слой катализатора, сернистый 10.5. Рис. 1- 10.3. 7- 4 - электрофильтры ; воздуходувка; SОз 8+ насос; Н2О; 2 - содержащий 3, SO3, контактный аппарат; З сборник серной кислоты; 5 - / - сероводородный газ; башня-кон - холодиль 6 - воздух ; 1/ - 111 - серная кислота на склад IV - ангидрид окисляется в серный тор 273 Схема производства серной кислоты и утилизации тепловой энергии : котел-утилизатор ПСК-10/40; денсатор; ник; Опыт экономии тепловой энергии за счет использования ВЭР SO 3• Из контактного аппарата газ, и пары воды поступают в башню-конденса заполненную кольцевой насадкой, орошаемой слабой сер ной кислотой. Температура орошающей кислоты на входе в баш ню составляет ·с, на выходе из башни 50 ... 60 ·с. При 80 ... 90 охлаждении газа серный ангидрид и пары воды образуют пары серной кислоты. В нижней части башни происходит быстрое охлаждение газа и возникает его перенасыщение парами серной кислоты. Часть паров конденсируется в виде тумана, который выделяется в электрофильтре. Использование низкопотенциальной тепловой энергии отопи тельно-вентиляционным агрегатом. Предусмотрено использование тепловой энергии охлаждающей воды с температурой 28 ... 35 ·с от технологического оборудования для подогрева в специальном агрегате наружного воздуха, поступающего в приточные камеры отопительно-вентиляционных систем. Отопительно-вентиляционный агрегат (рис. калорифера /, ступени промежуточного пределителя 5, 10.4) состоит из насадочной контактной камеры, разделенной на 2и предварительно 3 нагрева, установленного между ступенями 2 и водорас 3. Агрегат имеет систему защиты от обмерзания, состоящую из обогревае мой опорной решетки нижней части ступени 6, насадки ступени 3, греющей рубашки 7 3; каплеуловителя 8, поддона 9, вентиля тора с электродвигателем 10, промежуточного поверхностного теплообменника 11, циркуляционного насоса 12 с регулировоч ным клапаном 1~ - 2633 13 для подачи воды в градирню . Глава 274 10. Технологии использования вторичных ресурсов III 1/ / IV Рис. 1- 10.4. Принципиальная схема отопительно- вентиляционного агрегата : калорифер; ного нагрева; 6- 2- 4- ступень промежуrочного нагрева; водораспределитель ; опорная решетка; 7- 5- греющая рубашка; вентилятор с электродвигателем; 10 13 - клапан ; / каплеуловитель; 8- 11 - теплообменник; -линия оборотной воды от оборудования; пературного теплоносителя (горячая вода из теплосети); воды в теплосеть; IV - ступень предваритель J- дополнительный водораспределитель; поддон; 912 - насос; 1/ - линия высокотем 1// - линия обратной линия воды на градирню ; V - линия холодного воздуха ; Vl - линия нагретого во3духа Отопительно -вентиляционный агрегат работает следующим образом . Наружный воздух с отрицательной температурой подается вентилятором 10 под насадку ступени 3 предварительного на грева. В насадке воздух контактирует с водой, подаваемой через дополнительный с насадки 2 водораспределитель происходят в насадке ступени контактировании тель 4. 5, и водой, стекающей промежуточного нагрева. Нагревание и увлажнение с водой, 2 промежуточного нагрева при подаваемой через водораспредели После прохождения через каплеуловитель 8 догревается до требуемой температуры в калорифере воздух по 1и подает ся в систему приточной вентиляции. Нагретая охлаждающая вода, поступающая из производст венных цехов от охлаждения оборудования, разделяется на два потока: первый поступает в водораспределитель ло холодному воздуху в насадке 3, направляется в теплообменник 11, бопроводу в градирню. 12 и отдавая теп 9, а второй - где подогревается обратной водой и направляется в водораспределитель Вода из поддона насосом 5, стекает в поддон 4. направляется по обратному тру 10.5. Оnыт экономии тепловой 275 энергии за счет использования ВЭР Высокотемпературный теплоноситель из подающей магист рали системы теплоснабжения последовательно проходит кало рифер / и промежуrочный поверхностный теплообменник 11 циркуляционного контура агрегата и при 20 .. .30 °С поступает в обратную магистраль системы теплоснабжения. Годовая экономия от его использования составляет 14 тыс. ГДж тепловой и 66 тыс. кВт · ч электрической энергии. Срок окупаемости затрат - 2 года. Применяется на предприятиях ма шиностроения и других отраслей промышленности. Использование теплоты уходящих газов в производственной ко тельной. Теплоснабжение одного из цехов ПО Моспроммеханиза ция осуществляется от котельной, в которой установлены три па ровых котла МЗК-7 производительностью 1 т/ч каждый. Котлы оснащены горелочными устройствами для работы на природном газе низкого давления (резервное топливо - мазут). Конструкция котлов предусматривает их работу под наддувом, осуществляе мым индивидуальными дутьевыми вентиляторами. Удаление про дуктов сгорания из котлов производится за счет давления наддува через индивидуальные металлические дымовые трубы. С целью использования тепловой энергии уходящих газов для нужд горячего водоснабжения и нагрева воды для котельной была спроектирована и смонтирована за одним из котлов теплоутили зационная установка с котактным экономайзером (см. рис . расположенным над котлом на отметке 3 м. 10.5), Для подачи газов че- 13 Рис. 10.5. Теплоутилизационная установка с контактным экономайзером : котел ; 2, З - заслонки; 4 - экономайзер ; 5 - вентилятор; 6 - бак; 7 - на сос; 8 - теплообменник; 9 - пароводяной бойлер; 10 - реrулирующий клапан ; /- 11 18' бак горячей воды ; 12- насос; /З- душевые Глава 276 10. Технологии использования вторичных ресурсов рез экономайзер на выходе их установлен отсасывающий венти лятор ЦIЗ-50 № 3 (п = 1440 об/мин). Предусмотрена возможность работы котла как с утилизационной установкой, так и без нее (с помощью переключающих заслонок). При отключенном эко номайзере заслонка 3 закрыта, а заслонка ключении экономайзера заслонка слонка ла 3, 2 открыта. При под 2 закрывается, открывается за включается отсасывающий вентилятор 5, и газы из кот 1 направляются в экономайзер 4. Установка работает следующим образом. Уходящие газы из котла 1 поступают в нижнюю зону экономайзера 4, проходят че рез слой насадки и выбрасываются в дымовую трубу. Подлежа щая нагреву вода из оросителя струями подается на слой насад ки, стекает в поддон, из которого по переточной трубе сливается в промежуточный бак 6, оттуда циркуляционным насосом правляется в вод о- водяной теплообменник 7 на 8, затем охлажденная вода через ороситель поступает в экономайзер. Холодная вода из водопровода направляется в теплообменник и сливается в бак горячей воды сом 12 направляется в душевые 11. 13. 8, нагревается в нем Отсюда нагретая вода насо Испытания показали, что при использовании контактного экономайзера КПД МЗК-7 увеличился с 82 до 93 % (по высшей теплоте сгорания топлива). Наряду с этим был выявлен и суще ственный недостаток установки. При эксплуатации наблюдались крайне низкие скорости движения нагреваемой воды в трубках (0,05 ... 0,09 м/с) и особенно странстве (0,01 ... 0,014 м/с). греющей воды в межтрубном про В связи с указанным недостатком теплоутилизационная ус тановка была оборудована секционными вода-водяными тепло обменниками с требуемыми характеристиками: диаметр трубок секций - 57/50 мм, длина - 4 м, площадь поверхности нагрева секций - 0,75 м2, число секций - 7. Согласно новой схеме предусмотрен двухступенчатый нагрев водопроводной воды в вода-водяных теплообменниках водяном бойлере 8и паро 9. При испытании модернизированной схемы было установле но, что в вода-водяных теплообменниках водопроводная вода в количестве 2,4 м 3/ч нагревалась до 44 .. .45 °С, КПД установки со ставил 95 % (по высшей теплоте сгорания топлива). Догрев воды до более высокой температуры (50 ... 60 °С) должен производиться в пароводяном бойлере. Изменение подачи пара на бойлер про изводится регулирующим клапаном 10 по импульсному сигналу 10.5. Опыт экономии тепловой энергии за счет использования ВЭР 277 о температуре воды в баке-аккумуляторе. Для производственных душевых нормативная температура воды составляет 37 ·с, т. е . достаточен нагрев воды только в вод о- водяных теплообменни ках. Если же требуется более горячая вода, то после водо-водя ных теплообменников ее следует догревать в пароводяном бой лере. Так, в случае нагрева воды до 50 ·с на пар приходится не большая часть полезной теплопроизводительности. Рациональное использование теплоты сгорания сбросных техно логических газов термических печей. В машиностроении широко применяют термическую обработку изделий в контролируемой атмосфере эндоrаза (отжиг, нормализация , закалка, а также це ментация малоуглеродистых сталей) . В настоящее время тепловая энергия сгорания эндогаза не используется из-за невысокой ка лорийности и низкого давления , при котором он сжигается в све чах. Однако на крупных предприятиях общее количество теряе мой при этом теплоты весьма значительно. Так, в термическом цехе долотного завода, где установлены химико-термические аг регаты ОКБ-2148, сжигается 350 м 3/ч эндогаза, что соответствует тепловой мощности 645 кВт. Эту теплоту целесообразно исполь зовать для нагрева воды на технологические нужды и для тепло снабжения предприятия. На заводе наиболее простой оказалась схема (рис . 10.6) местного технологического горячего водоснаб жения моечных машин, входящих в состав химико-термических Рис. 10.6. Схема утилизации тепл а с бросных технологических газов: контактно - поверхностные водонагреватели; 2 - подвод эндогаза ; J - про межуточный водонагреватель; 4 - ба к- а ккумулятор ; 5 - моечная машина ; 6 - 1- циркуляционный насос ; 7- подвод хол одной воды ; питочной вод ы ; 9- 8- ве нтилятор регулятор расхода под- Глава 278 10. Технологии использования вторичных ресурсов агрегатов ОКБ-2148. Как показали расчеты , за счет сжигания эн догаза можно также покрыть расход теплоты на нужды системы горячего водоснабжения бытовых помещений цеха (рис. 10.7). 90 80 ---~ 70 60 ~ - & , . . __ 50 '- 'lg_: 40 0,2 Рис. 10.7. lг .... ,,g..-==--::.: ° 0,6 Q, мЗ/ч 0,4 Зависимости температуры нагрева воды 18 и отходящих газов lг от рас хода при разной высоте насадочной камеры Н Для утилизации теплоты сжигания эндогаза предложено ис пользовать контактно-поверхностный водонагреватель с кон тактной камерой насадочного типа. Проведены натурные иссле дования высота 50 х 5 мм) характеристик камеры из аппарата, керамических в колец котором Рашига 0,3 до 0,5 м, при этом объем наса дочной камеры составлял 0,043 ...0,072 м 3 , а площадь поверхно сти топки аппарата - 0,6 м 2 • С помощью такого аппарата можно нагреть воду до 90 ·с, при этом температура отходящих газов не превышает 55 ·с. При (60 х теплотехнических насадочной изменялась от работе аппарата в режиме горячего водоснабжения его тепловая мощность составляет 34 кВт. В связи с тем, что нагретая контактным способом вода имеет повышенное содержание кислорода и углекислого газа и являет ся коррозионно-активной, целесообразно присоединение потре бителей по независимой схеме. Учитывая, что режимы нагрева воды и ее потребления не совпадают по времени, необходимо устройство бака-аккумулятора. В качестве промежуточного водо нагревателя могут использоваться как скоростные водо-водяные нагреватели, так и емкостные, в виде змеевика, встроенного в бак-аккумулятор. Применение предложенного способа в условиях термическо го цеха долотного завода позволило обеспечить цех горячей водой для технологических и бытовых нужд, повысить энергетические показатели оборудования и сэкономить около 650 ту . т. в год. ( 10.5. Опыт экономии тепловой энергии за счет использования ВЭР 279 Контрольные вопросы 1. Что понимают под ВЭР? 2. Что понимают под коэффициентом утилизации ВЭР? З. Как определяют выход и использование ВЭР? 4. 5. Как определяют экономию топлива от использования ВЭР? Как повысить эффективность использования ВЭР в схемах теплоснабжения при эксплуатации и проектировании? 6. Расскажите об опыте утилизации теплоты в производстве серной кислоты. 7. Как можно использовать низкопотенциальную тепловую энергию в отопи тельно-вентиляционном агрегате? 8. Как можно использовать теплоту уходящих газов в производственной ко тельной? 9. · Как можно рационально использовать теплоту сгорания сбросных технологи ческих газов термических печей? Глава 11 ОРГАНИЗАЦИЯ УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ 11.1. Нормативная и техническая документация узла учета тепловой энергии Важнейшим фактором, определяющим состояние энергохо зяйства промышленного предприятия является правильная орга низация учета тепловой, электрической энергии и топлива, осна щение приборами учета расхода и контроля. Поэтому все работы по оборудованию узла учета должны выполняться только органи зациями, имеющими лицензию (разрешение) Главгосэнергонад зора Российской Федерации. При проведении обследования промышленных предприятий в части оценки учета расхода тепловой энергии и теплоносителя необходимо руководствоваться Правилами учета тепловой энер гии и теплоносителя, утвержденными Министерством топлива и энергетики РФ 12 сентября 1995 г., определяющими организа цию учета тепловой энергии и теплоносителя, а также требова ния к приборам учета тепловой энергии. При этом следует иметь ввиду, что теплоснабжение промышленных предприятий в виде пара и воды на нужды технологии, отопления и горячего водо снабжения может осуществляться как от собственного источника тепловой энергии (котельной), так и от теплоснабжаюшей орга низации со стороны районной котельной, теплоцентрали (ТЭЦ). Расчеты потребителей тепловой энергии (промпредприятий) за полученную ими со стороны тепловую энергию осуществля ются на основании показаний приборов учета и контроля пара- 11.1. Нормативная и техническая документация узла учета метров теплоносителя, допущенных в эксплуатацию в 281 качестве коммерческих в соответствии с правилами. Если к маmстрали отходящей от источника теплоты, под ключен единственный потребитель и эта маmстраль находится на его балансе, по взаимному согласию сторон допускается веде ние учета потребляемой тепловой энергии по приборам учета, установленным на узле учета источника теплоты. Взаимные обязательства энергоснабжающей организации и потребителя по расчетам за тепловую энергию и теплоноситель, а также по соблюдению режимов отпуска и потребления тепло вой энерmи и теплоносителя определяются Договором на от пуск и потребление тепловой энергии . При оборудовании и эксплуатации узлов учета тепловой энергии и теплоносителя необходимо руководствоваться следую щей действующей нормативной и технической документацией: • • • • Правилами учета тепловой энергии и теплоносителя (ПУТЭТ); Правилами пользования электрической и тепловой энерги ей. Утверждены приказом Министерства энергетики и элек трификации СССР от 6 декабря 1981 r. No 310; СНиП 2.04.07-86 «Тепловые сети» ; Правилами эксплуатации теплопотребляющих установок и тепловых сетей потребителей. Утверждены Главгосэнерrо надзором Российской Федерации 7 мая 1992 г . ; • Правилами техники безопасности при эксплуатации тепло потребляющих установок и тепловых сетей потребителей. Утверждены Главгосэнергонадзором Российской Федера ции • 7 мая 1992 г.; Правилами измерения расхода газов и жидкостей стандарт ными сужающими устройствами РД 50-213-80; методиче 50-213-80; скими материалами по применению Правил РД • методическими указаниями <<Расход жидкостей и газов. Методика выполнения измерений с помощью специальных сужающих устройств РД 50-411-83,>; • Законом No 4871-1 • Пр Российской Федерации от 27 апреля << Об обеспечении единства измерений ,>; 50.2.002-94 1993 r. <<ГСИ. Порядок осуществления Государст венного метрологического надзора за выпуском, состояни ем и применением средств измерений, аттестованными ме тодиками выполнения измерений, эталонами и соблюдени ем метрологических правил и норм>>; Глава 282 • • Пр 11. Организация учета тепловой энергии 50.2.006-94 <<ГСИ. Поверка средств измерений,>; 2273-91 «ГСИ. Области использования средств МИ изме рений, подлежащих поверке,>; • МИ 2164-91 «ГСИ. Теплосчетчики. Требования к испыта ниям, метрологической аттестации, поверке>>; • • ГСССД 98-86. Вода. Удельный объем и энтальпия при температурах 0... 800 ·с и давлениях 0,001 ... 1000 МПа. М.: Изд-во стандартов, 1986; ГСССД 6-89. Вода. Коэффициент динамической вязкости при температурах 0... 800 ·с и давлениях от соответствую щих разреженному газу до 300 МПа. М.: Изд-во стандар тов, 1989; • ГСССД. Плотность, энтальпия и вязкость воды. М.: Изд-во • инструкциями заводов-изготовителей на комплекты прибо ВНИИЦ СП В, 1993; ров и отдельные приборы учета и контроля тепловой энер гии и теплоносителя; • правилами учета тепловой энергии и теплоносителя уста навливающими уровень оснащенности узлов учета источ ников теплоты и минимально необходимую степень осна щенности узлов учета потребителей средствами измерений в зависимости от схемы теплоснабжения и тепловой на грузки, зафиксированной в Договоре. Энергоснабжающая организация не вправе дополнительно требовать от потребителя установки на узле учета приборов, не предусмотренных требованиями ПУТЭТ. По согласованию с энергоснабжающей организацией потре битель имеет право для своих технологических целей дополни тельно устанавливать на узле учета приборы для определения ко личества тепловой энергии и теплоносителя, а также для контроля параметров теплоносителя, не нарушая при этом технологию ком мерческого учета и не влияя на точность и качество измерений. Показания дополнительно установленных приборов не ис пользуются при взаимных расчетах между , потребителем и энер госнабжающей организацией. При определении размерностей физических величин в соот ветствии с ГОСТ 8.417-81 используется МеЖдУНародная система единиц (СИ). Однако в практике учета тепловой энергии широ ко используют приборы, имеющие градуировку, соответствую щую системе единиц МКГСС, поэтому ПУТЭТ разрешают при менять обе системы. 