Интенсивное энергосбережение – методология энергосбережения, которая направлена на вскрытие полных резервов энергосбережения впромышленныхтеплотехнологиях и разработку мероприятий и оборудования, их реализующих.
Концепция интенсивного энергосбережения – это научно обоснованный взгляд на проблему энергосбережения, устанавливающий способы: объективного отражения масштаба и качества использования топливно-энергетических ресурсов в объекте энергетического анализа; выявление предельно полного состава энергосберегающих мероприятий; установления уровней предельно полного и практически возможного энергосберегающих эффектов; прогнозирования опорных признаков перспективных моделей энергоматериалосберегающих и экологически безопасных объектов будущего; стимулирования поисков энергосберегающей техники нового поколения; формирования программы конкретных мероприятий глубокой энергетической, технической и экологической модернизации действующих объектов.
Интенсивное энергосбережение подразумевает полную реконструкцию оборудования и введение новых принципов его работы, существенно сокращающих потребление энергии. (замена двигателей внутреннего сгорания в автомобилях на электродвигатели с питанием от солнечных элементов (электромобили)).
В настоящее время разработан методический подход к энергосбережению в технологических процессах и установках использующих тепловую энергию, состоящий в определении теоретически возможного уровня экономии энергии в рамках данной технологии, и наибольшего приближения существующего технологического процесса к и максимально достижимому уровню экономии энергии.
Наибольшее применение он получил для анализа технологических процессов в высокотемпературных установках (плавление, обжиг, получение проката и т.д.), однако он может быть применен и для других технологий.
Важным элементом данного подхода является анализ температурных режимов технологических процессов на основе построения их температурных и тепловых (энергетических) графиков. Последние представляют собой зависимости изменения температуры и количества преданной теплоты во времени в различных технологических операциях в рамках рассматриваемого технологического процесса.
В данном методическом подходе кроме обычно применяемых критериев используются специально введенные критерии энергетической эффективности, такие как: коэффициент использования резерва интенсивного энергосбережения, интегральный коэффициент полезного использования первичной энергии и т.д.
(Латипов С. Т. Интенсивное энергосбережение — стратегия для производственного комплекса // Молодой ученый. — 2017. — №16. — С. 189-190.)
Одним из научных направлений в области энергосбережения является: Концепция интенсивного энергосбережения — это научно-обоснованный взгляд на проблему энергосбережения в теплотехнологиях, устанавливающий способы: Объективного отражения масштаба и качества использования топливно-энергетических ресурсов в объекте энергетического анализа; Выявления предельно полного состава энергосберегающих мероприятий; Установления уровней предельно полного и практически возможного энергосберегающих эффектов; Прогнозирования опорных признаков перспективных моделей энергоматериалосберегающих и экологически безопасных объектов будущего; Стимулирования поиска энергосберегающей техники нового поколения; Формирования программы конкретных мероприятий глубокой энергетической, технической и экологической модернизации действующих теплотехнологических объектов (установок систем, комплексов) [1]. Концепция интенсивного энергосбережения может претендовать сегодня на место современной методологической базы разработки энергетических сценариев развития действующих и создания новых производственных систем, основанных на теплотехнологиях.
Интенсивное энергосбережение — главное звено в цепи ряда взаимосвязанных актуальных проблем теплотехнологии. Методология решения фундаментальных задач энергетики основана на базе и алгоритме поиска энергосберегающих решений. База поиска в себя включает: ‒ Объект: замкнутые теплотехнологические комплексы. ‒ Ориентир: «не достигнутое», а «принципиально возможное», формируемое в рамках термодинамически идеальной модели теплотехнологического объекта с энергетически идеальной технологией с экстремальным источником энергии и экстремальной тепловой схемой. ‒ Средства: предельно полный состав мероприятий интенсивного энергосбережения. ‒ Критерии: система показателей эффективности теплотехнологического объекта.
