Володин В.И Энергосбережение

Подождите немного. Документ загружается.

141

измерения температур может составлять от -50

С до +800

С. Более высокие

температуры можно измерить с помощью оптических пирометров. В настоящее

время в качестве регистрирующего устройства используется

жидкокристаллический дисплей, на котором отображается значение измеренной

температуры.

Рис.12.2. Схема (а) и общий вид (б) инфракрасного пирометра: 1 – исследуемый объект;

2 – линза; 3 – термоэлемент; 4 – регистрирующее устройство

Пирометры незаменимы, если:

• доступ к объекту затруднен;

• объект может быть поврежден при соприкосновении с датчиком;

• необходимо измерить среднюю температуру большой поверхности.

Тепловизоры оснащаются широкоугольной оптикой и позволяют

регистрировать и наблюдать картину локального распределения температуры

сразу по всей поверхности объекта большой протяженности. Инфракрасная

термография является очень эффективной и широко используется в различных

технических приложениях: энергетике, холодильной технике, строительстве,

машиностроении и других областях. Например, данный метод позволяет

дистанционно выявлять сильно разогретые электрические и механические

компоненты устройств. Этот фактор или свидетельствует о недостаточной

изоляции и связан с излишними потерями тепла, или предшествует отказам,

выявляя скрытые дефекты конструкции.

Для учета и контроля жидких или газообразных энергоносителей,

холодной и горячей воды необходимо измерять их расход. Особенно важно

наладить учет потребляемой теплоты, которая, в отличие от электроэнергии,

стала учитываться сравнительно недавно. В настоящее время существует

несколько принципов учета теплоты.

Первый метод определения расхода тепла основан на уравнении теплового

баланса:

)tt(GcQ

хгp

−=

, (12.1)

где Q – количество потребляемой теплоты, Дж; G = Vρ - массовый расход

теплоносителя, кг/с; с

– теплоемкость теплоносителя, Дж/(кг⋅град); t

, t

–

57,7

1 2

а) б)

142

температуры теплоносителя соответственно на входе и выходе потребителя,

С;

V – объемный расход теплоносителя, м

/с; ρ - плотность теплоносителя, кг/м

. В

этом методе измеряются расход теплоносителя и температуры.

Второй метод учета теплоты применяется при индивидуальном расчете за

тепло в системах отопления [11]. Он основан на регистрации количества

испарившейся жидкости за отопительный сезон, которое связано с

использованным теплом. Внешний вид такого прибора показан на рис.12.3а.

Кроме того, для этих целей используются также электронные регистраторы

тепла (рис.12.3б), когда измеряется температура отопительного прибора.

Относительно реперной температуры 20

С автоматически рассчитывается

количество потребляемой теплоты. Если установить два электронных прибора и

дополнительно регистрировать температуру в помещении, точность измерений

возрастает.

В Беларуси в настоящее время в бытовом секторе налаживается

индивидуальный учет расхода горячей и холодной воды. Для этих целей

используются тахометрические счетчики (объемные расходомеры), которые

работают по принципу турбины (рис.12.4) [62]. Они надежны, просты в

установке и обслуживании. Их недостатком является чувствительность к

загрязнению потока механическими примесями, для избежания чего требуется

дополнительная установка фильтра. Малые скорости потока и наличие фильтра

приводят к дополнительным потерям давления. Данные расходомеры имеют

порог чувствительности, который возрастает с увеличением проходного сечения.

Широкое распространение получили также электромагнитные

расходомеры [63] (рис.12.5). Их принцип работы основан на том, что при

а) б)

Рис.12.3. Испарительный (а) и элек-

тронный (б) приборы индивидуаль-

ного учета тепла, устанавливаемые на

отопительные приборы

Рис.12.4. Механический расходомер

(счетчик)

143

наложении магнитного поля напряженностью В на поток электропроводной

жидкости, движущейся в канале с диаметром D и со скоростью w, разность

потенциалов U на секции с электродами определяется следующей зависимостью:

dwBU ⋅⋅=

, (12.2)

где d - расстояние между электродами.

Рис.12.5. Принцип действия электромагнитного расходомера: а - электрическая схема;

б - секция с электродами

Электрический сигнал, получаемый от расходомера, с помощью

процессора преобразуется в значение расхода теплоносителя. Электромагнитные

расходомеры используются в системах теплоснабжения открытого и закрытого

типов, в системах горячего и холодного водоснабжения. Рабочим веществом

могут быть вода и другие жидкости. Эти расходомеры по сравнению с

турбинными имеют незначительные потери давления, так как не загромождают

сечение канала. Они малочувствительны к загрязнению жидкостей и

присутствию пара в воде. Зона нечувствительности в таких расходомерах

отсутствует, и диапазон расхода жидкости начинается с нуля. Возможен

дистанционный сбор информации с последующей автоматической обработкой.

