Энергосбережение

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ




Н.А. СТРЕЛЬНИКОВ




ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

Учебник













НОВОСИБИРСК
2012

УДК658.26+621.311.16](075.8)
     С 844



Рецензенты:
             д-р техн. наук, профессор Ю.А. Секретарев, д-р физ.-мат. наук, профессор С.М. Коробейников, исполнительный директор некоммерческой организации «Межотраслевой фонд энергосбережения
             и развития топливно-энергетического комплекса Новосибирской области» А.П. Шибанов

        Стрельников Н.А.

С 844 Энергосбережение : учебник / Н.А. Стрельников. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2014.- 176 с. (Серия «Учебники НГТУ»).
         ISBN 978-5-7782-2408-7
         Рассмотрена проблема энергосбережения и повышения энергетической эффективности производства с учетом требований действующих нормативных документов и закона об энергосбережении. Описаны причины низкой энергетической эффективности производства. Приведена методика обследования потребителей с целью оценки ресурсов энергосбережения. На конкретных примерах даны способы снижения потерь и увеличения энергетической эффективности производства. Приведены краткие характеристики энергосберегающих мероприятий для установок общепромышленного назначения, зданий и некоторых отраслей промышленного производства. Дана информация о способах оценки энергетической эффективности энергосберегающих мероприятий и об управлении процессом энергосбережения. Учитывая назначение и направленность изложенной информации, основное внимание акцентировано на электрической энергии.
         Учебник предназначен для студентов электроэнергетического факультета, а также будет полезен специалистам в области проектирования, энергосбережения и энергоаудита.


УДК 658.26+621.311.16](075.8)

ISBN 978-5-7782-2408-7                  © Стрельников Н.А., 2011,2012,2014
© Новосибирский государственный
технический университет, 2011, 2012, 2014

        ОГЛАВЛЕНИЕ


Введение........................................................
Список терминов и сокращений, используемых в учебнике...........
Глава 1. ПРОБЛЕМА И РЕСУРСЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ....................
   Вопросы для самоконтроля.....................................
Глава 2. ОБСЛЕДОВАНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ЭНЕРГИИ......................
   2.1. Цели и задачи энергетического обследования..............
   2.2. Системы учета энергоресурсов............................
   2.3. Энергетические и эксергетические балансы................
   2.4. Методика энергетического обследования потребителей......
   Вопросы для самоконтроля.....................................
Глава 3. СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ..................
   3.1. Расчет потерь электроэнергии............................
   3.2. Снижение потерь электроэнергии в системах электроснабжения при проектировании...........................................
   3.3. Снижение потерь электроэнергии в системах электроснабжения и электроприемниках при эксплуатации.........................
   Вопросы для самоконтроля.....................................
Глава 4. СНИЖЕНИЕ ПОТЕРЬ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ И УТИЛИЗАЦИЯ ВТОРИЧНЫХ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ........................................
   Вопросы для самоконтроля.....................................
Глава 5. УВЕЛИЧЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ............................................................
   5.1. Энергетические характеристики технологического оборудования.
   5.2. Нормирование потребления энергии............................
   5.3. Энергосбережение в технологических установках..........
   Вопросы для самоконтроля.....................................

..7
..8
..9
22
23
23
24
29
34
37
39
39

47

63
79

81
96

..97
..97
..99 101 104

Глава 6. ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСТА       НОВОК ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ............................
   6.1. Производство и распределение сжатого воздуха.................
   6.2. Электросварочные установки...................................
   6.3. Установки электрического освещения...........................
   6.4. Вентиляционные установки и системы кондиционирования воздуха.
   6.5. Системы водоснабжения и перекачивания жидкости...............
   Вопросы для самоконтроля..........................................
Глава 7. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЯХ ПРОМЫШЛЕННОСТИ ...................................................
   7.1. Черная металлургия...........................................
   7.2. Цветная металлургия..........................................
   7.3. Машиностроение...............................................
   Вопросы для самоконтроля..........................................
Глава 8. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ В ПРОМЫШЛЕННЫХ, ЖИЛЫХ И АД       МИНИСТРАТИВНЫХ ЗДАНИЯХ........................................
   8.1. Система электроснабжения.....................................
   8.2. Система тепло- и горячего водоснабжения......................
   Вопросы для самоконтроля..........................................
Глава 9. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ МЕРОПРИЯТИЙ....
   Вопросы для самоконтроля..........................................
Глава 10. УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ......................
   10.1. Энергосбережение как процесс................................
   10.2. Энергоменеджмент............................................
   10.3. Система энергоаудитов.......................................
   10.4. Финансирование проектов энергосбережения....................
   10.5. Управление энергосбережением................................
   Вопросы для самоконтроля..........................................
Библиографический список.............................................

