Технология энергосбережения

УДК 621(075.32)
ББК 34.4я723
C34
Р е ц е н з е н т ы :
доктор экономических наук, профессор, академик РАЕН, заместитель
генерального директора НИЦ «Зарубежсхема»
при Минэкономике РФ Н. З. Атаров;
начальник технического отдела ОАО «Гипротяжмаш» Г. М. Отдельнов
Сибикин М. Ю., Сибикин Ю. Д.
C34
Технология
энергосбережения
:
учебник
/
М. Ю. Сибикин,
Ю. Д. Сибикин. — 2-е изд., перераб. и доп. — М. : ФОРУМ,
2010. — 352 с. : ил. — (Профессиональное образование).
ISBN 978-5-91134-405-4
Рассмотрены вопросы энергосбережения в электро- и теплоэнергетике,
использования нетрадиционных и возобновляемых источников энергии,
ее учета и реализации.
Приведены законодательные и нормативные основы энергосбережения, описаны практические способы реализации энергосберегающей политики на промышленных предприятиях, объектах жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ), транспорта, сельского хозяйства и бюджетных
организаций, раскрыты экономические и экологические преимущества
внедрения рациональных методов использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР). Даны рекомендации по дальнейшему улучшению использования ТЭР.
Предназначен для студентов технических вузов энергетических и экологических специальностей, специалистов бюджетных организаций, ЖКХ,
занимающихся вопросами энергосбережения, будет полезен энергетикам
промышленных предприятий, транспорта, сельского хозяйства, преподавателям и слушателям курсов переподготовки кадров.
УДК 621(075.32)
ББК 34.4я723
ISBN 978-5-91134-405-4
© Сибикин М. Ю., Сибикин Ю. Д., 2006, 2009
© Издательство «ФОРУМ», 2006, 2009

Предисловие
Стратегическая задача, поставленная Президентом и Правительством России перед обществом и государством, заключается
в том, чтобы определить пути более эффективного использования природных энергетических ресурсов как важнейшего национального достояния страны для существенного (к 2015 г. в 2 раза)
повышения производимого социально-ориентированного внутреннего валового продукта (ВВП) и качества жизни населения
при снижении удельных энергетических и, как следствие, материальных затрат общества на свое развитие.
Энергоемкость ВВП России в 3,1 раза больше, чем в Евросоюзе, в 2,3 раза — чем в мире в целом. Россия тратит в 6 раз больше
энергии на квадратный метр жилья, чем развитые страны.
Структурная реорганизация экономики России требует от
энергетиков решения ряда новых специфических задач, а именно:

 создание правовой базы для эффективного управления
энергетикой;

 поиск эффективных моделей и алгоритмов, обеспечивающих разработку оптимального баланса мощностей в энергосистемах применительно к новым экономическим условиям, высокой надежности тепло- и электроснабжения, снижения потерь тепловой энергии и электроэнергии в целях
создания для их производителей и потребителей одинаково
выгодных условий производства, передачи, распределения и
потребления;

 совершенствование финансовой и инвестиционной политики производителей тепловой и электрической энергии;

 организация управления в условиях новых форм собственности, системы договоров и контрактов между производителем и потребителем электрической и тепловой энергии;

 разработка политики ценообразования на потребительском
рынке электро- и теплоэнергии.

Предисловие
Учебник
предназначен
студентам
специальностей
10.06;
10.04; 10.02, а также 290.300 и 290.600. Его целью является ознакомление будущих специалистов с путями решения вышеперечисленных и других актуальных задач повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР).
В программе СД.ДС.03 учебной дисциплины «Технология
энергосбережения» заложены государственные требования к минимуму содержания и уровню подготовки выпускников-энергетиков, единые для всех форм обучения.
Материал, изложенный в книге, соответствует требованиям
программы и содержит все необходимые сведения инженерамтеплотехникам, теплоэнергетикам и энергетикам для творческого
решения сложных задач рационального использования и энергосбережения ТЭР.
Авторы

Введение
Проблема энергоресурсосбережения является в настоящее
время одной из наиболее актуальных для всего народного хозяйства России. Ее необходимо решать в кратчайшие сроки, так как
только это позволит повысить эффективность использования топливно-энергетических и материальных ресурсов при производстве широкого спектра промышленной и сельскохозяйственной
продукции и снизить энергопотребление создаваемых в РФ машин, промышленных и энергетических объектов.
Одними из основных потребителей топливных ресурсов в
России являются тепло- и электрогенерирующие станции (ТЭЦ,
ТЭС, ГРЭС и РТС), ежегодно расходующие 351 млн т условного
топлива (у. т.). Состояние парка этих станций не удовлетворяет
современным требованиям как по расходу топлива, так и по экологическим показателям — количеству выбрасываемых в окружающую среду вредных оксидов серы, азота и углерода. Необходимость максимально возможного приближения ТЭЦ к городским потребителям тепловой энергии и их размещение в зонах
массовой застройки привели к тому, что наряду с автомобильным транспортом они являются основными источниками экологического загрязнения.
С большими расходами топливных ресурсов связаны промышленные технологические процессы, и в первую очередь —
выплавка металлов.
В связи с решением задачи удвоения ВВП к 2015 г. прогнозируемый рост промышленного производства потребует увеличения внутреннего рынка энергоресурсов: электроэнергии до
1265 млрд кВт · ч; тепловой энергии до 1810 млн Гкал. Это еще
более повышает значение энергосбережения, так как существует
высокая инерционность и капиталоемкость отраслей топливно-энергетического комплекса (ТЭК) и необходимость сохранения объемов экспорта его продукции. Поэтому одним из приоритетов в деятельности ТЭК является принятие мер по эффек

