Технические (натуральные) показатели оценки энергетической эффективности
Простые натуральные показатели
Рассмотренные ранее термодинамические показатели не всегда могут быть успешно применены для оценки энергетической эффективности процессов. Так, например, в системах отопления и вентиляции вся теплота, затраченная на обеспечение требуемых параметров среды в помещениях, в конечном итоге уходит в окружающую среду, энергетический КПД системы при этом можно считать равным нулю. Однако затраты теплоты на отопление или вентиляцию помещения одного и того же объема могут существенно различаться, и эффективность потребления теплоты будет различной.
К процессам, в которых применение термодинамических критериев использования энергии является затруднительным, относятся и многие производственные процессы. Для характеристики таких процессов используются технические (натуральные) показатели потребления энергии.
Как отмечалось выше, эта группа показателей наиболее многочисленна и разнообразна. Входящие в нее показатели характеризуют потребление энергии на осуществление технологического процесса, выпуск продукции или оказание услуг. Они также могут учитывать качество энергии, например, если затраты энергии выражаются в первичном условном' топливе. Критерии этой группы могут быть простыми и комплексными. В комплексных критериях учитываются затраты не только на выпуск продукции (например, выплавку стали), но и произведенные в предшествующих пере
|
|
делах, а также затраты энергии на организацию и осуществление производственного процесса, т.е. на сырье, производство, монтаж и наладку необходимого технологического оборудования, изготовление инструмента и т.п.
При применении этих показателей в качестве критериев эффективности использования энергии необходимо их сравнение для однотипных технологических аппаратов, установок, технологических процессов.
В государственном стандарте [1] введены следующие основные показатели энергетической эффективности:
экономичность потребления ТЭР (для продукции при ее использовании по прямому функциональному назначению);
энергетическая эффективность передачи (хранения) ТЭР (для продукции и процессов);
энергоемкость производства продукции (для процессов).
Экономичность потребления ТЭР является характеристикой готовой продукции при ее использовании по прямому функциональному назначению. Этот показатель характеризует эксплуатационные свойства изделия, отражающие его техническое совершенство, определяемое совершенством конструкции и качеством изготовления, уровнем или степенью потребления им энергии и (или) топлива.
|
|
В качестве показателей экономичности энергопотребления обычно выбирают такие удельные показатели, как количество энергии или топлива, затрачиваемое машиной, механизмом на производство единицы продукции или выполнение работы, либо отношение расхода топлива или энергии к величине, косвенно (по однозначности) характеризующей совершаемую работу. Например, для автомобиля таким критерием может служить расход топлива на перевозку 1 т груза на расстояние 1 км. Для технологической линии используют показатель расхода энергии на выпуск одного изделия.
Показателиэффективности передачи энергии задают в виде абсолютных или удельных потерь энергии (энергоносителя) в системе ее передачи. Например, в качестве показателя эффективности передачи энергии для системы теплоснабжения используют тепловые потери (снижение энтальпии рабочего тела) на 1 км теплотрассы, а для сети электроснабжения — допустимые потери энергии в сети. Сравнение систем передачи энергии по этим показателям должно производиться при известных исходных параметрах энергоносителя и характеристиках канала передачи энергии.
Наиболее распространенным натуральным показателем для технологических процессов являетсяэнергоемкость производства продукции —значение потребления энергии и (или) топлива на основные и вспомогательные технологические процессы изготовления продукции, выполнение работ, оказание услуг на основе заданной технологической системы.
|
|
Практически при производстве любого вида продукции расходуются ТЭР, и для каждого вида продукции существует соответствующая энергоемкость технологических процессов производства. При этом энергоемкость технологических процессов производства одних и тех же видов изделий,
выпускаемых различными предприятиями, может быть различна [1]. В общем случае понятие «энергоемкость» может иметь различное толкование в зависимости от аспекта рассмотрения.
Энергоемкость производства продукции Эпр вычисляется как расход всех видов топлива и энергии, используемых в основном и вспомогательных технологических процессах, выраженный в тоннах условного топлива, на единицу выпущенной продукции в натуральном выражении (штуки, тонны, квадратные или погонные метры):
или в стоимостном выражении:
Здесь Эпр1, Эпр2 — энергоемкости продукции в натуральном и стоимостном выражениях; — суммарный расход всех видов топлива и энергии, используемых в основном и вспомогательных технологических процессах, выраженный в тоннах условного топлива; Gnp — количество выработанной продукции в натуральном выражении; S — стоимость выработанной продукции (входит в состав показателей, отражаемых в энергетическом паспорте потребителя энергетических ресурсов).
|
|
При расчете значений показателей энергоемкости изготовления продукции учитывают расход ТЭР только в основных и вспомогательных процессах производства. Расход ТЭР на отопление, освещение, различные хозяйственные и прочие нужды не включают в затраты при подсчете значений показателей энергоемкости.