105
105
110
115
126
128
130

131
131
134
134
136

137
137
138
140
141
148
149
149
154
155
158
159
172
173

                  СПИСОК ТЕРМИНОВ И СОКРАЩЕНИЙ,            
                     ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В УЧЕБНИКЕ               
ТЭР   - технико-экономический расчет                       
ВЭР   - вторичные энергетические ресурсы                   
АСКУЭ - автоматизированная система контроля и учета энергии

ФОРЭМ - федеральный оптовый рынок энергии и мощности

УСПИ - устройство сбора и передачи информации             
РЦН  - расчетный центр нагрузок                           
гпп  - главная понижающая подстанция                      
ЦРП  - центральная распределительная подстанция           
тп   - трансформаторная подстанция                        
лэп  - линия электропередачи                              
ПУЭ  - правила устройства электроустановок                
КРМ  - компенсация реактивной мощности                    
БУ   - блок управления                                    
эдс  - электродвижущая сила                               
УИРН - устройство индивидуального регулирования напряжения
БРН  - блок регулирования напряжения                      
БЗ   - блок защиты                                        
ТО   - теплообменник                                      
УВЭР - утилизация вторичных энергоресурсов                
СКВ  - система кондиционирования воздуха                  
ЭСКО - энергосервисная компания                           

«Дефицит энергоресурсов - проблема века и вечная проблема».




        ВВЕДЕНИЕ

   Энергосбережение и повышение энергоэффективности являются одним из важнейших направлений модернизации экономики России. Россия располагает огромным ресурсом энергосбережения, который по его способности решать проблему обеспечения экономического роста страны сопоставим с приростом производства всех первичных энергетических ресурсов. Недостаток энергии может стать решающим фактором сдерживания экономического роста страны.
   В ближайшее время необходимо обеспечить освоение части ресурса энергосбережения за счет реализации малозатратных мероприятий, в первую очередь в бюджетной сфере. По оценке специалистов, до 2015 года темпы снижения энергоемкости при отсутствии скоординированной государственной политики по энергоэффективности могут резко замедлиться. Это может привести к еще более динамичному росту спроса на энергоресурсы внутри страны. Запасов нефти и газа в России достаточно, однако увеличение объемов добычи углеводородов и развитие транспортной инфраструктуры требуют значительных инвестиций. Меры по снижению энергоемкости за период 1998 - 2005 годов оказались недостаточными, для того чтобы остановить динамичный рост спроса на энергию и мощность. Темпы роста спроса на газ и электроэнергию оказались выше предусмотренных «Энергетической стратегией России». Реализация организационных и технических энергосберегающих мероприятий должна позволить к концу 2015 года уменьшить расход энергетических ресурсов в стране на 360.. .430 млн т условного топлива в год.
   Законодательными органами субъектов РФ принято 43 региональных закона об энергосбережении. На территории 47 субъектов РФ реализуется более 600 программ в области повышения эффективности использования энергии, в том числе 42 региональные и более 540 городских и муниципальных программ.
   Россия тесно сотрудничает с международными организациями и странами в области научных исследований, разработки и внедрения новых энергоэффективных и экологически чистых технологий, а также альтернативных и возобновляемых источников энергии. Это сотрудничество осуществляется в рамках Глобального экологического фонда - ГЭФ (Global environmental Facility-GEF) и его программ ЭНЕП и ПРООН, программы ТАСИС и ряда других.

                Глава 1




            ПРОБЛЕМА И РЕСУРСЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ


     \ ефицит энергии сопровождал человеческое сообщество на всех эта-YLJ пах его развития. Каждый из них характеризовался своими особенностями, но в целом острота дефицита энергии увеличивалась на каждом из последующих этапов. Совершенствование технических средств переработки первичных энергоносителей, разработка энергосберегающих технологий и технологического оборудования частично снимают остроту проблемы энергообеспечения на определенный период времени. Продолжающееся развитие производства и рост энерговооруженности труда и быта приводят к очередному обострению дефицита энергии. Низкий уровень энергообеспечения страны оказывает негативное системное воздействие на ее жителей. Это проявляется не только в ухудшении экономических показателей, но отражается и на качестве жизни человека и ее продолжительности. На основе статистических данных об энергопотреблении, продолжительности жизни человека и состояния экономики страны профессор С.Е. Щеклеин [1] сделал выжные выводы, сущность которых изложена в табл. 1.1 и на рис. 1.1 и 1.2.
   Все страны - лидеры мировой экономики, испытав на себе проблемы, связанные с дефицитом энергии, принялись за разработку и реализацию энергосберегающих мероприятий. Большинство из них добились заметных успехов в этой области, а некоторые - и впечатляющих результатов.
   Современное состояние энергоснабжения в мире характеризуется большими темпами роста потребления энергии и резким снижением запасов первичных энергоносителей. За годы существования и развития мировой энергетики человечество накопило большой опыт и статистический материал по решению проблем энерго дефицита. Одним из направлений в решении этой проблемы является энергосбережение. Из мирового опыта известно, что соотношение между объемом инвестиций в энергосберегающие мероприятия и затратами, необходимыми для выработки соответствующего количества энергии традиционным

Глава 1. ПРОБЛЕМА И РЕСУРСЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

Таблица 1.1

Обеспеченность электроэнергией, продолжительность жизни и валовой национальный продукт на душу населения (по состоянию на январь 1990 г.)

