Лисиенко Ресурсы и факторы управления в енергосбережении 2011

Рис. 8.3. Блок-схема расщепления технологической цепочки на операции

икомпоненты при определении ТТЧ (на примере получения металлопродукции):

Э– электроэнергия, М – металл, К – кислород, ДН – нагрев дутья,

ДК – компрессия дутья, Т – теплоэнергия, А – агломерат, О – окатыши, Р – руда, КС – кокс, И – известь, У – уголь; i и ε – индексы соответственно технологической операции и компоненты; n – число операций; ρ – число компонент; пунктир – построение цепочки из последовательных звеньев для определения обобщенного расходного коэффициента Ψ65 (остальные обозначения даны в тексте)

Диссипативное выражение для ТТЧ цепи из n операций в этом случае представляется в виде:

181

	n	ρ
ТТЧ n=	q1 +∑ ∑ qiε Ψiε,			(8.22)
	η1 i=2	ε=1	ηiε

где q1 – удельный полезный расход энергии для операции 1; η1 – ее топливно-энергетический КПД; qiε – удельный полезный расход энергии для звена ε операции i; ηiε – топливно-энергетический КПД для звена ε операции i; Ψiε – обобщенный расходный коэффициент для операций i = 2 ÷ n (равен произведению элементарных расходных коэффициентов звеньев ε операций):

Ψiε = ϕ2ε … ϕiε … ϕnε,

(8.23)

где ϕiε – элементарный расходный коэффициент звена ε операции i. Для раскрытия основных факторов, определяющих величину ТЭЧ продукта, произведенного за n технологических операций при наличии ρ компонент (цепочек) в операции: удельных полезных расходов теплоты, топливно-энергетических КПД, удельных приведённых масс вредных выбросов и расходных коэффициентов, применяется также диссипативная методика определения ТЭЧ

продукции.

При этом технологическая цепочка расщепляется также на n последовательных операций, в каждой из которых имеется определенное количество параллельно включенных цепочек, соответствующих числу компонент ρ, являющихся энергоносителями и источниками вредных выбросов (см. рис. 8.3). В силу последовательного включения операций расходные коэффициенты на каждой i-й операции получаются перемножением всех расходных коэффициентов цепочки из последовательно включенных звеньев.

Внутри каждой операции происходит суммирование выбросов по числу компонентов (цепочек). В результате величины ТЭЧ представляется в обобщенном виде:

	n ρ		,	(8.24)
ТЭЧ= Kв m1	+∑∑miεΨiε
	i=2 ε=1

где т1, тiε – удельная приведённая масса условных вредных выбросов, связанных с использованием топлива и энергии, за вычетом величины улавливаемых вредных выбросов; Ψiε – обобщенный расходный коэффициент для энергозатрат и вредных выбросов, определяемый как произведение элементарных коэффициентов ϕiε

182

при изменении i от 1 до n, составляющих последовательную цепочку (см. формулу (8.23)).

При этом в каждой операции i номер параллельного звена ε выбирается именно для последовательно включенных звеньев во всей цепочке.

Из формул (8.22) и (8.24) наглядно видно, что при определении ТТЧ и ТЭЧ технологической цепочки, состоящей из n последовательных звеньев, происходит двойное суммирование величин энергозатрат и выбросов как по технологическим цепочкам i от 1 до n (последовательное включение звеньев), так и по количеству технологических процессов внутри каждого звена ε – от 1 до ρ (параллельное включение компонентов). Значения m в формуле (8.34) представляется в виде приведенных величин

m = ∑	q	· Vα · ψвр· Ak ,	(8.25)
k	η

где Vα – объем продуктов сгорания, м3/кг или м3/м3; ψвр – концентрация вредных выбросов в продуктах сгорания, мг/м3; k – количество вредных выбросов.

С использованием величины η – топливно-энергетического КПД значения

	b =	q	и m = ∑	q	· Vα · ψвр· Ak
		η		η
			k

представляются как величины, связанные с использованием топлива (первичной энергии Э1 и В1), за вычетом величин ВЭР и полезно используемых выбросов (Э4 и В4).

