На кафедре «Энергообеспечение предприятий и электротехнологии» СПбГАУ при научной школе «Эффективное использование энергии» на основе метода конечных отношений (МКО) разработана методика проведения энергетической экспертизы в ПЭС[1, 2].
Последовательность проведения энергетической экспертизы согласна разработанной методике энергетической экспертизы следующая.
Создается обновляемая база данных (ОБД), где приводятся нормативные данные. ОБД должна содержать энергетические параметры (технические характеристики по паспорту) элементов, узлов и ЭТП различных видов производства продукции и нормативные документы (например, ГОСТ, СНиП, ТУ, справочники и другие), которые действуют в настоящее время. ОБД может быть периодически обновлена с учетом развития научно-технического прогресса и перспективных энергосберегающих ЭТП.
По проектным материалам ПЭС предприятия определяют использованные в проекте нормативные данные. Путем сравнения с действующими нормативными документами определяют отклонения проекта от действующих нормативов.
Сравнивают энергетические показатели используемых в проекте элементов и ЭТП с показателями варианта с наилучшими энергетическими показателями из ОБД и выделяют неэффективные энергетические линии, элементы и ЭТП которых имеют худшие, чем показатели варианта с наилучшими энергетическими показателями.
Путем сравнения энергетических показателей, используемых в проекте элементов и ЭТП с данными ОБД, выделяются энергетические линии, которые имеют низкий показатель энергетической эффективности (имеют высокую энергоемкость результата).
По алгоритмам МКО определяют энергоемкость результатов ЭТП выделенных линий и продукции, как по проектному варианту Qппроект, так и по варианту с наилучшими энергетическими показателями Qпнаилуч, в номинальном режиме нагрузки в течение представительного интервала времени. Представительный интервал времени – это интервал времени, в течение которого реализуются проверяемые ЭТП.
Определяют разность∆Qп значений энергоемкостей продукции по проектному варианту Qппроект и по варианту с наилучшими энергетическими показателями Qпнаилуч и относительное значение разности∆Qп* по формуле:
∆Qп=Qппроект-Qпнаилуч, ∆Qп*=(Qппроект-Qпнаилуч)/Qппроект. (1)
Если относительное значение разности значений ∆Qп* энергоемкостей по проектному варианту и по варианту с наилучшими энергетическими показателями ∆Qп*составляет меньше допустимого значения (например, 2-5% в зависимости от вида ЭТП), то в проектном варианте не производят замену элемента на элемент с высоким энергетическим показателем.
При значимом превышении относительного значения разности значений ∆Qп*энергоемкости продукции проектного варианта над вариантом с наилучшими энергетическими показателями проводят энергоаудит на действующем предприятии и определяют фактическую энергоемкость результатов ЭТП выделенных энергетических линий для определения элементов и ЭТП, которые вносят наибольший вклад в энергоемкость продукции. Измерение и регистрация значения энергии на входе и выходе элементов и ЭТП производится с помощью специально разработанной информационно-измерительной системы, которая признана изобретением, позволяет оперативно проводить обработку результатов по алгоритмам МКО и визуализировать энергетические параметры на дисплее [3, 4].
Определяют расход энергии по проектному варианту Qпроектна заданный выпуск продукции П за представительный интервал времени по формуле:
Qпроект=j=1j=nQRjуд min*Qэjпроект*Rj*i=1i=rQэijпроект, (2)
где QRjуд min- минимальная удельная энергоемкость получаемого результата в j-ом ЭТП, Qэjпроект- относительная энергоемкость j-ого ЭТП по проекту; Qэijпроект - относительная энергоемкость i-го элемента j-ой линии по проекту; Rj- результат j-ой линии; r- общее количество элементов j-ой линии; n- общее количество энергетических линий.
Относительная энергоемкость i-го элемента j-ой линии по проекту определяется по формуле:
Qэijпроект= QнijпроектQкijпроект, (3)
где Qнijпроект- показание измерителя энергии на входе i- го элемента j-ой линии по проекту;Qкijпроект-показание измерителя энергии на выходе i- го элемента j-ой линии по проекту.
Определяется энергоемкость продукции Qппроект по формуле:
Qппроект=Qпроект/П. (4)
Значение энергоемкости продукции Qппроект вносится в проектный энергетический паспорт предприятия для дальнейшего его использования при сравнении с энергоемкостью выпускаемой продукции на действующем предприятии.
Для определения расхода энергии по наилучшему варианту на заданный выпуск продукции П за представительный интервал времени определяют расход энергии на выделенных неэффективных энергетических линиях и на невыделенных энергетических линиях.
