Методы расчета потребности в энергоресурсах

Промышленная энергетика, являясь неотъемлемой частью топливно-энергетического комплекса, призвана выполнять свою специфическую энер­гетическую целевую функцию.

Целевая функция энергетики - это бесперебойное снабжение потребите­лей (своих, промышленных) энергией в нужном количестве, должного каче­ства, с максимальной экономичностью, в интересах трудового коллектива и собственника.

Тогда целевая функция промышленной энергетики, отвечая требованиям и производства, и энергетики, должна агрегировать в себе производственные и энергетические задачи, и ее можно сформулировать так: целевая функция промышленной энергетики - это обеспечение выпуска нужной продукции в запланированном объеме, определенного качества путем бесперебойного снабжения потребителей энергией в нужном количестве при минимуме мате­риальных, энергетических, трудовых и денежных затрат в интересах трудово­го коллектива и собственника.

Целевая функция имеет следующие подцели:

· обеспечение выпуска нужной (рынку) продукции;

· обеспечение выпуска продукции в запланированном объеме;

· способствование производству продукции определенного качества;

· бесперебойное снабжение промышленных потребителей энергией;

· обеспечение производства и передачи энергии в нужных объемах, т. е. сбалансированность энергоснабжения;

· соблюдение требуемого качества энергии и порядка (графиков) энерго­снабжения;

· обеспечение достижения минимальных затрат основных материалов на предприятии;

· достижение минимальных трудовых затрат или повышение производи­тельности труда работников основного и вспомогательного (обеспечи­вающего и обслуживающего) производств;

· обеспечение максимальной энергетической экономичности производст­венных процессов на предприятии. Экономное, бережное расходование сырья и основных материалов сопряжено, как правило, с повышенными затратами энергии. Так, в химической, нефтехимической и некоторых других отраслях существуют так называемые «технологические хво­сты»: отходы производства можно просто выбросить, а можно переработать, извлекая из них полезные компоненты. Такая вторичная перера­ботка требует значительных расходов топлива и энергии и с этой точки зрения не всегда экономически оправдана. Для ее обоснованности тре­буется технико-экономический расчет. Одним словом, нельзя эконо­мить все сразу - и материалы, и труд, и энергию, и деньги. Следует про­верять экономикой целесообразность экономии в одном при увеличении потребления в другом;

· соблюдение интересов трудового коллектива и собственника как ре­зультат успешной производственно-хозяйственной деятельности. Все подцели составляют существо производственно-экономической дея­тельности энергохозяйства, возглавляемого энергослужбой. Наиболее из них значительными, сложными, ответственными и специфически энергетически­ми являются бесперебойность и сбалансированность энергоснабжения произ­водственных потребителей, а также забота об экономичности потребления и использования энергии на предприятии.

Производственное потребление энергии в промышленности относится к различным процессам, установкам и аппаратам основного и вспомогательных (обеспечивающих и обслуживающих) производств, к обеспечению энергией санитарно-технических систем - отопления, приточной и вытяжной вентиля­ции, кондиционирования воздуха, освещения. Кроме того, энергия на пред­приятиях расходуется также на непроизводственные нужды - в непроизводст­венных, административных, социального назначения, коммунально-бытовых зданиях и сооружениях, на освещение территорий и т. п. Иногда энергетики предприятий обеспечивают энергией заводские поселки со всей их комму­нальной инфраструктурой - учреждениями, торговыми, коммунальными и другими предприятиями.

Основными потребителями - по важности и ответственности задач и по объемам энергозатрат - являются технологические производственные процес­сы и установки, которые следует рассмотреть более подробно, с точки зрения их энергетических особенностей.

Для реализации подцели сбалансированности энергоснабжения энерге­тики предприятия должны планировать свою работу, причем это планирова­ние в основном соответствует по своему содержанию плановой работе на лю­бом энергетическом объекте. При этом особенно ярко проявляется энергети­ческая специфика, когда, во-первых, необходимо рассчитывать на перспекти­ву два показателя — годовую потребность и максимальные нагрузки, в том числе по часам суток, дням недели, сезонам года. И, во-вторых, эти цифры могут быть только ориентировочными, расчетными, на них нельзя жестко строить производственно-хозяйственную деятельность, поскольку должно быть произведено ровно столько, сколько будет потребляться подразделения­ми предприятия. Иными словами, по выполнению или невыполнению плано­вых заданий нельзя судить о хорошей или плохой работе энергетиков.

Так, в коммунальной энергетике имеют место парадоксальные случаи. В районных отопительных котельных, (тепловых станциях) планируются объе­мы производства и отпуска тепловой энергии потребителям. Весной, когда температура наружного воздуха иногда приближается к плюс 30⁰С, котель­ные продолжают работу, поскольку, оказывается, они еще не выполнили го­довой план. При этом еще нелепее выглядит то обстоятельство, что о выпол­нении плана судят не по количеству выработанного тепла (нет расходоме­ров!), а по количеству сожженного топлива. Получается, что фактически здесь планируется не объем производства энергии, а объем сжигания газа!