Введение
тивному использованию ТЭР и создание условий для перевода
экономики страны на энергосберегающий путь развития.
По данным ученых потенциал энергосбережения составляет
30...35 % современного энергопотребления в стране или 350...
...400 млн т у. т. Использование большей части этого потенциала
дешевле в несколько раз по сравнению с затратами, необходимыми на добычу и производство конечных энергоносителей.
Энергосбережение становится одним из эффективных средств
решения проблем устойчивого энергоснабжения районов Крайнего Севера, Сибири и Дальнего Востока. Первоочередным комплексом мер по частичному снижению затрат федерального бюджета на поддержание северного завоза топлива наряду с модернизацией энергетического оборудования является использование
бросовой тепловой энергии дизельных электростанций для дополнительной выработки тепловой энергии. Результаты исследований Минэнерго РФ и Госкомсевера РФ подтверждают возможность замещения в 961 населенном пункте Севера около 2 млн т
завозного топлива местными энергоресурсами путем строительства в этих населенных пунктах: ветроэлектростанций суммарной
мощностью 102 МВт, малых гидроэлектростанций мощностью
134
МВт,
ТЭЦ
на
древесных
отходах
и
торфе
мощностью
190 МВт, геотермальных ТЭС мощностью 200 МВт, установок
по переработке углеводородного сырья локальных месторождений мощностью 350 тыс. т в год и ряда других энергоустановок
(тепловых насосов, солнечных коллекторов, фотоэлектрических
станций).
В современных условиях энергосбережение в России служит
одним из эффективных инструментов решения глобальных экологических проблем. Активная энергосберегающая политика является ключевым звеном, связывающим проблемы экологии и
энергетики. Привлечение целевых инвестиций, направленных на
реализацию энергоэффективных проектов, может явиться одним
из важнейших элементов выполнения обязательств по снижению эмиссии парниковых газов в соответствии с Киотским протоколом, ратифицированным Государственной думой России и
подписанным Президентом в ноябре 2004 г. Возможности Киотского протокола позволяют сформировать новые взаимоотношения между производителем энергии и инвестором. Предполагается, что такие гибкие механизмы, как торговля квотами на
эмиссию и совместная реализация энергосберегающих проектов
приведут не только к снижению общих расходов на проведение

Введение
7
мероприятий по сокращению выбросов, но и к созданию новых
экономических инициатив для замены экологически «грязного»
топлива и внедрения энергосберегающих технологий, изменяющих структуру производства.
До 80 % всей потребляемой в стране тепловой энергии приходится на долю систем централизованного теплоснабжения.
При этом по комбинированному циклу вырабатывается примерно 30 % всей потребляемой тепловой энергии. Высокий уровень
теплофикации в России позволяет экономить на ТЭЦ ежегодно
20 млн т у. т. Однако из-за неудовлетворительного состояния тепловых сетей имеют место большие потери при передаче тепловой энергии. Только в тепловых сетях, подключенных к ТЭЦ,
сверхнормативные потери оцениваются в 15...17 млн т у. т. Предполагается, что экономия природного газа за счет реализации
энергосберегающих мероприятий при передаче тепловой энергии
составит 2...3 млрд м3 в 2010 г. и 7...8 млрд м3 в 2015 г., что равноценно предотвращенному выбросу соответственно 4...6 млн т СО2
в 2010 г. и 14...16 млн т в 2015 г.
Большой вклад в решение задач рационального использования
ТЭР в России внесли сотрудники Минтопэнерго, РАО «ЕЭС России», института ВНИИКТЭП, фирмы «Энергосбережение», АО
«Информэнерго», межотраслевого фонда энергосбережения, журнала «Вестник электроэнергетика» и др. Благодаря их настойчивости и трудам выдающихся отечественных ученых и инженеров:
Н. К. Байбакова,
А. С. Басина,
П. П. Безруких,
В. В. Бушуева,
С. Н. Ятрова, А. Ф. Дьякова, Б. П. Варнавского, Л. П. Гужновского, Л. В. Жилиной, А. Г. Завалко, Д. Г. Закирова, В. М. Зыкова,
Ю. Д. Кузнецова, Р. В. Орлова, Е. В. Пашкова, С. И. Помазанова,
В. И. Потапова, Н. К. Праведникова, М. М. Пчелина, М. Б. Плущевского, А. Ф. Лютенко, С. П. Сушона, Ю. А. Церерина и других
проблема энергосбережения сдвинулась с «мертвой точки» и, очевидно, будет позитивно решаться в нашей стране поэтапно до
2030 года.
Принятый Государственной думой России Федеральный закон ¹ 184 от 15.12.2002 г. о техническом регулировании при реализации окажет позитивное влияние на решение проблемы энергосбережения. Законом предусматривается:

