Энергетика и окружающая среда

Основные проблемы

1. Парниковый эффект (парниковые газы: СО₂ и метан). Повышение уровня Мирового океана, таяние ледников в горах и на полярных шапках.

2. При добыче топлива для энергетики происходит загрязнение атмосферы, гидросферы, недр, изменение ландшафтов, карстовые процессы.

3. Загрязнение атмосферы при сжигании топлива, кислотные дожди (оксиды серы и азота с водяными парами).

3. Затопление земель при строительстве ГЭС, изменение речных экосистем.

4. Радиоактивное загрязнение окружающей среды при авариях на АЭС, утилизации отработанного топлива, при сжигании угля (в шлаках).

6. Тепловое загрязнение окр.среды. (сброс теплых вод).

3. ВИДЫ, СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ЭНЕРГИИ

3.1. Виды и назначение энергии

Энергия - всеобщая основа природных явлений, базис культуры и всей деятельности человека. В то же время под энергией понимается количественная оценка различных форм движения материи, которые могут превращаться одна в другую. Существует много видов энергии, в частности, кинетическая энергия, потенциальная энергия гравитации, электрическая и электромагнитная энергия, ядерная энергия, химическая энергия, механическая энергия и т.д.

В Международной системе единиц СИ в качестве единицы измерения энергии принят джоуль. 1 Дж эквивалентен 1 ньютон * метр (Нм). Если расчеты связаны с теплотой, биологической, электрической и многими другими видами энергии, то в качестве единицы энергии применяется калория (кал) или килокалория (ккал).

1 кал = 4,18 Дж.

Для измерения электрической энергии пользуются такой единицей, как Ватт·час (Вт·ч, кВт·ч, МВт·ч)

1 Вт·ч = 3,6 МДж.

Энергия, непосредственно извлекаемая в природе (энергия топлива, воды, ветра, тепловая энергия Земли, ядерная), называется первичной. Энергия, получаемая человеком после преобразования первичной энергии на специальных установках - станциях, называется вторичной (электрическая энергия, энергия пара, горячей воды и т.д.).

Потребление энергии необходимого вида и снабжение ею потребителей происходит в процессе энергетического производства, в котором можно выделить пять стадий.

1. Получение и концентрация энергетических ресурсов: добыча и обогащение топлива, концентрация напора воды с помощью гидротехнических сооружений и т.д.

2. Передача энергетических ресурсов к установкам, преобразующим энергию; она осуществляется перевозками по суше и воде или перекачкой по трубопроводам воды, нефти, газа и т.д.

3. Преобразование первичной энергии во вторичную, имеющую наиболее удобную для распределения и потребления в данных условиях форму (обычно в электрическую и тепловую энергию).

4. Передача и распределение преобразованной энергии.

5. Потребление энергии, осуществляемое как в той форме, в которой она доставлена потребителю, так и в преобразованной.

Если общую энергию применяемых первичных энергоресурсов принять за 100%, то полезно используемая энергия составит только 35-40%, остальная часть теряется, причем большая часть - в виде теплоты.

Энергия играет решающую роль в развитии человеческой цивилизации. Существует тесная взаимосвязь между расходом энергии и объемом выпускаемой продукции.

4. УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕМ.

Понятие и функции энергетического менеджмента

Энергосбережение означает: переход к энергоэффективным технологиям во всех отраслях экономики, включая топливно-энергетический комплекс; энергоемкие отрасли промышленности; коммунально-бытовой сектор; сельское хозяйство и электрифицированный транспорт; рациональное использование энергии во всех звеньях получения, преобразования и распределения — от добычи первичных энергоресурсов до потребления всех видов энергии конечными пользователями. Пути решения этой проблемы включают в себя: эффективные технологии производства, передачи, распределения и потребления энергии, максимальное использование возобновляемых источников энергии; внедрение новых технологий и оборудования, обеспечивающих снижение удельного расхода топлива, тепловой и электрической энергии; совершенствование и модернизацию существующего оборудования; широкое использование всех вторичных энергетических ресурсов; замену дорогих видов топлива на более дешевые (включая также переход на местные виды топлива) и т.д.

При этом проблема энергосбережения не может быть решена только чисто техническими средствами. Для ее осуществления необходимо наличие системы управления получением и доставкой энергии потребителям, а также потреблением энергии различными потребителями. Эти управленческие задачи и призван решать энергетический менеджмент.

Энергетический менеджмент — это совокупность организационных и технических мероприятий, направленных на повышение эффективности использования топливно-энергетических ресурсов.

