Основы энергосбережения Поспелова ТГ 2000

Итак, ТЭК (энергетика) представляет собой сложную совокуп-

ность больших, непрерывно развивающихся производственных систем для получения, преобразования, распределения и использования природных энергетических ресурсов и энергии всех видов.

Ведущее значение ТЭК состоит в том, что он во многом определяет основные пропорции экономики, осуществимость и целесообразность технологических процессов. Системы ТЭК: угле-, нефте-, газоснабжающие, ядерно-энергетическая, электроэнергетическая и теплоснабжающая - относятся к искусственным, т.е. созданным человеком; большим (сложным) иерархическим, т.е. включающим совокупности входящих одна в другую соподчиненных подсистем; открытым ввиду наличия их внешних связей с другими системами и окружающей средой; постоянно развивающимся, т.е. меняющим во времени свои параметры и режимы; целенаправленным, т.е. двигающимся к определенной цели или группе целей; автоматизированным системам, в которых человек входит в органически связанные управляющие и управляемые части системы.

Эти производственные системы, имея тесные взаимосвязи и функционируя как единое целое, выступают как обособленные в организационном отношении отрасли промышленности, главным признаком которых, как совокупности предприятий, организаций, является однородное экономическое назначение производимой продукции.

Потребляющие установки и вместе с ними часть устройств для преобразования, передачи и распределения энергии находятся в ведении потребителей.

5.3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС В ТЭК. ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС (ТЭБ)

Основной задачей энергетического менеджмента является оптимальное управление ТЭК и его подсистемами.

Управление может быть успешным при условии хорошего знания сути и особенностей управляемых объектов, и прежде всего тех-

нологических процессов. Рассмотрим суть технологического процесса в ТЭК, представляющего собой сложную совокупность технологических процессов. На рис. 5.1. представлена схема цепи тех-

нологических преобразований природных энергоресурсов в электроэнергию и тепловую энергию. Основными звеньями этой цепи являются:

-системы топливоснабжения;

-электроэнергетическая система, где осуществляется производство, транспорт и распределение электрической и тепловой энергии;

-конечные потребители энергии.

Электростанции, использующие природные запасы топлива, работают в органическом единстве с предприятиями, добывающими, перерабатывающими и транспортирующими топливо. Для ТЭС, работающих на угле, - это шахты, угольные разрезы, предприятия по обогащению топлива. Для ТЭС, работающих на газе, - это предприятия газодобычи, газопроводы, газохранилища. Для ТЭС на мазуте - предприятия нефтедобычи и нефтепереработки, нефтепроводы. Названные предприятия системы топливоснабжения постоянно необходимы для нормальной эксплуатации электростанций и являются для них сопряженными предприятиями и образуют их внешний топливный цикл. Предприятия, подготавливающие ядерное горючее для атомных электростанций, связанные с добычей исходного сырья и получением урановых концентратов, обогащением природного урана, изготовлением тепловыделяющих элементов (твэлов), выдержкой, транспортировкой и переработкой ядерного горючего, составляют внешний топливный цикл АЭС.

Технологический процесс преобразования природных энергетических ресурсов в ТЭК включает три основные стадии (рис. 5.1.):

1.Добыча первичных энергоресурсов (органического топлива, ядерного топлива, гидроэнергии), их облагораживание (сортировка, обогащение, брикетирование, обессеривание и т.д.) и переработка (нефтепереработка, коксование, пиролиз, синтез, гидрогенизация и др.).

2.Преобразование одних видов энергии в другие - производство электрической энергии, пара, горячей воды, сжатого воздуха и др.

63

Основы энергосбережения

Т011Л(1В110-:1МБРГЕТ11ЧГСКИЙ КОМПЛЕКС ЮК1

Юг.Щ;.;)ЦЫ'1 Е.(11ЧЦ-К:\Я с;истьм.\

Рис. 5.1. Основные элементы технологического процесса ТЭК.

3.Конечное потребление энергии для производства всех видов неэнергетической продукции, работы транспорта, оказания производственных и культурно-бытовых услуг населению [6-8].

Взаимосвязи между стадиями преобразования энергии осуществляются посредством транспорта энергетических ресурсов и энергии всех видов, который также является стадией технологического процесса.

Изучая технологии в ТЭК по рис. 5.1, обратите внимание на межзвенное расположение таких элементов, как склады первичных энергоресурсов и аккумулирующие установки. Последние могут находиться и в энергосистеме, и непосредственно у потребителей.

Потребители также могут иметь собственные генерирующие источники (мини-ТЭЦ, заводские котельные, автономные источники и т.п.), имеют распределительные сети (внутризаводские электрические, тепловые сети, газораспределительные и др.).