Широко применяются также ультразвуковые расходомеры. Они, как и

электромагнитные расходомеры, имеют незначительные потери давления и

нечувствительны к загрязнениям. Принцип их работы заключается в том, что

ультразвуковой сигнал проходит с различной скоростью в направлении потока и

против течения (рис.12.5).

Средняя скорость течения потока вычисляется по формуле

BAAB

τ∆

τ⋅τ

τ−τ

, (12.3)

144

где k – константа; τ - время; τ

АВ

– время прохождения сигнала в направлении

течения потока; τ

ВА

– время прохождения сигнала против потока.

Объемный расход

wFV =

, (12.4)

где F –площадь сечения канала.

Рис.12.6. Принцип действия ультразвукового расходомера

Измерение расхода пара имеет свои особенности. В связи с этим для

определения расхода пара используются специальные расходомеры, например

вихревой, когда в поток помещается вихреобразующий объект. С увеличением

расхода скорость образования и распространения вихрей увеличивается прямо

пропорционально расходу. Датчик заключается в полость вихреобразующего

тела, через которую проходят вихри. Изменение положения датчика

обеспечивает поступление сигнала на регистрирующее устройство.

Комбинированное измерение температур и расхода теплоносителя

позволяет определять количество потребляемого тепла. Современные

измерительные системы оснащены процессором для обработки измеренных

данных и позволяют получить широкий спектр информации как текущей, так и

ретроспективной. Ретроспективная информация хранится несколько лет. Кроме

того, возможен дистанционный сбор и обработка данных измерений. Одна из

типовых схем такой универсальной измерительной системы представлена на

рис.12.7. С помощью этой системы определяется расход тепла на отопление и

расход горячей и холодной воды в системе водоснабжения.

Для организации оптимального процесса сжигания топлива измеряется

состав дымовых газов. Измерения проводятся с помощью газоанализаторов. В

настоящее время все большей популярностью пользуются электронные

газоанализаторы, позволяющие получать оперативную информацию,

необходимую для регулирования и настройки топливосжигающих установок.

Простейшие приборы определяют лишь концентрации О

и СО

, а

145

универсальные дополнительно измеряют концентрации NO, NO

, SO

температуру, скорость, давление и выдают значение коэффициента избытка

воздуха. В качестве первичных приборов используются зонды и датчики, в том

числе многофункциональные. Приборы оснащаются интеллектуальной

измерительной системой для обработки, хранения и печати данных.

Рис.12.7. Принципиальная схема измерительной системы учета тепла и расхода воды:

1 – регистратор; 2 – потребители воды; 3 – расходомер горячей воды; 4 – расходомер

холодной воды; 5 – отопительный прибор; 6 – термостатирующий вентиль; 7 –

расходомер в отопительной системе; 8 – датчик температуры в подающей линии; 9 -

датчик температуры в обратной линии; 10 – интерфейс последовательной связи для

вывода данных

Традиционно наиболее налаженным является учет электрической энергии.

Учет электрической энергии отработан и является обязательным как на

предприятиях и учреждениях, так и в бытовом секторе. В настоящее время

наибольшее распространение получили индукционные счетчики электрической

энергии (рис.12.8) [64]. Однако эти счетчики обладают рядом недостатков,

основными из которых являются невысокий класс точности (второй) и наличие

механических рабочих элементов конструкции. Механические элементы в

процессе работы изнашиваются, и со временем точность измерений ухудшается.

Кроме того, эти счетчики позволяют потреблять неучтенную энергию.

В последнее время на рынке появились электронные счетчики энергии,

имеющие более высокую точность измерений (класс точности – первый) и не

имеющие механических рабочих элементов. В большинстве случаев в таких

счетчиках используются жидкокристаллические индикаторы. Кроме того,

электронные счетчики не позволяют использовать неучтенную энергию.

146

Имеются модификации многотарифных счетчиков, которые стимулируют

потребление электроэнергии в ночное время, тем самым улучшая график

электрической нагрузки в электросети.

Рис.12.8. Схема индукционного электрического счетчика: 1 – катушка напряжения; 2 –

катушка тока; 3 – тормоз; 4 – металлический диск; 5 - сумматор

Для анализа эффективности потребления электрической энергии, кроме

счетчиков учета, используются и многие другие приборы. Перечислим

некоторые из них. Это ваттметры для измерения мощности, потребляемой

нагрузкой. Электрическая нагрузка может измеряться как стационарными

приборами, так и портативными («клещи»). Измерение активной мощности

может также проводиться с помощью стационарных и портативных вольтметров

и амперметров. Все показатели качества электроэнергии по напряжению зависят

от объема потребления реактивной мощности нагрузкой, поэтому необходим ее

контроль. Для этих целей используются фазометры, ВАРметры.