Основная задача энергетического менеджмента — проведение комплексного анализа энергопотребления и его изменения в зависимости от проводимых энергосберегающих мероприятий, включая учет, контроль и, в конечном итоге, минимизацию топливно-энергетических ресурсов.

Являясь частью общего менеджмента, энергетический менеджмент повторяет его иерархическую структуру. Так, различают энергетический менеджмент макроуровня и энергетический менеджмент микроуровня. Энергетический менеджмент макроуровня включает управление рациональным использованием топливно-энергетических ресурсов на межгосударственном, внутригосударственном, областном, районном, городском, отраслевом уровнях. Энергетическому менеджменту микроуровня соответствует управление на уровне предприятия, учреждения.

Цели энергетического менеджмента:

- целью межгосударственного энергетического менеджмента является сохранение и рациональное использование мировых запасов энергетических ресурсов, поиск новых источников и форм энергии, сохранение окружающей среды;

- цель внутригосударственного энергетического менеджмента — обеспечение энергетической независимости и безопасности; для стран СНГ - переход от энергозатратной к энергоэффективной экономике;

- цель областного, районного, городского энергетического менеджмента - добиться минимального потребления топливно-энергетических ресурсов при обеспечении качества
функционирования хозяйства и комфортных условий жизни населения соответствующих регионов;

- цель отраслевого энергетического менеджмента - повысить производительность предприятий отрасли, не увеличивая при этом потребления топливно-энергетических
ресурсов;

- целью энергетического менеджмента предприятия является снижение энергетической составляющей в общей структуре затрат предприятия и, следовательно, обеспечение конкурентоспособности выпускаемой продукции на внутреннем и внешнем рынках.

Функции энергетического менеджмента включают в себя:

- взаимодействие с предприятиями - производителями энергии;

- взаимодействие с энергоснабжающими организациями;

- обработку информации об энергопотреблении по отдельным подразделениям;

- подготовку предложений по энергосбережению;

- запуск и управление энергосберегающими проектами;

- работу с руководством и сотрудниками хозяйствующего субъекта по вопросам энергопотребления.

Достаточно широкий диапазон выполняемых функций диктует необходимость максимального приближения энергетического менеджмента к руководству субъекта хозяйствования и динамичного взаимодействия с ним. В противном случае энергетический менеджмент будет малоэффективным и не сможет обеспечить заданную цель — снижение потребления топливно-энергетических ресурсов.

Энергосберегающие мероприятия выполняются по следующим направлениям:

- составление энергетического баланса;

- энергетическое обследование (аудит);

- мониторинг и планирование энергосберегающих мероприятий.

Эффективность любого энергосберегающего мероприятия может быть успешно достигнута только при условии технической грамотности персонала предприятия.

Порядок проведения энергосберегающих мероприятий определяется Законом Республики Беларусь «Об энергосбережении» (15 июня 1998 года), а также устанавливается Правительством Республики Беларусь.

Согласно Закону «Об энергосбережении» основными принципами государственного управления в области энергосбережения являются:

- осуществление государственного надзора за рациональным использованием субъектами хозяйствования топливно-энергетических ресурсов;

- разработка программ энергосбережения различного уровня (государственных и межгосударственных, республиканских, отраслевых, региональных) и их финансирование;

- разработка нормативных документов по снижению энергоемкости производства, сферы услуг и быта;

- создание системы финансово-экономических механизмов, обеспечивающих экономическую заинтересованность производителей и пользователей энергоресурсов в эффективном использовании топливно-энергетических ресурсов, вовлечении в топливно-энергетический баланс нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, а также в инвестировании средств в энергосберегающие мероприятия;

- повышение уровня использования местных топливно-энергетических ресурсов;

- осуществление государственной экспертизы энергетической эффективности проектных решений;

- создание и внедрение экологически чистых и безопасных энергетических технологий, обеспечение безопасного для населения состояния окружающей среды в процессе использования топливно-энергетических ресурсов;

- реализация демонстрационных проектов высокой энергетической эффективности;

- информационное обеспечение деятельности по энергосбережению и пропаганда передового отечественного и зарубежного опыта в области энергосбережения;

- обучение производственного персонала и населения методам экономии топлива и энергии.

Государство осуществляет научно-техническое обеспечение субъектов хозяйствования в рамках государственных и межгосударственных научно- технических программ, а также инновационных проектов в области энергосбережения.

Энергетический баланс предприятия

Энергетический баланс промышленного предприятия является наиболее важной характеристикой энергетического хозяйства предприятия. Энергетический баланс показывает соответствие, с одной стороны, суммарной подведенной энергии и, с другой, суммарной полезно используемой энергии и ее потерь. При составлении баланса рассматриваются все виды потребляемой на предприятии энергии: электроэнергия, газ, мазут, вода, пар и т.п. Потребление энергии на все цели на каждом участке предприятия измеряется количественно, кроме того, оцениваются и потери энергии.