При этом величина топливно-энергетического КПД η определяется по соотношению

η =	ηт	,	(8.26)
	1+ ηт −ηэ

где ηт – тепловой КПД процесса; ηэ – энергетический КПД. Значение энергетического КПД можно определить по формуле:

ηэ = q +Э4 ,	(8.27)
bт

где q – удельная величина полезной энергии; Э4 – удельные вторичные энергоресурсы; bт – удельный расход топлива.

183

В случае совместного протекания физико-химических и теплообменных процессов, что, как правило, и имеет место в пирометаллургических технологиях, величина η должна рассматриваться как обобщенный химико-тепловой КПД (эффективность), а q – как сумма удельных полезных теплот на протекание физикохимических и теплообменных процессов.

Использование представления о ТТЧ в виде (8.22) позволяет выйти на определение глобального энергетического КПД технологического процесса ηг.э.

В соответствии с формулой (8.22) величина ηг.э может быть представлена в диссипативном виде через величины технологически необходимых (полезных) удельных затрат теплоты q для различных звеньев цепочки:

		q1	n ρ
			+ ∑∑ qiεΨiε		qΣn
η	=		i=2 ε=1	=		,	(8.28)
г.э			ТТЧn		ТТЧn

где qΣn – суммарная полезная удельная теплота, необходимая для получения конечного продукта в цепочке из n технологических операций, кг у. т./ед. продукции.

Из формулы (8.28) следует, что величина ηг.э характеризует отношение суммарных полезных затрат qΣ к общим затратам энергии в виде ТТЧ продукции. Сопоставление формул (8.22) и (8.28) показывает, что увеличение значений η на всех звеньях при определенном значении числителя qΣn приводит к снижению ТТЧn и увеличению глобального энергетического КПД ηг.э.

Существенной методологической ценностью диссипативной методики СЭЭА является раскрытие основных факторов энергоэкологоемкости продукции. Такими факторами являются: полезная теплота q для реализации технологического процесса, топливноэнергетический КПД η и обобщенный расходный коэффициент Ψ, а в случае определения ТЭЧ и концентрации вредных выбросов в продуктах сгорания. Снижение величин q, Ψ и Ψвр и увеличение величины η и являются основными задачами энергоэкологоэффективности.

184

В различных технологических процессах в случае применения методики СЭЭА могут быть выявлены лимитирующие энергоэкологоемкие звенья и намечены пути повышения эффективности процессов. Конкретные примеры можно найти в прилагаемой ниже литературе. Отметим также, что энергоэкологоемкость продукции является отражением не только энергетических, но и одновременно материальных затрат. Последние как раз и раскрываются через обобщенный расходный коэффициент Ψ.

Существующие энерготехнологии, конечно же, располагают значительным потенциалом энергосбережения и снижения эмиссии вредных выбросов. Так расчеты для традиционной схемы производства металлопродукции дают величину ТТЧп = 1468,3 кг у.т./т и при суммарной полезной теплоте 885,9 кг у.т./т величина глобального энергетического КПД составит

ηг.э =1468,3885,9 0,6 .

Полученная величина ηг.э свидетельствует о том, что даже такой достаточно установившийся, традиционный процесс получения металлопродукции имеет значительные резервы по увеличению КПД.

Отметим также, что в данном традиционном процессе доля ТЭЧ в ТТЭЧ составляет до 20 % при обычно принятом расчете платежей за вредные выбросы (по методики Госкомэкологии). В тоже время расчет эколого-экономического ущерба по методикам с учетом риска могут давать, как отмечалось, существенно большие значения ТЭЧ, вполне даже сопоставимые с величиной ТТЧ.

Библиографический список к главе 8

1.Энергетический анализ. Методика и базовое информационное обеспечение. Учебное пособие/В.Г. Лисиенко, Я.М. Щелоков, С.Е. Розин, О.Г. Дружинина, А.Е. Пареньков. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2001.