Примером энергоемкости производства продукции являются затраты топлива на выработку единицы электрической энергии на тепловой электростанции и единицы тепловой энергии в котельной установке.
Для учета того, что различные виды ТЭР неравнозначны по своему качеству, используют такой показатель, какзатраты первичного условного топлива на производство единицы продукции Эпр.перв. Этот показатель позволяет учесть общие затраты энергии на производство продукции с учетом затрат на добычу, облагораживание и транспортировку различных видов топливно-энергетических ресурсов:
Здесь Ki — коэффициенты для пересчета различных видов ТЭР на первичное условное топливо (см. гл. 1).
Часто минимальные затраты энергии при ее потреблении нельзя оценить на основе термодинамических критериев. Это, например, затраты на отопление помещений, проведение многих технологических процессов, автомобилей на 100 км пробега, бытовых, промышленных приборов и технических устройств. Рациональное значение этих затрат зависит от уровня развития техники и технологий в данной стране и в данное время, экономической выгоды применения той или иной энергосберегающей технологии, климатических условий и др.
В подобных случаях определяется расчетно-нормативное потребление энергии (подробнее о нормах потребления энергии см. в гл. 5) и критерием энергетической эффективности процесса или устройства может служить отношение расчетно-нормативного потребления энергии к фактическому:
Производственную (хозяйственную) деятельность в области энергосбережения характеризуют показателями энергопотребления и энергоемкости производства продукции в отчетном году в сравнении с базовым годом в сопоставимых условиях — при приведении к равным объемам и структуре производства продукции.
Для оценки деятельности предприятия в области энергосбережения вычисляетсяизменение затрат энергии на выпуск единицы продукции за расчетный период.
Комплексные критерии
Помимо указанных ранее натуральных показателей существуют показатели энергетической эффективности, которые отражают совокупные затраты энергии на производство продукции данного вида. Такие показатели называют комплексными.
Пусть перед нами стоит задача минимизировать энергетические затраты на производство продукции в технологической установке. Расход топлива в установке не может служить критерием оптимизации, так как различные сорта топлива неравноценны по теплоте сгорания. Как известно, расчеты выполняются для условного топлива. Однако расход условного топлива в данном случае также не может служить критерием оптимизации, так как не исключено, что экономия условного топлива в самой технологической установке достигается ценой перерасхода условного топлива, затраченного на создание тех самых материальных или энергетических ресурсов, за счет которых осуществляется эта экономия (например, на создание более совершенной технологической установки, на подготовку более качественного сырья и т.п.).
В качестве критерия оптимизации может рассматриваться толькосовокупный расход условного топлива на организацию технологического процесса во всем хозяйственном комплексе, приведенный к постоянному сопоставимому потребительскому эффекту. Отдельные составляющие совокупного расхода условного топлива различаются по меньшей мере по двум признакам.
Во-первых, они занимают разные места в структуре хозяйственного комплекса. Условное топливо может затрачиваться на добычу, транспортировку и переработку самого топлива и минерального сырья, из которого изготавливаются конструкционные материалы, на создание средств производства в машиностроении и в самом топливно-энергетическом комплексе, а также самого рассматриваемого технологического оборудования, на его монтаж, наладку и эксплуатацию.
Если в сравниваемых вариантах технологического процесса при постоянных свойствах готового продукта различается технология приготовления сырья, обрабатываемого технологической установкой, то уже нельзя при решении задачи оптимизации ограничиваться анализом расхода условного топлива на организацию технологического процесса. В этом случае необходимо анализировать расход условного топлива на производство конечной продукции, включая и расход условного топлива на производство сырья, потребляемого этим технологическим процессом, и т.д.
Затраты условного топлива в каждом из звеньев хозяйственного комплекса входят в совокупный расход условного топлива на организацию технологического процесса или на производство готовой продукции так же, как затраты постоянного и переменного капитала входят в издержки производства во всех звеньях хозяйственного комплекса за весь предшествующий времени анализа период.