11.2. Учет тепловой энергии и теплоносителя 283 Соотношения между единицами измерения в системах СИ и МГКСС приведены в табл. 1.1 . При возникновении разногласий по техническим вопросам организации и ведения учета тепловой энергии и теплоносителя их урегулирование передается в Госэнергонадзор или осуществ ляется в судебном порядке. 11.2. Учет тепловой энергии и теплоносителя, отпущенных в водяные системы теплоснабжения Принципиальная схема размещения точек измерения массы (объема) теплоносителя, состав измеряемых и регистрируемых параметров приведены на рис. 11 .1. Узлы учета тепловой энергии оборудуют у границы раздела балансовой принадлежности трубопроводов в местах, максималь но приближенных к головным задвижкам источника. ____________ / 7__________ _ : Узел учета 5 J@--@}-____ 6 ~ Подающий 5 трубопровод З 4 6 6 1 1 1 1 1 4 5 1 : Обратный 1 трубопровод 1 з 1 1 1 1 1 1 Холодная вода используемая для подпитки --------------------------------------------1 Рис. 11.1 . Принципиальная схема размещения точек измерения массы (объема) теплоносителя и его регистрируемых параметров на источнике теплоты для водя ных систем теплоснабжения : 1- насос; 5- 2 - теплообменник; З учитываемый параметр ; 6- - расход теплоносителя ; регистрируемый параметр ; 4 7- трубопровод; узел учета 284 Глава 11. Орrанизация учета тепловой энерrии На источниках теплоты: теплоэлектроцентралях (ТЭЦ), рай онных тепловых станциях (РТС), котельных и т. п . узлы учета тепловой энергии воды оборудуют на каждом из выводов. Организация отборов теплоносителя на собственные нужды источника после узла учета тепловой энергии, отпускаемой в системы теплоснабжения потребителей не допускается. На каждом узле учета тепловой энергии источника теплоты с помощью приборов нужно определять: • • • время работы приборов узла учета; отпущенную тепловую энергию; массу (объем) теплоносителя, отпущенного и полученного источником теплоты соответственно по подающему и об ратному трубопроводам; • массу (объем) теплоносителя, расходуемого на подпитку системы теплоснабжения; • • тепловую энергию, отпущенную за каждый час; массу (объем) теплоносителя, отпущенного источником те плоты по подающему трубопроводу и полученного по об ратному трубопроводу за каждый час; • массу (объем) теплоносителя, расходуемого на подпитку систем теплоснабжения за каждый час; • среднечасовую и среднесуточную температуры теплоноси теля в подающем, обратном трубопроводах и трубопроводе холодной воды , используемой для подпитки; • среднечасовое давление теплоносителя в подающем, обрат ном трубопроводах и трубопроводе холодной воды, исполь зуемой для подпитки. Среднечасовые и среднесуточные значения параметров теп лоносителя определяют на основании показаний приборов, ре гистрирующих параметры теплоносителя. Приборы учета, устанавливаемые на обратных трубопроводах магистралей, нужно размещать до места присоединения подпи точного трубопровода. Отпущенное источником теплоты количество тепловой энер гии определяют как сумму количеств тепловой энергии, отпу щенной по его выводам . Отпущенное источником теплоты количество тепловой энер гии по каждому отдельному выводу, определяют как алгебраи ческую сумму произведений массы теплоносителя по каждому трубопроводу (подающему, обратному и подпиточному) на соот- 11.3. Учет тепловой энергии и теплоносителя 285 ветствующую энтальпию. Массу сетевой воды в обратном и под питочном трубопроводах берут с отрицательным знаком. Для определения количества тепловой энергии Q, отпущен ной источником теплоты, используют формулу Qi~I = ( IGliif;=I - IG2i;',1=I Здесь а Ь - - r.c nkix.вk }о-з. (11.1) количество узлов учета на подающих трубопроводах; количество узлов учета на обратных трубопроводах; т - личество узлов учета на подпиточных трубопроводах; Gн теплоносителя, отпущенного подающему трубопроводу; G2j источником - теплоты по - ко масса каждому масса теплоносителя, возвра щенного источнику теплоты по каждому обратному трубопрово ду; Gnk - масса теплоносителя, израсходованного на подпитку каждой системы теплоснабжения потребителей тепловой энер гии; iь;_ 1 - энтальпия сетевой воды в соответствующем обратном трубоhроводе; i ;,1 = 1- энтальпия сетевой воды в соответствущем обратном трубопроводе; ix.вk - энтальпия холодной воды, ис пользуемой для подпитки соответствующей системы теплоснаб жения потребителей тепловой энергии. Средние значения энтальпий за соответствующий интервал времени определяют на основании измерений среднечасовых температур и давлений. 11.3. Учет тепловой энергии и теплоносителя, отпущенных в паровые системы теплоснабжения Принципиальная схема размещения точек измерения массы (объема) теплоносителя, состав измеряемых и регистрируемых параметров приведены на рис. 11.2. Узлы учета тепловой энергии пара на источнике теплоты (ТЭЦ, РТС, котельной и т. п.) оборудуют на каждом из его выводов. Узлы учета тепловой энергии оборудуют у границы раздела балансовой принадлежности трубопроводов в местах, макси мально приближенных к головным задвижкам источника. На каждом узле учета тепловой энергии источника теплоты с помощью приборов должны определяться: • • время работы приборов узла учета; отпущенная тепловая энергия; Глава 286 11. Организация учета тепловой энергии 4 Паропровод 2 6 4 З 2 - ---- -- -- - -- -1 Рис. 11.2. 1 1 1 7 ----- --. з Конденсатопровод 1 -----------------' Принципиальная схема размещения точек измерения массы (объема) теплоносителя и его регистрируемых параметров на источнике теплоты для па ровых систем теплоснабжения: / - насос; параметр; 25- трубопровод; З узел учета; 6- - учитываемый параметр; расход теплоносителя; 7- 4- регистрируемый конденсаторный бак • масса (объем) отпущенного пара и возвращенного к источ • • тепловая энергия, отпущенная за каждый час; нику теплоты конденсата; масса (объем) отпущенного пара и возвращенного источ нику теплоты конденсата за каждый час; • среднечасовые значения температуры пара, конденсата и холодной воды, используемой для подпитки. • среднечасовые значения параметров теплоносителя, а так же их средние величины за какой-либо другой промежуток времени определяются на основании показаний приборов, регистрирующих параметры теплоносителя. Количество тепловой энергии, отпущенной источником теп лоты, определяют как сумму количеств тепловой энергии, отпу щенной по его выводам. Количество тепловой энергии, отпущенной источником теп лоты по каждому отдельному выводу, определяют как алгебраи ческую сумму произведений массы теплоносителя по каждому трубопроводу (паропроводу и конденсатопроводу) на соответст вующие энтальпии. Масса теплоносителя в конденсатопроводе берется с отрицательным знаком. 11.4. Учет тепловой энергии и теплоносителя 287 Q, Для определения количества тепловой энергии отпущен ной источником теплоты, используют формулу Q=['f,D;(i; -i._ i=\ где k- 0 )-"I,Gkj(ikj -i •.• )] 10-з, (11.2) j=\ количество узлов учета на паропроводах; т узлов учета на конденсатопроводах; D; - количество - масса пара, отпущенно го источником теплоты по каждому паропроводу; Gkj - конденсата, конденсато проводу; i; - полученного источником по каждому масса энтальпия пара в соответствующем паропроводе; энтальпия конденсата в соответствующем конденсатопрово ikj - де; iх.в - энтальпия холодной воды, используемой для подпитки. Средние значения энтальпии за соответствующий интервал времени определяются на основании измерений среднечасовых температур и давлений. 11.4. Учет тепловой энергии и теплоносителя, полученных водяными системами теплопотребления Принципиальная схема размещения точек измерения массы (объема) теплоносителя, его температуры и давления, состав из меряемых и регистрируемых параметров теплоносителя в откры тых системах теплопотребления приведены в главе а, в закрытых системах теплопотребления - I на рис. на рис. 1.5, 1.5, б. В открытых и закрытых системах теплопотребления на узле учета тепловой энергии и теплоносителя с помощью приборов нужно определять: • • • время работы приборов узла учета; полученную тепловую энергию; массу (объем) теплоносителя, полученного по подающему трубопроводу и возвращенного по обратному трубопроводу; • массу (объем) теплоносителя, полученного по подающему трубопроводу и возвращенного по обратному трубопроводу за каждый час; • среднечасовую и среднесуточную температуры теплоноси теля в подающем и обратном трубопроводах узла учета. В системах теплопотребления, подключенных по независи мой схеме, дополнительно нужно определять массу (объем) теп лоносителя, расходуемого на подпитку. Глава 288 11. Организация учета тепловой энергии В открытых системах теплопотребления дополнительно сле дует определять: • массу (объем) теплоносителя, израсходованного на водо разбор в системах горячего водоснабжения; • среднечасовое давление теплоносителя в подающем и об ратном трубопроводах узла учета. Среднечасовые и среднесуточные значения параметров теп лоносителя определяют на основании показаний приборов, ре гистрирующих параметры теплоносителя. Если суммарная тепловая нагрузка не превышает 0,5 Гкал/ч, в открытых и закрытых системах теплопотребления массу (объ ем) полученного и возвращенного теплоносителя за каждый час и среднечасовые значения параметров теплоносителей не опре деляют. Для этих случаев принципиальные схемы размещения (объема) точек измерения массы приведены на рис. теплоносителя и его параметров 11.3. В открытых и закрытых системах теплопотребления у потре бителей, суммарная тепловая нагрузка которых не превышает О, 1 Гкал/ч , на узле учета с помощью приборов нужно определять только время работы приборов узла учета, массу (объем) полу ченного и возвращенного теплоносителя, а также массу (объем) теплоносителя, расходуемого на подпитку . В открытых системах теплопотребления дополнительно нуж но определять массу теплоносителя , израсходованного на водо разбор в системе горячего водоснабжения. Количество полученной тепловой энергии в закрытых систе мах теплопотребления нужно определять по согласованию с энергоснабжающей организацией на основании измерений пара метров теплоносителя в соответствии мами, приведенными на рис. с принципиальными схе 11.4. Узел учета тепловой энергии, массы (объема) и параметров теплоносителя размещают на тепловом пункте, принадлежащем потребителю, в месте, максимально приближенном к его голов ным задвижкам . Если отдельные виды тепловых нагрузок подключены к внешним тепловым сетям самостоятельными трубопроводами, то нужно учет тепловой энергии, массы (объема) и параметров теп лоносителя вести для каждой самостоятельно подключенной на грузки. Энергоснабжающая организация количество тепловой энер гии и массу (объем) теплоносителя, полученные потребителем, 11.4. Учет тепловой .--------------/ , Узел учета энергии и теплоносителя 289 9 1 - - - 4---..: -,горячее водо : снабжение ,0 1 ·----, Подающий трубопровод теплосети 6 Обратный трубопровод 6 Подпиточный 4 _________ .J 4~ Узел учета------ V трубопровод а 9 :·----, 0 Горячее водо снабжение Оrопление Подающий трубопровод 6 Обратный трубопровод теплосети 6 вода Подпиточный трубопровод б Рис. а - 11.3. Принципиальные схемы размещения точек измерения количества тепловой энергии и массы (объема) теплоносителя: в открытых; 6- в закрытых системах теплопотребления с суммарной тепло вой нагрузкой, не превышающей З - элеватор; движка); 19- 2633 7- 4- 0,5 Гкал/ч : учитываемый параметр; отопительный прибор; 8- / - 5- расход насос; 2 - теплообменник; 6 - вентиль (затеплоносителя; 9 - узел учета трубопровод; Глава 290 11. Организация учета тепловой энергии теплосети 6 9 1 4 Подпиточный ----------,:----,-10 а трубопровод 9 : Узел учета .J.@Ш- 4 1 Горячее водо- Оrопление снабжение 5 Подающий трубопровод теплосети 6 Обратный трубопровод 9 1 Подпиточный трубопровод L---------J б ll.4. Рис. Принципиальные схемы размещения точек измерения количества теп ловой энергии и массы (объема) теплоносителя, а также его регистрируемых па раметров в закрытых системах теплопотребления по согласованию с энергоснабжающей организацией: а - только в подающем трубопроводе сети; б сети: 5 - - только в обратном трубопроводе насос; 2 - теплообменник; 3 - элеватор; 4 регистрируемый параметр; 6 задвижка; 7 - / - 8- расход теплоносителя; 9- трубопровод; учитываемый параметр; отопительный прибор; 10- узел учета 11.4. Учет тепловой энергии и теплоносителя 291 определяет на основании показаний приборов узла учета потре бителя за период, определенный Договором, по формуле Q= Qи + Qn + (Gn + Gr.в + Gy) Здесь Q" - U2 - i,. 8 ) 10-3 • (11 .3) тепловая энергия, израсходованная потребителем, по Q" - тепловые потери на участке от показаниям теплосчетчика; границы балансовой принадлежности системы теплоснабжения потребителя до его узла учета. Эта величина указывается в Дого воре и учитывается, если узел учета оборудован не на границе ба лансовой принадлежности; G" - масса сетевой воды, израсходо ванной потребителем на подпитку систем отопления, определен ная по показаниям водосчетчика (учитывается для систем, подключенных к тепловым сетям по независимой схеме); Gr.в - масса сетевой воды, израсходованной потребителем на водораз бор, определенная по показаниям водосчетчика (учитывается для открытых систем теплопотребления); GY - масса уrечки сетевой воды в системах теплопотребления. Ее величина определяется как разность между массой сетевой воды G1 по показанию водо счетчика, установленного на подающем трубопроводе, и суммар ной массой сетевой воды ( G2 + Gr_.) по показаниям водосчетчи ков, установленных соответственно на обратном трубопроводе и трубопроводе горячего водоснабжения, GY = [G, - ( G2 + Gr_.)]; i2 - энтальпия сетевой воды на выводе обратного трубопровода ис точника теплоты; энтальпия холодной воды, используемой i, .• - для подпитки систем теплоснабжения на источнике теплоты. Величины i2 и i•.• определяют по измеренным на узле учета источника теплоты средним за рассматриваемый период значе ниям температур и давлений. Если приборами учета определяется только масса (объем) те плоносителя, количество израсходованной тепловой энергии Q" рассчитывают по формуле: Q" = G,(i, - i2)10-3• Здесь G, - (11.4) масса сетевой воды в подающем трубопроводе, полу ченная потребителем и определенная по его приборам учета; i1 - энтальпия сетевой воды на выводе подающего трубопровода источника теплоты; i2 - энтальпия сетевой воды на выводе об ратного трубопровода источника теплоты. Величины i 1, i 2 определяют по соответствующим измеренным на узле учета источника теплоты средним за рассматриваемый период значениям температур и давлений. 19* Глава 292 11. Организация учета тепловой энергии Показания теплосчетчика, водосчетчика, а также регистри рующих приборов узла учета энергоснабжающая организация ис пользует для определения значений отклонений полученной теп ловой энергии, массы и температуры теплоносителя от величин, нормируемых Договором. Если на узле учета потребителя не используются приборы, регистрирующие параметры теплоносителя, порядок определе ния их значений нормируется Договором. 11.5. Учет тепловой энергии и теплоносителя, полученных паровыми системами теплопотребления Принципиальная схема размещения точек измерения массы (объема) теплоносителя, его температуры и давления, состав из меряемых и регистрируемых параметров теплоносителя в паро вых системах теплопотребления приведена на рис. 11.5. з Конденсатопровод --l><].i..ta.-..11.....(:::+-, Подпиточный 8 трубопровод ~-------------- 1 Рис. 11.5. 1 Принципиальная схема размещения точек измерения количества теп ловой энергии и массы (объема) теплоносителя, а также его регистрируемых па раметров в паровых системах теплопотребления : 1- насос ; раметр; 5- 2- теплообменник ; З - отопительный прибор; регистрируемый параметр; 6- ход теплоносителя ; задвижка; 9- 7- узел учета 4- учитываемый па трубопровод; 8- рас 11.5. 293 Учет тепловой энергии и теплоносителя В паровых системах теплопотребления на узле учета тепло вой энергии и теплоносителя с помощью приборов нужно опре делять: • • • • • • • время работы приборов узла учета; полученную тепловую энергию; массу (объем) полученного пара; массу (объем) возвращенного конденсата; массу (объем) получаемого пара за каждый час; среднечасовые значения температуры и давления пара; среднечасовую температуру возвращаемого конденсата. Среднечасовые значения параметров теплоносителя определяются на основании показаний приборов, регистрирующих эти параметры. В системах теплопотребления, подключенных к тепл0вым сетям по независимой схеме, должна определяться масса (объем) конденсата, расходуемого на подпитку. Узел учета тепловой энергии, массы (объема) и параметров теплоносителя оборудуют на вводе теплового пункта, принадле жащем потребителю, в местах, максимально приближенных к его головным · задвижкам. Если отдельные виды тепловых нагрузок систем теплопотреб ления подключены к внешним тепловым сетям самостоятельны ми трубопроводами, то учет тепловой энергии, массы (объема) и параметров теплоносителя предусматривают для каждой само стоятельно подключенной нагрузки. Энергоснабжающая организация количество тепловой энер гии и массу (объем) теплоносителя, полученные потребителем, определяет на основании показаний приборов его узла учета за определенный Договором период по формуле (11.5) где Qи - тепловая энергия, израсходованная потребителем по показаниям теплосчетчика; Q" - тепловые потери на участке от границы балансовой принадлежности системы теплоснабжения потребителя до его узла учета. Эта величина указывается в Дого воре и учитывается, если узел учета оборудования не на границе балансовой принадлежности; D- масса пара, полученная потре бителем и определенная по его приборам учета; Gк - масса воз вращенного потребителем конденсата, определенная по его при борам учета; iк - энтальпия конденсата в конденсатопроводе на 294 Глава 11. Организация учета тепловой энергии источнике теплоты; i,.