Приведем классификацию процессов конечного использования

энергии:

-силовые процессы двигательные и непосредственных воздействий;

-тепловые высокотемпературные процессы, например, плавка, обжиг, закалка и др.;

-тепловые средне- и низкотемпературные процессы, в том числе

технологические: варка, сушка, возгонка и др. - и бытовые: отопление, вентиляция, горячее водоснабжение, кондиционирование воздуха и т.д.;

-освещение;

-электрохимические и электрофизические процессы: электрогидравлический удар, электрошлифование, сварка, резка, электролиз и др.;

-связь и управление.

Основополагающим понятием энергетики является понятие топ- ливно-энергетического баланса ГТЭБ). В широком смысле оно означает полное количественное соответствие перетоков всех видов

энергии и энергетических ресурсов между стадиями их добычи, переработки, преобразования, транспорта, распределения, хранения, конечного потребления в целом по народному хозяйству в территориальном и производственно-отраслевом разрезах. В более узком смысле его понимают как полное количественное соответствие между суммарной произведенной энергией, с одной стороны, и суммарной конечной полезно потребленной энергией и потерями энергии - с

другой. ТЭБ является статической характеристикой непрерывно развивающегося топливно-энергетического комплекса, т. е. характеризует его состояние в определенный момент времени. Различают приходную часть ТЭБ - совокупность источников ТЭР и расходную часть - совокупность потребителей ТЭР, включая технологический расход (технические потери) энергии.

5.4. ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМЫ

Энергетическая, или, точнее электроэнергетическая система-это совокупность взаимосвязанных электрических станций, подстанций, линий электропередачи, электрических и тепловых сетей, центров потребления электрической и тепловой энергии. Частью электроэнергетической системы, ее подсистемой является теплоснабжающая - совокупность взаимосвязанных источников тепла (ТЭЦ, котельных), тепловых пунктов и тепловых сетей. Именно такие определения были даны выше понятиям электроэнергетическая и теплоэнергетическая системы.

Имеется и другая трактовка этих понятий, нашедшая широкое употребление. Суть ее в следующем.

Энергетическая система делится на электроэнергетическую и теплоэнергетическую системы. Электроэнергетическая система включает все оборудование и установки по производству, преобразованию и доставке конечным потребителям электрической энергии. Теплоэнергетическая система включает все оборудование и установки по производству, преобразованию и доставке конечным потребителям тепловой энергии. Соответственно, на тепловых электрических станциях различают электрическую часть, которая включает все электроэнергетическое оборудование, и тепловую часть, включающую все тепломеханическое оборудование.

В четвертой главе обращалось внимание на необходимость иметь в энергетической системе оптимальное соотношение количества электростанций как по типам, так и по установленной мощности. Это дикту-

ется требованиями обеспечить неравномерный график нагрузки энергосистемы при достаточном уровне надежности энергоснабжения и минимуме затрат. В ЭС должны быть мощные электростанции, работающие в базисной части графика нагрузки, и маневренные установки для покрытия пиковых нагрузок (рис. 4.7).

В будущем будут совершенствоваться элементы и технологии электрических станций, но сохранится главный принцип: энергию выгодно вырабатывать в больших количествах концентрированно, в мощных энергетических центрах, а затем передавать ее потребителям. Поэтому всегда будет стремление связывать электрические станции разных типов в крупные объединенные энергетические системы, а последние - в единую национальную энергетическую систему, в региональные и даже международные системы. Объединение электрических станций на со-

вместную параллельную работу дает большие экономические выгоды и энергосбережение. Такое объединение образует единую систему потребления энергии и характеризуется следующими преимуществами:

-суммарная максимальная мощность обобщенного графика нагрузки меньше, чем сумма максимальных мощностей отдель-

ных графиков из-за несовпадения максимальных мощностей отдельных потребителей во времени;

-плотность обобщенного графика нагрузки выше, чем графиков отдельных потребителей;

-повышается надежность энергоснабжения.

Врезультате снижается необходимая установленная мощность электростанций, более плотный график выгоден для тепловых и атомных электростанций, дает экономию топлива и повышает надежность, экономятся средства на установку резервной мощности и ее использование.

Вто же время, указанная закономерность не исключает необхо-

димости определенной степени децентрализации производства энергии и энергоснабжения, вызванной условиями энергосбережения.

Прежде всего это касается энергоснабжения малонаселенных сельских местностей с рассредоточенными маломощными потребителями на основе использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии (ветроустановки, биогенераторы, гелиоустановки и т. п.).

126 Основы знергосберез1сения

5. 5. У Ч Е Т Э Н Е Р Г О С Б Е Р Е Ж Е Н И Я П Р И П Л А Н И Р О В А Н И И Р А З В И Т И Я И У П Р А В Л Е Н И И Т Э К

Для стран, подобных Беларуси, не имеющих достаточно собственных энергоресурсов, как было показано во 2-ой и 3-ей главах, энергосбережение следует считать крупным потенциальным источником энергии. Но для его реализации необходим системный подход. В связи с этим дадим еще одно толкование энергосбережения, весьма важное с практической точки зрения.