Составление баланса производится на основе данных о фактическом потреблении энергии на конкретных участках данного предприятия (двигатели, электрооборудование, освещение и т.д.). Для получения такой информации используются специальные приборы - счетчики электроэнергии, газа, пара, воды и пр.

Изучение энергетических балансов дает возможность установить фактическое состояние использования энергии как на отдельных участках предприятия, так и на предприятии в целом. Энергетический баланс позволяет сделать выводы об эффективности работы предприятия. После закрытия баланса должны быть выявлены точки, участки на предприятии, где можно сэкономить энергию.

В зависимости от вида и количества энергоносителей баланс может быть частным, составленным только для одного энергоносителя, либо сводным энергетическим балансом, составленным по суммарному потреблению всех используемых на предприятии энергетических ресурсов. При составлении частных энергетических балансов количественное измерение энергоносителей производится в джоулях (Дж, МДж, ГДж), киловатт-часах (кВт-ч), тоннах условного топлива (т у.т.). При составлении сводного энергетического баланса измерение различных энергоресурсов и энергоносителей производится в тоннах условного топлива.

В зависимости от назначения энергетические балансы могут характеризоваться следующими показателями:

- расчетным периодом (отчетные балансы по фактическим данным за прошлый период; плановые - на ближайший планируемый период с учетом заданий по снижению затрат энергии; проектные, составляемые при проектировании объекта и т.д.);

- стадией энергетического потока (производство, преобразование, распределение, конечное использование энергетических ресурсов);

- видом энергоносителя (например, частные энергобалансы по отдельным видам потребляемых энергоносителей, сводные энергобалансы по суммарному потреблению энергии).

Для составления и анализа энергетического баланса предприятия исходная информация может быть представлена в виде следующих данных:

- общей производственной и энергетической характеристики предприятия (объемы и номенклатура выпускаемой продукции, ее себестоимость с выделением энергетической составляющей и т.п.);

- описания схемы материальных и энергетических потоков;

- перечня и характеристик основного энергоиспользующего оборудования;

- данных о расходах энергоносителей;

- данных о работах по рациональному использованию энергии на предприятии.

Схема материальных и энергетических потоков сопровождается описанием видов и параметров энергоносителей, состояния использования вторичных энергетических ресурсов, системы учета и контроля расхода энергии и энергоносителей.

Анализ энергетического баланса состоит в качественной и количественной оценке состояния энергетического хозяйства предприятия.

Анализ использования энергоносителей может быть произведен путем сравнения фактических показателей с нормативными, фактическими за предыдущий период; перспективными, аналогичными на других предприятиях. При этом сравнение показателей должно проводиться с учетом условий сопоставимости (при одинаковых объемах производства, составе и качестве продукции и т.п.).

Эффективность использования энергии в установке можно характеризовать коэффициентом полезного действия (КПД), который определяется по формуле:

η = Эпол / Эподв, (1)

где Эпол - количество полезно использованной энергии,

Эподв - количество подведенной энергии.

При оценке эффективности использования энергоресурсов на предприятии суммируются как количество использованной, так и количество подведенной энергии на всех установках для различных видов энергоносителей.

В результате изучения энергетического баланса производится оценка такого важного показателя эффективности энергоиспользования, как удельный расход энергии на производство продукции.

Энергетический аудит

Энергетический аудит — это обследование предприятия с целью сбора информации об источниках энергии и ее удельном потреблении на единицу выпускаемой продукции. Энергетический аудит является основным инструментом энергетического менеджмента.

Обязательному энергетическому обследованию (обязательному энергоаудиту) подлежат юридические лица с годовым потреблением топливно-энергетических ресурсов 1,5 тысячи тонн условного топлива и более.

Цели энергетического аудита:

- определение форм используемой энергии;

- изучение потребления энергии, сбор данных по затратам энергии;

- проверка текущей информации по энергетике и исследование рабочих процессов и операций;

- определение структуры тарифов на электроэнергию;

- разработка и совершенствование методики выполнения записи расхода энергии;

- определение потребления энергии на единицу выпускаемой продукции (удельного потребления энергии);

- определение потенциальных зон производства, где имеются наиболее существенные потери энергии;

- разработка мероприятий по сокращению потребления энергии.

В соответствии с Законом Республики Беларусь «Об энергосбережении» обязательному энергетическому обследованию подлежат предприятия с годовым потреблением топливно-энергетических ресурсов более 1,5 тысяч тонн условного топлива.