в - энтальпия холодной воды, используе мой для подпитки систем теплоснабжения на источнике теплоты. Величины iк и i,.в определяют по соответствующим измерен ным на узле учета источника теплоты средним за рассматривае мый период времени значениям температур и давлений . Энергоснабжающая организация для определения отклоне ний от нормируемых Договором количества тепловой энергии, массы и температуры теплоносителя использует показания теп лосчетчика (теплосчетчиков), счетчиков пара и конденсата, а также регистрирующих приборов узла учета. 11.б. Основные требования к приборам учета тепловой энергии Каждый узел учета тепловой энергии нужно оборудовать средствами измерения (теплосчетчиками, водосчетчиками, теп ловычислителями, счетчиками пара, приборами, регистрирую щими параметры теплоносителя и др.), зарегистрированными в Государственном реестре средств измерений и имеющими сер тификат Главгосэнергонадзора Российской Федерации. Если для учета тепловой энергии используют теплосчетчики, тепловычислители и счетчики массы (объема), реализующие принцип измерения расхода теплоносителя методом переменно го перепада давления (где в качестве сужающего устройства ис пользуется диафрагма, сопло или другое устройство, выполнен ное в соответствии с требованиями РД 50-411-83), узел учета должен быть аттестован в индивидуальном порядке Госстандар том и согласован с Госэнергонадзором. Каждый прибор учета должен проходить поверку с перио дичностью, предусмотренной для него Госстандартом. Приборы учета, у которых истек срок действия поверки и (или) сертифи кации, а также исключенные из реестра средств измерений, к эксплуатации не допускаются . На узле учета источника теплоты выбор приборов для исполь зования осуществляет энергоснабжающая организация по согла сованию с Госэнергонадзором. На узле учета потребителя выбор приборов для использова ния осуществляет потребитель по согласованию с энергоснаб жающей организацией. Если возникло разногласие между потре- 11. б. Основные требования к приборам учета тепловой энергии 295 бителем и энергоснабжающей организацией по типам приборов учета, то окончательное решение принимает Госэнерrонадзор . Приборы узла учета должны быть защищены от несанкцио нированного вмешательства в их работу, нарушающего досто верный учет тепловой энергии, массы (объема) и регистрацию параметров теплоносителя. Правила учета тепловой энергии и теплоносителя устанавли вают требования к метрологическим характеристикам приборов учета, измеряющих тепловую энергию, массу (объем) воды, пара и конденсата и регистрирующих параметры теплоносителя для условий эксплуатации, определенных Договором. Приборы учета, регистрирующие давление теплоносителя, должны обеспечивать измерение давления с относительной по грешностью не более ±2 %. Приборы учета, регистрирующие время, должны обеспечи вать измерение текущего времени с относительной погрешно стью не более ±0, 1 %. Теплосчетчики должны обеспечивать измерение тепловой энергии горячей воды с относительной погрешностью не более: ±5 % при разности температур в подающем и обратном тру 1О до 20 ·с; бопроводах от ±4 % при разности температур в подающем и обратном тру бопроводах более 20 ·с . Теплосчетчики должны обеспечивать измерение тепловой энергии пара с относительной погрешностью не более: ±5 % в ±4 % в диапазоне расхода пара от диапазоне расхода пара от 10 до 30 %; 30 до 100 %. Водосчетчики должны обеспечивать измерение массы (объ ема) теплоносителя с относительной ±2 % в диапазоне погрешностью не более расхода воды и конденсата от 4 до 100 %. Счетчики пара должны обеспечивать измерение массы теп лоносителя с относительной погрешностью не более ±3 % в диа пазоне расхода пара от 10 до 100 %. Для прибора учета, регистрирующего температуру теплоно сителя, абсолютная погрешность измерения температуры t, ·с не должна превышать значений, определяемых по формуле Л где t- t = ±(0,6 + 0,0041), температура теплоносителя . (11.6) Глава 296 11. Организация учета тепловой энергии Контрольные вопросы 1. Какая техническая документация должна находиться на узле учета тепловой энергии? 2. Как осуществляют учет тепловой энергии и теплоносителя, отпущенных в во дяные и паровые системы теплоснабжения? 3. Как осуществляют учет тепловой энергии и теплоносителя, полученных водя ными и паровыми системами теплопотребителя? 4. По каким формулам определяют количество теплоты отпущенной источником теплоты? 5. По каким формулам рассчитывают количество теплоты отпущенной энерго- снабжающей организацией потребителю? б. Какие требования предъявляют к приборам учета тепловой энергии? 7. 8. 9. 10. Какая погрешность допустима в теплосчетчиках? Какая погрешность допустима в водосчетчиках? Какая погрешность допустима в приборах учета давления теплоносителя? Какие параметры теплоносителя водяных систем на узле учета только изме ряются, а какие регистрируются? 11. Какие параметры теплоносителя паровых систем на узле учета только изме ряются, а какие регистрируются? 12. Кто установливает периодичность поверок приборов учета? Глава 12 ДОПУСК И ЭКСПЛУАТАЦИЯ УЗЛОВ УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ 12.1. Допуск узла учета источника теплоты в эксплуатацию В эксплуатацию допуск узла учета источника теплоты осуще ствляет представитель Госэнерrонадзора в присутствии предста вителей источника теплоты и тепловых сетей, о чем составляют по форме Фl акт в трех экземплярах. Первый экземпляр получа ет представитель источника теплоты, второй Госэнерrонадзора, а третий - - представитель представитель тепловых сетей. Перед допуском узла учета тепловой энергии в эксплуатацию представитель источника теплоты обязан предъявить: • • проект на узел учета, согласованный с Госэнерrонадзором; принципиальные схемы подключения выводов источника; ~ паспорта на приборы узла учета; • документы о поверке приборов узла учета с действующим • схемы узла учета, согласованные с Госстандартом (это тре клеймом госповерителя; бование относится только к приборам, измеряющим массу или объем теплоносителя методом переменного перепада давления); • акт о соответствии монтажа требованиям Правил измере ния расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами РД 50-213-80 (это требование относится только к приборам, измеряющим расход теплоносителя ме тодом переменного перепада давления); • смонтированный и проверенный на работоспособность узел учета тепловой энергии и теплоносителя, включая приборы, регистрирующие параметры теплоносителя. Глава 298 12. Допуск и эксплуатация узлов учета тепловой энергии Форма Фl УТВЕРЖДАЮ Руководитель подразделения Госэнергонадзора « »_ _ _ _ _ _ _ 200_г . АКТ ДОПУСКА В ЭКСПЛУАТАЦИЮ УЗЛА УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ НА ИСТОЧНИКЕ ТЕПЛОТЫ Произведен технический осмотр приборов узла учета тепловой энер гии источника по адресу ----------------------_______________________ _ и проверена комплектность необходимой технической документации, в результате чего установлено: ______________ (указать соответствие или несоответствие пунктам настояших Правил) На основании изложенного Госэнерrонадзор допускает (не до пускает) в эксплуатацию узел учета тепловой энергии на источнике теплоты с << _ _ >> _ _ _ _ _ _ _ 200_r. по «__>> _ _ _ _ _ _ _ 200_r. в следующем составе оборудования и пломбирует: Тип прибора Заводской номер 1 2 Показания прибора Место установки на момент допуска и наличие пломбы 3 4 Представитель подразделения Госэнергонадзора (должность, фамилия, номер телефона) подпись--------- Представитель источника теплоты (должность, фамилия, номер телефона) подпись--------- Представитель тепловых сетей или потребителя (должность, фамилия , номер телефона) подпись------~--- 12.2. Допуск узла учета тепловой энергии потребителя в эксплуатацию 299 Для допуска узла учета в эксплуатацию нужно проверить: • качество монтажа средств измерений и линий связи, а так же соответствие монтажа требованиям паспорта и проект ной документации; • соответствие заводских номеров на приборах учета указан ным в их паспортах; • соответствие диапазонов измерений устанавливаемых при боров учета диапазонам измеряемых параметров. При выявлении несоответствия требованиям учета в эксплуатацию не допускается и ный перечень выявленных ПУТЭТ узел в акте приводится пол недостатков с указанием пунктов Правил, положения которых нарушены. Если узел учета источ ника теплоты допущен в эксплуатацию, то после получения акта по форме Фl представитель Госэнергонадзора пломбирует при боры узла учета тепловой энергии и теплоносителя. Для ведения учета отпуска тепловой энергии и теплоносите ля узел учета источника теплоты считается пригодным с момен та подписания акта представителями источника теплоты подраз деления Госэнергонадзора и тепловых сетей. Для оформления допуска узла учета источника теплоты вы зов представителей Госэнерrонадзора и тепловых сетей осущест вляют не менее, чем за 10 дней до предполагаемого дня оформ ления узла учета; допуск в эксплуатацию должен быть произве ден не позднее, чем через 15 дней с момента подачи заявки. Проверку готовности узлов учета тепловой энергии к экс плуатации производят перед каждым отопительным сезоном. Об этом составляют соответствующий акт по форме Ф2 , аналогич ной Фl, но с указанием <<Акт повторного допуска>>. 12.2. Допуск узла учета тепловой энергии потребителя в эксплуатацию В эксплуатацию допуск узлов учета потребителя осуществляет организации в присутствии представитель энергоснабжающей представителя потребителя, о чем составляют акт по форме Ф2 в двух экземплярах, один требителя, а другой - из которых получает представитель по представитель энергоснабжающей органи зации. Акт допуска в эксплуатацию узла учета тепловой энергии у потребителя должен быть утвержден руководителем энергоснаб- Глава 300 12. Допуск и эксплуатация узлов учета тепловой энергии жающей организации. Перед допуском узла учета тепловой энер гии в эксплуатацию представитель потребителя обязан предъ явить: • проект на узел учета, согласованный с энергоснабжающей организацией; • • • принципиальную схему теплового пункта: паспорта на приборы узла учета; документы о поверке приборов узла учета с действующим клеймом rосповерителя; • технологические схемы узла учета, согласованные с Гос стандартом (это требование относится только к приборам, измеряющим массу или объем теплоносителя методом пе ременного перепада давления); • акт о соответствии монтажа требованиям Правил измере ния расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами РД-50-213-80 (это требование относится только к приборам, измеряющим расход теплоносителя ме тодом переменного перепада давления); • смонтированный и проверенный на работоспособность узел учета тепловой энергии и теплоносителя, включая при боры, регистрирующие параметры теплоносителя. В процессе допуска узла учета в эксплуатацию должны быть проверены: • качество монтажа средств измерений и линий связи, а так же соответствие монтажа требованиям паспортов и проект ной документации; наличие пломб; • • соответствие заводских номеров на приборах учета указан • соответствие диапазонов измерений устанавливаемых при ным в их паспортах; боров учета диапазонам измеряемых параметров . Если в процессе приемки узла учета выявлены несоответст вия требованиям ПУТЭТ он в эксплуатацию не допускается и в акте приводится полный перечень выявленных недостатков с указанием пунктов Правил, положения которых нарушены. После получения акта, в случае допуска в эксплуатацию узла учета потребителя, представитель энергоснабжающей организа ции пломбирует приборы узла учета. Учет тепловой энергии и теплоносителя на основе показаний приборов узла учета потребителя осуществляется с момента под писания акта о его приемке в эксплуатацию. 12.2. Допуск узла учета тепловой энергии потребителя в эксплуатацию 301 Форма Ф2 УТВЕРЖДАЮ Руководитель подразделения Госэнергонадзора »_ _ _ _ _ _ _ 200_г. « АКТ ДОПУСКА В ЭКСПЛУАТАЦИЮ УЗЛА УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ У ПОТРЕБИТЕЛЯ Произведен технический осмотр приборов узла учета тепловой энер- гии потребителя (наименование потребителя и его абонентский номер) по адресу _________________________ (наименование потребителя и его абонентский номер) и проверена комплектность необходимой технической документации, в результате чего установлено: _______________ (указать соответствие или несоответствие пунктам настоящих Правил) На основании изложенного узел учета тепловой энергии допус кается (не допускается) в эксплуатацию с .«__ ,> _ _ _ _ _ _ _ 200_г. по << _ _ ,> _ _ _ _ _ _ _ 200_г. в следующем составе оборудования и пломбируется: Тип прибора Заводской номер 1 2 Показания прибора Место установки на момент допуска и наличие пломбы 3 4 Представитель энергоснабжающей организации (должность, фамилия, номер телефона) подпись---------- Ответственный представитель потребителя (должность, фамилия , номер телефона) подпись---------- Глава 302 12. Допуск и эксплуатация узлов учета тепловой энергии Представитель энергоснабжающей организации приглашает ся потребителем для оформления допуска узла учета не менее, чем за 5 дней до предполагаемого дня оформления узла учета, а решение о допуске в эксплуатацию должно быть принято не позднее, чем через 1О дней с момента заявки потребителем . Проверку готовности узлов учета тепловой энергии к эксплуа тации, осуществляют перед каждым отопительным сезоном . Об этом составляют соответствующий акт по форме, аналогичной Ф2, но с указанием «Акт повторного допуска в эксплуатацию». 12.3. Эксплуатация узла учета тепловой энергии на источнике теплоты На узле учета тепловой энергии источника теплоты при экс плуатации должна находиться техническая документация, ука занная в§ 12.1. Ответственность за техническое состояние при боров узла учета источника теплоты несет указанное в Акте до пуска узла учета в эксплуатацию должностное лицо организации, на балансе которой находится узел учета. Эксплуатировать узел учета источника теплоты должен персонал источника теплоты. Руководитель источника теплоты обязан по первому требо ванию обеспечить представителям Госэнергонадзора и тепловых сетей беспрепятственный доступ к узлу учета тепловой энергии и предоставить им для ознакомления документацию, относя щуюся к узлу учета. Если учет получаемой потребителем тепловой энергии про изводится по приборам учета, установленным на узле учета ис точника теплоты, то беспрепятственный доступ обеспечивается также представителю потребителя. Нарушение требований эксплуатации, определенных техни ческой документацией, указанной в § 12.1 приравнивается к вы ходу из строя узла учета тепловой энергии источника. Время выхода из строя узла учета тепловой энергии источни ка теплоты фиксируют соответствующей записью в журнале с немедленным (не более чем в течение суток) уведомлением об этом Госэнергонадзора и тепловых сетей. Узел учета тепловой энергии считают вышедшим из строя в случаях: • несанкционированного вмешательства в его работу; 12.4. Эксплуатация узла учета тепловой энергии у потребителя • 303 нарушения пломб на оборудовании узла учета, линий элек трических связей; • механического повреждения приборов и элементов узла учета; • работы любого из них за пределами норм точности, уста • врезок в трубопроводы, не предусмотренных проектом узла новленных в § 11.6; учета. Представитель источника теплоты обязан сообщить в Гос энергонадзор и тепловые сети данные о показаниях приборов узла учета на момент их выхода из строя. При выходе из строя приборов узла учета порядок ведения учета тепловой энергии и теплоносителя, а также его параметров определяется совместным решением представителями источника теплоты и тепловых сетей и оформляется протоколом. О выходе из строя приборов учета представитель источника теплоты дол жен сообщить представителю потребителя, если учет получаемой тепловой энергии производят по приборам учета, установлен ным на узле учета источника теплоты, и передать потребителю данные показаний приборов на момент их повреждения. При нормальной эксплуатации необходимо обеспечить на узле учета источника теплоты ежесуточную регистрацию показаний прибо ров с записью их в журналах, формы которых рекомендуются ПУТЭТ. Время начала записей показаний приборов узла учета в журнале фиксируется в акте допуска узла учета в эксплуатацию. К журналам должны быть приложены записи показаний прибо ров, регистрирующих параметры теплоносителя. Если учет потребляемой тепловой энергии производится по приборам учета, установленным на узле ~ета источника тепло ты, то их периодическую проверку осуществляет представитель Госэнерrонадзора и тепловых сетей в присутствии представителя источника теплоты, а также представителя потребителя. 12.4. Эксплуатация узла учета тепловой энергии у потребителя На узле учета тепловой энергии у потребителя должна при эксплуатации постоянно находиться техническая документация, указанная в§ 12.2. 