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 Э_пр 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 Э_пр1, Э_пр2 — 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; G_np — 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 Э_{пр.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 K_i — 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 В_П — постоянный расход условного топлива; В_е — единовременный рас­ход условного топлива; Е_в — 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 Е_в должен быть величиной, обратной сроку возврата вложений условного топлива Т_в, направленных на его экономию, так что Е_вВ_в = 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 В_к, и чем больше замыкающие затраты на условное топливо З_{у 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 а_т, а_к, а_р — нормы отчислений соответственно на текущий и капиталь­ный ремонты, на реновацию; причем в постоянный расход условного топ­лива В_п 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 D_топ — технологическое топливное число топлива в целом, кг у.т/кг или        кг у.т/м³; b_топ — удельный расход топлива, кг (или м³), на единицу готовой продукции,

здесь — низшая теплота сгорания топлива, кг у.т/кг или кг у.т/м³; D_доб, D_под, D_тр — 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 D_T, D_П, D_Э, D_C.B, D_K, D_B — технологические топливные числа соответ­ственно теплоты, пара, электроэнергии, сжатого воздуха, кислорода и воды, кг у.т. на единицу энергоносителя; b_Т, b_П, b_Э, b_C.B, b_K, b_В — 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 D_c, D_o6,D_к.с, D_ИН, D_р , D_ТР — технологические топливные числа соответ­ственно сырья, оборудования, капитальных сооружений, инструмента, ремонтов, перевозок; b_с — удельный расход сырья на единицу готовой про­дукции; К_а, К_ИН, К_р, К_ТР — коэффициенты расхода соответственно на амор­тизацию, инструмент, ремонты и перевозки.

В качестве примера приведем формулы для вычисления коэффициентов расхода:

где п — норма амортизации; В_год, В_сл, В_кам — 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 Э_теп, Э_хим, Э_мат — вторичные тепловые, горючие и материальные ресурсы;

 

 

здесь D_теп, D_хим, D_мат — 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; b_{в теп}, b_в.хим, b_в.мат — соответ­ственно удельные выходы вторичных ресурсов на единицу готовой продук­ции данного передела, единица вторичных ресурсов на единицу готовой продукции; К_и.теп,К_и.хим, К_и.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!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!