Энергетические балансы

6. Энергетические балансы

Энергетический баланс выражает полное количественное соответствие (равенство) за определенный интервал времени между расходом и приходом энергии в энергетическом хозяйстве. Энергетический баланс является статической характеристикой динамической системы энергетического хозяйства за определенный интервал времени.

Оптимальная структура энергетического баланса является результатом оптимизационного развития энергетического хозяйства. Энергетический баланс может составляться:

а) по энергетическим объектам (электростанции, котельные), отдельным предприятиям, цехам, участкам, энергоустановкам, агрегатам и т.д.;

б) по назначению (силовые процессы, тепловые, электрохимические, освещение, кондиционирование, средства связи и управления и т.д.);

в) по уровню использования (с выделением полезной энергии и потерь);

г) в территориальном разрезе и по отраслям народного хозяйства.

Основой расчета потребности электроэнергии являются балансы расхода и прихода. Отчетные балансы электроэнергии строятся на основе первичного учета по счетчикам. В приходной части должны быть даны все источники поступления энергии на предприятие, в расходной — все направления ее расходования.

Баланс электроэнергии подразделяется на балансы электроэнергии постоянного и переменного тока.

Сводный энергобаланс показывает направление развития энергоснабжения предприятия в количественном и качественном отношениях. Энергобалансы разрабатываются на основе производственной программы предприятия и удельных норм расхода энергии на единицу продукции [4.7].

Расходная часть энергобаланса включает потребность предприятия в энергоресурсах на производственные, хозяйственно-бытовые и непроизводственные нужды. Приходная часть энергобаланса состоит из объемов покрытия потребности предприятия в энергоресурсах за счет как собственных, так и привлекаемых со стороны источников. Энергобаланс должен обеспечивать равенство между расходной к приходной частями [4.6]:

<?р = G_n, (4.8)

где G_p — потребность предприятия в энергоресурсах, усл. ед.;

(?„ — объем покрытия потребности предприятия в энергоресурсах, усл. ед.

Если потребность в электроэнергии больше, чем возможности источников их покрытия, то предприятию необходимо пересмотреть расходную часть энергобаланса и разработать мероприятия по снижению потребности и экономному расходованию электроэнергии или искать дополнительные источники покрытия потребности. В случае превышения приходной части энергобаланса над расходной, необходимо разработать мероприятия по реализации излишней энергии или разработать мероприятия по оптимизации мощностей собственных подразделений, входящих в состав энергетического хозяйства предприятия.

Потребность предприятия в электроэнергии [4.6]:

G_p = G_np + G_x6 + G_H + G_CT + G_m, (4.9)

где <j_np - производственная потребность в электроэнергии, усл. ед.;

G_X6 - потребность в электроэнергии на хозяйственно-бытовые нужды, усл. ед.;

G_H - потребность в электроэнергии на непроизводственные нужды, усл. ед.;

G_CT - отпуск электроэнергии на сторону, усл. ед.;

G_m - потери электроэнергии в сетях, усл. ед.

Потребность в электроэнергии устанавливается на основе норм расхода и соответствующих объемных показателей.

Производственная потребность предприятия в электроэнергии включает потребность в двигательной энергии, в энергии на технологические нужды, на хозяйственно-бытовые нужды.

Потребность электроэнергии для освещения рассчитывается исходя из освещаемой площади, нормы освещения и количества часов освещения. Во многих случаях потребность в электроэнергии для освещения определяется по количеству установленных светильников, их мощности и планируемому количеству часов освещения.

 

7. Определение объема энергосбережения для действующей технологии

Высокая себестоимость выпускаемой продукции в значительной степени обусловлена затратами на электроэнергию. Рыночные условия заставляют предприятия переходить к энергосбережению и нормированию электропотребления. Под энергосбережением в промышленности понимается применение технологии с рациональным расходованием электроэнергии и снижением потерь. Если предприятие не знает реальных графиков нагрузки своих подразделений, не может достоверно оценить, кто, когда, сколько и на что расходует электроэнергию, оно вынуждено завышать заявленное значение максимума нагрузки, что приводит к значительной переплате за установленную мощность.