304 Глава 12. Допуск и эксплуатация узлов учета тепловой энергии За эксплуатацию и техническое обслуживание узла учета по требителя несет ответственность должностное лицо, назначенное руководителем организации, в чьем ведении находится данный узел учета. Все работы по обслуживанию узла учета, связанные с монтажом, поверкой и ремонтом оборудования, должен выпол нять персонал специализированной организации, имеющий ли цензию Главэнергонадзора на право выполнения таких работ. Руководитель организации потребителя обязан по первому требованию представителей энергоснабжающей организации и Госэнерrонадзора обеспечить им беспрепятственный доступ на узел учета тепловой энергии. Ежесуточно, в одно и то же время, показания приборов узла учета потребителя фиксируют в журналах, формы которых ФЗ и Ф4 рекомендованы ПУГЭТ. Время начала записей показаний приборов узла учета в журнале фиксируются актом допуска узла учета в эксплуатацию. К журналу прилагают записи показаний приборов, регистрирующих параметры теплоносителя. Потребитель в срок, определенный договором, обязан пред ставить в энергоснабжающую организацию копию журналов уче та тепловой энергии и теплоносителя, а также записи показаний приборов, регистрирующих параметры теплоносителя. Если в приеме копии журнала и записей показаний приборов, исполь зуемых для расчета с потребителем за полученные тепловую энер гию и теплоноситель отказано, энергоснабжающая организация должна в 3-дневный срок уведомить потребителя в письменной форме о причинах отказа со ссылкой на соответствующие пункты ПУГЭТ и договора. Нарушение требований эксплуатации, определенных техни ческой документацией, указанной в§ 12.2, приравнивают к вы ходу из строя узла учета тепловой энергии потребителя. При этом время выхода из строя узла учета фиксируется соответст вующей записью в журнале с немедленным (не более чем в тече ние суток) уведомлением об этом энергоснабжающей организа ции и оформляется протоколом. Представитель потребителя обязан сообщить в энергоснаб жающую организацию данные о показаниях приборов узла учета на момент их выхода из строя. При выходе из строя приборов учета, с помощью которых оп ределяют количество тепловой энергии и массу (объем) теплоно сителя, а также приборов, регистрирующих параметры теплоно сителя, ведение учета тепловой энергии и массы (объема) тепло- 12.4. Эксплуатация узла учета тепловой энергии у потребителя 305 Форма ФЗ РЕКОМЕНДУЕМАЯ ФОРМА ЖУРНАЛА УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И ТЕПЛОНОСИТFЛЯ У ПОТРЕБИТF.ЛЯ В ВОДЯНЫХ СИСТЕМАХ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ Название потребителя Абонент ___________________ No _ _ _ _ Адрес _________________ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ Коэффициенты пересчета для приборов _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ Ответственное лицо за учет Телефон Показания приборов Дата Масса (объем) воды, т(мЗ) Время 2 1 Величина подающий обратный на водо- на под- трубопровод трубопровод разбор питку 3 4 5 6 энергии, Время работы , ч Гкал (ГДж) 7 8 Форма Ф4 РЕКОМЕНДУЕМАЯ ФОРМА ЖУРНАЛА УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И ТЕПЛОНОСИТFЛЯ У ПОТРЕБИТЕЛЯ В ПАРОВЫХ СИСТЕМАХ ТЕПЛОПОТРЕБЛЕНИЯ Название потребителя Абонент ___________________ No _ _ _ _ Адрес _________________ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ Коэффициенты пересчета для приборов _ _ _ _ _ _ _ _ _ __ Ответственное лицо за учет Телефон Показания приборов Дата Масса (объем) воды, т(мЗ) Время паропровод 1 20 -2633 2 3 конденсатопровод 4 Величина энергии , на водоразбор ГДж (Гкал) 5 7 Время работы , ч 8 Глава 306 12. Допуск и эксплуатация узлов учета тепловой энергии носителя и регистрация его параметров (на период в общей сложности не более 15 суток в течение года с момента приемки узла учета на коммерческий расчет) осуществляют на основании показаний этих приборов, взятых за предшествующие выходу из строя 3-х суток с корректировкой по фактической температуре наружного воздуха на период перерасчета. Если потребитель о нарушении режима и условий работы узла учета и о выходе его из строя сообщил с опозданием, узел учета считается вышедшим из строя с момента его последней проверки энергоснабжающей организацией. В этом случае коли чество тепловой энергии, масса (объем) теплоносителя и значе ния его параметров определяются энергоснабжающей организа цией на основании расчетных тепловых нагрузок, указанных в договоре, и показаний приборов узла учета источника теплоты. Узел учета тепловой энергии считается вышедшим из строя в случаях: • • несанкционированного вмешательства в его работу; нарушения пломб на оборудовании узла учета, линий элек трических связей; • механического повреждения приборов и элементов узла учета; • работы любого из них за пределами норм точности, уста новленными в • § l l .6; врезок в трубопроводы, не предусмотренных проектом узла учета . При взаимных расчетах между энергоснабжающей организа цией и потребителем после истечения срока действия Государст венной поверки хотя бы одного из приборов узла учета тепловой энергии и теплоносителя показания приборов этого узла учета не учитываются, а узел учета считается вышедшим из строя . После восстановления работоспособности узла учета тепло вой энергии и теплоносителя потребителя допуск его в эксплуа тацию осуществляют в соответствии с положениями § 12.2, о чем составляют акт. Периодическую проверку узлов учета потребителя осуществ ляют представители энергоснабжающей организации и (или) Госэнергонадзора в присутствии представителя потребителя . Потребитель имеет право потребовать, а энергоснабжающая организация обязана предоставить ему результаты расчетов ко личества тепловой энергии, массы (объема) и параметров тепло носителя. 12.4. Эксплуатация узла учета тепловой энергии у потребителя 307 Контрольные вопросы 1. Какая нормативная и техническая документация должны находиться на узле учета тепловой энергии? 2. Как осуществляют допуск в эксплуатацию узлов учета тепловой энергии у ис точника теплоты и у потребителя? 3. Как осуществляют повторный допуск в эксплуатацию узла учета тепловой энергии на источнике теплоты и у потребителя? 4. Как должна быть организована эксплуатация узла учета тепловой энергии у потребителя? 5. Как должна быть организована эксплуатация узла учета тепловой энергии на источнике теплоты? б . Какова роль Госэнергонадзора в организации учета тепловой энергии? 7. 8. В каких случаях узел учета тепловой энергии считают вышедшим из строя? Как осуществляется ввод в эксплуатацию узла учета после восстановления его работоспособности? 9. Кто несет ответственность за эксплуатацию и техническое обслуживание узла учета потребителя? 10. Какой порядок вызовов представителей Госэнергонадзора и тепловых сетей для оформления допуска узла учета источника теплоты предусмотрен Прави лами? 11. 20• В какие сроки осуществляется допуск узла учета в эксплуатацию ? Глава 13 ЭКОНОМИКА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ 13.1. Нормирование расхода теплоты Существенный эффект по экономии теплоты может быть по лучен при организации правильной системы нормирования ее расхода во всех звеньях производства: по отдельным технологиче ским установкам, производствам, установлении технически цехам, предприятию в целом; обоснованных прогрессивных норм расхода энергии на производство товарной продукции, перера ботку сырья и др. Нормой расхода энергии называют плановое количество топ лива, тепло- и электроэнергии, расходуемых на единицу продук ции или единицу объема работы в планируемых организацион но-технических условиях производства. Нормы расхода энергии подразделяют на технологические, общецеховые, общезаводские. Технологические нормы расхода включают расходы энергии (топлива, тепло- и электроэнергии) на производство продукции или сырья, полуфабрикатов только в данном технологическом процессе и применяемом оборудовании в соответствии с техно логическим регламентом. Прогрессивные энергии - технически обоснованные нормы расхода это нормы расхода топлива, тепло- и электроэнергии, которые исключают нерациональный расход энергии, вызывае мый сверхнормативными потерями энергии (плохое состояние тепловой изоляции, наличие завышенной установленной мощно сти электродвигателей и трансформаторов, утечек воды, воздуха, пара, горячей воды, неисправного оборудования, увеличиваюше- 13.1. Нормирование расхода теплоты 309 го расход энергии, отступления от технологического регламента, увеличивающего брак выпускаемой продукции, и др.). Прогрессивные нормы расхода энергии устанавливают с уче том планируемых направленных на организационно-технических улучшение технологического мероприятий, процесса и дос тижение наивысших технико-экономических показателей в дан ных условиях производства. Общецеховые нормы расхода включают весь расход энергии в цехе как на основные и вспомогательные подсобные нужды цеха (освещение, вентиляцию, отопление, внутрицеховой транспорт, а также нормативные потери энергии во внутрицеховых установ ках, сетях, трансформаторах). Общецеховые нормы должны быть установлены для каждого производственного и вспомогательного цехов предприятия. В соответствии с установленными нормами и планом произ водства каждому цеху предприятия устанавливают план потреб ления энергии (месячный, квартальный, годовой) с учетом про водимых текущих и капитальных ремонтов оборудования. В каждом цехе должен быть установлен ежесуточный кон троль за расходованием энергии. При перерасходе установлен ного плана потребления энергии должны быть определены при чины перерасхода и приняты срочные меры по их устранению. В сложных энергоемких технологических процессах на про изводствах целесообразно иметь систему автоматической опти мизации процесса с контролем расхода энергии на единицу вы пускаемой продукции и использованием специальных ЭВМ. Общезаводские нормы (табл. 13.1) включают все расходы энер гии на предприятии как на основные и вспомогательные техноло гические процессы, так и на вспомогательные и подсобные нуж ды, относящиеся к выпуску данного вида продукции (расходы энергии на выработку сжатого воздуха, кислорода, холода, водоТаблица 13.1. Общезаводские нормы расхода энергии Нормы расхода, Объем про- Наименование тыс. ккал/ед. изм. Потребность, Гкал изводства планируе- преды- мого года дущего года Экономия по нор- по нор- (абсолют- планируе- мам пре- мам пла- ные зна- мого года дыдущего нируемо- чения), года го года Гкал % Глава 310 13. Экономика энергосбережения снабжение, канализацию, на производственные нужды вспомога тельных и обслуживающих цехов, складов, включая отопление, освещение, вентиляцию, на работу общезаводского и межцехово го транспорта и другие общезаводские расходы). Общезаводские нормы расхода энергии являются отчетными для предприятия; по этим нормам в соответствии с планом про изводства устанавливается план потребления энергии на квар тал, год. 13.2. Структура издержек энергопредприятий Энергогенерирующие предприятия (ТЭС, ГЭС, АЭС) разных типов, а также предприятия электрических и тепловых сетей (ПЭС и ПТС) и энергосбытовые организации имеют разную структуру себестоимости отпускаемой энергии. Укрупненные по казатели, характеризующие себестоимость предприятий, представлены в табл. 13.2. продукции энерго Эти данные показыва ют, что основным элементом затрат в структуре издержек произ водства по ТЭС является топливо. Большой диапазон колебаний топливной составляющей объясняется разницей в цене топлива в зависимости от его вида, рай<>на добычи, размещения ТЭС, ее типа (КЭС, ТЭЦ) и КПД генерирования энергии. Таблица 13.2. Структура себестоимости продукции эиерrопредприятий тэс гэс пэс и птс Топливо 50 ... 70 - - Амортизация 18 ... 28 80 ... 85 50 ... 60 Заработная плата 6... 10 6... 8 20 ... 24 Прочие 6... 12 7... 1.4 20 ... 26 Элементы затрат Большой удельный вес затрат на амортизацию в структуре элементов затрат по ГЭС и сеrям объясняется главным образом отсутствием затрат на топливо. Кроме того, для ГЭС характер ны высокая фондоемкость и уровень автоматизации технологии производства. Поэтому так мала доля зарплаты в структуре за трат. 13.2. Структура издержек энергопредприятий 311 В повседневной практике функционирования энергетическо го предприятия группирование затрат осуществляют не только по элементам, но и по их назначению, роли в производственном процессе. При этом расходы подразделяют по следующим стать ям затрат: 1) сырье и материалы, топливо и энергия на технологические цели, т. е. материальные затраты; 2) основная и дополнительная зарплата производственных рабочих, т. е. расходы на оплату труда производственных ра бочих; 3) 4) 5) 6) 7) 8) отчисления на социальное страхование; расходы на освоение и подготовку производства; расходы на содержание и эксплуатацию оборудования; цеховые расходы; общепроизводственные расходы; внутрипроизводственные расходы. Статьи с 1-й по 6-ю в сумме представляют собой цеховую себестоимость, с 1-й по 8-ю - заводскую (производственную) себестоимость, так как включают в себя расходы на управление и обслуживание производства всего предприятия. Издержки, которые не зависят от объемов производства, на зывают постоянными. Они существуют и при нулевом его уров не. Это - зарплата управленческого персонала, амортизацион ные отчисления, оплата охраны, арендная плата, налоги и др .Переменными . являются такие издержки, которые меняются в зависимости от изменения объемов производства. К ним отно сят затраты на сырье, топливо, энергию транспортные услуги, оплату труда производственных рабочих и др. Очевидно, что об щая сумма переменных издержек меняется в прямой зависимо сти от объемов производства. Используют также термин <<общая сумма издержек,>, т. е. сумма постоянных и переменных издержек при конкретном объ еме производства. При анализе эффективности пользуются по нятием предельных издержек, под которыми понимают добавоч ные издержки, связанные с производством каждой дополнитель ной единицы продукции. Для производителя существенна общая сумма издержек, но еще более важны средние издержки, т. е. издержки в расчете на единицу продукции. Их используют для сравнения с ценой, которая дукции. всегда указывается именно в расчете на единицу про Глава 312 13. Экономика энергосбережения Средние постоянные издержки определяют как отношение суммарных постоянных издержек Иn на соответствующее коли чество произведенной продукции: ( 13.1) С ростом объемов производства постоянные издержки рас пределяются на все большее и большее количество продукции. Средние переменные издержки определяют как отношение суммарных переменных издержек И- на соответствующее коли чество произведенной продукции: S_ = ИjV. (13.2) При производстве продукции средние переменные издержки достигнут своего минимума и вслед за этим начнут возрастать, поскольку убывание отдачи обусловит необходимость использо вания все большего и большего количества переменных ресурсов для производства каждой дополнительной единицы продукции. Средние переменные издержки S можно определить как от ношение суммы общих издержек И к количеству произведенной продукции V или же проще - как сумму значений Sn и S = И / V = Sп + S_. S_: (13.3) Под предельными издержками Иnред подразумевают дополни тельные или добавочные издержки, связанные с производством еще одной единицы продукции. Предельные издержки можно также подсчитать, исходя из значений суммы переменных издержек. Дело в том, что вся раз ница между суммой общих и суммой переменных издержек представляет собой фиксированную величину постоянных из держек. Следовательно, изменение суммы общих издержек все гда равно изменению суммы переменных издержек для каждой дополнительной единицы продукции, т. е. иnред = var и / var V. (13.4) Понятие предельных издержек имеет стратегическое значе ние, поскольку позволяет определить те издержки, которые фирма может контролировать непосредственно, т. е. предельные издержки показывают те издержки, которые фирме придется понести в случае производства последней единицы продукции, 13.3. Определение себестоимости электрической и тепловой энергии 313 и одновременно издержки, которые могут быть сокращены в случае снижения объема производства на эту последнюю едини цу. Показатели средних издержек такой информации не дают. 13.З. Определение себестоимости электрической и тепловой энергии Суммарные затраты по передаче и распределению электро энергии (а также тепловой энергии) включают все те же элемен ты затрат, что и при ее производстве, за исключением затрат на топливо. При эксплуатации электрических и тепловых сетей для определения себестоимости передачи энергии составляющую потерь специально не выделяют, а учитывают косвенно. Себестоимость передачи электроэнергии определяют делени ем суммарных ежегодных затрат на передачу энергии по сети на количество энергии, доведенной до потребителя: (13 .5) где Эотп - отпуск энергии с шин электростанции; Э 00т - потери энергии в сетях. Наибольший удельный вес в структуре себестоимости пере дачи энергии имеют амортизационные, или, правильнее сказать, реновационные, отчисления и затраты на заработную плату, рас чет которых в принципе несложен. Для большей простоты в ук рупненных технико-экономических расчетах все ежегодные рас ходы по передаче питальных энергии вложений. определяются в размере Для допускается оценивать электрических 6 ... 8 %, сетей в долях эти а для тепловых сетей ка расходы - 10 ... 12 % капиталовложений. Полную себестоимость электрической энергии в энергосис теме определяют как совокупность следующих затрат: • затрат по производству электроэнергии на электростанци ях, входящих в энергосистему из.с; • стоимости покупной энергии, получаемой от параллельно работающих энергосистем и промышленных электростан ций (блок-станций) ипок ; • • затрат по передаче и распределению электроэнергии Ипср; общесистемных затрат и сист· Глава 314 13. Экономика Среднюю себестоимость 1 энергосбережения кВт -ч электроэнергии, отпущен ной потребителям, определяют из соотношения scp = Iсэ.с + Iспер + Iссист + Iссист э где Ээ.с - <Iээ.