 применение единых правил установления требований к
продукции, процессам производства, эксплуатации, хранения, перевозки, реализации и утилизации, выполнению работ или оказанию услуг;

Введение

 соответствие технического регулирования уровням развития национальной экономики, материально-технической и
научной базы;

 единство правил и методов иследований (испытаний) и измерений при проведении процедур обязательной оценки
соответствия;

 недопустимость ограничения конкуренции при осуществлении аккредитации и сертификации, а также внебюджетного финансирования государственного контроля (надзора) за соблюдением требований технических регламентов.

Глава 1
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭНЕРГЕТИКИ
1.1. Термины и определения
В учебных научно-технических и справочных изданиях, а также в нормативных документах, относящихся к энергетике, часто
используются общетехнические и специальные термины. Рассмотрим некоторые из терминов, смысловое содержание которых
необходимо четко знать читателям настоящей книги.
Энергетика — область хозяйства, охватывающая энергетические ресурсы: выработку, преобразование и использование различных видов энергии.
Теплоэнергетика — отрасль теплотехники, занимающаяся
преобразованием тепловой энергии в другие виды энергии (механическую, электрическую).
Электрическая станция — промышленное предприятие, вырабатывающее электроэнергию и обеспечивающее ее передачу
потребителям по электрической сети. На электростанции происходит преобразование энергии какого-либо природного источника в механическую энергию вращения турбины и далее с помощью электрических генераторов — в электроэнергию. В зависимости от того, какой природный источник энергии испоьзуется,
выбирается тип электростанции.
Электростанции подразделяют на гидроэлектрические, тепловые и атомные. На г и д р о э л е к т р о с т а н ц и я х в электрическую энергию преобразуется механическая энергия водного
потока реки — гидравлическая энергия. На т е п л о в ы х э л е к -
т р о с т а н ц и я х в электроэнергию преобразуется теплота, выделяющаяся при сжигании топлива. На а т о м н ы х э л е к т р о -
с т а н ц и я х в электрическую преобразуется тепловая энергия,

Глава 1. Общая характеристика энергетики
выделяющаяся при делении ядер атомов урана, тория и других
тяжелых элементов. В настоящее время исследуются возможности более широкого использования тепловой энергии вулканов и
гейзеров на геотермических станциях, солнечной энергии — на
гелиоэлектростанциях, энергии ветра — на ветроэлектростанциях, энергии приливов и отливов — на приливных электростанциях. Имеются опытные и промышленные установки, использующие энергию этих видов.
Гидроэлектрическая станция (ГЭС) представляет собой совокупность сооружений, создающих напор воды, подводящих воду
к турбинам и отводящих отработавшую воду из здания станции.
Различные схемы преобразования энергии воды на ГЭС руслового, приплотинного и деривационного типа приведены в других
курсах и здесь не рассматриваются. Принципиальная технологическая схема работы ГЭС представлена на рис. 1.1, а. Она выгодно отличается от схем работы всех других электростанций
простотой процессов и надежностью элементов.
На тепловых электростанциях (ТЭС) энергия, выделяемая
при сгорании каменного угля, торфа, сланцев, газа, нефти и топлив других видов, преобразуется в электроэнергию по принципиальной технологической схеме, изображенной на рис. 1.1, б.
Добыча, доставка и подготовка топлива к сжиганию в котлоагрегатах — сложные и дорогие процессы. Тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива, передается воде для получения
в котлоагрегате перегретого пара высоких давления (до 30 МПа)
и температуры (до 650 °C).
Получение, передача к турбине и использование в турбине
пара с такими параметрами — сложные процессы. Но все технические вопросы работы ТЭС решены, и тепловые электростанции являются основой современной энергетики. Не устранен
главный недостаток ТЭС — низкий КПД. Лишь 30...40 % теплоты, полученной при сгорании топлива, используется полезно.
А остальная часть теплоты (70...60 %) отдается охлаждающей
воде при конденсации пара и дымовым газам. Эта энергия безвозвратно теряется.
На рис. 1.1, в приведена принципиальная технологическая
схема атомной теплоэлектроцентрали (АТЭЦ), не потребляющей
органического топлива и не загрязняющей атмосферу. Для защиты от радиации АТЭЦ построена по трехконтурной схеме, согласно которой передача теплоты из термоядерного реактора в
паровую турбину, вырабатывающую электроэнергию, осуществ