Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Трушаков Р.В. 1 Бобков В.И. 1

---

1 Филиал ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»

В статье исследуются особенности оценки энергетической эффективности на примере промышленного предприятия. Получены объективные данные по энергетическому обследованию предприятия промышленности об объемах потребляемых энергетических ресурсов. Выявлены факторы энергетической эффективности, предусмотренные программой энергосбережения в 2020–2021 гг. На 2022–2025 гг. представлена программа энергосбережения и увеличения энергетической эффективности объектов энергопотребления. Представлены объективные научно обоснованные показатели объемов потребляемых энергоресурсов. Выявлен потенциал в энергосбережении и увеличении энергетической эффективности, с учётом потребления электрической энергии и природного газа. По реализации энергосберегающих мероприятий, согласованных с оценкой повышения энергоресурсоэффективности, рассчитана максимальная годовая экономия, в том числе экономия за счет снижения объемов ремонтных работ и уменьшения затрат на заработную плату. Разработан и научно обоснован список процедур, направленных на повышение энергетической эффективности и энергосбережение, представлена оценка стоимости предложенных процедур. По итогам энергообследования выявлен энергосберегающий потенциал при внедрении предложенных мероприятий, в том числе по электрической энергии, по природному газу, а также в части потребления воды. Научно обоснована максимальная годовая экономия, в том числе экономия за счет снижения объемов ремонтных работ и уменьшения затрат на заработную плату. Предложены энергосберегающие мероприятия, повышающие энергетическую эффективность, представлена оценка стоимости предлагаемых мероприятий.

Статья в формате PDF

296 KB

энергия

энергоэффективность

энергосбережение

рабочее место

организация производства

мониторинг

топливно-энергетические ресурсы

1. Государственный доклад о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации [Электронный ресурс]. URL: https://www.economy.gov.ru/material/dokumenty/gosudarstvennyy_doklad_po_energoeffektivnosti_html (дата обращения: 28.02.2022).

2. Бобков В.И., Мищенко М.Н. Повышение энергоэффективности химико-энерготехнологической системы фосфорного производства // Энергобезопасность и энергосбережение. 2019. № 2. С. 17–23.

3. Pancnehko S.V., Dli M.I., Borisov V.V., Panchenko D.S. Analysis of thermalphysic processes in near-electrode zone of electrothermal reactor // Non-Ferrous Metals. 2016. № 2. Р. 57-64.

4. Иванова В.Р., Иванов И.Ю., Киселев И.Н. Разработка автоматизированной системы управления с использованием языка программирования стандарта МЭК 61131-3 // Энергобезопастность и энергосбережение. 2019. № 2. С. 44–49.

5. Панченко С.В., Мешалкин В.П., Дли М.И., Борисов В.В. Компьютерно-визуальная модель теплофизических процессов в электротермическом реакторе // Цветные металлы. 2015. № 4 (868). С. 55–60.

6. Дьяков А.Ф., Исамухамедов Я.Ш., Молодюк В.В. Проблемы развития электроэнергетики // Энергоэксперт. 2015. № 4. С. 10–13.

7. Акатьев В.А., Тюрин М.П., Бородина Е.С. Повышение энергоэффективности при производстве, передаче, и потреблении электроэнергии // Энергобезопасность и энергосбережение. 2019. № 2. С. 8–17.

8. Lund H., Østergaard P. A., Connolly D., Mathiesen B.V. (2017). Smart Energy and smart Energy systems. Energy. 137. 556–565. DOI: 10.1016/j.energy.2017.05.123.

9. Elmohlawy A.E., Ochkov V.F., Kazandzhan B.I. (2019). Study and prediction the performance of an integrated solar combined cycle power plant. Energy Procedia.156. P. 72–78. DOI: 10.1016/j.egypro.2018.11.094.

10. Бобков В.И., Панченко С.В., Соколов А.М. Выявление потенциала энергоресурсосбережения в электротермических процессах переработки продуктов пеллетирования обжиговых машин конвейерного типа в руднотермических печах // Энергобезопасность и энергосбережение. 2019. № 6 (90). С. 32–36.