с + Iэпокю - кnот> (13.6) ' количество электроэнергии, отпущенной с шин собст венных электростанций энергосистемы; Эnок купной электроэнергии; Кnот - - количество по коэффициент потерь в электри ческих сетях. Определение себестоимости 1 кВт · ч электроэнергии, полез но доведенной до потребителя, создает экономический стимул снижения не только расходов электроэнергии на собственные нужды энергопредприятий, но и потерь в сетях. Основными факторами, влияющими на показатель полной себестоимости электроэнергии в энергосистемах, являются: • соотношение различных типов генерирующих мощностей в • суммарная мощность генерирующих мощностей энергосис энергосистеме; темы; • • структура топливного баланса; технический уровень оборудования электростанций и сетей, определяющий удельные расходы топлива и потери в сетях; • производительность труда персонала. По разным энергосистемам страны полная себестоимость электроэнергии различается в 10 раз и более. Так, в ОЭС Сиби ри себестоимость существенно ниже среднеотраслевой, а в ОЭС Центра и Юга выше. Вместе с тем в связи с намеченным техни ческим перевооружением целого ряда ТЭС и демонтажом обору дования, выработавшего ресурс, объективной станет тенденция выравнивания уровней себестоимости по ОЭС страны. При теплоснабжении от котельных издержки производства тепловой энергии складываются в основном из затрат на топли во, амортизационных отчислений, заработной платы персонала. Их приближенно подсчитывают по формуле И кот Здесь Тlкот - = 0,034 Q;отЦт + Тlкот (Н. + атр)К к + КПД котельной нетто; лоты котельной; Ц, - Q; 01 - пQчФ(l + ~пр). (13.7) годовая выработка теп стоимость условного топлива франко- 13.4. Формирование тарифов склад котельной; н., ат.р - на электрическую и тепловую энергии 315 отчисления соответственно на амор тизацию и текущий ремонт от первоначальной стоимости ко тельной Кк; п - штатный коэффициент, отнесенный к часовой производительности котельной; Qч - часовая производственная мощность котельной; Ф - среднегодовой фонд заработной пла ты одного производственного работника; ~пр прочих расходов (принимают в пределах 0,5-0,6). 13.4. Формирование тарифов коэффициент на электрическую и тепловую энергии Указом Президента России от 29 ноября 1995 r. № 1194 об разована Федеральная энергетическая комиссия (ФЭК России). Основными функциями ФЭК являются: • регулирование и контроль деятельности субъектов естест венных монополий в сфере транспортировки нефти и неф тепродуктов по магистральным трубопроводам, транспорти ровки газа по трубопроводам, услуг по передаче электриче ской и тепловой энергии, включая ценовое регулирование, а также определение потребителей, подлежащих обязательно му обслуживанию, или установление минимального уровня их обеспечения в случае невозможности удовлетворения в полном объеме потребностей в продукции (услугах), реали зуемой субъектом естественной монополии; • государственное регулирование тарифов на электрическую и тепловую энергию. Энергетическая комиссия в соответствии с Федеральным за коном «О государственном регулировании тарифов на электри ческую и тепловую энергию)> является независимым государст венным органом исполнительной власти субъекта Федерации. Ее решения по вопросам ценовой политики региона в области энер гетики приобретают юридическую силу с момента утверждения. Введение решениями комиссии пониженных тарифов в ноч ное время суток стимулирует потребителей к изменению графи ков своей нагрузки, использованию <<избыточной)> ночной элек троэнергии, что позволяет работать энергоблокам системы в оп тимальном режиме. В настоящее время Энергетическая комиссия в целях совер шенствования тарифной политики рассматривает различные ва- Глава 316 13. Экономика энергосбережения рианты дифференциации тарифов: по степени надежности энер госнабжения; по уровням напряжения; в части использования заявленной мощности в группах потребителей, а также введение системы тарифного кредитования энергоемких потребителей, в первую очередь промышленных. При централизованном теплоснабжении применяют односта вочные тарифы. Прибыль энергоснабжающих организаций при этом во многом зависит от объемов теплопотребления, которые определяются как погодными условиями, так и поведением по требителей. Сокращение теплопотребления при одноставочных тарифах ведет к снижению прибыли энергоснабжающих органи заций. Большинство специалистов, работающих в области центра лизованного теплоснабжения, применение одноставочных тари фов на тепловую энергию считают одной из причин, препятст вующих внедрению экономических методов управления систе мами централизованного теплоснабжения как на предприятиях, входящих в состав энергосистем, так и в муниципальных и дру гих предприятиях ЦТ. Взимание платы с потребителей согласно применяемой сис теме одноставочных тарифов осуществляется только за то коли чество тепловой энергии (Гкал, ГДж), которое использовал по требитель без учета технологических и других особенностей, присущих взаимоотношениям энергоснабжающих организаций и потребителей при централизованном теплоснабжении. Эти особенности состоят в следующем: • расход тепловой энергии, отпускаемой с горячей водой на отопительно-вентиляционные нужды промышленности и жилищно-коммунального сектора городов, существенно за висит от погодных условий (спрогнозировать которые, как показывает многолетний опыт, невозможно), а расходы те плоносителя, характеризующие присоединенную нагрузку (мощность) и в определенной мере объемы теплопотребле ния, практически не зависят от максимально-часового рас хода тепла (тепловой мощности) и объемов тепла, получен ного потребителем от энергоснабжающей организации; • тепловую энергию в отличие от электрической (как и в отличие от других энергоносителей - энергии газа, нефте продуктов, угля) можно свободно отделить от своего физи ческого носителя - сетевой (горячей) воды: одно и то же количество тепловой энергии может быть передано потре- 13.4. Формирование тарифов на электрическую и тепловую энергии 317 бителям практически с любым количеством теплоносителя, если последним служит горячая (сетевая) вода. Например, 1О тепловая энергия с часовым расходом в Гкал/ч может быть передана потребителю горячей водой 200 м 3/ч при перепаде температур в тепловой сети (100 - 50) = 50 °С. Та же тепловая энергия (10 Гкал/ч) может быть передана при расходе 400 м 3/ч с перепадом температур (100 - 75) = 25 °С. с расходом в Таким образом потребитель, не нарушая договорных усло вий по количеству потребляемой им тепловой энергии , мо жет «перегружать» тепловую сеть и водоподоrревательную установку ТЭЦ двойным (против договора) расходом теп лоносителя сетевой воды. В результате имеют место серьезные нарушения режимов работы системы теплоснаб жения в целом, а в случае, если источником тепла является ТЭЦ, существенно снижается производство электроэнер гии на тепловом потреблении , а следовательно, и эконо мичность работы источника теплоты; • в системах теплоснабжения, удовлетворяющих отопитель но-вентиляционные нагрузки, имеют место крайне непро должительные (100 ... 300 ч в год) периоды, когда требуется обеспечить максимум тепловой нагрузки . На практике в этот период источники теплоты и тепловые сети, как пра вило, перегружены по расходу теплоносителя, но расходы теплоты не превышают и более того могут быть ниже дого ворных величин из-за недоrрева по указанной выше при чине сетевой воды в подающем трубопроводе; • теплоснабжение имеет более жесткую (по сравнению с электроэнергией) взаимосвязь экономического механизма управления с конструктивными решениями по техниче ским средствам контроля и учета тепловой энергии. Это отражается на возможности успешного решения проблемы создания контроля энергии, и и внедрения учета включая в практику расходов системы эксплуатации теплоносителей и автоматизированного средств тепловой управле ния теплоснабжающими комплексами. Для создания условий, исключаюших указанное выше нега тивное влияние действующей системы экономических взаимоот ношений между энергоснабжающими организациями и ее по требителями , департамент науки и техники Минэнерго считает целесообразным ввести некоторые изменения. Глава 318 13. Экономика энергосбережения В качестве единицы измерения тепловой нагрузки, подклю ченной к тепловым сетям энергоснабжающей организации, и еди ницы тепловой энергии как товара при продаже его потребителям предлагается использовать не Гкал/ч и Гкал/мес. (Гкал/квартал), а т/ч или м 3/ч и т/мес. или м 3/мес. (м 3/квартал) теплоносителя (пара, горячей воды) при заданном качестве этого теплоносителя, т. е. при заданных (договорных) параметрах (температурах и дав лениях). У сетевой воды температура в подающем трубопроводе, ха рактеризующая ее качество, - величина переменная и зависит от температуры наружного воздуха. Если теплоносителем служит пар, такой подход применяют повсеместно на протяжении всего периода развития теплоэнер гетики: сначала определяют и рассчитывают массовые расходы пара и конденсата и лишь затем делают расчет расхода тепловой энергии, передаваемой потребителю этим паром. При этом в та рифах на тепловую энергию, отпускаемую потребителю с паром, указывается стоимость 1 т, а не 1 Гкал пара с заданными пара метрами, т. е. качеством (температурой и давлением). В случае, когда теплоносителем служит горячая (сетевая) вода, можно (и нужно) поступать точно так же. При этом будет полная аналогия с паром: циркуляционный расход сетевой воды в подающем трубопроводе будет равнозначен расходу пара, а во доразбор или недовозврат сетевой воды с утечками или техноло гическими сливами - недовозврату конденсата. Учитывая, что при качественном регулировании отпуска теп ловой энергии с горячей (сетевой) водой температура (а следова тельно, и энтальпия) последней будет меняться в зависимости от температуры наружного воздуха, вероятно потребуется диффе ренциация тарифа на тепловую энергию в горячей воде, как это имеет место при подготовке тарифов на тепловую энергию в паре в зависимости от параметров пара и от того , откуда пар отпуска ется в сеть (из отборов турбин или непосредственно из котла). Тарифы на тепловую энергию, отпускаемую с горячей водой, можно дифференцировать по температурам точно так же, как и пар по давлениям в отборах турбин: • тариф при температурах от 70 до 11 О ·с (нижние отборы теплофикационных турбин); • тариф при температурах от 110 до 150 ·с (водогрейные котльJ). При этом возможно некоторое усложнение расчетов за теп ловую энергию , отпускаемую с горячей водой, в тех случаях, ко- 13.4. Формирование тарифов на электрическую и тепловую энергии 319 гда в течение расчетного периода (месяца, квартала) эта энергия будет оmускаться с температурой ниже 11 О С и выше 110 °С. 0 Возможен вариант с усреднением тарифов на тепловую энер гию, отпускаемую с горячей водой: зимний тариф при Тзим =70... 150 °С и летний тариф при тлетн = =70 °С. В практику расчетов с потребителями предлагается ввести многоставочные тарифы на тепловую энергию. При этом необхо димо сохранить уровень оплаты за пользование тепловой энерги ей у потребителей, которые не нарушают режимы теплопотребле ния: не перебирают договорные расходы теплоносителя, а значит и не завышают температуру обратной сетевой воды, т. е. не повы шают среднюю температуру отбора теплоты от турбины и как следствие не снижают экономичности работы ТЭЦ и системы те плоснабжения в целом. Многоставочные тарифы в общем виде предлагается выра жать следующим образом: Т где N- = aN + bGu + cGyr + dQ, (13.8) тепловая нагрузка (мощность) теплопотребляющих уста новок потребителя, подключенная к тепловым сетям энерго снабжающей организации, т/ч (м 3/ч) при Тзим = 70 ... 150 °С и при Тлетн = 70 °С; Gu - циркуляционный расход сетевой воды, про шедшей через системы теплопотребления потребителя (с возвра том на источник тепла) за расчетный период, т(м 3 ); Gyr - расход сетевой воды на водоразбор, на утечки и технологические сливы у потребителя за расчетный период, т (м 3 ); Q - количество теп лоты, которое потребитель взял из тепловой сети энергоснаб жающей организации за расчетный период, Гкал (ГДж); а, Ь, с, d - соответствующие удельные величины тарифов за подклю ченную нагрузку, за циркуляционный расход сетевой воды, за недовозврат (водоразбор, утечки и т. п.) сетевой воды, за коли чество использованной тепловой энергии. Использование второй ставки в тарифе, зависящей от цирку ляционного (с возвратом на источник теплоты) расхода теплоно сителя, должно заинтересовать потребителей в снижении этих расходов (причем без снижения объемов теплопотребления). Ре зультатом введения этой ставки в тарифе может быть снижение циркуляции в тепловой сети. Это позволит высвободить пропу скную способность сетей для присоединения других потребите лей при наличии свободной тепловой мощности на источниках Глава 320 13. Экономика энергосбережения теплоты, а также снизить среднюю температуру отвода тепла от турбоустановок. Последнее при том же объеме теплопотребле ния даст дополнительное производство электроэнергии на теп ловом потреблении без увеличения расхода топлива на ТЭЦ. 13.5. Энергонадзор и его функции Государственный энергетический надзор в Российской Феде рации (далее именуется Госэнергонадзор) входит в систему Ми нистерства топлива и энергетики Российской Федерации и объе диняет действующие в ТЭК надзорные организации и инспекции в целях обеспечения эффективного использования энерrетиче ских ресурсов в Российской Федерации и безопасной эксплуата ции энергетических установок . Основной задачей Госэнергонадзора является осуществление контроля за техническим состоянием и безопасным обслужива нием электрических и теплоиспользующих установок потребите лей электрической и тепловой энергии, оборудования и основных сооружений электростанций, электрических и тепловых сетей энергоснабжающих организаций, рациональным и эффективным использованием электрической и тепловой энергии, нефти, газа, угля, торфа, горючих сланцев и продуктов их переработки (далее именуются - топливно-энергетические ресурсы) на предприяти ях, в организациях и учреждениях независимо от формы собст венности. В систему Госэнергонадзора входят: • структурное подразделение по управлению государствен ным энергетическим надзором центрального аппарата Ми нистерства топлива и энергетики Российской Федерации; • региональные управления государственного энергетическо го надзора. Руководитель структурного государственным подразделения энергетическим надзором по управлению центрального аппа рата Министерства топлива и энергетики Российской Федера ции является главным государственным инспектором по энерге тическому надзору Российской Федерации, а его заместители - заместителями главного государственного инспектора по энерге тическому надзору Российской Федерации. Органы и учреждения Госэнергонадзора в своей деятельно сти руководствуются Конституцией Российской Федерации , фе- 13.б. Эффективность энергосберегающей политики 321 деральными законами, указами и распоряжениями Президента Российской Федерации и Положением о Госэнергонадзоре. Органы и учреждения Госэнергонадзора осуществляют над зор за: • проведением организациями мероприятий по сбережению ТЭР и снижению их расхода на единицу продукции (работ, услуг) на стадиях добычи (производства), переработки, хра нения, транспортировки и реализации, разработки, проек тирования, изготовления, наладки и эксплуатации энерrо и топливопотребляющего оборудования; • обеспечением организациями безопасности основных со • соблюдением организациями правил устройства электриче оружений гидравлических и тепловых электростанций; ских установок, технической эксплуатации электрических, теплоиспользующих установок и техники безопасности при их эксплуатации, а также правил пользования электриче ской и тепловой энергией и газом; организацией учета производства и потребления ТЭР; • • проведением организациями балансовых энергетических ис пытаний действующих, вводимых в действие, реконструи руемых и модернизируемых энергоемких установок и обору дования; • эффективностью использования средств федерального бюджета, направляемых на цели энергосбережения. Положение о Госэнерrонадзоре утверждено Постановлением Правительства РФ от 12 августа 1998 r. No 938. 13.б. Эффективность энергосберегающей политики Технически возможные и экономически целесообразные ме роприятия по экономии ТЭР характеризуются высокой народно хозяйственной эффективностью. При этом реальное проявление эффективности энергосберегающих мероприятий весьма много планово. Прежде всего, она обеспечивает обществу сохранение национальных богатств в виде энергоресурсов как в земных не драх, так и добытых или произведенных с большими материаль ными, трудовыми и финансовыми затратами. Сэкономленное топливо и энергия выступают в сфере обще ственного производства и потребления как дополнительные ре21 - 2633 Глава 322 13. Экономика энергосбережения сурсы для развития энергопотребляющих производств и удовле творения возрастающих социально-бытовых потребностей лю дей . Сбережение по своему конечному результату эквивалентно созиданию. Ведь потреблять можно только то, что вновь произ ведено или сэкономлено за счет рационального использования имеющихся ресурсов. В этом смысле экономию энергоресурсов следует рассматривать как одну из активных форм приумноже ния наших богатств и расширения материальных возможностей для дальнейшего поступательного экономического и социально го развития страны. Как показывают расчеты и подтверждает практика , затраты на осуществление энергосберегающих мероприятий в среднем в 2-3 раза ниже затрат на эквивалентный прирост добычи топли ва и производства энергии. Анализ показывает, что основная экономия топлива и энер гии путем снижения их удельных расходов на выпуск продукции и производство работ достигается за счет реализации крупных технологических и технических мероприятий с высоким потен циалом энергосбережения и значительными первоначальными затратами. Вместе с тем в общем комплексе энергосберегающих меро приятий наряду с крупными и относительно капиталоемкими (внедрение новых видов крупного оборудования и технологи й , реконструкция производств с модернизацией и заменой уста ревшего оборудования и др.) должны иметь место и такие меры , которые 5-10 можно осуществить в короткие сроки при затратах в раз меньших, чем на эквивалентный по объему прирост производства энергоресурсов. Ниже перечислены малозатратные мероприятия по экономии ТЭР с удельными капиталовложениями, усл. ед./т у. т.: Термическая подготовка шихт перед коксованием .. ....... . 