На выделенных неэффективных энергетических линиях (например, выделяются m неэффективных линий из n линий, n≥m) определяют расход энергии Qвыд. линиипо формуле:
Qвыд. линии=j=1j=mQRjуд min*Qэjнаилуч*Rj*i=1i=rQэijнаилуч, (5)
гдеQэjнаилуч- относительная энергоемкость j-ого ЭТП по наилучшему варианту; Qэijнаилуч- относительная энергоемкость i-го элемента j-ой линии по наилучшему варианту.
Относительная энергоемкость i-го элемента j-ой линии по наилучшему варианту определяется по формуле:
Qэijнаилуч= QнijнаилучQкijнаилуч, (6)
где Qнijнаилуч- показание измерителя энергии на входе i-го элемента j-ой линии по наилучшему варианту;Qкijнаилуч-показание измерителя энергии на выходе i-го элемента j-ой линии по наилучшему варианту.
Также определяется расход энергии на невыделенных энергетических линиях (n-m линиях) по формуле:
Qневыд. линии=j=1j=n-mQRjуд min*Qэjпроект*Rj*i=1i=rQэijпроект. (7)
Определяют расход энергии по наилучшему вариантуQнаилуч по формуле:
Qнаилуч=Qневыд. линии+Qвыд. линии . (8)
Определяют энергоемкость продукции Qпнаилучпо наилучшему варианту по формуле:
Qпнаилуч=QнаилучП. (9)
Количество энергии по варианту с наилучшими энергетическими показателями Qнаилучпринимают достаточным для производства продукции при ее эффективном использовании, а разницу между вариантами – перерасходом ∆Qперерасход, создаваемым использованием неэффективного оборудования:
∆Qперерасход=Qпроект-Qнаилуч. (10)
Определяют обеспеченный относительный потенциал повышения энергетической эффективности по формуле:
∆Qппотенциал=( Qп проект-Qпнаилуч)/Qп проект. (11)
Обеспеченный относительный потенциал повышения энергетической эффективности, выраженный в относительных единицах показывает ресурс повышения энергетической эффективности производства продукции в данном предприятии.
По результатам измерений и расчетов составляют экспертный энергетический паспорт предприятия по проектному варианту с указанием установленных отклонений от варианта с наилучшими энергетическими показателями и соответствующего им отклонениям от минимального значения энергоемкости продукции и количества энергии, необходимого для производства продукции в проектном объеме, и обеспеченного относительного потенциала повышения энергетической эффективности.
В экспертном энергетическом паспорте предприятия приводятся все расчетные энергетические показатели, определенные при экспертизе проекта. Также указывается выделенные энергетические линии, которые имеют низкие энергетические показатели и отклонение показателей энергетических линий, элементов и ЭТП от паспортных значений, а также указывается наименование аналогичных элементов и ЭТП современных перспективных технологий как отечественного, так и зарубежного производства.
При значимом превышении фактической энергоемкости продукции над расчетной проектной - проводят полный энергоаудит и определяют элементы и ЭТП с фактическими энергетическими показателями худшими, чем указанные в проекте, и дополняют энергетический паспорт предприятия указаниями на эти отклонения.
При значимом превышении фактической энергоемкости продукции над расчетной проектной проводят полный энергетический аудит, при котором определяется относительная энергоемкость каждого элемента и ЭТП каждой линии любым из известных способом.
Изложенный материал подтверждает обоснованность применения МКО, целесообразность использования системного показателя – энергоемкости продукции для оценки эффективности использования энергии в ПЭС. Возможность анализа ПЭС методами МКО позволяет получать решения по энергетической экспертизе элементов и ЭТП ПЭС и по созданию устройств и методов для контроля энергетической эффективности, что подтверждено экспериментальными исследованиями и изобретениями.
Литература
Карпов В.Н. Энергосбережение в потребительских энергетических системах АПК: монография / В.Н. Карпов, З.Ш. Юлдашев, П.С. Панкратов. -СПб.: СПбГАУ, 2012. -125 с.
Карпов В. Методы повышения эффективности использования энергии / В. Карпов, З. Юлдашев, Н. Карпов. -Saarbrucken, Deutshland (Германия): LambertAcademicPublishing, 2013. -174 с.
Пат. № 2212746 РФ. МПК 02 J 3/06. Способ контроля и управления энергопотреблением / Патентообладатели: СПбГАУ и Карпов В.Н. Авторы: В.Н. Карпов, М.М. Беззубцева, В.Ф. Петров, Н.В.Карпов. -№2001118101/09; заявл.29.06.2001; опубл. 20.09.2003. -Бюл. № 26. -7 с.
Пат. №2411453 РФ.МПК6G 01 D 9/28; G 06 F 17/40. Многоканальный электронный регистратор / Патентообладатель и заявитель: Карпов В.Н: Авторы: Карпов В.Н., Халатов А.Н., Юлдашев З.Ш., Котов А.В., Старостенков Ю.А.;. -№2009139168/28; заявл. 15.10.09; опубл. 10.02.2011. Бюл. №4. -6 с.