Проведение оценки работы электроприводов требует наличия счетчиков

включения/отключения, измерителей наработки часов в нагруженном состоянии

и на холостом ходу, секундомера для измерения времени выхода на рабочий

режим. Оценка эффективности электрического освещения проводится на основе

измерения освещенности с помощью люксметров в сочетании с определением

потребляемой мощности источниками света.

Анализ эффективности работы различных двигателей – электрических,

внутреннего сгорания, паровых – требует измерения частоты вращения вала.

Такие измерения проводятся с помощью тахометров.

В системах транспортировки и потребления энергоносителей – горячей

воды, пара, природного газа, сжатого воздуха и других – могут быть течи.

Потери энергоносителя снижают КПД систем передачи и потребления. Для

обнаружения течей используются течеискатели, в основе которых лежат

различные принципы работы. В трубопроводных системах эффективным

147

обнаружителем течей является ультразвуковой течеискатель. Он позволяет с

минимальными затратами времени точно локализовать места утечек

энергоносителя.

Как видно из данного раздела, анализ эффективности использования

различных видов энергии требует наличия разнообразных приборов учета и

измерительной аппаратуры. Нами рассмотрен неполный перечень такого

оборудования. Однако рассмотренное приборное обеспечение позволяет

заложить основы учета и контроля за наиболее используемыми видами энергии –

тепловой и электрической. Это, в свою очередь, является необходимой базой для

организации энергетического менеджмента на производстве, в учреждении.

12.2. Энергетический аудит

Энергетический аудит - это техническое инспектирование предприятий

для анализа их энергопотребления с целью определения возможности экономии

энергии и помощи предприятию в осуществлении экономии энергии на

практике, а также с целью внедрения на предприятии энергетического

менеджмента [11].

В соответствии с законодательством Республики Беларусь, энергоаудиту

(энергетическому обследованию) подлежат все предприятия, организации и

фирмы независимо от форм собственности [65]. Обязательный энергетический

аудит проводится на предприятиях, в учреждениях и организациях с годовым

суммарным потреблением топливно-энергетических ресурсов более 1,5 тыс.

тонн условного топлива.

Проведением энергетического аудита занимаются специализированные

учреждения со штатом подготовленных специалистов, которые могут

обследовать предприятия, выпускающие любую продукцию на основе любых

технологий с учетом потребления всех видов энергии. Аудитор должен

вырабатывать предложения не только по сокращению потребления всех видов

энергоносителей, но и давать рекомендации по замене одних видов

энергетических ресурсов другими. Это будет содействовать повышению

эффективности производства.

Энергетический аудит включает большой объем трудоемких работ и

требует больших затрат времени и денежных средств. Затраты денежных средств

связаны как с использованием дорогостоящей измерительной аппаратуры, так и

с высокой оплатой труда профессиональных аудиторов. Необходимо, чтобы на

всех этапах аудитор и руководство вырабатывали общее решение на основании

результатов проведенных работ, планируемых работ и их стоимости.

Энергоаудит включает следующие виды деятельности:

1. Сбор документальной информации.

148

2. Сбор данных на основе измерений расхода всех видов энергоресурсов и

эффективности их использования агрегатами, устройствами, технологиями.

3. Обработка и анализ полученной информации.

4. Разработка рекомендаций по энергосбережению.

5. Оформление отчета.

6. Помощь в реализации запланированных мероприятий по энергосбережению.

Энергетический аудит проводится в несколько этапов. Имеются методики,

включающие от 2 до 4 этапов энергоаудита [11,42,45]. Наиболее полной

представляется методика [11], включающая 4 этапа, которые заканчиваются

помощью предприятию в реализации запланированных энергосберегающих

мероприятий и внедрением на нем энергетического менеджмента. Рассмотрим

эту методику.

Этап 1

заключается в предварительном контакте с руководством

предприятия. Необходимость энергетического аудита из-за его сложности и

высокой стоимости не всегда очевидна для руководства обследуемого

предприятия.

Затем проводится общее знакомство с предприятием, основными

производственными процессами и линиями. На данном этапе опытный аудитор

путем внешнего осмотра и бесед со специалистами, обслуживающими

оборудование и управляющими технологическими процессами, может выявить

места неэффективного использования энергоресурсов. Например, путем

внешнего осмотра теплоиспользующих и теплогенерирующих агрегатов и

устройств можно обнаружить высокую температуру их поверхностей,

контактирующих с окружающей средой, что является причиной дополнительных

потерь энергии. На основе визуального обследования аудитор может дать

предварительную информацию об ожидаемых результатах.