По результатам энергетического обследования производится оценка эффективности использования предприятиями энергетических ресурсов (твердого топлива, нефти, газа, электрической и тепловой энергии и т.п.). На основании выявленных нарушений в использовании топливно-энергетических ресурсов готовятся предложения об имеющихся резервах экономии энергоресурсов, а также предлагаются технические и организационные энергосберегающие мероприятия.

Рекомендации по энергосбережению и рациональному использованию энергетических ресурсов не должны ухудшать экологические характеристики оборудования и технологических процессов, безопасность и комфортность работающего персонала, качество продукции.

Уровни энергетического аудита:

- предварительный аудит;

- подробный аудит.

Предварительный аудит заключается в записи и анализе потребления энергии определенным участком производства за установленный временной период. Для предварительного аудита собираются либо уже имеющиеся данные, либо данные, полученные самыми простыми замерами. Основная цель предварительного аудита - преобразовать эти данные в полезную для использования информацию. Такое преобразование дает представление о текущем энергопотреблении. Аудит может быть выполнен быстрым осмотром оборудования, системы энергоснабжения и счетов на топливо. Визуальный осмотр проводится с целью определения возможностей экономии энергии и установления необходимости в более подробном анализе. По результатам предварительного аудита составляется программа проведения подробного энергетического аудита, согласованная с руководством предприятия. В зависимости от сложности предприятия на эту стадию аудита может потребоваться 1-3 дня.

Подробный аудит заключается в сборе и записи полной информации о потребляемой энергии на каждом участке производства за каждый временной период с расчетами энергетических балансов и показателей энергетической эффективности. Для проведения подробного аудита используются резервные портативные контрольно-измерительные приборы. Продолжительность проведения подробного аудита может составлять недели, а иногда и месяцы.

На всем протяжении энергетического обследования происходит сбор информации в соответствии с разработанной программой. Для восполнения отсутствующей информации, необходимой для оценки эффективности использования энергии, применяется так называемое инструментальное обследование. Инструментальное обследование применяется также и в тех случаях, когда имеющаяся информация вызывает сомнения в достоверности.

Проведению подробного энергетического аудита предшествует энергетический осмотр. При предварительном энергетическом осмотре устанавливаются места с наиболее очевидными потерями энергии, такие, как:

- потери топлива;

- утечки пара;

- открытые горячие участки поверхностей, нуждающихся в теплоизоляции;

- нерегулируемые горелки;

- высокая температура газа на выходе;

- работа оборудования вхолостую;

- утечка сжатого воздуха, утечка газа;

- отходы продукции;

- ненужная транспортировка материала;

- частые остановы производства;

- ненужные установки понижения давления;

- неисправные контрольные приборы;

- закупоренные фильтры воздуходувок/компрессоров;

- грязь на рабочих местах;

- утечка конденсата;

- утечка воды;

- чрезмерная освещенность;

- излишнее кондиционирование/нагревание воздуха.

Чтобы облегчить работу по обследованию, обычно заранее подготавливают соответствующие формы по энергетическому осмотру, в которых должна быть отражена вся необходимая информация. Затем при обследовании в подготовленные формы производится запись информации.

Объектами энергетического аудита являются:

1. Паровые системы.

2. Система сжатого воздуха

3. Водоснабжение.

4. Котельные установки.

5. Печи.

6. Бойлеры и теплообменники.

7. Система кондиционирования воздуха, отопление и вентиляция.

8. Освещение.

9. Электрооборудование.

10. Здания.

Процесс энергетического обследования должен включать следующие этапы:

1. Разработку технической программы.

2. Проведение энергетического обследования в рамках технической программы.

З. Обработку и анализ результатов обследования.

4. Разработку мероприятий по сбережению топливно-энергетических ресурсов.

5. Составление энергетического паспорта.

При выработке рекомендаций по повышению эффективности использования топливно-энергетических ресурсов необходимо учитывать, что проведение энергосберегающих мероприятий неизбежно связано с дополнительными затратами. Поэтому экономический эффект энергосберегающего мероприятия определяется выражением

Ээ = ∆Ээ - ∆Эз, (2)

где ∆Ээ - снижение затрат, которое достигается в результате экономии энергии после проведения энергосберегающего мероприятия;

∆Эз - дополнительные затраты, связанные с проведением энергосберегающего мероприятия. Например, в ∆Эз могут входить расходы на установку приборов учета энергии, эксплуатационные расходы на обслуживание этих приборов и т.п.

Очевидно, что энергосберегающее мероприятие экономически целесообразно при Ээ > 0.