2.Методология и информационное обеспечение сквозного знергетического анализа. Учебное пособие / В.Г. Лисиенко, Я.М. Щелоков, С.Е. Розин, О.Г. Дружинина. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2001.

3.Энергоэкологический анализ, программное обеспечение и снижение эколого-экономического ущерба: учебное пособие / В.Г. Лисиенко, О.Г. Дру-

185

жинина, Б.Б. Зобнин, В.И. Рогович, А.Ф. Никифоров, В.И. Уткин. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2005.

4.Управление ресурсами. Оценка и снижение эколого-экономического ущерба: учебное пособие / В.Г. Лисиенко, О.Г. Дружинина, Б.Б. Зобнин, В.И. Рогович, В.А. Морозова. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. 2002.

5.ГОСТ Р51541-99. Энергосбережение. Энергетическая эффективность. Общие положения.

6.ГОСТ 51387-99 Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения.

7.Лисиенко В. Г., Щелоков Я.М., Ладыгичев М.Г. Хрестоматия энергосбережения: Справочное издание. В 2-х книгах. Кн.1 / Под ред. В.Г. Лисиенко. М.: Теплоэнергетик, 2002.

8.Лисиенко В.Г. Совершенствование и повышение эффективности энерготехнологий и производств энергоэкологический анализ. // Теория и практика. Т 1. Теоретические основы энергоэкологоэффективности. М.: Теплотех-

ник. 2010.

Контрольные вопросы к главе 8

1.Каковы отличия энергетического и энергоэкологического анализов?

2.Дайте определения ТТЧ и ТЭЧ, а также ТТЭЧ.

3.В чем заключается методологическая ценность диссипативной методики определения ТТЭЧ?

4.Какие основные пути снижения энергоэкологоемкости продукции?

186

Глава 9. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ УПРАВЛЕНИЯ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ

9.1. Проблемы использования финансовых измерителей

Определяющая особенность современной экономики – это повторяемость рецессионных и кризисных явлений. Все это свидетельствует о том, что необходимо вносить существенные коррективы в сложившиеся принципы управления современной экономикой.

Необходимость обеспечения устойчивого развития экономики требует выбора адекватного инструмента для анализа текущей ситуации и для прогнозирования параметров развития. В связи с этим важное значение приобретают результаты выбора измерителей при анализе хозяйственной деятельности. В настоящее время для этих целей используются только финансовые (денежные) единицы измерения. Денежные измерители в целом и тем более в условиях мирового кризиса не могут обеспечить достоверный мониторинг влияния разнородных факторов на реальные экономические процессы.

Известно, что образование цен в условиях рыночных отношений не может быть свободным от искажений базовой цены любых товаров при наличии даже самого минимального их дефицита. К настоящему времени «свободное» образование цен особенно характерно для большинства энергоресурсов, энергоемких видов сырья, металлоизделий. В этих условиях фактически учетной единицей становится расход энергии (в биржевой практике – это запасы энергоресурсов в отдельно взятой стране).

Поэтому, с нашей точки зрения, необходимо обсуждение не только «денежного бюджета», но и составление аналогичного бюджета, выраженного в энергетических единицах. Одной из характерных отрицательных особенностей экономики является рост цен на ресурсы (энергетические и сырьевые). Здесь внешние и особенно внутренние риски определяются уровнем ресурсной эффективности ведения производственных процессов. Именно ресурсная эффективность во многом определяет и те ограничения, которые вызваны состоянием технологий.

187

Степень ресурсной эффективности тем более невозможно оценить только за счет использования финансовых измерителей. Поэтому практика все чаще заставляет наряду с денежными единицами измерения использовать ресурсные (энергетические) показатели.

К настоящему времени существует ряд методик энергетического, энергоэкологического анализа и т.д. Условно их можно разделить на две группы:

использование понятия мощности и единиц мощности, кВт,

МВт;

использование энергетических единиц (кг у.т., Дж, кВт·ч и др.) и введение сквозных энергетических показателей, суммирующих все виды затрат в энергетических единицах в данном и во всех предшествующих пределах технологического процесса (см. гл. 8).