9,7 Тепловая изоляция печей в прокатном производстве .. .. ... .. ......... ..... .... ...... ........... ... ... ...... .... .. ... ........ 4,5 Установка рекуператоров в прокатном производстве .. .. ... .... ..... ........... .. ... ..... .. ..... ........... .......... .. .. .... 12,9 Использование тепла «мятого» пара кузнечных МОЛОТОВ и прессов ······ ············ ············ ··· ········ ····· ······· ··········· 14,5 Замена устаревших нагревательных печей на современные .............. ......... ............... ....... ... .. ................... 12,2 13.б. Эффективность энергосберегающей политики 323 Модернизация котлов устаревших конструкций в химической промышленности ......................................... 15,0 ....... 11,0 Замена котлов с низким КПД в сельском хозяйстве Использование вторичных ресурсов в химическом машиностроении .......................................... 10 ... 13 Использование вторичных энергоресурсов ГРЭС, атомных электростанций, газокомпрессорных станций .............................................................................. ... 12 ... 14 Улучшение теплоизоляции стекловарочных и керамических печей ...... .... ... ...... ..................... .................. 5.. .6 Использование котлов-утилизаторов в производстве цемента, стекла, керамзита, синтетических изделий ........ 16,0 Внедрение тепловой обработки железобетонных изделий в продуктах сгорания природного газа ................ 2,2 Улучшение качества технического обслуживания оборудования, развитие ремонтной базы при строительстве предприятий нефтяной и газовой промышленности ...................... ... ... ..... ............................. ... 8,8 Снижение влажности шихт в производстве глинозема .. .. .......................................................... .. .............. 11,9 Модернизация пропарочных камер в совершенствовании режимов тепловой обработки железобетонных изделий ................................... 12,0 Использование вторичных энергоресурсов при производстве кальцинированной соды ....................... 18,2 Снижение средней влажности шлама при производстве стройматериалов .................................... 3,4 Централизация теплоснабжения в жилищно- коммунальном хозяйстве ..................................................... 17 ,4 Использование теплоты уходящих газов газоперекачивающих агрегатов с газотурбинным приводом .... ......... .... ...... ......... ........... .................................... 16,4 Снижение потерь угля, нефти и нефтепродуктов при железнодорожных перевозках Безусловно, приведенный ...................................... 6... 8 перечень относительно малоза- тратных энергосберегающих мероприятий далеко не исчерпыва ет их реально возможного в народном хозяйстве многообразия и объема. Кроме того, есть немало и таких мероприятий, которые практически не нуждаются в капитальных затратах. Просто не обходимо навести соответствующий 21' порядок в использовании Глава 324 13. Экономика энергосбережения энергоресурсов, как этого требует хозяйское, бережливое отно шение к народному добру. Затраты на осуществление энергосберегающих мероприятий (стоимость строительно-монтажных работ и оборудования, экс плуатационные и другие расходы) определяются в соответствии с требованиями РД № роприятию прямыми ленными в§ Госстроя РФ по каждому ме 11-201-95 проектно-сметными расчетами, представ 13.7. 13. 7. Показатели эффективности энергосберегающего проекта Современные показатели эффективности энергосберегающе го проекта основаны на учете стоимости финансовых ресурсов во времени, которая определяется нормой дисконта Е. Суммарные капиталовложения определяются следующей за висимостью: т, _, К "" ,о (13.9) ~ (1 + i)-'(I + Е)-'' где Е - процент на капитал; К, 0 - прямые ежегодные капитало вложения в ценах начального года строительства; строительства энергообъекта; i- Т,, - срок темп инфляции. Следовательно, общая сумма капитальных затрат (инвести ций) зависит от процентной ставки на капитал, темпа инфляции и срока строительства. Для примера, инвестиции в при инфляции 5 %и банковской ставке строительства превращаются в 200 l О % при l 00 млн руб. 5-летнем сроке млн руб . Современная оценка эффективных инвестиций - это учет, хотя и в разной степени, интересов всех участников инвестици онного процесса: акционеров, кредиторов, государства, региона. Процесс выбора наиболее привлекательного варианта ослож няется необходимостью учета налоговой, кредитной, амортиза ционной, таможенной политики всех уровней власти, которая постоянно меняется не только законодательными актами и по становлениями правительства, но и циркулярами или письмами Минфина, Центробанка и МНС РФ . Оценка затрат и результатов инвестиционного проекта осу ществляется в пределах расчетного периода, продолжительность 13.7. Показатели эффективности энергосберегающего проекта которого, иначе горизонт расчета, принимается с 325 учетом сле дующих факторов: • • • • продолжительности создания и эксплуатации объекта; нормативного срока службы оборудования; достижения заданных параметров прибыли; требований инвестора. Значение нормы дисконта численно равно цене капитала (в постоянных ценах) для инвестора - в случае, если соблюда ются следующие условия: Степень риска по проекту является обычной для инвестора; 1) 2) Расчет производится в постоянных или расчетных ценах. Базовую норму дисконта при финансировании проекта опре- . деляют из различных источников при помощи методов управле ния инвестициями. Если изменяется структура финансирования по интервалам планирования, то и норма дисконта также изменяется. При риске реализации рассматриваемого проекта отличаю щимся от типичных проектов инвестора (не соблюдается усло вие No 1), необходимо в норму дисконта включать так называе мую премию за риск (ПР) по формуле Ериск где Ериск - = Ебаз + ПР, (13.10) норма дисконта с учетом риска. В формуле (13.10) не учтено слагаемое Е6 аз х ПР, которое обычно пренебрежимо мало. Размер премии за риск устанавливается либо либо по рекомендациям, представленным в табл. экспертно, 13.3. При расчете в прогнозных (текущих) ценах (не соблюдается условие No 2) формула для определения нормы дисконта (Епр) имеет вид: Епр где /- = Ериск + / + Ериск Х /, (13.11) величина инфляции в течение интервала планирования. При расчете показателей эффективности денежный поток шага t приводят к начальному (базовому) моменту времени пу тем умножения на коэффициент дисконтирования. Для года t ко эффициент дисконтирования при постоянной норме дисконта имеет вид: &t=--(1 + Е)' (13.12) Глава 326 13. Экономика энергосбережения Таблица 13.З. Рекомендуемый размер премии за риск Премия за риск (ПР) Группа инвестиций Замещающие инвестиции - категория 1 (новые машины о и оборудование, транспортные средства и т. д., которые будут выполнять в основном те же функции, что и старое оборудование, которое заменяется) Замещающие инвестиции - категория 2 (новые машины 0,03 и оборудование, которые заменяют старое оборудование, но являются технологически более совершенными, требуют более высокой квалификации работников, других про- изводственных подходов и т. п.) Замещающие инвестиции - категория 3 (новые мощно- 0,06 сти, которые замещают старые мощности, новые заводы на том же или другом месте) Новые инвестиции - категория 1 (новые мощности или 0,05 связанное оборудование, с помощью которого будут производиться или продаваться те продукты, которые уже производились) Новые инвестиции - категория (новые мощности или 2 0,08 машины для производства или продажи производствен- ных линий , которые тесно связаны с существующими производственными линиями) Новые инвестиции - категория 3 (новые мощности или 0,15 машины или поглощение (приобретение) других фирм для производства или продажи производственных линий, которые не связаны с первоначальной деятельностью компании) Инвестиции в НИР - категория 1 (прикладные НИР, на- 0,10 правленные на определенные специфические цели) Инвестиции в НИР - категория 2 (фундаментальные ис- 0,20 следования, цели которых могут быть пока точно не определены и результат точно не известен) Эффективность инвестиционного проекта оценивают на ос нове сопоставления притоков и оттоков денежных средств, свя занных с реализацией проекта. Оценку эффективности инвести ционного проекта, а также сравнение проектов между собой осу ществляют при помощи следующих показателей: • • чистый дисконтированный доход; внутренняя норма доходности; 13.7. Показатели эффективности энергосберегающего проекта • • • 327 индекс доходности; рентабельность инвестиций; срок окупаемости. Чистый дисконтированный доход (ЧДД) сумма текущих эф - фектов за весь расчетный период, приведенная к начальному интервалу планирования. Величина ЧДД для постоянной нормы дисконта определяется по формуле Чдц-f(R - f:5 3) 1 - 1 I (1 + Е) 1 (13.13) , где Т- продолжительность проектного цикла, равная числу ин тервалов планирования; R1 - притоки денежных средств по про екту в течение интервала планирования t; 31 - оттоки денежных средств по проекту в течение интервала планирования t. Проект является эффективным, если ЧДД от его реализации положителен. Чем больше значение ЧДД, тем эффективнее про ект. Отрицательное значение ЧДД указывает на убыточность про екта. Чистый дисконтированный доход является основным пока зателем, на основании которого определяется эффективность проекта, так как он непосредственно указывает на эффект от про екта, т. е. позволяет максимизировать эффективность инвес тиций. Внутренняя норма доходности (ВНД) или прибыли опреде ляется из нижеприведенного соотношения по условиям равенст ва левой и правой частей: ± 1=0 R1 - 31л (1 + ВНД) = 1 f 1=0 К1 (1 + ВНД) 1 (13.14) Максимальная величина ВНД, если она превышает мини мальную ставку банковского кредита, является критерием выбо ра самого выгодного из рассматриваемых вариантов, т. е. ВНД характеризует интенсивность возврата средств на создание энер гообъекта и его эксплуатацию. Если ВНД больше нормы дохода на капитал, требуемой инвестором, то инвестиции оправданы. Индекс доходности или прибыльности определяется выраже нием 1 т ИД=К~)R1 -З1 л)( 1=0 1 1+ Е )1 (13.15) Глава 328 13. Экономика энергосбережения т. е., отношением суммы приведенных эффектов к капиталовло жениям, где З, л - затраты за вычетом капиталовложений. Индекс доходности характеризует рентабельность проекта за расчетный период, критерием прибьmьности является макси мальная величина Ид, а при отрицательном ИД проект не явля ется эффективным в принципе. Показатель ИД тесно взаимосвязан с показателями ЧДЦ и ВИД: • • • если ИД > 1, то ЧДД > О и ВНД > Е; если Ид= О, то ЧДД =О если Ид < О и ВНД < Е. < О, то ЧДД и ВНД = Е; В ряде случаев подлежит расчету показатель рентабельности инвестиций (РИ), показывающий, сколько денежных единиц чистого дохода принесет (с учетом дисконтирования) одна де нежная единица, инвестированная в проект: РИ=ЧДД/К. (13.16) Срок окупаемости представляет собой минимальный времен ной интервал, за пределами которого эффект всегда положите лен, т. е. все виды издержек покрываются результатами эксплуа тации: (13.17) Этот показатель прост и удобен тем, что в условиях сильной инфляции или любой другой нестабильности позволяет отбрако вывать менее эффективные проекты, т. е. ориентирует на полу чение максимальной прибыли в кратчайшие сроки. Когда поднимаются вопросы о дополнительной оценке эф фективности проектов, то может иметься в виду, в частности: • для кредитных учреждений - срок полного погашения за долженности; • для отдельных участников проекта - их доля в общем объ еме инвестиций. При участии в проекте бюджетных ассигнований можно оп ределить бюджетную эффективность по конкретному году (для t-го шага) как разницу бюджетных доходов Д, и бюджетных рас ходов Р,. 13. 7. Показатели эффективности энергосберегающего проекта 329 Показатели эффективности определяются с использованием специальных программных средств или электронных таблиц. Показатели эффективности подлежат расчету для: • • инвестиционного проекта в целом; конкретных участников проекта. Показатели эффективности проекта в целом определяются по результатам инвестиционной и операционной деятельности по проекту (на основании данных потока реальных денег Ф(t)), т. е. не учитывают результаты финансовой деятельности. Показатели эффективности для участников проекта включа ют все фактические притоки и оттоки денежных средств кон кретного участника, в том числе от финансовой деятельности. Составляющие притоков и оттоков по проекту в целом и для основных участников проекта приведены в табл. Таблица 13.4. Состамяющне притоков и опоков по проекту Наимено- Состав притоков ванне Проект в целом • выручка от реализации • доход от продажи постоянных Состав оттоков • полные ак- Заказственник инвестиционные за- траты • операционные затраты • прочие текущие затраты • налоговые выплаты тивов чик/Соб- 13.4. • выручка от реализации • доходы от прочей реализации и внереализационные доходы • полные инвестиционные за - траты • общая сумма выплат по кре- дитам • операционные затраты • прочие текущие затраты • налоговые выплаты Банк • общая сумма выплат по кредитам • привлечение • средства, кредитов Бюджет • налоговые (размер по проекту оттоков и • увеличение притоков шение) налоговых поступлений от • кредиты подлежит сторонних предприятий, обуслов- компенсации за счет бюджета ленное влиянием проекта • прямые • таможенные вания на надбавки к рыноч - дополнительному расчету) поступления в бюджет выделяемые для прямого бюджетного финан(со знаком ~-» умень- пошлины и акцизы сирования проекта; банков, подлежащие бюджетные ассигно - по продуктам (ресурсам), произво- ным ценам димым (затрачиваемым) по проекту энергоносители на топливо и Глава 330 13. Экономика энергосбережения Окончание табл. Наимено- Состав притоков ванне • эмиссионный доход от выпуска ценных бумаг при реализации про- по принадлежащим бюдже- ту ценным бумагам; • Состав оттоков • выплаты пособий лицам, ос - тающимся без работы в связи с осуществлением проекта екта; • доход • выплаты по государственным ценным бумагам подоходный налог с заработной платы работников, задействованных • бюджетные в проекте; кам проекта • средства, плата за пользование ресурсами, выделяемые из бюджета для ликвидации по- плата за недра и др. • доходы гарантии инве- стиционных рисков участни- • от лицензирования, кон- курсов и тендеров на разведку, строительство и эксплуатацию проекта; • 13.4 следствий чрезвычайных ситуаций по проекту, и иные компенсации погашение льготных бюджетных кредитов и их обслуживание; • штрафы и санкции, уплачиваемые в бюджет при реализации проекта Решение об инвестировании средств в проект должно при ниматься с учетом: • показателей эффективности (для проекта в целом и для конкретного участника); • • характеристик финансового плана проекта (в первую оче • других факторов, некоторые из которых поддаются только коэффициентов финансовой оценки; редь, сальдо накопленных реальных денег); содержательному (а не формальному) учету. В расчетной формуле чистого дисконтированного дохода под R, понимаются позитивные результаты на t-м шаге расчетного периода. Позитивные результаты в производстве оп ределяются прибылью (выручкой, доходностью). Поэтому целе (13.13) сообразно рассмотреть, как сегодня законодательно положено считать разные виды прибыли. Полученная предприятием выручка В должна возмещать пол ную себестоимость продукции И, включать в себя валовую при быль ПР. и налоги (прежде всего НДС и акцизы), т. е. опреде ляться зависимостью В= И+ ПР.+ НДС. (13. 18) 13.7. Показатели эффективности энергосберегающего проекта 331 Общая валовая прибыль предприятия в общем случае пред ставляет сумму: ПР 8 = ПРР + ПРо.ф + ПРвн> (13.19) где ПРР - прибыль от реализации продукции; ПР 0 .Ф - прибыль от реализации основных фондов; ПР.н - прибыль от внереали зационных мероприятий. Последние две составляющие мало характерны для энергети ки. По валовой прибыли рассчитывается прибыль, облагаемая налогом: ПРоол где РП - = ПР. - РП-ДИВ-ДОП-НАЛ-Л, рентные платежи; ДИВ - (13.20) дивиденды по акциям и об лигациям; ДОП - доходы от участия в деятельности других предприятий; НАЛ - налоги из прибыли до взимания налога на прибыль; Л - льготы по налогу на прибыль. Контрольные вопросы 1. Что понимают под технологическими нормами расхода теплоты? 2. Как разрабатывают общецеховые и общезаводские нормы расхода теплоты? 3. Какую роль играет Федеральная Энергетическая Комиссия в регулировании тарифов на тепловую и электрическую энергию? 4. Как формируются тарифы на тепловую энергию? 5. Как оценивается эффективность энергосберегающей политики? 6. В чем отличие современной (рыночной) оценки эффективности инвестиции энергосберегающих проектов от оценки их при плановой экономике? 7. Как рассчитывают суммарные капитальные вложения в энергосберегающий проект? 8. 