Алгоритм поиска включает в себя следующие ступени: 1) формирование технологической и структурной схемы действующего теплотехнологического объекта (ДТТО); 2) формирование системных границ ДТТО (границы замкнутого теплотехнологического комплекса ТТК); 3) построение температурного графика и расчет теплового (энергетического) графика теплотехнологии ДТТО; 4) иллюстрация тепловой схемы ДТТО; 5) формирование карты энергоматериалопотребления и определение энергоемкости технологии производства продукта в ДТТО; 6) расчет традиционных коэффициента полезного действия (КПД) ДТТО и коэффициента полезного использования (КПИ) энергии в ДТТО; 7) разработка на заданный продукт концептуальной модели ТТО — предвестницы термодинамически идеальной модели и качественного образа ТТО нового образца (в перспективе нового поколения), формируемого на базе совокупности мероприятий интенсивного энергосбережения, прогрессивных идей, современных достижений науки, техники и опыта в данной области;8) разработка схемы энергетически идеальной теплотехнологии (ЭИТТ) производства заданного продукта ТТО; 9) построение температурного и теплового (энергетического) графиков ЭИТТ; 10) определение теплового и общего коэффициента энергетической эффективности собственно технологии ДТТО; 11) расчет теоретических КПД и КПИ энергии для ДТТО; 12) разработка экстремальной тепловой схемы с экстремальным источником энергии для термодинамически-идеальной модели (ТДИМ) ТТО с энергетически идеальной теплотехнологией; 13) формирование карты энерго-материалопотребления и определение энергоемкости технологии «производства» продукта в ТДИМ ТТО; 14) расчет потенциала резерва интенсивного энергосбережения в ДТТО; 15) формирование технически реализуемой теплотехнологии ТТО; 16) построение температурного и теплового (энергетического) графиков теплотехнологии технически реализуемого ТТО; 17) разработка тепловой схемы и температурного графика технически реализуемой модели ТТО; 18) разработка теплотехнической схемы и принципиально конструктивных схем элементов технически реализуемой модели ТТО; 19) формирование принципиально конструктивной схемы технически реализуемого ТТО; 20) конструктивный расчет теплотехнологических агрегатов и компоновка технически реализуемого ТТО; 21) формирование карты энергоматериалопотербления и расчет энергоемкости технологии производства продукта в технически реализуемом ТТО; 22) расчет итоговых показателей технически реализуемого ТТО: ‒ тепловой и общий коэффициенты энергетической эффективности теплотехнологии; ‒ традиционные и теоретические КПД и КПИ энергии; ‒ потенциал резерва интенсивного энергосбережения; ‒ коэффициент использования резерва интенсивного энергосбережения. Таким образом, на основании достигнутых результатов видно, что интенсивное энергосбережение — является локомотивом (тягачом) общего (технологического, энергетического, экологического, технического) прогресса теплотехнологических систем и комплексов, в первую очередь, энергоемких отраслей промышленности.
(https://studopedia.ru/2_52264_kriterii-energeticheskoy-optimizatsii.html)
Критерии энергетической оптимизации:
1) Тепловой и материальный баланс.
2) Снижение энергоемкости производства в удельном или суммарном выражении.
3) Снижение энергетических потерь. Абсолютные потери – это разница между всей затраченной энергией и полезно израсходованной энергией. Относительные потери – это отношение абсолютных потерь ко всей затраченной энергии.
4) Снижение потерь активной энергии (эксергетический метод). Вся энергия может быть поделена на два вида: энергия первого вида может быть преобразована практически без потерь в любой другой вид энергии (пример – электрическая энергия), энергия второго вида преобразуется с неизбежными потерями, величина которых зависит от степени необратимости процесса.
5) Снижение потерь продукции и прочих материальных расходов и потерь.
6) Снижение экономических расходов и потерь, экономия финансовых средств.
7) Период окупаемости инвестиционного проекта – это период времени, по истечении которого доходы от реализации проекта становятся больше изначально вложенных в него средств и проект начинает приносить прибыль.