Единицы мощности активно используются рядом экономистов. Более того, эта методическая схема рекомендована к использованию статистической комиссией ООН. Такой подход во многом оправдан сложившейся в мире финансовой и экономической ситуацией.

Так, современный глобальный кризис обязан разрыву между, так называемым, спекулятивным капиталом в 400 трил. долл. и фактическим мировым продуктом в 40 трил. долл. (рис. 9.1). Это существенно искажает реальную картину экономики мира, несправедливо перераспределяет бремя по энергетическому обеспечению доллара между государствами (табл. 9.1), особенно когда мир стал

взначительной степени однополярным.

Согласно табл. 9.1 в энергетическом измерении Россия уступает ЕС и США в 2,5 – 3,5 раза, в долларовом – в 40 раз. Россия платит самую высокую энергетическую цену за доллар, имеет самую большую его обеспеченность мощностью.

Из этого примера становятся очевидными рекомендации мирового саммита (Йоханнесбург, 2002 г.) о том, что проектировать устойчивое развитие на основе шатких, не обеспеченных мощностью денежных измерителей, принципиально ошибочно.

Мировым сообществом достигнуто понимание того, что большинство проблем связано не с нехваткой ресурсов, а прямым или косвенным, осознанным или неосознанным нарушением общих

188

законов сохранения и развития планетарной Жизни вследствие неэффективности управления.

Рис. 9.1. Динамика разрыва между спекулятивным капиталом и обеспеченным реальной мощностью мировым продуктом

Таблица 9.1

Энергетическая обеспеченность доллара1)

	Страны	Энергетические	ВВП,
		возможности, ГВт	млрд. долл.
	РФ	302,55	229,2
	ЕС	711,47	9437,49
	США	1139,70	8587,70

Однако ряд конкретных методических положений использования единиц мощности вызывает сомнение. Так, вводится понятие полезной мощности как совокупного продукта за определенные период. При этом уравнение полезной мощности на «выходе» связывает полную мощность предыдущего года с полезной мощно-

1) IEA Statistics Yearbook 2001, v.1-3.

189

стью текущего года посредством коэффициента совершенства технологий. Правила расчета совокупного продукта (полезной мощности) объекта определяются на основе рекомендуемых статистической комиссией ООН средних значений коэффициентов совершенства технологий.

Зная полную мощность объекта и принимая рекомендуемые статистической комиссией ООН средние значения КПД технологий в производстве электроэнергии за 100 %, в производстве всех видов топлива для машин и механизмов за 25 % и в производстве продуктов питания за 5 %, можно определить произведенную объектом полезную мощность, которая выступает в этом случае в качестве меры годового совокупного продукта.

Однако при этом возникает ряд несоответствий. В частности, почему при определении полезной мощности периода рекомендовано использовать значение полной мощности предыдущего периода? Например, если предыдущий год был полноценным по экономическим показателям, а текущий год – кризисный. Также почему «средние КПД технологий» принимаются не реально достигнутые, а рекомендованные статистической комиссией ООН? При этом КПД технологий при производстве электроэнергии рекомендовано принимать 100 %, в то время как большинство технологий этого вида остаются наиболее несовершенными.

На наш взгляд, определение степени эффективности использования мощности, имеющейся как в распоряжении общества, так и в любом технологическом процессе, является недостаточно правомерным. Вызвано это тем, что динамика эффективности определяется КПД технологий, показателями качества. И здесь наиболее широкое распространение получили зависимости между реальным экономическим ростом и ростом расхода энергетических ресурсов. Энергетический «уклон» при использовании физических методов в экономике был вызван объективными причинами. Любая деятельность связана как с непосредственной затратой энергии, так и с использованием средств, созданных с ее помощью.

В связи с изложенным в большинстве случаев можно считать плодотворным рассмотрение методики, в которых определяющим параметром является энергия (ее расход), а в качестве измерителей

– энергетические единицы в виде кг у.т., Дж, кВт·ч и др.

190