Энергетические потери разделяются на потери неустранимые (или потери, устранение которых экономически неоправданно) и потери, устранение которых в данных технических условиях возможно и экономически целесообразно.

Потери электроэнергии, устранение которых возможно и экономически целесообразно, можно разделить на:

а) потери, вызванные неудовлетворительной эксплуатацией оборудования и инженерных сетей;

б) потери, вызванные конструктивными недостатками оборудования, не правильным выбором технологического режима работы, отставанием развития инженерных сетей и т.д. [4.3].

Для каждого агрегата или технологической линии, электропотребление которых фиксируется по счетчикам, удельные расходы на единицу продукции могут быть рассчитаны за каждые сутки (или технологическую операцию) и за год (месяц, квартал). Эти показатели имеют гауссово распределение, которое характеризуется средним значением и областью определенного разброса, называемой областью технологически нормальной работы [4,12]. Выход параметра из области технологически нормальной работы должен фиксироваться, технологу следует проанализировать причины отклонения и найти пути его устранения. Чем лучше работает агрегат, тем меньше среднее значение удельного расхода, однако его снижение имеет предел, обусловленный возможностями технологии.

Одинаковые удельные расходы для различного оборудования не могут быть жестко заданы даже на одном предприятии, поскольку работа агрегата зависит от многих факторов. Тем более не может быть одинаковых удельных расходов у однотипных технологических линий и агрегатов, но работающих на разных предприятиях, т.е. в различных сложившихся техноценозах. Под термином техноценоз подразумевается сложная техническая система - современное промышленное предприятие. Исследование ценозов как целостности предполагает их системное описание иерархической системой показателей. Структуру ценоза как сообщества элементов-особей отражает описание его элементов по повторяемости. Анализ показателей с целью их применения для практических расчетов опирается на теорию и математический аппарат Н-распределения -гиперболического распределения [4.12]. В каждом техноценозе агрегат работает в разных условиях по технологии, сырью, обслуживанию, воздействию окружающей среды. Результаты энергосбережения можно оценивать, только имея в виду индивидуальность каждого производства. Ценологическое влияние -это влияние конкурирующих между собой предприятий за ограниченный ресурс электроэнергии.

Таким образом, невозможно пронормировать расходы электроэнергии для всех режимов и всех видов продукции, нельзя считать их постоянными, на несколько лет вперед. Поэтому нереально опираться на них при определении экономии электроэнергии по цехам и прогнозировании параметров электрояо-требления предприятия в целом. Здесь необходим более обобщенный показатель, связывающий потребление электроэнергии с выпуском продукции. Таким показателем может являться электроемкость продукции, предложенная в работе [4.12].

Электроемкость базового вида продукции рассчитывается как отношение годового электропотребления предприятия к объему ее выпуска. Размерность данного показателя — кВт-ч/т или кВт-ч на единицу продукции, что совпадает с размерностью удельного расхода, но эти величины имеют разный физический смысл.

Удельный расход — это количество электроэнергии, затраченное на производство единицы данного технологического продукта. Например, для металлургического предприятия за единицу продукции может быть принята I т проката. Электроемкость же проката учитывает расход электроэнергии не только непосредственно на производство проката, но и во всех предыдущих переделах данного предприятия (сталь, чугун, железорудное сырье, как используемые затем для получения проката, так и продаваемые другим предприятиям), а также затраты электроэнергии на производство изделий дальнейшего передела, выработку кислорода, сжатого воздуха, тепла, водоснабжение и т.д. Поэтому значение электроемкости в несколько раз превышает значение удельного расхода электроэнергии на соответствующий вид продукции.

Общее годовое электропотребление предприятия с учетом его структуры (затрат электроэнергии на выпуск разных видов продукции и на вспомогательные нужды) можно представить в виде

где Aj - расход электроэнергии на производство основных видов продукции;

Aj - расход электроэнергии на вспомогательные производства и другие нужды;

п — число видов основной продукции;

т - число статей расхода на вспомогательные нужды;

а, - удельный расход электроэнергии на выпуск /-го вида продукции;

М,- объем производства i- го вида продукции.