Эта оценка, как и проведение энергетического аудита, строится на том,

что эффективное использование энергоресурсов предусматривает:

•

высокий объем производства от максимального уровня. При загрузке

имеющихся производственных мощностей менее чем на 50% говорить об

энергосбережении проблематично;

•

использование технологий с малым потреблением энергии, особенно для

энергоемких производств;

•

высокое качество сырья;

•

эффективную работу энергопотребляющих установок;

•

низкий уровень потерь при транспортировке энергии от источника к

потребителю.

149

Кроме того, на первом этапе, путем знакомства с отчетностью

предприятия, анализируется ретроспективная информация о потреблении

энергии в основных производствах и установках.

Этап завершается заключением договора на проведение следующего этапа

энергетического аудита для предприятия в целом или его части.

Этап 2.

На этом этапе составляется карта потребления энергии как по всем

энергоносителям, так и по технологическим процессам, установкам и цехам

(зданиям). Каждому зданию, процессу и установке присваивается код, который

используется в последующей работе. Информация о потреблении энергии

должна включать данные как за текущий период, так и за прошлые годы.

Динамика потребления энергии позволяет сделать объективное заключение об

эффективности ее использования. Создание карты может потребовать

дополнительных измерений, если установлено недостаточное количество

приборов учета энергии. Эти измерения проводятся с помощью специальной

измерительной аппаратуры, рассмотренной ранее. Часть данных можно

получить путем расчетов, зная номинальную мощность и число часов работы

энергопотребляющих устройств за определенный период.

На стадии разработки карты потребления энергии составляются

энергетический и материальный балансы, которые позволяют выявить для

каждого объекта факторы, влияющие на потребление энергии. Балансы содержат

приходную и расходную части, которые должны быть равны для исследуемого

момента времени. Приходная часть включает все виды энергоресурсов и

материалов, поступающих на предприятия. Расходная позволяет установить

количество полезно используемой и теряемой энергии. Все потоки массы и

энергии должны быть приведены к одним единицам измерения. Масса

фиксируется в килограммах, а энергия в джоулях или тоннах условного топлива.

Материальный баланс включает следующие компоненты:

∑∑∑∑∑∑

∆++=++

отх

прт

мат

сыр

ММММММ

iiiii

, (12.5)

где М

сыр

– масса сырья; М

мат

– масса вспомогательных материалов, необходимых

для производства продукции; М

– масса топлива; М

пр

– масса продукции; М

отх

–

масса отходов; ∆М – неизбежные отходы. В левой части уравнения даны

материалы, используемые для производства продукции, а в правой – после

выхода готовой продукции.

Энергетический баланс

∑∑∑∑∑∑

∆+∆+

′′

′

хмэл

iiiiii

IIIIIIIIII

, (12.6)

150

где I

эл

– электрическая энергия; I

– механическая энергия; I

– химическая

энергия; I

– теплота. В левой части суммируются потоки всех видов энергии до

начала производства продукции, а в правой части – полезно использованная

энергия (два штриха) и ее потери.

Количественный анализ позволяет выявить возможности экономии

энергии. Например, сравнением известных ключевых данных аналогичных

производств по удельному потреблению энергии промежуточной или конечной

продукцией. Эти данные можно почерпнуть из публикаций или статистических

отчетов. Энергетические балансы позволяют также осуществлять контроль

соответствия фактических показателей энергопотребления нормативным. На

основе материальных балансов определяется количество материальных отходов,

которые являются по отношению к горючим вторичными энергетическими

ресурсами и могут служить источником энергии в виде топлива.

Далее составляется перечень возможной экономии энергии. Указывается

потенциал экономии энергии. На основе этих данных выстраивается

предварительный рейтинг мероприятий для выбора программы по

энергосбережению.

Мероприятия могут классифицироваться по следующим признакам:

1. Беззатратные и малозатратные – осуществляются в порядке текущей

деятельности предприятия.

2. Среднезатратные – осуществляются за счет собственных средств

предприятия.

3. Высокозатратные – требуют дополнительных инвестиций с привлечением

заемных средств.

Приоритетными являются те мероприятия, которые позволяют экономить

значительное количество энергоресурсов при малых затратах и сроке

окупаемости. Это, как правило, относится к системам со значительным

энергопотреблением. Энергосберегающие мероприятия, отобранные по такому

принципу, должны заинтересовать руководство предприятия.

По результатам проведенных работ составляется промежуточный отчет и

принимается решение о дальнейших действиях. Если будет принято решение о

проведении следующего этапа энергетического аудита, заключается договор.

Этап 3.

На этом этапе проводится более детальный анализ энергетической

и экономической эффективности возможных мероприятий по экономии

энергоресурсов. Этот анализ может потребовать дополнительных измерений,

консультаций со специалистами предприятия и внешних организаций. После

такого анализа уточняется программа экономии энергии на основе ее

технического и экономического обоснования. Такая программа будет иметь

обоснованные приоритеты.