                                 Продолжительность  Валовой нацио- 
Страна     Энергообеспеченность,    жизни, лет      нальный продукт
             кВт-ч/чел. в год    мужчины  женщины   на душу населе                                                    ния, долл/чел. 
                     Высокоразвитые страны                          
США                12170          70,6      77,7         17500     
Германия           7420           69,4      75,9         12080     
Франция            6661           70,6      78,1         10740     
Англия             5761           70,1      76,1         8920      
Япония             6944           73,8      79,9         12850     
Австралия          7163           71,2      75,6         11910     
СССР               5856           68,0      74,4         4780      
                   Умеренно развитые страны                         
Мексика            1364           63,9      68,2         1850      
Бразилия           1643           61,6      65,4         1810      
Аргентина          1601           66,7      73,3         2350      
  Южная            2775           62,7      66,6         2370      
  Корея                                                            
Коста-Рика         1251           68,7      73,3         1420      
                     Слаборазвитые страны                           
Китай               546           68,5      71,1          300      
Пакистан            358           53,4      51,7          350      
Индия               336           52,0      51,0          270      
Замбия              744           49,0      52,5          300      
Кения               134           53,7      58,2          300      
Руанда              27            46,7      50,0          290      
Эфиопия             18            39,4      42,6          120      

Рис. 1.1. Влияние потребления энергии на среднюю продолжительность жизни человека (1900 - 1990 гг.)

Рис. 1.2. Влияние уровня обеспечения человека энергией на среднюю продолжительность жизни в России (1900- 1990 гг.)

способом, в наши дни равно 1: (2.5...8.0). Это может сделать решение проблемы энергосбережения инвестиционно привлекательным. Некоторые зарубежные энергетические компании имеют опыт создания самоокупающихся и при-

Глава 1. ПРОБЛЕМА И РЕСУРСЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

носящих прибыль специальных подразделений, даже с привлечением частного капитала. Для России, где энергоемкость валового национального продукта существенно выше, чем у других промышленно развитых стран, это имеет особое значение и поднимает статус энергосбережения до уровня стратегической государственной задачи. Кроме того, интенсивное расходование энергоресурсов уменьшает их запасы и приводит к появлению другой не менее важной проблемы - энергетической безопасности страны. Наиболее остро проблема энергосбережения проявляется в области теплоснабжения. Главной причиной существующего состояния теплоэнергетики является то, что во многих случаях эксплуатируется устаревшее, а часто физически изношенное оборудование с низким или очень низким эксергетическим коэффициентом полезного действия. Особенно это касается малых производителей тепловой энергии. Гиперцентрализация теплоснабжения привела к увеличению протяженности тепловых сетей, которые, в свою очередь, нередко далеки от совершенства. Электроэнергия в сравнении с тепловой по своим потребительским качествам является энергией более высокого уровня. Технические средства ее производства, преобразования, передачи и распределения имеют относительно высокие коэффициенты полезного действия. Уровень развития и качество эксплуатации электрических станций и сетей энергосистем позволяют иметь потери электроэнергии, не превышающие их среднестатистических мировых значений. Что касается промышленных электрических сетей среднего и низкого напряжений, проблема энергосбережения в них существует не менее остро, чем в теплоснабжении. Актуальна эта проблема как на уровне отдельных электроприемников, так и их групп в составе различных технологических установок. Службы электроснабжения большинства потребителей недостаточно хорошо знакомы с проблемой энергосбережения, с методами энергоаудита и энергоменеджмента, что осложняет ситуацию.
   В России существует серия законов, постановлений правительства и других нормативных актов [2, 3, 4, 8, 9, 10], направленных на реализацию политики энергосбережения в энергетике, промышленном производстве и других видах деятельности человека. Наиболее общими из них являются: Постановление правительства Российской Федерации от 12 августа 1998 г. № 938 «О государственном энергетическом надзоре в Российской Федерации», Федеральный закон Российской Федерации «Об электроэнергетике» № 35-ФЗ от 26 марта 2003 г. и Федеральный закон Российской Федерации «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» № 261-ФЗ от 23 ноября 2009 г. Все эти документы были предназначены для активизации работы