Во-вторых, отдельные составляющие совокупного расхода условного топлива различаются временной динамикой, что аналогично различию между затратами постоянного и переменного капитала. Они могут быть постоянными, как затраты ТЭР на подготовку сырья и организацию процесса (аналогично затратам переменного капитала), и единовременными [например, затраты ТЭР на создание технологической установки (аналогично затратам постоянного капитала)]. Таким образом, совокупный расход условного топлива следует вычислять по формуле [8]
где ВП — постоянный расход условного топлива; Ве — единовременный расход условного топлива; Ев — коэффициент приведения.
Определение коэффициента приведения является наиболее сложной задачей, и именно его вычислением главным образом и различаются методы оптимизации по совокупному расходу условного топлива. Логика нахождения коэффициента приведения должна воспроизводить логику определения средней нормы прибыли.
Коэффициент приведения Ев должен быть величиной, обратной сроку возврата вложений условного топлива Тв, направленных на его экономию, так что ЕвВв = 1, аналогично тому, как средняя норма прибыли Е является
величиной, обратной сроку возврата капиталовложений Т, направленных на экономию издержек производства, так что ЕТ= 1.
Чтобы снизить расход условного топлива, необходимо вкладывать в производство денежные средства, которые могут быть направлены на обновление средств производства (изменение технологий, покупку нового оборудования, автоматизацию и др.) или на сокращение текущих затрат энергоносителей на проведение технологических процессов.
Эти капиталовложения имеют различную топливоемкость, т.е. в них входят различные суммарные затраты на ТЭР, приходящиеся на вложенные средства. Например, затраты на строительство имеют большую топливоемкость, чем затраты на привлечение более квалифицированного персонала.
Очевидно, что срок возврата вложений условного топлива будет тем больше, чем выше средняя топливоемкость капиталовложений, направленных на экономию условного топлива Вк, и чем больше замыкающие затраты на условное топливо Зу т, по которым издержки производства на приобретение постоянно затрачиваемого топлива пересчитываются из стоимостной формы в натуральную, и наоборот. Следовательно, будут справедливы простые формулы:
Срок возврата вложений условного топлива, направленных на его экономию, оказы|ается значительно меньше срока окупаемости капиталовложений, т.е. обращение топлива совершается значительно быстрее обращения капитала. Поэтому практически совокупный приведенный расход условного топлива следует вычислять по формуле
где ат, ак, ар — нормы отчислений соответственно на текущий и капитальный ремонты, на реновацию; причем в постоянный расход условного топлива Вп эти отчисления уже не включаются.
Приведенный натуральный показатель соответствует термину«полная энергоемкость продукции», т.е. расходу энергии и (или) топлива на изготовление продукции, в том числе расходу на добычу, транспортировку, переработку полезных ископаемых и производство сырья, материалов, деталей с учетом коэффициента использования сырья и материалов. Аналогичный показатель, исключающий из полной энергоемкости продукции все виды используемых ВЭР, называется технологическим топливным числом D [10].
Технологическое топливное число D — это затраты всех видов энергии в данном и во всех предшествующих переделах технологического процесса, пересчитанные на необходимое для их получения топливо (в килограммах условного топлива, килограммах условного топлива на единицу продукции),
за вычетом энергии тепловых, топливных, материальных и других вторичных энергоресурсов.
Технологическое топливное число отражает объективные энергетические затраты технологического процесса, является показателем полной энергоемкости готовой продукции.
Оно может быть вычислено не только для промышленной продукции, получаемой в каком-либо технологическом процессе, но и для продукции других видов, например, транспортировки топлива, строительства капитальных сооружений, проведения ремонтов оборудования и др.
Согласно определению технологическое топливное число выражается в виде [10]
D = Э1 + Э2 + Э3 - Э4, (3.31)
где Э1 — первичная энергия; Э2 — энергия произведенных энергоносителей; Э3 — скрытая энергия; Э4 — энергия вторичных энергоресурсов.
Использование вторичных энергоресурсов различных видов снижает первоначальные затраты энергии на производство продукции, и при вычислении технологического топливного числа энергия ВЭР вычитается из общих энергетических затрат.
Первичная энергия Э1 представляет собой химическую энергию ископаемого первичного топлива с учетом затрат на добычу, подготовку (обогащение), транспортировку и т.п. Согласно [2] первичная энергия — это энергия, заключенная в ТЭР:
где Dтоп — технологическое топливное число топлива в целом, кг у.т/кг или кг у.т/м3; bтоп — удельный расход топлива, кг (или м3), на единицу готовой продукции,
здесь — низшая теплота сгорания топлива, кг у.т/кг или кг у.т/м3; Dдоб, Dпод, Dтр — технологические топливные числа соответственно добычи, подготовки и транспортировки топлива, кг у.т/кг или кг у.т/м3.