Для балансирования возможного изменения нагрузок и объемов в энер­гохозяйстве всегда должны иметься энергетические резервы, по мощности и по объемам. На практике это требует наличия резервов мощности электриче­ских трансформаторов на приемных (понизительных) подстанциях, резервов производительности производственно-отопительных котельных, компрессор­ных, холодильных и других станций, резервов топлива на складах (твердого и жидкого) и т.п.

Расчетное количество энергетических ресурсов, которое требуется пред­приятию, определяется с помощью методов планирования. Величина произ­водственного потребления планируется, как правило, нормативным методом, нагрузки и объемы энергопотребления на санитарно-технические нужды - ме­тодом аналогии, по данным прошлых периодов или расчетным путем с кор­рективами на прогнозируемые погодные (температурные) условия отопитель­ного сезона.

Для расчета производственного потребления (Э_Σ ед. энергии / год) необ­ходимо знать плановый объем производства по всем видам продукции (Π_i, ед. продукции / год) и соответствующие нормы энергозатрат по каждому i-ому виду продукции и по каждому j-тому виду потребляемых энергетических ре­сурсов (b_ij, ед. энергии на ед. продукции):

Э_Σ = ΣΣΠ_ib_ij

^{i j}

Однако часто на предприятиях и в практике проектных расчетов годовое энергопотребление вычисляется по максимальным часовым нагрузкам в тече­ние года (Р_р, ед. мощности или производительности) и по времени работы – календарному (τ_кал, ч) или фактическому (τ_Ф, ч). Нагрузки определяются по установленной мощности энергоприемников технологического оборудования (N_y, ед. мощности или производительности) и. коэффициентам его загрузки (к_З) или использования (к_ИСП):

N_y = P_Pk_з

Тогда годовое энергопотребление (по каждому виду энергии или энерго­носителя) может рассчитываться (ед. энергии / год):

Э_год = ΣN_yk_зτ_ф

или

Э_год = ΣN_yk_испτ_исп

Следует четко различать принципиально важные показатели: коэффици­ент загрузки к₃, коэффициент использования k_ИСI1, а также коэффициент вклю­чения к_В = τ_ф/τ_кал (соотношение фактически затраченного и календарного времени). На практике нередко коэффициент загрузки называют коэффициен­том использования и наоборот. Соответственно и расчеты при подмене одного коэффициента другим неточны.

Из вышеприведенных формул следует, что коэффициент загрузки явля­ется показателем использования мощности (производительности) энергообо­рудования, отношением рабочей (фактически развиваемой) мощности энергетического оборудования к установленной, паспортной:

Коэффициент использования является интегрирующим показателем:

k_исп = k_зk_ф

и показывает соотношение фактического годового энергопотребления к воз­можному:

где ΣN_y τ_кал - количество энергии, которое могло бы быть потреблено за год, если бы оборудование работало весь календарный фонд времени (τ_кал) с мак­симальной загрузкой по установленной мощности (ΣN_У).

Потребление электроэнергии на цели освещения (W_осв, кВтч / год) рас­считывается по нормам освещенности (f_осв, Вт/м или кВт/м²), по размерам освещаемых производственных площадей (S_осв, м²) или по суммарной мощно­сти светильников (Р_осв, кВт), умножаемой на время работы осветительных приборов (зависит от сезонности, продолжительности естественной освещен­ности - Т_осв, ч/год):

Аналогично последней формуле рассчитывается потребность в электроэнергии для привода оборудования в системах вытяжной и приточной венти­ляции (кВтч / год):

Потребление тепловой энергии на санитарно-технические нужды (Q^год, Гкал / год) - на отопление (о), приточную вентиляцию (в), кондиционирова­ние воздуха (к), санитарно-гигиеническое горячее водоснабжение (гв) - опре­деляется исходя из среднегодовых устоявшихся нагрузок (Q_cp^час), известных .за прошлые периоды, и времени работы этих систем (связанного с продолжи­тельностью отопительного сезона - Т_ос):

Кондиционирование воздуха осуществляется только летом, вне отопи­тельного сезона (Т_кал - Т_ос, где T_кал - календарный фонд времени) (Гкал / год):

Время работы систем санитарно-гигиенического горячего водоснабжения связано со сменностью работы предприятия или, для коммунальных нагрузок, с сезонностью потребления Т_гв (Гкал / год):

В проектной работе, а также нередко и на действующих предприятиях годовое теплопотребление на сантехнужды рассчитывается по тепловым ха­рактеристикам отапливаемых помещений(q, ккал / [ч м³ °С]), объему этих помещений (V, м³), температурам и соответствующему числу часов использо­вания максимума нагрузки (h, ч/год) (Гкал / год):