9. Что подразумевают под ЧДД, Ид, ВНД? Как определяют срок окупаемости инвестиционного проекта энергосбереже ния с учетом дисконтирования затрат на его реализацию? Список основных сокращений АТЭЦ атомная теплоэлектроцентраль ввп валовый внутренний продукт виэ ВЭР вэс ВЭУ гвс ГТУ гэс итп КПИ ОТМ ПГУ ПДВ ПДК ПДЭК ПУТЭТ РЭК СЗЗ ТЭБ тэк ТЭР тэс ТЭЦ УГЭН ЦТП возобновляемые источники энергии вторичные энергоресурсы ветровая электрическая станция ветроэнергитическая установка горячее водоснабжение газотурбинная установка гидроэлектрическая станция индивидуальный тепловой пункт коэффициент полезного использования организационно-технические мероприятия парогазовая установка предельно допустимый выброс предельно-допустимая концентрация предельно-допустимая экологическая концентрация правила учета тепловой энергии и теплоносителя региональная энергетическая комиссия санитарно-защитная зона топливно-энергетический баланс топливно-энергетический комплекс топливно-энергетические ресурсы тепловая электростанция теплоэлектроцентраль управление Госэнергонадзора центральный тепловой пункт Список литературы 1. ной др. Безруких П. П., Арбузов Ю. Д., Борисов Г. А. Основы современ энергетики 2. м. : мэи, / А. П. 2002. Бурман, Г. А. Борисов возобновляемых источников энер П. П. Безруких, Ю. Д. Арбузов, Г. А. Борисов и др. / Наука, 3. Бушуев В. В. Об энергетической стратегии России Закиров Д. Г. Энергосбережение М. / В. В. Бу / 3. : Энергия, Д. Г. Закиров. 1979. - Пермь 1998. Путилов В. Я. Экология энергетики мэи, 7. : Гамаев И. П., Костерин Ю. В. Экономия тепла в промышлен мнииэко, 6. № - 1998. - ности/ И. П. Гамаев, Ю. В. Костерин. 5. СПб. - 2002. шуев// Вестник электроэнергетики. 4. и Безруких П. П., Арбузов Ю. Д., Борисов Г. А. и др. Ресурсы и эффективность использования гии Ю. Д. Арбузов, / В. Я. Путилов. - М. 2003. Кожевников К. Г., Вакульская А. Г. Энерrоресурсосбережение - М. : ВИНИТИМ, 1999. / К. Г. Кожевников, А. Г. Вакульская. 8. Кожевников К. Г. ВИНИТИ, 9. Энерrоаудит / К. Г. Кожевников. / Ю. Г. Назмеев. Макензи Д. Перспективы развития ТЭС ровая энергетика. - 1994. - № 2. 10. 11. Сибикин Ю. Д., Чулков А. 3., / М. Чулков, СССР, 12. И. Г. Кухаренко. - : Кухаренко И. Г. М. : МЭИ, Д. Макензи использование топливно-энергетических ресурсов 3. : Назмеев Ю. Г. Теплоэнергетические системы и энерrобалансы промышленных предприятий А. М. - 1999. / 2002. // Ми Рациональное Ю. Д. Сибикин, ЦНИИТЭИМС Госснаба 1979. Общие методические положения по выявлению резервов экономии топлива за счет использования вторичных энергетических ресурсов на предприятиях 13. - М.: НИИПиН, 1977. Правила учета тепловой энергии и теплоносителя НЦ ЭНАС, 2004. - М. : Список литературы 334 14. Сибикин Ю. Д., Сибикин М. Ю. О важнейших направлениях энергосберегающей политики в Российской Федераuии бикин, М. Ю. Сибикин ЭНГ. / Ю. Д. Си Энергетическая политика ОАО ВНИИО 1998. - No 2. - 15. // Ятров С. Н., Жилина Л. В., Сибикин Ю. Д. и др . Энергосбере гающие технологии в СССР и за рубежом/ С. Н. Ятров, Л. В. Жи лина, Ю. Д. Сибикин и др. 1993. - Т. l, 2. 16. Сибикин Ю. Д., - В 2 т. М. - : С-ма <<Энергосбереже ние,>, продукции Сибикин М. Ю. Оптимизация энергоемкости главное направление экономии энергоресурсов Ю. Д. Сибикин, М. Ю. Сибикин // Вестник электроэнергетики. - 1999. - No 2, 3. 17. Плущевский М. Б. Современные отечественные тенденции стандартизации в области энергосбережения/ М. Б. Плущевский Вестник электроэнергетики. 18. М. Ю. Сибикин // М. Ю. Сибикин // 20. Дьяков А. 21. г. 2015 Вестник электроэнергетики. / / Ю. Д. Сибикин, - 2001. - No l. Ф. Перспективы развития отечественной энергети А. Ф. Дьяков / Вестник электроэнергети Сибикин Ю. Д., Сибикин М. Ю. Использование горючих вто ричных энергоресурсов в перспективе до ки // 1999. - No 2. Сибикин М. Ю. Пуги экономии ТЭР в энергоемких отраслях промышленности / ки. - 1995. - No 2. 19. - / - // Вестник электроэнергетики. Сибикин Ю. Д., Сибикин М. Ю. - 2000. - No 4. Экономическая оценка эф фективности энергосберегающих мероприятий / Ю. Д. Сибикин, М. Ю. Сибикин // Вестник электроэнергетики . - 2004. - № 4. 22. Монахова И. П. Проблемы и задачи энергосбережения / И. П. Монахова // Вестник электроэнергетики . Лютенко А. Ф., 23. Пчелин М. М., - 2000. - Церерин Ю. А. № 3. Перспективы энергосбережения России/ А. Ф. Лютенко, М. М . Пчелин , Ю . А. Це рерин // 24. Вестник электроэнергетики. - 1998. - фикации и централизованного теплоснабжения 25. Международный стандартов, 26. 9000. Международные 1995. - Т. l, 2. - - М. : стандарты. МНИИЭКО, Плущевский М. Б. <<ОКО ЗЕМНОЕ>> как науки наук ХХ века во. В. П. Малафеев // - М. : Сло Изд-во Закиров Д. Г. Автоматизация учета и управления энергопо треблением/ Д. Г. Закиров. 27. / - В сб. ИСО - 1. 1994. - No 4. стандарт ИСО 8402:l994(E/F/R). Вестник электроэнергетики. варь. № Малафеев В. П. О формировании тарифов в системах тепло 1993. - № 3. - / С. - М . Б. Плущевский 45. 1998. образ стандартософии // Стандарты и качест 335 Список литературы 28. Плущевский М. Б. В защиту и в развитие стандартософии М. Б . Плущевский с. 19. 29. № 1996. - / 8. - Басин А. С. Получение кремниевых пластин для солнечной энергетики / А. С . Басин. ин-т теплофизики, 30. // Стандарты и качество. - - Новосибирск : Сиб. отд . Акад. Наук , 2000. Рекомендации парламентских слушаний на тему: «Энерго сбережение, развитие нетрадиционных возобновляемых источников энергии и малой энергетики в Российской Федерации : законода тельство и реальное положение,> России. 31. - 1998. - № С. 3. - // Вестник Главгосэнерrонадзора 3. Безруких П. П., Церерин Ю. А., Пашков Е. В., Плущевский М. Б. О разработке комплекса нормативных документов в области нетра диционной энергетики / рин, М. Б. Плущевский № 12. - с. 15. 32. Безруких П. П., П . П . Безруких, Е . В. Пашков , Ю. А. Цере // Энергетическое строительство. Пашков Е. В., Церерин Ю. А . , ский М. Б. Стандартизация энергопотребления режения щевский 33. - 1993. - / П. П . Безруких, Е. В . Пашков, Ю. // Стандарты и качество. - 1993. - Плущев- основа энергосбе - А. Церерин, М. Б. Плу № С. 11 . - 19. Сборник региональных нормативных правовых документов, методик, программ <<Пакет нормативных правовых документов, ре комендуемых субъектам Российской Федерации для реализации ре гиональной энергосберегающей политикИ>> . - М. : Минтопэнерrо 1998. - Т. 2. 34. ДСТУ 2339-94 <<Енерrосбереження . Основнi положення >> . Киев : Госстандарт Украины . 1995. 35. ГОСТ 30166-95 «Ресурсосбережение. Основные положе РФ, ния» . 36. ГОСТ 30167-99 « Ресурсосбережение . Порядок установления показателей ресурсосбережения в документации на продукцию,> . 37. Руководство ИСО/МЭК виды деятельности 38. - 2.1992. Ключников Б. Н. Тесные врата Б . Н. Ключников// Наш современник. 39. устойчивого - 2004. - № развития / 6. Кривоногов Н. А. Основы электроснабжения промышленных предприятий/ Н . А. Кривоногов. зе. Стандартизация и смежные Общий словарь. 40. Чохонелидзе А. Н. - М.: Колос , 2006. - М. : БГГУ, 2005. / А. Н . Справочник энергетика Чохонелид Приложение 1 СОВРЕМЕННОЕ РАЗВИТИЕ ЭНЕРГЕТИКИ РОССИИ (по материалам агентства «Интерфакс») Совет директоров ОАО «Волжская территориальная генерирую щая компания• одобрил заключение договора подряда на строи тельство парогазовой установки (ЛГУ) на Сызранской ТЭЦ с ОАО <<Самарское производственно-ремонтное предприятие». В соответствии с договором, подрядчик до 31 декабря Сызранской ТЭЦ ПГУ мощностью составляет около 8 млрд 2,5 млн руб. Кроме того, компания планирует до конца 2011 года смонтиро 2010 года построит на 200 МВт. Цена договора вать 2 газовые турбины мощностью 32 МВт на Самарской ГРЭС. 1,6 млрд руб. планиру~я построить до года в Чойском районе республики Алтай. Мини-ГЭС стоимостью 2012 Расчетная мощность мини-ГЭС, расположенной на реке Уй мень, составит 10 МВт, годовая выработка - 47,7 млн кВт. ч электроэнергии. Станция позволит снизить дефицит мощности электроэнергии, кроме того, мини-ГЭС должна обеспечить бес перебойной электроэнергией производство деревообрабатываю щего завода, который планируется построить в Чойском районе республики Алтай до 2011 года. ОАО «ТГК-1• начало строительство четвертого энергоблока Южной ТЭЦ-22 стоимостью около 13 млрд руб. Энергоблок предполагается ввести в эксплуатацию в конце года. После этого установленная электрическая мощность ТЭЦ возрастет до 1250 МВт, тепловая мощность - до 256 Гкал/ч. Стоимость проекта - около 13 млрд руб. Финансирование осу ществляется из собственных средств ТГК-1, в том числе полу ченных в ходе эмиссии дополнительных акций. Основное энер гооборудование для парогазовой установки (ПГУ) мощностью 450 МВт Южной ТЭЦ-22 ОАО «Силовые машины>). Контракт 2010 был подписан в ноябре прошлого года между «Силовыми маши нами>) и ОАО <<Технопромэкспорт>), которое выступает в качестве генерального подрядчика по этому проекту. Поставки оборудова ния запланированы на первый квартал 2009 года. Контракт пред- 337 Современное развитие энергетики России усматривает проектирование, изготовление и поставку двух газо турбинных установок, включающих две газовые турбины ПЭ-160, и двух генераторов к ним мощностью по 160 МВт, од ной паротурбинной установки мощностью 150 МВт, а также вспомогательного оборудования. ОАО «Кузбассэнерго - региональная электросетевая компа ния• ввело в строй два новых объекта общей стоимостью свыше млн руб. Сметная стоимость первого объекта - подстанции <<Спут НИК>>, расположенного в городе-спутнике Кемерово Лесная по ляна, - 161,87 млн руб., из них 66 млн руб. инвестировано в 2007 году для ввода первой очереди объекта. В 2008 году для на 200 подстанции запланирована установка системы телемеханизации, монтаж волоконно-оптической линии связи, высокочастотной связи, а также пуск второго трансформатора. Завершение строи тельства подстанции намечено на 201 О год. ОАО «Территориальная rенерирующая компания No 2• (ТКК-2) 2009 году планирует затратить на проведение среднего и капиталь ного ремонтов 805,8 млн руб., 1fГО на 6 % больше, чем в 2007 году. в В частности, на ремонт основного оборудования планирует ся потратить 638 млн руб., теплосетей - 112,7 млн руб., зданий и сооружений - 50,8 млн руб. Всего во время подготовки к но вому отопительному сезону планируется провести и средние ремонты на 4 1О турбинах, капитальные энергетических котлах и 24 водогрейных котлах. ОАО «Ленэнерго• планирует инвестировать около 200 млн руб. в реконструкцию подстанции 110 кВ «Бережки• в Волховском рай оне Ленинградской области. Завершить реконструкцию планируется в декабре 201 О года. На модернизацию объекта будет направлено порядка 200 млн руб. В настоящее время в рамках реконструкции, в ходе которой на 16 подстанции будут установлены два трансформатора по МВА, заверщены проектно-изыскательские работы. ОАО 370 «ТГК-9• в первом полугодии 2009 года инвестирует млн руб. в завершение проекта по увеличению мощности Перм ской ТЭЦ-14. Средства будут направлены на установку новой турбины Т-35/55. Общая стоимость проекта, включая реконструкцию тур бины Р-50, завершенную в декабре турбины Т-35/55, оценивается в 500 2008 года, и установку новой млн руб. В настоящее время на станции ведется наладка турбины Р-50, включенной в работу 22 - 2633 Приложение 338 1 после десятилетнего простоя, уже завершены работы по строи тельству фундамента и начат монтаж оборудования турбины Т-35/55, которая будет использовать пар после реконструиро ванной турбины Р-50. Ввод в эксплуатацию новой турбины Т-35/55 намечен на конец июня. В результате мощность ТЭЦ-14 увеличится с 240 МВт до 325 МВт. ОАО «Свердловэнерrо• планирует в 2008-2011 годах инвести ровать в развитие 4 млрд 566,636 млн руб. Инвестиционная программа будет реализовываться за счет средств планируемой к начислению амортизации, расчетной прибыли, расчетной платы за технологические присоединения, привлеченных средств. При этом на реконструкцию и техниче ское перевооружение основных производственных фондов пред полагается потратить 46,6 % инвестиций, на новое строительство - 53,4 % общего объема капиталовложений. ОАО •Пермэнерrо• в 2009 году намерено направить более 40 млн руб. на реконструкцию ЛЭП 110 кВ Уrольная-Усьва в Гре и расширение мячинском районе Пермского края. Реконструкция линии общей протяженностью l1 км преду сматривает замену опор и их оснований, проводов, установку полимерных изоляторов, монтаж системы грозозащиты. При об новлении линии будет учтено, что она находится в зоне повы шенного гололедообразования. Проектом предполагается ис пользование технических решений, позволяющих снизить воз действие гололедных и ветровых нагрузок на ЛЭП. ОАО «Тюменьэнерrо• в конструкцию подстанции 2010 110 кВ году направит 57 млн руб. на ре •Новоуренrойская• в Ямало-Не нецком автономном округе. Для покрытия растущего спроса на электроэнергию в Новом Уренгое на подстанции будут заменены трансформаторы, после реконструкции 80 их суммарная мощность увеличится с 50 до МВА, что обеспечит все потребности жителей города и соз даст запас мощности для развития инфраструктуры его южной части. Приложение 2 ПРИМЕР СОСТАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОБАЛАНСА В качестве примера рассмотрена эффективность использования электроэнергии сортопрокатным станом горячей прокатки Стан работает в течение время прокатки, ч 4 22 ч в сугки, из них 18 [39]. ч составляет время холостого хода. - Главный привод стана снабжается электроэнергией от цехо вой ТП напряжением 2 кВ. На линии установлен счетчик актив ной энергии. Главный привод состоит из двух асинхронных дви гателей с фазным ротором, размещенных на одном валу. Пас портные данные двигателей приведены в табл. П2.1. Таблица П2.1. Паспортные данные приводных двигателей стана №двигателя Р.,о,.., кВт об/мин 1 2 900 530 985 985 nном, U1, кВ 2 2 И2, В f1ном, А f2ном, А 950 840 300 181,5 575 380 R1, Ом R2, Ом Ri, Ом 0,0285 0,0107 0,0474 0,082 0,0118 0,0524 Вспомогательное оборудование стана снабжается электро 220 В. Определяем составляющие части электробаланса стана. Расход электроэнергии приводными двигателями в суrки по энергией от цеховой ТП на напряжении = счетчику Wпд 19 700 кВт· ч. Для данного стана установлено, что его вспомогательное оборудование за сугки потребляет 18,5 % электроэнергии, расходуемой на вспомогательное оборудование всего цеха. Расход электроэнергии на вспомогательное оборудо вание цеха по счетчику равен 21 550 кВт · ч. Тогда расход элек троэнергии на вспомогательное оборудование для данного стана: W. = О, 185 · 21 550 = 4000 кВт· ч. Общий расход электроэнергии станом: W,,6 = 19 700 + 4000 = 23 700 кВт· ч. Расход электроэнергии на вспомогательное оборудование в процентах от общего расхода: 4000 лw.=23700100% = 16,9 %. 22• Приложение 340 2 Электрические потери в линии, питающей приводные двигате ли, составляют: • Потери за сугки: лwл =3К~!;РRЭТЭ; I ер = Wa = 19700 =320 А; fiUTP COS<i>eв Jз · 2 · 22 · 0,81 V 52000 tgq>eв = W lOOO =0,735 ~ COS<i>eв =0,81, 7 где суrочный расход реактивной и активной электро V, W - энергии главного привода стана цеха (по счетчикам); КФ - ко эффициент формы, определяют по показаниям счетчиков актив ной энергии. Эквивалентное сопротивление для линии, питающей двига тели: Rэ = R0 / =0,0615-0,208 =0,0127 Ом; -¾= 1,05; ЛWл =3 -1,05 2 -320 2 -0,0127 · 22 · 10-3 = 94,5 кВт· ч (0,4 %); • Потери за время прокатки: Л Wл.раб = Л Wп - Л Wл.х = 94,5 - 4,8 = 89, 7 кВт · ч (0,38 %). Потери в обмотках приводных двигателей определяют следую щим образом: • где Потери за сугки: R1 и R; - ЛWм =3K~l;p(R1 + Ri)Tp. активные сопротивления обмоток статора и приве денные ротора. Средний за сугки ток /ер = 320 А, определенный с помощью амперметра, можно распределить по двигателям пропорциональ но их номинальным мощностям, так как двигатели имеют оди наковую частоту вращения: [ [ epl рномl = ер рномl + рноw2 =320 9 ОО =201 А- / =320 53 О = 119 A1430 , ер2 1430 , лw" 1 =3 · 1,05 2 • 201 2 (0,0285 + 0,0474) -22 · 10-3 =207 кВт· ч; лw" 2 =3 -1,05 2 -119 2 (0,082 + 0,054) · 22 · 10-3 = 128 кВт· ч; ЛW., = лW" 1 + ЛW" 2 = 207 + 128 = 335 кВт· ч (l,41 %). Пример составления электробаланса • 341 Потери за время холостого хода: ЛW" 1 • =3/; 1(R 1 + R2)T, =3-94,5(0,0285 + 0,0474)4 -10- 3 = кВт· ч; = 8,12 лw" 2 • лw.,. • = 3 -83 2(0,082 + 0,0524)4 -10-3 = 11,1 = лw., •• + лw" 2 = 8,12 + 11,1 = 19,22 кВт· ч; кВт. ч (0,08 %). кВт· ч (1,33 %). Потери за время прокатки ЛW"ра6 = ЛW., - ЛW.,. = 335 -19,22 = 316 Механические потери в стане и приводных двигателях в,слю чают: • Потери за сутки: лw,.. •• = Р...... · Тр = 109,8 · 22 = 2410 кВт· ч (10,16 %), где Р,. ••.• - мощность механических потерь прокатного агрегата (определяется по приборам). • Потери за время холостого хода стана: ...... лw • = Р,.•• _. · т. = 109,8. 4 =440 кВт. ч (1,86 %). Потери за время прокатки: ЛW"ех.раб = Р"сх.х · tP = 109,8 -18 = 1970 кВт· ч (8,3 %). Потери в стали приводнЬIХ двигателей составляют: • Потери за сутки: ЛWс =[Р. -3/;(R1 + R;_)]Tp; лwcl = [119,8 -3 -94,52 (0,0285 + 0,0474)10-3 -109,8]22 = = 175 кВт· ч; Л wc2 ~ [120,8 - 3 · 83 (0,082 + 0,0524)10- 3 2 - 109,8]22 = =180кВт-ч; лWс = ЛWс, + ЛWс 2 = 176 + 180 = 356 кВт· ч. Приложение 342 2 Потери за время холостого хода стана: • ЛWх ={[Pxl -ЗJ;1(R1(2) + R;(I))- рмех.хJ + + [ рх2 - 31;2 ( R1(2) + R;(2)) - рмех.х ]}(х = {[119,8 -3 · 94,52 (0,0285 + 0,0474)102 + [120,8 -3,83 (0,082 + 0,0524)10- = 64,8 кВт· ч 3 - 3 - = 109,8] + 109,8]}. 