11. Панченко С.В., Мешалкин В.П., Дли М.И., Борисов В.В. Компьютерно-визуальная модель теплофизических процессов в электротермическом реакторе // Цветные металлы. 2015. № 4 (868). С. 55–60.

12. Lund H., Østergaard P.A., Chang M., Werner S., Svendsen S., Sorknæs P., Möller B. (2018). The status of 4th generation district heating: Research and results. Energy. 164. P. 147–159. DOI: 10.1016/j.energy.2018.08.206

13. Бобков В.И., Дли М.И., Панченко С.В. Обобщённая структурно-функциональная модель инжиниринга и управления экологически безопасной переработкой отвалов горно-обогатительных комбинатов апатит-нефелиновых руд // Успехи современного естествознания. 2019. № 9. С. 48–52.

14. Бобков В.И. Математическая модель процессов переноса в ванне руднотермической печи на основе гидродинамического подхода для анализа теплогидравлических режимов функционирования // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 9. С. 43–47.

15. Бобков В.И., Черновалова М.В., Лобанева Е.И. Математическая модель распространения локализованного фронта испарения влаги и особенности кинетики влагосодержания в крупнопористом влажном теле окатыша из отходов апатит-нефелиновых руд горно-обогатительных комбинатов // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 10. С. 21–26.

Важнейшим фактором, влияющим на эффективность финансовых затрат по энергосберегающим процедурам, будет являться прогнозируемый наибольший период окупаемости энергосберегающих процедур, учитывающий весь объём капитальных затрат, включающий полный комплекс работ, таких как разработка, проектирование, монтаж, пуско-наладку и т.п. [1, 2].

Экономический успех при проведении энергосберегающих процедур максимально зависит от прогнозной цены энергетических ресурсов. С увеличением стоимости энергоресурсов повышается и денежная экономия [3, 4].

Прогнозируемый период окупаемости вычисляется из уравнения связывающего единовременно сделанные капитальные затраты и суммарную ожидаемую доходность, учитывающую возрастание её по времени:

Т = CКАП / ∆Э,

где CКАП – суммарные затраты на внедрение мероприятия; ∆Э – суммарная эффективность мероприятия, учитывающая экономию энергетических ресурсов, обновление технологии, совершенствование производства, уменьшение ремонтных затрат и другие положительные факторы за первый год, руб.

Цель настоящего исследования – получить научно обоснованные данные об объеме используемых энергоресурсов, по результатам энергетического обследования промышленного предприятия. Определить показатели энергетической эффективности, наметить подходы к энергосберегающим мероприятиям. В срок 2022–2025 гг. представить энергосберегающую программу по повышению энергетической эффективности энергопотребляющих объектов на промышленном предприятии. Выявить и обосновать потенциал энергосбережения и повысить энергетическую эффективность [5, 6].

При определении эффективности финансовых затрат принимались следующие усредненные тарифы: электроэнергия – 7,17 руб./кВт∙ч; природный газ – 6,09578 тыс. руб./тыс.нм3; водоснабжение – 23,05 руб./м3; водоотведение – 16,93 руб./м3.

Наладка системы отопления. Важнейшим фактором стратегического развития в теплоснабжении России на период до 2030 г. является «Обновление тепловых сетей».

В тепловых сетях большинства промышленных предприятий наблюдается неправильная регулировка тепловых и гидравлических режимов, некоторые объекты инфраструктуры отапливаются некачественно, нет объективной комплексной картины перераспределения тепловой энергии в системе энергообеспечения (системы отопления, вентиляции, горячего водоснабжения). По объектам инфраструктуры промышленных предприятий предлагается провести энергосберегающие мероприятия в рамках режимно-наладочных работ в системах теплоснабжения: во-первых, гидравлический расчет; во-вторых, выполнение наладочных работ по результатам гидравлического расчета; в-третьих, переоборудование сетей систем теплоснабжения (тепловая изоляция, оптимизация диаметров) по результатам гидравлического расчета [7, 8]. Проведение предлагаемых мероприятий позволит равномерно перераспределить тепловую нагрузку между объектами инфраструктуры и повысит энергоэффективность теплоснабжения [9, 10].

