ИТС 48-2017 Повышение энергетической эффективности при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности

     Раздел 3. Резервы повышения энергоэффективности на объектах I категории и методы их выявления

Как отмечено в разделе 1, значительным масштабом потребления энергоресурсов характеризуются энерготехнологические установки и системы черной и цветной металлургии, промышленности строительных материалов, нефтяной, нефтехимической и газовой промышленности, работающие на ископаемом топливе. Практически все эти отрасли отнесены к I категории, регулирование деятельности которой осуществляется посредством реализации концепции внедрения наилучших доступных технологий.

Для радикального изменения ситуации к лучшему необходимо определить сектора экономики, обладающие наибольшими резервами энергосбережения, и именно в данных областях развернуть работы по масштабной реализации этих резервов. Работы по выявлению и реализации наиболее масштабного резерва энергосбережения следует сосредоточить на объектах энергоемких отраслей промышленного производства, обращая особое внимание при этом на энерготехнологические объекты и системы.

Произошедшие в последние годы изменения в разных секторах промышленных энерготехнологических систем и комплексов (ЭТК) трансформировали их по-разному, существенно изменилась роль региональных аспектов и особенностей. Очевидно, что в результате отмеченных изменений в разных секторах народного хозяйства есть различные резервы повышения эффективности. В этой связи задача обзора и классификации возможных резервов повышения энергетической эффективности теплотехнологических и теплоэнергетических систем и агрегатов не так проста, как кажется на первый взгляд, и может иметь несколько равноправных направлений решения.

Оценка эффективности сложных и распределенных энерготехнологических систем, их энергетической эффективности - процесс системный и многофакторный. В таблице 3.1 приведены различные существующие методы и подходы анализа энергетической эффективности промышленных процессов и агрегатов с точки зрения их функциональных возможностей.

В отличие от простых физических или термодинамических процессов с понятными критериями эффективности (КПД), переход к более сложным объектам и системам (включающим в себя экологические и экономические оценки) неизбежно несет в себе наличие неучтенных погрешностей или искажений. При этом разнообразие и разноплановость процессов, происходящих в различных энерготехнологических системах, наличие различных по сути и своим формам резервов повышения энергетической эффективности предопределяет необходимость обобщенного системного подхода, позволяющего выявлять разные типы резервов, видеть весь комплекс барьеров их дальнейшей реализации в разных секторах экономики.

Таблица 3.1 - Методы и подходы анализа энергетической эффективности

Практика ставит перед предприятиями задачи рационализации существующих энергонасыщенных производств, создания новых, более совершенных (и в термодинамическом, и в системном плане) комплексов. Для этого в первую очередь требуется энерготехнологическая или термодинамическая оптимизация как способ рациональной организации непосредственно теплотехнологических и энерготехнологических процессов и далее - поэтапная рационализация теплоэнергетических схем крупного производства.

С физической точки зрения энергетические взаимодействия в промышленных теплотехнологических и энерготехнологических агрегатах определяются в основном потенциалами взаимодействующих сред и компонентов, а также пространственной организацией объема рабочей камеры и агрегата в целом. Соответственно, повышение эффективности энерготехнологических агрегатов может производиться как в направлении термодинамического совершенства, так и в плане пространственной оптимизации объектов и рабочих камер (иногда они дополняют друг друга). Таким образом, можно вычленить два блока резервов повышения эффективности: термодинамический и пространственный (включая эффекты масштабов).

К первой группе необходимо отнести использование различных вторичных энергетических потоков и энергоресурсов, энерготехнологическое комбинирование. В первую очередь это касается промышленных энерготехнологических комплексов, хотя сюда также необходимо отнести и комбинированное производство тепловой и электрической энергии (когенерацию) на ТЭЦ.

Вторая группа включает в себя оптимизацию геометрических параметров рабочей камеры, пространственное энерготехнологическое комбинирование.

Термодинамическую природу имеет еще один тип резервов - использование скрытой (неявной) энергии. Это может быть энергия химических превращений, фазовых переходов и др. Поскольку вторичные энергетические потоки не всегда бывают явными, использование скрытой энергии (полной внутренней энергии вещества) мы относим к отдельному типу резервов. Это, к примеру, использование металлолома в конверторах, "горячий посад" в нагревательных печах металлургии, применение утилизационных бескомпрессорных турбин (ГУБТ), детандер-генераторов для использования избыточного давления газов и др.

Весьма значимым и актуальным типом резервов в энергетических системах и агрегатах являются отклонения от оптимальных расчетных режимов функционирования (особенно актуальные для крупных энергоисточников), ведущие кроме потерь эффективности также к снижению безопасности работы и росту аварийности. Поскольку промышленные и коммунальные системы теплоэнергоснабжения в последнее время функционируют в существенно нерасчетных условиях, возвращение системы к расчетно-оптимальным режимам работы мы видим в качестве отдельного важного резерва. Это касается практически всех элементов систем теплоэнергоснабжения: источников, потребителей, сетевых устройств.

Упомянутые типы резервов имеют тепловую (термодинамическую) природу, тогда как к пространственному типу резерва мы относим повышение эффективности использования ресурсов за счет факторов размеров, топологии систем, территориального комбинирования. Примеры этого также можно видеть в самых разных сферах: падение удельных затрат на отопление при росте размеров зданий разного назначения, пороги роста энергоэффективности централизованных систем теплоэнергоснабжения городов с увеличением их размеров.

В самом общем виде перечисленные резервы повышения энергетической эффективности различных энерготехнологических систем и комплексов показаны на рисунке 3.1 и в таблице 3.2.

    
Рисунок 3.1 - Типы резервов повышения энергоэффективности [65]

Приведенная краткая классификация резервов повышения эффективности использования энергии отражает их существенно различную природу. Различная природа показанных резервов обусловлена как разным типом образования систем с участием энергетических (энерготехнологических) агрегатов, так и их пространственно-временными (территориальными) масштабами.

Соответственно, выявление резервов I типа производится путем сравнения фактических данных с расчетными показателями, номинальными параметрами функционирования теплоэнергетических агрегатов, систем и комплексов.

Резервы II типа выявляются в процессе составления и сопоставления энергетических (эксергетических) балансов агрегатов и установок (в том числе приведенных в таблицах 3.1-3.3). Для выявления резервов III типа дополнительно к энергетическим балансам необходимо проведение более трудоемких операций сквозного энергетического анализа. Резервы IV типа дополнительно выявляются с использованием системно-типологических моделей.

Безусловно, заранее сложно предусмотреть все возможные методы анализа, используемые в рамках выявления резервов разной природы в различных энерготехнологических системах и комплексах (промышленных, коммунальных, региональных) в силу существенных различий анализируемых объектов, их масштаба и сложности.

Таблица 3.2 - Природа резервов повышения эффективности и методы их определения