Выбрав один вид продукции как базовый с индексом i - п, удельным расходом Дб и объемом производства А/_Б и разделив выражение (4.10) на объем производства этого вида продукции, можно получить выражение для определения электроемкости базового вида продукции [4.12]:

 

А_ъ = Ащ IМ_Б = а_в + £ л*+ £а/М_& (4.11)

где ki = Mi I А/б — коэффициенты вложенности, показывающие, какое количество каждого вида выпускаемой продукции приходится на единицу базовой.

Таким образом, электроемкость базового вида продукции является характеристикой структуры электропотребления предприятия. Причем в этом показателе учитываются не только удельные расходы электроэнергии, но и сложившиеся соотношения между объемами выпускаемой продукции. Коэффициенты вложенности могут рассматриваться как весовые коэффициенты, определяющие значимость конкретного удельного расхода в общей структуре электропотребления. Удельный расход на производство единицы базового вида продукции включается в формулу с весом, равным единице, а вклады других удельных расходов определяются соотношениями между объемами производства по видам продукции. Третье слагаемое в формуле (4.11) представляет собой вклад в электроемкость расхода электроэнергии на вспомогательные нужды предприятия, также отнесенного к единице базовой продукции. Электроемкость, следовательно, характеризует предприятие как сложившуюся систему техноценоза, где существуют определенные взаимосвязи между производственными циклами.

Базовым может быть выбран один из видов основной продукции, в некотором смысле завершающий процесс производства, или вид, на производство которого расходуется значительная доля электроэнергии. Если на предприятии вьтускается один вид продукции, электроемкость совпадает с общезаводским удельным расходом электроэнергии, поскольку в нем учитываются не только затраты на единицу продукции, но и все расходы электроэнергии на вспомогательные процессы, потери в сетях и т.д. Если же выпускается много видов продукции, целесообразно рассчитывать электроемкость по нескольким основным видам и анализировать их совокупность.

Для многономенклатурных производств с большим числом видов выпускаемой продукции в соответствии с теорией Н-распределения достаточно рассматривать 5 - 10 % общего числа видов. Они должны быть выбраны таким образом, чтобы на их производство затрачивалось не менее 60 % общего электропотребления предприятия.

Годовое электропотребление многономенклатурных производств существенно зависит от изменений объемов вьшускаемой продукции, которые в свою очередь отражают состояние конъюнктуры рынка на данный момент времени.

Если для каждого вида продукции многономенклатурного производства рассчитать электроемкость как отношение годового электропотребления к объему выпуска этого вида, то в целом по предприятию эти величины подчиняются ранговому распределению. Полученные параметры рангового распределения по годам имеют достаточно стабильную тенденцию к увеличению. Возрастание рангового коэффициента показывает, что на предприятии с годами увеличиваются разнообразие выпускаемой продукции и разница в расходах электроэнергии на выпуск различных видов.

Совокупность кривых рангового распределения представляет собой поверхность. Анализ структурно-топологической динамики (траектории движения особи по кривой рангового распределения) на этой поверхности дает временной ряд электроемкости каждого исследуемого вида продукции, что представляет интерес с точки зрения возможности прогноза параметров электропотребления. Можно сделать вывод о наличии жесткой корреляционной связи между годовым электропотреблением многономенклатурного производства, структурой выпускаемых изделий и видовым разнообразием вьшускаемой продукции [4.12].

Общая формула, выражающая зависимость годового электропотребления от технологически определяющих видов продукции, для многономенклатурных производств записывается следующим образом [4.12]:

 

Л _год = МЭ_В) - М₂Э_в2 + МзЭй, (4.12)

где М\ — М$ - объемы выпуска первого — третьего видов продукции;

Э„1 — Э_аз - соответствующие расчетные электроемкости.

В условиях экономической нестабильности промышленности увеличивается вероятность ошибок прогнозирования электропотребления. Применение устойчивых ранговых и Н-распределений структуры электропотребления тех-

ноценозов на основе банков данных дает возможность прогнозировать тенденции развития и параметры электропотребления даже в условиях сильных внешних возмущений (реорганизация предприятий, спад производства и т.п.) [4. 12].