Организационные мероприятия по устранению протечек воды в кранах и унитазах. Мероприятие является эксплуатационным, ежегодным. Расчет технико-экономических показателей мероприятия по устранению протечек воды в кранах и унитазах представлен в табл. 1.

Регулярное мытье окон в помещениях позволяет снизить потребление электроэнергии на нужды освещения до 15 %. Затраты на данное мероприятие включают в себя премиальные отчисления клининговому персоналу [11, 12].

Таблица 1

Технико-экономические показатели мероприятия по устранению протечек воды в кранах и унитазах

Таблица 2

Технико-экономические показатели мероприятия по замене ламп накаливания на светодиодные

Из опыта эксплуатации установлено, что загрязненная лампа имеет гораздо более низкий коэффициент излучения (по разным оценкам от 15 до 50 %). Этот показатель сильно зависит от толщины и рода пыли. Особенно быстро происходит загрязнение уличных и внутрицеховых осветительных установок [13].

Поэтому рекомендуется проводить регулярную чистку ламп и отражателей с помощью мыльного раствора с добавлением нашатыря.

Данное мероприятие характеризуется, как организационное беззатратное и реализуется службой энергохозяйства предприятия по согласованию с руководством. К установке предлагается лампа СД мощностью 9 Вт с характеристиками: мощность (W) – 9 Вт; напряжение, V220 (240 В); срок службы – 30 000 ч; аналог ламп накаливания (W) – 60 Вт; индекс цветопередачи – Ra > 80; освещённость, 700–750 Лм.

Учитывая среднегодовое время работы системы освещения в сутки 1297 ч, срок службы лампы составит 23 года. Расчет технико-экономических показателей и срока окупаемости мероприятия по замене ламп накаливания напряжением 220 В на светодиодные представлен в табл. 2.

Внедрение системы технического учета электроэнергии по направлениям в рамках установленной системы АС ТУЭ – данное мероприятие также позволит оперативно отслеживать использование электроэнергии по направлениям и выявлять нерациональное использование.

Цель внедрения АС ТУЭ определяется режимом рационального расходования энергоресурсов, уменьшением удельных затрат энергетических ресурсов на единицу произведённой продукции и обеспечением бесперебойного качественного энергоснабжения за счет оперативной подачи объективной информации для расчёта и анализа данных по эффективности использования энергоресурсов технологическими и структурными объектами промышленных предприятий; ведения контроля за режимом функционирования энергоснабжения.

АС ТУЭ помогает ответить на «вечные» вопросы: почему? сколько? когда? где? – производство потребило энергоресурсов; где? как? когда? за счет чего? – потребление энергии можно снизить и сколько это будет стоить. Отсутствие точного ответа на эти вопросы приводит к необоснованным завышенным показателям потребляемой промышленным предприятием электроэнергии, а значит, к возрастанию себестоимости выпускаемой продукции, а это уменьшает конкурентоспособность предприятия [14].

В настоящее время из-за тенденции увеличения стоимости энергетических ресурсов их составляющая в себестоимости продукции для промышленных предприятий существенно увеличилась и иногда достигает 25–30 %, а для энергоемких производств – 35 % и более. Показатель высокой цены и тренд удорожания энергоресурсов обеспечивают существенные преобразования к подходам учёта энергоресурсов в энергоемких инфраструктурных субъектах и на предприятиях промышленности в целом [15]. Таким образом, весьма эффективным способом уменьшения расхода электроэнергии будет разработка и запуск АС ТУЭ на промышленных предприятиях.

АС ТУЭ предназначена для своевременного учета потребляемых энергетических ресурсов объектами инфраструктуры промышленных предприятий: цехами, участками и отдельными потребителями энергии; расчёта объёмов энергоресурсов на основные производственные и второстепенные вспомогательные нужды; вычисление удельных расходов энергии на единицу произведенной продукции; анализ эффективности расходования энергетических ресурсов; информационная и цифровизированная поддержка принятия решений по мероприятиям энергосбережения.

