Тема 4. Метод предельного энергосбережения (1 час)

План лекции:

Основные понятия и определения метода предельного энергосбережении.

Энергосберегающие источники энергии, энергосберегающие схемы.

Интенсивное энергосбережение.

Потенциал резерва интенсивного энергосбережения.

Концепции интенсивного энергосбережения.

Для того, чтобы охарактеризовать процесс производства, передачи или потребления энергии, оценить потенциал энергосбережения на различных объектах (установка, цех, предприятие, жилой район, регион, государство), обосновать правильность выбора энергосберегающих мероприятий применяются критерии энергетической эффективности.

Критерий – это некоторая, достаточно общая характеристика процесса, которую можно выразить в численной форме. Критерий должен обладать универсальностью. Например, критерий Рейнольдса, представляющий собой отношение сил инерции к силам вязкости в потоке жидкости, характеризует гидродинамические потери на трение а также теплообмен при течения различных жидкостей в потоках различной геометрии при различных температурах, давлениях и т.д.

Когда мы имеем дело с энергией, мы должны рассматривать различные физические процессы ее выработку, преобразование, хранение, передачу на различные расстояния и наконец, потребление. Применяемые на практике виды энергии – тепловая, электрическая, механическая – отличаются по своим свойствам. Физические процессы производства и потребления энергии также очень многообразны: это сжигание топлива, плавление, термическая обработка металлов, различные способы обогрева зданий, выпаривание, сушка, перегонка, ректификация и многие другие.

Очевидно, что для описания всего этого многообразия процессов придется использовать не один, а много различных критериев. Отметим, что если рассматривать деятельность человека в целом, то наибольшие нерациональные потери энергии наблюдаются при ее потреблении. При выработке и транспортировке потери энергии меньше. Именно потребление энергии, в промышленности, сельском хозяйстве, в быту и в общественной деятельности представляет главный резерв энергосбережения. Из этого следует, что наибольший интерес представляют критерии энергетической эффективности, связанные с потреблением энергоресурсов.

Определение показателя энергоэффективности дано в Законе «Об энергосбережении».

Показатель энергоэффективности – абсолютная или удельная величина потребления или потери энергетических ресурсов любого назначения, установленная государственными стандартами. Цель показателей эффективности использования энергии – установка ориентиров, к которым нужно стремиться, выявление слабых мест в расходовании энергии, определение резервов. Один из таких ориентиров – теоретически необходимое количество энергетических ресурсов для проведения того или иного процесса. Теоретически необходимые затраты тепловой энергии для получения механической энергии можно определить через термический КПД цикла Карно. Затраты тепла на нагрев детали перед термической обработкой вычисляются как произведение разности начальной и конечной температур на теплоемкость и массу материала детали. Затраты на плавление металла – как произведение удельной теплоты плавления на его массу и т.д.

Однако использовать этот ориентир на практике не всегда представляется возможным поскольку теоретические затраты энергии по разным причинам бывает трудно определить. Пример: В сушильной установке затраты тепла на сушку материала не могут быть всегда выражены только через теплоту парообразования. Известно, что существует энергия связей влаги и материала, которые может иметь различную физическую природу. Влага может удерживаться капиллярными силами, силами сорбции, могут возникать химические связи, как в кристаллогидратах и т.д. Тогда для удаления влаги до конечного состояния могут потребоваться дополнительные затраты энергии, количество которых зависит от вида материала, его первоначальной влажности и т.д. То же касается разделения в ректификационной установке многокомпонентной смеси, с неизвестными свойствами.

Тем не менее, поскольку теоретические затраты тепла на испарение влаги близки теоретическим затратам тепла на сушку их часто используют для характеристики эффективности процесса. Критерий часто не полностью отражает эффективность процесса использования энергии, а лишь дает информацию для его анализа.

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.

В итоге может быть построен алгоритм диагноза энергетической эффективности заданного объекта и сделан вывод о том, какие резервы энергосбережения имеет заданная технология.

Задание для СРС:

1. Структурная схема замкнутого теплотехнологического комплекса, технологическая схема.

2. Энергосберегающие теплотехнические принципы.

3. Общая постановка задачи интенсивного энергосбережения и методы ее решения.

4. Критерии энергетической оптимизации.

Список литературы: [1, 2, 4, 6, 8, 11, 12]