Таким образом, кроме удельного расхода топлива (или нескольких топ- лив) учитываются: технологическое топливное число добычи, зависящее от способа добычи, геологических, климатических и прочих условий, степени обустроенности промысла (шахты, разрезы), применяемого оборудования, источника энергии и других факторов; технологическое топливное число подготовки, зависящее от ее способа, количества отходов, степени их утилизации, источника энергии и других показателей; технологическое топливное число транспортировки, зависящее от взаимного расположения промысла и потребителя, способа транспортировки, потерь при этом и пр.
Первичная энергия больше, чем просто химическая энергия данного топлива, например, затраты на добычу могут составить около 2 % теплоты сгорания топлива, на транспортировку — 10 %, а на подготовку — 1 +2 % [8].
Энергия производных (произведенных) энергоносителей Э2, таких как теплота, пар, электроэнергия, сжатый воздух, кислород и др., с учетом затрат на преобразование определяется по формуле
где DT, DП, DЭ, DC.B, DK, DB — технологические топливные числа соответственно теплоты, пара, электроэнергии, сжатого воздуха, кислорода и воды, кг у.т. на единицу энергоносителя; bТ, bП, bЭ, bC.B, bK, bВ — удельные расходы соответственно теплоты, пара, электроэнергии, сжатого воздуха, кислорода и воды, единица энергоносителя на единицу готовой продукции.
Как показывает практика, наибольшей величиной в затратах энергии на получение произведенных энергоносителей является расход первичной энергии. В энергию произведенных энергоносителей не входят ее затраты на собственные нужды, потери в сетях, утечки и т.п.
Скрытая энергия Э3 — это энергия, израсходованная в предшествующих технологиях и овеществленная в сырьевых исходных материалах процесса, технологическом, энергетическом и другом оборудовании, капитальных сооружениях, инструменте и т.п. К этой же форме энергии относятся энергозатраты на поддержание оборудования в работоспособном состоянии (на ремонты), энергозатраты внутри- и межзаводских перевозок и других вспомогательных операций. Скрытая энергия определяется в виде
где Dc, Do6,Dк.с, DИН, Dр , DТР — технологические топливные числа соответственно сырья, оборудования, капитальных сооружений, инструмента, ремонтов, перевозок; bс — удельный расход сырья на единицу готовой продукции; Ка, КИН, Кр, КТР — коэффициенты расхода соответственно на амортизацию, инструмент, ремонты и перевозки.
В качестве примера приведем формулы для вычисления коэффициентов расхода:
где п — норма амортизации; Вгод, Всл, Вкам — произведенная готовая продукция данного передела соответственно за год, срок службы инструмента (сменного оборудования) или за кампанию между ремонтами.
Энергия вторичных ресурсов Э4 складывается из фактически сэкономленных энергозатрат при использовании в данном или других производствах тепловых, топливных, материальных и других вторичных ресурсов:
где Этеп, Эхим, Эмат — вторичные тепловые, горючие и материальные ресурсы;
здесь Dтеп, Dхим, Dмат — технологические топливные числа соответственно тепловой энергии (пара, горячей воды), топливной (химической) энергии, материальных ресурсов, получаемых в виде вторичных энергоресурсов или сырья, кг у.т. на единицу вторичных ресурсов; bв теп, bв.хим, bв.мат — соответственно удельные выходы вторичных ресурсов на единицу готовой продукции данного передела, единица вторичных ресурсов на единицу готовой продукции; Ки.теп,Ки.хим, Ки.мат — соответственно коэффициенты использования вторичных ресурсов.
При использовании технологических топливных чисел для энергетического анализа технологических процессов технологию следует рассматривать в определенной последовательности от простого к сложному. Технологическое топливное число каждого отдельного передела включает в себя отдельно взятые формы потребления энергии внутри этого передела, технологическое топливное число последующего передела включает в себя технологическое топливное число предыдущего передела, отраслевое технологическое топливное число должно учитывать технологическое топливное число любой технологической цепи внутри отрасли, межотраслевое технологическое топливное число учитывает отраслевые числа и т.д. Такая схема энергетического анализа позволяет определить конечное технологическое топливное число, которое представляет собой удельный расход энергии, выраженный в килограммах условного топлива, на 1 руб. национального дохода (или внутреннего валового продукта) [10].
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 1977; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!