Энергосбережение - это не простая совокупность отдельных мероприятий и кампаний, а сложная большая система процессов рационального энергоиспользования в единстве технологий, организации и поведения. Система энергосбережения, как представлено на схеме рис. 5.2, не менее, а может быть и более сложна, чем ТЭК, «вращена» во все его подсистемы и отрасли экономики и предполагает рациональное энергоиспользование во всей цепи - от добычи, транспорта ПЭР до конечного потребления подведенной энергии.

Такой взгляд на энергосбережение ясно обнаруживает необходимость его учета при планировании развития и управлении всеми отраслями экономики, ТЭК и его подсистемами. Решение этой проблемы требует разработки методов моделирования их взаимодействия с системой энергосбережения. Принципиально возможны два подхода к учету энергосбережения: в расходной и приходной частях ТЭБ [9].

Первый подход в некоторой мере осуществляется путем нормирования энергопотребления, т. е. установлением предельно допустимых объемов потребляемой энергии на единицу продукции, процесс, чело- -века. Для более полного учета энергосбережения в расходной части балансов необходимы пересмотр и развитие методов прогнозирования энергопотребления. Ввиду известных недостатков любой системы нормирования, особенно в условиях рынка, и трудностей прогнозирования целесообразность учета энергосбережения в расходной части представляется проблематичной и неэффективной.

Более соответствует теории и практике проектирования энергетических систем второй подход, который и составляет основу концепции

Рис. 5.2. Принципиальная схема, определяющая место энергосбережения в ТЭБ национальной экономики.

учета энергосбережения в задачах развития ТЭК, ег« подсистем и управления ими. Эта концепция включает в себя два основополагающих взгляда.

Согласно первому, энергоресурсосбережение для ресурсодефицитных районов, подобных Беларуси, рассматривается как крупный, по-

тенциальный, независимый источник энергии в приходной части топливно-энергетического баланса. Это позволяет считать энергосбережение полноправной альтернативой строительству новых топливных баз, средств транспорта, новых электростанций и сетей. При этом в большинстве случаев вложение средств в энергосбережение оказывается более целесообразным. Например, в США удельные затраты на строящиеся АЭС равны $3000 за установленный 1 кВт мощности, а программы энергосбережения обходятся менее чем в $350 в расчете на 1 кВт мощности в пиковой части графика нагрузки.

С другой стороны, энергосбережение рассматривается как отно-

сительно самостоятельная, большая, иерархическая, человеко-ма- шинная система, связанная со всеми отраслями экономики, включая подсистемы ТЭК, и с окружающей средой.

Увеличение потребности в электроэнергии в традиционных условиях развития энергетичес1сих систем может быть обеспечено за счет создания дополнительно новых топливных баз, генерирующих мощностей, подключения новых подстанщй, увеличения пропускной способности и протяженности линий электропередачи или ограничений потребителей энергии, особенно в условиях экономического и энергетического кризисов.

Принципиально возможно развитие энергетических систем за счет качественно и функционально нового использования уже имеющихся элементов и связей в энергосистеме, т. е. при сохранении ее структуры и реализации потенциала энергосбережения. Эту возможность также позволяет учесть описанная концепция.

Системный подход к учету энергосбережения при указанной концепции означает, прежде всего, процедуру выявления источников энергосбережения и оценку энергосберегающих потенциалов.

На всех стадиях технологии производства, преобразования первичных энергетических ресурсов, транспорта и конечного использования их энергетического потенциала происходят значительные потери энергии. Возможности сбережения имеются на каждой из стадий, во всех организациях и объектах.

Чтобы выявить источники энергосбережения и дать их количественную оценку, нужно сделать анализ приходной (источников топливно-энер- гетических ресурсов) и расходной (структуры энергопотребления) частей топливно-энергетического баланса организации, а также способов преобразования, передачи и распределения энергии. Для выявления источников энергосбережения в масштабе государства необходимо исследовать и проанализировать структуру ТЭР, технологии их передачи, распределения и потребления по отраслям национальной экономики.

Выявленные в результате этого анализа источники энергосбережения служат в качестве исходных данных для определения энергосберегающих потенциалов, которые, в свою очередь, служат исходными данными для определения параметров так называемых энергосберегающих эквивалентов.

Рассмотрим понятия энергосберегающих потенциалов и энергосберегающих эквивалентов.

Потенциал энергосбережения (энергосберегающий потенциал) -

это возможное снижение энергопотребления при выпуске одного и