Материальный баланс. Масса затраченного сырья всех видов должна равняться массе продуктов, основных и побочных (включая загрязнения воздуха, воды).
Тепловой баланс. Количество произведенной и полученной энергии должно равняться количеству потраченной и отпущенной энергии, с учетом потерь.
Виды теплового баланса.
1) Тепловой баланс теплоэнергетического предприятия
2) Тепловой баланс промышленного предприятия.
3) Тепловой баланс объектов ЖКХ.
Критерии энергетической эффективности технологий.
Важнейшей предпосылкой повышенного внимания к проблеме энергосбережения в промышленных теплотехнологических установках, системах и комплексах является наличие для них объективной системы критериев энергетической эффективности, отражающих энергосберегающий эффект собственно технологии, качество (эффективность) использования топливно-энергетических ресурсов (относительную долю полезного их использования), потенциальный уровень возможной экономии ресурсов, энергосберегающий эффект отдельных мероприятий.
К числу таких критериев можно отнести:
1. тепловой КПД и коэффициент энергосбережения теплотехнологии;
2. систему КПД не только для теплотехнологических установок, но и для теплотехнологических систем и комплексов;
3. коэффициенты полезного использования первичной энергии (первичного топлива) в технологиях переработки исходных сырьевых материалов в расчете на конечный товарный продукт или на конечное использование последнего;
4. потенциалы резерва интенсивного энергосбережения теплотехнологических установок, систем, комплексов;
5. относительный коэффициент энергосбережения отдельных мероприятий (коэффициент использования резерва интенсивного энергосбережения).
(https://nashaucheba.ru/v40785/картавская_в.м.,_коваль_т.в._энергосбережение_в_теплоэнергетике?page=8)
Критерии энергетической оптимизации
Показатели использования энергетических ресурсов в технологических процессах и установках. Все энергетические процессы на промышленных предприятиях могут быть разделены на силовые, тепловые, электрохимические и электрофизические, освещение и передача информации (табл. 7.1).
Силовые – процессы, на которые расходуется механическая энергия, необходимая для привода стационарных и мобильных рабочих машин (привод насосов, компрессоров, вентиляторов, транспортного оборудования и др.).
Тепловые – процессы, расходующие теплоту различных потенциалов. Условно разделяются на высоко-, средне- и низкотемпературные и криогенные.
Высокотемпературные процессы осуществляются при температурах выше 773К (500оС): процессы производства стали, ферросплавов, стекла, цемента; выплавка чугуна, никеля; термообработка; нагрев под прокатку, ковку, штамповку; плавление металлов и др.
Среднетемпературные процессы осуществляются при температурах от 423 до 773К (150–500оС): процессы сушки, дистилляции, выпаривания, нагрева, мойки.
Низкотемпературные процессы проходят при температурах от 423 до 120К (150–(-150)оС): отопление, вентиляция, горячее водоснабжение, кондиционирование воздуха и др.
Процессы, проходящие при температурах ниже 120К, относятся к криогенным (разделение воздуха, сжижение и замораживание газов и др.).
Электрохимические и электрофизические процессы осуществляются при использовании электрической энергии. К ним относятся электролиз для получения алюминия, магния и др., фотохимические реакции, ионизирующие излучения и т.п.
Большинство энергетических процессов на промышленных предприятиях может быть осуществлено за счет различных энергоносителей. Возможные в различных процессах энергоносители и примерная структура энергоносителя приведена в таб.
В перспективе ожидается некоторое повышение доли силовых процессов при снижении доли высокотемпературных, что определяется быстрым развитием транспорта (особенно трубопроводного и воздушного), орошения, мобильных сельскохозяйственных механизмов, механизации вспомогательных технологических процессов. В структуре энергоносителей ожидается повышение роли электроэнергии и теплоты при снижении количества топлива, непосредственно используемого в технологических процессах.