Главный функционал АС ТУЭ – аккумулирование, надёжное хранение и обработка данных учёта; представление объективной информации по всем подразделениям об объёмах потреблённых энергоресурсов в реальном времени; полный анализ эффективного использования энергетических ресурсов; контроль режимных параметров преобразования сырьевых ресурсов в энергетические; диспетчеризация состояний энергообъектов и энергоёмких потребителей; анализ освоения энергоресурсов, обеспечивающий контроль количества и качества производимой продукции; учёт рабочего времени и эффективности использования энергетического оборудования; контроль ресурса и режимов функционирования энергетического оборудования.

Информация технического учета энергоресурсов обеспечивает: разработку и усовершенствование норм потребления энергоресурсов; контроль соблюдения норм потребления; долговременное и оперативное планирование потребления энергоресурсов; оценку рационального использования технологического, энергетического и вспомогательного оборудования; разработку и внедрение режимных карт, оптимизирующих режимы потребления энергоресурсов с учётом технологических особенностей производства; контроль исполнения режимных карт; контроль моторесурса технологического и энергетического оборудования, обеспечивающий своевременное проведение его обслуживания; выявление случаев неэффективного использования энергоресурсов и причин их возникновения; разработку организационно-технических мероприятий по энергосбережению.

Принципы рациональной организации измерений в системе технического учёта: методы и средства учета энергоресурсов должны обеспечивать заданную точность и достоверность измерений; измерения проводятся только в тех точках, информация по которым используется в целевых задачах учета; по возможности должно обеспечиваться совмещение функций учета и функций технологических и (или) режимных измерений и управления; учет по равномерным нагрузкам производится по продолжительности работы и характерному уровню мощности нагрузки, с периодическим контролем точности учета.

Стоимость системы с установкой и наладкой составляет 900 тыс. руб. По экспертным оценкам экономия электроэнергии от внедрения АИС ТУЭ составляет 2–10 % в зависимости от структуры потребления. Так, например, экономия (7 %) электроэнергии на предприятии достигает 98,597 тыс. кВт∙ч. При тарифе 7,17 руб./кВт∙ч годовая экономия составит 706,943 тыс. руб. Срок окупаемости: Т = 900 / 706,943 = 1,27 г.

Изоляция трубопровода горячей воды в помещении подвала. Потери тепловой энергии с неизолированного трубопровода в пять раз превышают потери с изолированного по всем правилам. Для изоляции предлагается материал K-FLEX с покровным слоем.

Характеристики материала: теплоизоляция K–FLEX в зависимости от марки может применяться для тепловой изоляции внешних поверхностей в диапазоне температур от -200 до +150 ºС. Период службы, с учётом теплового износа составляет около 20 лет. Эти материалы не способствуют самовозгоранию и не позволяют пламени распространяться по поверхности, а также отличаются пониженной токсичностью продуктов горения и очень уменьшенным образованием дыма. Теплоизоляционные материалы K–FLEX обладают повышенным диффузионным сопротивлением и высоким нейтральным показателем кислотности. Они в процессе эксплуатации мало подвержены увлажнению, то есть исключают процесс коррозии. Теплопроводность материала 0,041–0,045 Вт/м∙оС.

Расчет технико-экономических показателей и срока окупаемости мероприятия по изоляции трубопровода горячей воды в помещении подвала представлен в табл. 3.

Таблица 3

Технико-экономические показатели срока окупаемости мероприятия по изоляции трубопровода горячей воды в помещении подвала

Покрытие ALU – это изоляционный материал, состоящий из трех слоёв алюминиевой фольги толщиной 9 мкм каждый из двух слоев ПЭТФ пленки толщиной 23 мкм каждый. Оно используется и как теплоизоляционный материал, и как укрывной материал на внешнем слое на объектах, находящихся в открытой среде, а также в производственных помещениях и в подземных теплотрассах. Это покрытие осуществляет защиту от негативного действия ультрафиолетового излучения и случайных механических воздействий.

Внедрение дежурного отопления. Одним из способов снизить потребление тепловой энергии для отопления будет приобретение и установка регулятора отпуска тепловой энергии на нужды отопления помещений с применением автоматического регулирования. Установка регулятора позволит:

− устранить перерасход тепловой энергии в переходные периоды отопительного сезона (сентябрь, апрель), когда зачастую наблюдаются перерасходы тепловой энергии (температура внутреннего воздуха значительно выше нормативной),

− организовать дежурное отопление помещений, когда в нерабочее время и в выходные дни температура внутри помещений опускается до 5–10 °С, что позволяет сэкономить значительное количество тепловой энергии.