4 = (0,27 %). Потери за время прокатки : • лWсраб = лWсх tp = 644'8 18 =291 кВт· ч (1,2; %). fx Электробаланс прокатного стана приведен в табл. П2.2. Таблица П2.2 Всего потреблено электроэнергии 23 700 Потери электроэнергии Расход электроэнергии на Расход За время прокатки За время холостого хода Всего вспомоrа- потерь тельные нужды в линии в двиrателях механи- ческие в линии в стане в двиrа- электро- энергии механи- на П\ХJ- ческие катку телях в стане 4000 89,7 607 1970 4,8 84 440 3195 16 505 16,9 0,38 2,66 8,3 0,02 0,355 1,86 13,47 69,6 кВт - ч 100 % Составленный электробаланс стана показывает, что макси мальными двигателей являются - механические 10,16 % потери стана и приводных общего расхода электроэнергии станом, что говорит о необходимости улучшения работы механической части агрегата . Полученный расход электроэнергии на собствен но прокатку можно брать за основу при определении удельных норм расхода электроэнергии расхода электроэнергии к на прокатку. выпуску продукции Отношение этого представляет со бой удельный расход электроэнергии на прокатку. Приложение 3 ПРИБОРЫ И СРЕДСТВА ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭНЕРГОАУДИТА При инструментальном энергоаудите (ИЭА) используют в основном цифровые средства, микропроцессорные и компью терные комплексы, применяют автоматизированный сбор, ана лиз и представление данных. Фрагмент перечня зарубежных и отечественных измеритель ных приборов и оборудования, предназначенных для проведения ИЭА, экспресс-измерений и оснащения мобильных диагности ческих лабораторий приведен в качестве примера в табл. ПЗ.1. Таблица ПЗ. 1. Перечень измерительных приборов и оборудования Наименование, краткая характеристика прибора, Тип, фирма-изrотови- оборудования тель, страна Измерения и реrистрация в электрических цепях Анализатор параметров электрических цепей (измере- AR.5M CIRCUTOR ния и длительная регистрация в одно- и трехфазных (Испания) цепях U, /, лиз f, PF (cos q> ), Ракт, Рреакт, W.кт, Wреакт, анагармоник, спектр) - с комплектом принадлеж- ностей Портативный анализатор параметров электропотребле- Aпalyst ния: измерение и регистрация постоянных и перемен- (Великобритания) 2050 LEM ных токов (без разрыва цепи), напряжений, мощности, энергии, частоты, коэффициента мощности. Интерфейс RS 232 Цифровой регистратор (Data Logger) С ТОКОВЫМ ВХОДОМ 0... 1 А АС. Истинное СКЗ. Внутренняя память тока (до 3000 А) LI 10 Chauviп Arпoux (Франция) 8000 отсчетов. Без датчиков Цифровой регистратор (0 ... 300 (Data Logger) напряжения Истинное СКЗ. Внутренняя память L230 Chauvin (Франция) В АС). 8000 отсчетов Arпoux Приложение 344 3 Окончание табл. ПЗ. Наименование , краткая характеристика прибора , Тип, фирма-изготови- оборудования тел ь , страна Измерение освещенности Цифровой люксометр 0... 50 ООО лк RS 180 RS-Company (Великобритания) Контактные измерения и реrистрация температуры Цифровой термометр с воздушной тактной (-50 ...+200 (- 50 ...+200 'С), кон(-50 ... +200 'С) тер- "С) и поrружной ЕТl-2001 ETI (Великобритания) мопарами типа К (Х-А) Цифровой термометр со сменными зондами -200 ...+45 (0 ...600 ·с, ТК-5 ТехноАс (Россия) 'С)) Цифровой восьмиканальный измеритель-регистратор (накопитель данных) для длительной записи информа ции от датчиков различных величин (температура , давление, влажность и др.), объем памяти 64 кбайта AQUIRREL 1003 CRANT (Великобритания) Беско~пактные измерения температуры Инфракрасный термометр вания 1 : 30, Инфракрасный термометр вания (-32 ... +600 'С), угол визиро- (-20 ... +600 RAУSТбО Raytek (США) круговой лазерный указатель 'С), угол визиро- С-210 ~салют» ТехноАс (Россия) 1 : 100 Тепловая аппаратура Малогабаритный тепловизионный сканер. Внутренняя «Аврора» « Евросервис полупроводниковая память XXI - 30 пар изображений. века» (Россия) Внутренний аккумулятор Портативный тепловизор в комплекте с миниатюрным ИРТИС-200 ИРТИС компьютером . Диапазон температур (Россия) - 20 ... +200 ·с Анализ rазов Анализатор дымовых газов и горения (02, СО , СО2, NOx, NO, SO2, альфа, КПД котла , давление, темпера- QUINTOX тура) с распечаткой результатов встроенным термо- тания) КМ 9106 КАNЕ ( Великобри- принтером Сигнализатор утечек взрывоопасных газов (метан , про- Метан-9М ТехноАс пан , ацетилен и други х углеродсодержащих смесей) (Россия) / Приборы и средства проведения энергоаудита 345 Преобладание в табл. ПЗ.1 оборудования зарубежных фирм объясняется его более высокими эксплуатационными характери стиками по сравнению с отечественными. При решении задач ИЭА эксплуатационные характеристики аппаратуры, как прави ло, важнее метрологических, поэтому предпочтение, по возмож ности, следует отдавать более надежному оборудованию. Для бесконтактного измерения температуры применяют пор тативные компьютерные термографы «IRTIS-200>>, базовая мо дель которых представляет собой ИК-приемник, охлаждаемый жидким азотом (табл. ПЗ.2). Камера имеет высокую чувствитель ность в широком диапазоне температур и позволяет стабилизи ровать параметры ИК-приемника независимо от температуры окружающей среды, обеспечивая высокую точность измерения абсолютных температур. Получаемые термограммы передаются в компьютер для дальнейшей их обработки. Таблица ПЗ.2. Технические характеристики термографов «IRТIS-200• (при Чувствительность, ·с 0,05 Разрешение кадра 256 х 256 Поле зрения камеры, град 25 Диапазон измеряемых температур, ·с Точность измерения, Отличительными "С) точек 20 -20 ... +200 % ("С) Диапазон рабочих температур, ·с х 30 2 (2) -10 ... +40 качествами термографа (тепловизионной камеры), кроме высокой чувствительности и высокой разрешаю щейц способности, что обеспечивает получение четких термо грамм, являются также хорошее программное обеспечение, вы сокая надежность камеры, возможность оценки термограмм на экране переносного компьютера в реальном времени. Разновидностью термографов данной серии являются порта тивные компьютерные термографы <<IRТIS-2000>>, представляю шие собой прецизионный оптико-механический инфракрасный прибор для визуализации и измерения тепловых полей, успешно конкурирующий с зарубежными аналогами (табл. ПЗ.3). Параметры термографов максимально приближены к требо ваниям норм испытаний электрооборудования. Программный Приложение 346 3 Таблица ПЗ.З. Технические характеристики термографов «IRTIS-2000• Диапазон измерения температур, 'С -20 ... +200 - до 1300) (по заказу Температурное разрешение на уровне 30 ·с, ·с 0,05 Точность измерения температуры, 'С ±1 Спектральный диапазон, мкм 3.. .5 Поле зрения, град. 25 Пространственное разрешение, мрад 20 2 Размер кадра х 256 Время форматирования кадра, с Потребляемая мощность аккумулятора х 256 точек 1,5 6 В, Вт Время автономной рабботы, ч (без смены аккумулятора Не более 1,5 Не менее 5 и без доливки азота) Диапазон рабочих температур, 'С Габариты камеры, мм -20 ...+40 200 х 140 х 100 пакет, включенный в стандартный комплект поставки приборов, обеспечивает отображение, анализ, обработку, просмотр и рас печатку термограмм. Другими термографами этой серии являются портативные компьютерные термографы <<ИРТИС-2000С>>, представляющие собой сканирующий инфракрасный прибор, предназначенный для отображения и измерения тепловых полей и являющийся новой моделью термографов ИРТИС. Оглавление Предисловие ........................................ 3 Введение .. ................ . . . . . ............. ... . . . . 5 Глава ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНЕРГЕТИКИ 1. 1.1 . Термины и определения 1.2. 1.3. Энергетическое хозяйство промышленно Краткие сведения о развитых стран 1.4. ......................... 9 теплопередаче . . . . . . . . . . . . . . . . 18 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Ресурсная обеспеченность мировой энергетики и п_ерспективы ее развития 1.5. 1.6. Стратегия развития отечественной энергетики 2020 Г. . • • . . . . . . . . • . • . . • • . . . • • • • • • • . • . • . • . ............................... Основные понятия и определения 49 . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Законодательство Российской Федерации об энергосбережении . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.3 . Стандартизация, сертификация и метрология 2.4. Основы государственного управления в области энергосбережения энергосбережением 2.5 . 44 ОСНОВЫ ЗАКОНОДАТЕЛЬНОЙ БАЗЫ ГОСУДАРСГВЕННОЙ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ политики 2.1. 2.2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 . . . . . . . . . 34 Современное состояние энергетики России ДО Глава 2. ....... 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Международное сотрудничество в области энергосбережения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Оглавление 348 Глава 3. ПЕРСПЕКТИВЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ РОССИИ 3.1. .................................. 62 Общие сведения о Федеральной целевой программе «Энергосбережение России,> 3.2. . . . . . . . . . . . . 62 Этапы реализации программы <<Энергосбережение РоссиИ>> 3.3. 3.4. Региональные программы Определение теоретически возможного потенциала энергосбережения Глава 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 энергосбережения . . . . . . . . 67 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ОБСЛЕДОВАНИЯ И ЭНЕРГОАУДИТЫ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЯЮЩИХ ОБЪЕКТОВ 4.1. 4.2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Общие положения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Рекомендации по энергетическому аудиту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 промышленных предприятий Анализ энергобаланса 4.3. 4.4. Организация работ по аккредитации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 обеспечение энергоаудиторов . . . . . . . . . 89 энергоаудиторских фирм Методическое 4.5. Глава 5. 5.1. ПРИРОДООХРАННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ Антропогенная деятельность и ее влияние на экологию 5.2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Основные направления экологической политики при развитии ТЭК 5.3. 5.4. Виды вредностей и ............................ 96 их воздействие на человека . . . . . . 99 Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны 5.5. . . . . . . . . . . . . . . . . . lО l Охрана атмосферного воздуха от загрязнений промышленными предприятиями 5.6. ......... 91 . . . . . . . . . . . . . . . . l 06 Инвентаризация выбросов в атмосферу загрязняющих веществ тепловых электростанций и котельных 5.7. ................................ 109 Организация контроля выбросов в атмосферу на тепловых электростанциях и в котельных . . . . . . . . 116 Оглавление Глава 6. 6. 1. ВАЖНЕЙШИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ПОЛИТИКИ .................................... 125 Энергосберегающие технологии в энергоемких отраслях промышленности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 6.3. Энергосберегающие технологии в теплоснабжении 6.4. Энергосберегающие технологии в теплоснабжении промышленных предприятий муниципального хозяйства Глава 7. ................... 149 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 ОПЫТ РЕАЛИЗАЦИИ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ НА ОБЪЕКТАХ РФ И ЗА РУБЕЖОМ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 7. 1. Опыт эффективного использования энергоресурсов 7.2. Опыт рационального использования ТЭР в электроэнергетике в промышленности 7.3. 125 Энергосберегающие технологии в электроэнергетике России 6.2. 349 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Опыт энергосбережения при эксплуатации котельных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 Опыт энергосбережения в системах отопления, 7.4. горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования Глава 8. 8.1. 8.2. 8.3. 8.4. 8.5. 8.6. НЕТРАДИЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ТОПЛИВА И ЭНЕРГИИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Возобновляемые источники энергии .............. Ветроэнергетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Геотермальная энергетика ...................... Солнечная энергетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 185 193 198 Рациональное использование биомассы 211 Энергетическое использование твердых бытовых отходов 8.7. 8.8. 8.9. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 ............................ Малая гидроэнергетика ....................... Энергия морей и океанов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Использование тепловых насосов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 230 234 235 Оглавление 350 Глава ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ 9. НОВЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА И РАЗВИТИЯ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ Новые виды жидкого и газообразного топлива 9.1. 9.2. 9.3. 9.4. 9.5. 9.6. 9.7. Глава ................................ 244 ...... Синтетическое топливо из углей . . . . . . . . . . . . . . . . . Горючие сланцы ............................. Битуминозные породы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Спиртовые топлива ....................... .. .. Водородная энергетика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Перспективы развития ВИЭ .................... 10. ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10.1. 244 245 247 248 249 250 251 . . . . . . . . . . . . 254 Система определений, понятий и классификация вторичных энергетических ресурсов 10.2. 10.3. Определение выхода и . . . . . . . . . . . . . . 254 использования БЭР 260 Определение экономии топлива от использования БЭР 10.4. ........................ 264 Технологии использования БЭР при эксплуатации и их учет при проектировании 10.5. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268 Опыт экономии тепловой энергии за счет использования БЭР . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 Глава 11. ОРГАНИЗАЦИЯ УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ 11.1. ................................ 280 Нормативная и техническая документация узла учета тепловой энергии 11.2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280 Учет тепловой энергии и теплоносителя, отпущенных в водяные системы теплоснабжения 11.3. Учет тепловой энергии и теплоносителя, отпущенных в паровые системы теплоснабжения 11.4. 283 285 Учет тепловой энергии и теплоносителя, полученных водяными системами теплопотребления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287 351 Оглавление 11.5. Учет тепловой энергии и теплоносителя, полученных паровыми системами теплопотребления 11.6. Основные требования к приборам учета тепловой энергии Глава . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292 12. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294 ДОПУСК И ЭКСПЛУАТАЦИЯ УЗЛОВ УЧЕТА ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 12.1. Допуск узла учета источника теплоты 12.2. Допуск узла учета тепловой энергии потребителя в эксплуатацию в эксплуатацию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 12.3. Эксплуатация узла учета тепловой энергии 12.4. Эксплуатация узла учета тепловой энергии на источнике теплоты у потребителя Глава 13. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 ЭКОНОМИКА ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ .. . . . . . .. 308 Нормирование расхода теплоты 13.1. 13.2. 13.3. Определение себестоимости электрической 13.4. Формирование тарифов на электрическую Структура издержек и тепловой энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 энергопредприятий ........... 310 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 и тепловую энергии 13.5. 13.6. 13.7. Энергонадзор и Эффективность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 его функции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 энергосберегающей политики . . . . . . 321 Показатели эффективности энергосберегающего проекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324 Список основных сокращений Список литературы Приложение 1. . . ......... . ...... . . . ..... 332 . . .. .. .. .. . . . . .... . . . ...... . ... .. . 333 Современное развитие энергетики России (по материалам агентства «Интерфакс») . .. ............ 336 Приложение 2. Пример составления электробаланса Приложение 3. Приборы и средства для проведения энергоаудита . . . . . . . . . 339 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343 Сибикин Михаил Юрьевич Сибикив Юрий Дмитриевич Технология эверrосбережеиия Учебное издание Редактор Н. Е. Овчерен1'о Корректор В. Овсянникова r. Компьютерная верстка И. В. Кондратьевой Оформление серии П. РодЬl(ина Подписано в печать 20.09.2009. Формат 60 х 90/16. Печать офсетная. Гарни,ура •Тайме• . Усл . печ. л . 22,0. Уч.-изд. л . Бумага офсетная. Тираж 1500 экз . Заказ No 2633. 22,6. Издательство «ФОРУМ• 101990, - Центр, Колпачный пер., (495) 625-32-07, 625-52-43 E-mail: mail@fonun-Ьooks. ru Москва д. 9а Тел.jфакс: По Н11JЮС11М ,rpllo6,emeн,u, К1UR о6рсщt,i,мс.: Отдел продаж издательства «ФОРУМ» Москва - Центр, КОJПiачный пер ., д. 9а 101990, Тел./факс: (495) 625-52-43 E-mail: natali.forum@mail.ru www.forum-Ьooks.ru Отдел продаж «ИНФРА-М» 127282, Москва, ул. Полярная, д. 31в Тел. : (495) 380-05-40 (доб. 252) Факс: (495) 363-92-12 E-mail: ati@infra-m.ru Отдел «Книга-почтой» E-mail: podpiska@infra-m.ru; Ьooks@infra-m. ru Проект «Мегабиблиотека России» Москва, ул. Моховая, д. 16 (Российская государственная библиотека, хор. К) Тел .: (495) 695-93-15 119019, E-mail: mohovaya@infra-m.ru Магазин «Библиосфера» (розничная продажа) 109147, Москва, ул. Марксистская, д. 9 Тел.: (495) 670-52-18, (495) 670-52-19 Отпечатано с готовых диапозитивов в ОАО ордена «Знак Почета» «Смоленская областная типоrрафия им. В. И. Смирнова•. 214000, г. Смоленск, проспект им . Ю . Гагарина , 2.

Сибикин, Ю. Д. Технология энергосбережения

Похожие документы

Разделы

Поддержка

Сибикин, Ю. Д. Технология энергосбережения

Похожие документы

Добавить этот документ в коллекции

Добавить этот документ в сохраненные

Предложите, как улучшить StudyLib