Энергетические ресурсы могут использоваться в качестве источника энергии в энергетических установках и процессах – энергетическое использование, в качестве сырья и материалов – неэнергетическое использование, а также одновременно в качестве сырья и источника энергии или для производства нескольких видов энергии – комплексоне использование.
Рассмотрим энергетическое и комплексное использование энергетических ресурсов.
Структура энергопотребления промышленности отличается от структуры по стране в целом, а внутри промышленности – по отраслям и предприятиям (объединениям). В металлургии и промышленности строительных материалов около половины энергопотребления покрывается непосредственным использованием топлива.
В химической промышленности преобладает использование пара и горячей воды (около 50%), затем следует непосредственное использование топлива (около 36%). В легкой и пищевой отраслях промышленности ведущие энергоносители пар и горячая вода, использование которых составляет 44–57% общего энергопотребления.
Выбор экономически целесообразного вида энергоносителей и их рациональной структуры зависит от условий конкретного производства и устанавливается специальными технико-экономическими расчетами.
Для характеристики использования энергетических ресурсов в технологических процессах используется энергетический КПД – отношение всего количества энергии, полученной от этого процесса (или полезно использованного), к количеству подведенной энергии.
По возможности устранения потерь они могут быть классифицированы как неизбежные (или собственные) и технические.
При этом неизбежные (собственные) – потери, которые при данном принципе организации процесса не могут быть устранены или снижены без радикального изменения самого процесса.
Технические – потери, уменьшение или устранение которых технически возможно при данном принципе организации процесса. В них могут быть выделены потери, устранения которых в данных условиях экономически целесообразно. Это связано с определенными капиталовложениями и требует соизмерения дополнительных капитальных затрат и экономии энергоресурсов с целью определения оптимального технического решения и соответствующего ему оптимального КПД.
Важное значение для повышения степени использования энергетических ресурсов и защиты окружающей среды имеет создание безотходных и малоотходных технологий и производств. Безотходность и малоотходность состоит в комплексной переработке сырья и технологических энергетических ресурсов и использованием всех их составляющих и экономичном расходовании ТЭР в сочетании с эффективной защитой биосферы от производственных загрязнений.
Такие производства могут реформироваться на основе технологических процессов промышленных предприятий, имеющих замкнутые циклы (например, регенерация слабонагретых сточных вод с использованием теплоты и содержащихся в них солей) и не создающих или имеющих небольшие отходы; промышленных комплексов, включающих взаимодополняющие предприятия и обеспечивающих полное (или почти полное) использование материальных потоков.
Экономически оправданная безотходность промышленного производства должна устанавливаться на базе комплексного учета стоимостных, натуральных и социальных факторов. Технико-экономические показатели безотходности обеспечивают ценностную оценку степени использования сырьевых и топливно-энергетических ресурсов. В основу оценки положены затраты труда на производство потребляемых ресурсов по всей технологической цепочке – от добычи сырья (топлива) до получения и использования технологических продуктов.
Для характеристики степени безотходности могут быть рекомендованы следующие показатели, отражающие технико-экономический, материальный и экологический агенты:
Частный показатель технико-экономической безотходности.
Суммарный показатель технико-экономической безотходности.
Если рассматривают только энергоресурсы, то получают суммарный энергоэкономический показатель безотходности.
Материальные показатели безотходности получают при учете лишь степени использования сырьевых и топливно-энергетических ресурсов (без учета их ценности).
Частный материальный показатель безотходности
Суммарный материальный показатель безотходности
Численные значения показателей безотходности? 1. Их оптимальные значения применительно к отдельным агрегатам, процессам или предприятиям в целом определяются на основе методики технико-экономических расчетов.
Экологические показатели безотходности учитывают соотношения значений концентраций фактически выведенных в биосферу вредных веществ и ПДК или повышение средней температуры водоема и температуры над допустимой по санитарным условиям.
Анализ выше указанных коэффициентов безотходности позволяет выявить необходимость разработки мероприятий для достижения их рациональных значений, обоснованных с технической, экономической, социальной и природоохранной сторон.