Расчет технико-экономических показателей и срока окупаемости мероприятия по внедрению дежурного отопления представлен в табл. 4.

Установка отражателей за отопительными приборами. После того как произведена наладка системы отопления и внедрена автоматическая система регулирования, целесообразно установить теплоотражатели для радиаторов отопления.

Теплоотражатели (тепловые зеркала) для отопительных приборов представляют собой теплоизоляционные прокладки с отражающим слоем, устанавливаемые за отопительным радиатором на стене с помощью двустороннего скотча. Дополнительным мероприятием при установке отражателей возможна покраска отопительных приборов цинковыми белилами, которые увеличивают теплоотдачу на 15 %, при этом экономия тепловой энергии может составлять до 5 %. Стоимость покраски приборов, на основании экспертной оценки, составляет 250–500 руб. на 1 кВт установленной мощности отопительных приборов.

Таким образом, интегральный энергосберегающий эффект на основании экспертной оценки может составить 14,5 % от потребляемой тепловой энергии, используемой на отопление. Расчет энергосберегающего эффекта производится из того, что производится покраска и установка отражателей только за отопительными регистрами и чугунными радиаторами и стальными радиаторами.

В качестве теплоотражателя был принят материал Пенофол 2000 Тип А. Размеры листа 1,2 х 30 м, толщина – 4 мм. Средняя цена за рулон составляет 1 150,00 руб. Средняя цена монтажного скотча за рулон 50 м – 138 руб.

Общая стоимость всех рулонов теплоотражателя составляет:

СОТР = 10∙1150,00 = 11150,00 руб.

Таблица 4

Технико-экономические показатели срока окупаемости мероприятия по внедрению дежурного отопления

Исходя из общей длины всех теплоотражателей, и учитывая их двухстороннее крепление, количество мотков скотча принимаем равным N = (310/50)·2 = 12,4 ~ 13 шт.

Стоимость мотков скотча:

ССКОТ = 13·138 = 1 794,00 руб.

Общие капиталовложения на установку теплоотражателей за отопительными приборами составляют:

СКАП =1 794,00 + 11150,00 = 13294,00 руб.

Суммарная экономия природного газа составит 16,82 тыс. нм3. Экономический эффект при установке теплоотражателей за отопительными приборами при тарифе 6 095,78 руб. за тыс. нм3 составит 102,531 тыс. руб. Срок окупаемости: Т = 0,13 г.

Установка технического узла учета вырабатываемой тепловой энергии – данное мероприятие позволит оценивать эффективность использования как природного газа на котельной, так и тепловой энергии на нужды предприятия, а также многоканальный измерительный комплекс позволит оперативно выявлять утечки в системе теплоснабжения.

На предприятии установлены проточные питьевые фонтанчики. К установке предлагаются нажимные питьевые фонтанчики. Современные питьевые фонтанчики, предлагаемые к продаже, соответствуют всем нормативам СанПиН 2.4.2.2842-11. Применение нажимного питьевого фонтанчика позволит снизить непроизводительные потери воды.

Расчет технико-экономических показателей и срока окупаемости мероприятия по замене существующих проточных питьевых фонтанчиков на нажимные представлен в табл. 5.

Установка оборотной системы охлаждения на литейном участке. Применение оборотной системы водоснабжения взамен проточной позволит сократить расходы воды, при этом появится дополнительный расход электроэнергии на электроэнергию, затрачиваемую на перекачку воды по контуру. Расчет технико-экономических показателей и периода окупаемости мероприятий, связанных с установкой оборотной системы охлаждения на одном из промышленных участков предприятия, представлен в табл. 6.

Внедрение системы технического учета потребления холодной воды по направлениям использования – данное мероприятие позволит произвести реальную оценку расходов воды на хозяйственно-бытовые нужды и технологические нужды (в том числе на оборотные системы охлаждения, моечные ванны, ванны различных покрытий), позволит выявить перерасходы воды и оперативно отследить непроизводительные утечки в перечисленных системах водопотребления.

