Контрольные вопросы

7. Энергосберегающие возможности современных электротехнологий

7.1. Экономическое обоснование применения электротехнологий

Большой потенциал сохранения энергии в промышленности обусловлен применением эффективных электротехнологий, среди которых электронагрев обладает наибольшими возможностями [11]. Его внедрение ведет к росту потребления электроэнергии и снижению выделения CO2

(рис. 7.1).

Электрическая энергия является наиболее чистой формой энергии и может быть получена из большого многообразия первичных источников (например, уголь, нефть, газ, энергия воды и атомная энергия). Она более эффективна с точки зрения использования, чем ископаемое топливо, поскольку имеет широко известные преимущества: обеспечение чистоты, удобство управления, доступность.

Эти благоприятные характеристики позволяют электричеству конкурировать с ископаемым топливом, уменьшая промышленные эксплуатационные расходы, стоимость и расход первичной энергии. В некоторых случаях капиталовложения для электротехнологии также ниже, чем для варианта с ископаемым топливом.

Энергетическая эффективность

a) Первичный расход энергии

Во всех странах имеется значительный набор генераторных установок, на формирование которого оказывают влияние доступные энергоресурсы и технико-экономические ограничения, такие как основные капиталовложения, стоимость труда, надежность установок.

149

Рис. 7.1. Сравнение электронагрева и топливных процессов

В результате показатель первичной энергии, необходимой для получения 1 кВт·ч электроэнергии, различается в разных странах. Для грубой оценки энергетических характеристик электротехнических решений, противопоставляемых использованию топлива, сопоставляют потребление первичной энергии, обеспечивающей одинаковое количество выпускаемой продукции. Эффективность производства энергии обычно принимают равной 38 % (полный коэффициент полезного действия тепловой электростанции), откуда следует эквивалентность [11]:

1 кВт·ч (электроэнергии конечного пользователя) может быть получен из 2,5 Tч = 10,5 MДж (первичной энергии).

Следовательно, выгодность электротермических процессов по сравнению с классическими зависит от КПД, который при электронагреве во многих случаях очень высок.

150

На основе приведенной эквивалентности может быть выполнено сравнение двух процессов (1 и 2 на рис. 7.2), в которых используются C1 и C2, Tч, топлива и E1 и E2, кВт·ч, электроэнергии, с помощью так называемого «коэффициента замены»:

Во втором процессе γ Tч топлива заменяется 1 кВт·ч электроэнергии.

Если γ > 2,5, то процесс 2 энергетически более выгоден, и выгода тем больше, чем выше величина γ.

Анализ большого числа процессов, в которых электроэнергия может заменять «классический» нагрев топливом, показал, что величина γ может принимать значения от 1,3 до 100, однако наиболее часто она изменяется в пределах от 3 до 7.

Рис. 7.2. Сравнение процессов с различными источниками энергии

Альтернативным важным параметром для сравнения эффективности электроэнергетических процессов с топливными является так называемый «коэффициент первичной энергии» (PER). Это отношение расхода первичной энергии при выполнении процесса с использованием ископаемого топлива W, в МДжтерм, к расходу первичной энергии при выполнении того же

151

Е, кВт·чэлектр, с учетом КПД электростанции и линии передачи энергии η:

Для процессов, имеющих PER > 1, расход первичной энергии ниже при использовании электроэнергии. Процессы с PER < 1 более эффективны при использовании ископаемого топлива.

Хотя этот метод анализа представляется привлекательным, но он не может быть реально применен для выбора вида энергии, так как не принимает во внимание относительный дефицит каждого вида пригодной для использования энергии. Следовательно, необходимо учесть относительные цены (экономическое выражение относительного дефицита) для того, чтобы произвести экономически обоснованный выбор.

б) Эффективность промышленного преобразования энергии

Следует подчеркнуть, что экономии первичной энергии при использовании электротермических процессов не всегда соответствует экономия денежных средств. Для того чтобы оценить, выгоден ли процесс для ко-

нечного пользователя, достаточно сравнить коэффициент γ с коэффициен-

том β, определяемым следующим образом:

где KE – стоимость электроэнергии, руб./(кВт·ч), и KC – стоимость топлива,

руб./Тч, необходимых для выпуска единицы продукции. Если γ > β, то при замене процесса 2 на процесс 1 будет экономия в стоимости энергии для конечного пользователя.

152

Экономическая эффективность: многогранная проблема

Описанный энергетический подход является очень приближенным и не всегда оправдывает выбор в пользу электроэнергии: это наиболее дорогая энергия и улучшенный энергетический КПД электротехнологических процессов не всегда достаточен в противопоставлении повышенным издержкам. Часто рациональность выбора электротехнологии определяется другими факторами.

Инвестиции в электротехнологии нередко ведут к пересмотру объемов, а в некоторых случаях и организации производства. Их последствия для производства могут быть многочисленными, прямыми и косвенными, и часто необходима совершенная система стоимостной отчетности для правильной их оценки. Необходимо составить балансовую ведомость, включающую издержки и сбережения, обусловленные различными факторами. Диаграмма на рис. 7.3 показывает различные статьи, которые должны войти в такую балансовую ведомость.

Мы не можем дать здесь детальный анализ отдельных статей, но хотим показать, что балансовая ведомость должна быть настолько полной, насколько возможно для обоснованного анализа. Однако некоторые замечания по поводу последствий перехода на электротехнологию могут быть полезными:

• оплата энергии в среднем составляет в общем балансе только 20 – 30 % (иногда намного меньше); это подтверждает, что не следует ограничиваться только анализом затрат энергии;

• производительность является одной из наиболее важных статей; она может быть увеличена благодаря легкости автоматизации и управления электротермическими процессами, а также уменьшению потерь мате-

риала в отходы;

153

•стоимость труда, обслуживания и ликвидации аварий может быть значительно снижена;

•в некоторых процессах могут быть исключены издержки на подготовку и завершение производства;

•могут быть улучшены условия безопасности и сохранения здоро-

вья;

•загрязнение окружающей среды при электротермических процессах в целом значительно снижается;

•переход к использованию электроэнергии иногда имеет неожиданные последствия; например, уменьшение опасности пожара благодаря исключению использования пламени в цехе может позволить пересмотреть тариф страхования, обеспечив значительную экономию;

•наконец, качество продукции обычно значительно улучшается. Все это полезно учитывать при рассмотрении вопросов качества и возможности расширения рынка сбыта. Улучшение качества изделий может привести к увеличению их доли на рынке и повышению продажной цены.

Рис. 7.3. Балансовая ведомость

В заключение при оценке нового процесса должны быть приняты во внимание все различные факторы. Решение часто оказывается в пользу

154