Снижение потребления ТЭР и воды согласно предлагаемым энергосберегающим мероприятиям наглядно представлено в табл. 7–9.

Энергосберегающий потенциал в части потребления электроэнергии в результате внедрения предложенных мероприятий составит: 124,277 тыс. кВт∙ч или 8,82 % от потребления электроэнергии в базовом 2021 г. Финансовая экономия составит 892,88 тыс. руб.

Энергосберегающий потенциал в части потребления природного газа в результате внедрения предложенных мероприятий составит: 109,63 тыс.н.м3, или 20,80 % от потребления природного газа в базовом 2021 г. Финансовая экономия составит 668,28 тыс. руб.

Таблица 5

Технико-экономические показатели срока окупаемости мероприятия по замене существующих проточных питьевых фонтанчиков на нажимные

Таблица 6

Технико-экономические показатели периода окупаемости мероприятия по установке оборотной системы охлаждения на одном из промышленных участков предприятия

Таблица 7

Снижение потребления электрической энергии согласно предлагаемым энергосберегающим мероприятиям

Таблица 8

Снижение потребления природного газа согласно предлагаемым энергосберегающим мероприятиям

Таблица 9

Снижение потребления воды согласно предлагаемым энергосберегающим мероприятиям

Энергосберегающий потенциал в части потребления воды в результате внедрения предложенных мероприятий составит: 1 554 м3, или 5,5 % от потребления воды в базовом 2021 г. Финансовая экономия составит 62,172 тыс. руб.

Получены объективные научно обоснованные данные о количестве используемых энергоресурсов на промышленном предприятии. По результатам энергетического обследования объем потребления энергетических ресурсов следующий:

− электроэнергия – 1 408,534 тыс. кВт∙ч (по данным коммерческого учета за 2021 г.);

− природный газ – 425,566 тыс. м3 (по данным коммерческого учета за 2021 г.);

− моторное топливо – 22,534 тыс. л (по данным товарных накладных и путевых листов водителей за 2021 г.);

− вода – 28 381 м3 (по данным коммерческого учета за 2021 г.).

Определены показатели энергетической эффективности. Энергосберегающие мероприятия, отражённые в Программе энергосбережения на период 2020–2021 гг., выполнены; установленные показатели достигнуты.

Энергослужба осуществляет мониторинг за потреблением энергетических ресурсов, выявляет места нерационального использования энергоресурсов, оперативно принимает меры по устранению выявленных неисправностей.

Служба энергоменеджмента на предприятии не создана, но энергослужба осуществляет планомерный мониторинг эффективного и рационального расходования энергетических ресурсов.

На 2022–2025 гг. разработана программа по энергосбережению и повышению энергетической эффективности объектов энергопотребления промышленного предприятия.

Выявлен потенциал энергосбережения и повышения энергетической эффективности.

По результатам энергетического обследования суммарный энергосберегающий потенциал при внедрении предложенных мероприятий составил 141,83 т у.т., или 20,6 % от общего объема потребления ТЭР в базовом 2021 г., в том числе:

− по электрической энергии 124,27 тыс. кВт∙ч (15,29 т у.т.) или 9,68 % от общего потребления электроэнергии после реализации энергосберегающих мероприятий;

− по природному газу 1091,63 тыс.н.м3 (126,513 т у.т.) или 34,70 % от общего потребления природного газа после реализации энергосберегающих мероприятий.

Энергосберегающий потенциал в части потребления воды составил 1 554 м3 или 5,5 % от потребления воды в базовом 2021 г.

После реализации энергосберегающих мероприятий максимальная годовая экономия составит 1 623,33 тыс. руб., в том числе экономия за счет снижения объемов ремонтных работ и уменьшения затрат на заработную плату. Представлен план мероприятий по энергосбережению и повышению энергетической эффективности, проведена экономическая (стоимостная) оценка предложенных мер.

Работа выполнена в рамках государственного задания, проект № FSWF-2020-0019.

Библиографическая ссылка