Эффективность систем преобразования энергии

Чтобы достичь сбережений в системе преобразования (генерирование) энергии, необходимо знать соответствующую технологию и современный лучший опыт подобных предприятий.
Номинальные паспортные данные используемого на объекте оборудования могут быть взятые с документации, которые сохраняется на объекте, или от фирм-изготовителей этого оборудования.
Вымеренные эксплуатационные показатели следует сравнить с паспортными или проектными показателями, с показателями предшествующего периода эксплуатации оборудования и с лучшими показателями, достигнутыми на таком оборудовании.
В качестве примера, рассмотрим возможные пути сбережения энергии за счет уменьшения потерь энергии с выхлопными газами.
Идеальное сгорание имеет место, если в реакции принимают участие строго определенные частицы топлива и кислорода для образования двуокиси углерода и воды без остатков несгораемого топлива или неиспользованного кислорода. Этот процесс известный под названием "сгорание с нулевым излишком кислорода" ли "стехиометрическое горение".
При условии стехиометрического горения достигается максимальная эффективность, поскольку все топливо полностью превращается в продукты сгорания, а количество избыточного воздуха, который выносит тепло процесса сжигания, минимальная. Содержание кислорода при таких условиях в топочных газах равно нулю, а количество двуокиси углерода (СО₂) - максимальное.
С увеличением количества воздуха, в топочных газах появляется кислород, который не вступил в реакцию: это означает, что количество топлива недостаточно для использования всего кислорода, который помещается в воздухе для горения. Общий вес газов, что выходят из горелки, возрастает.
На практике идеальное сгорание достигается редко и почти всегда нужна определенная частица избыточного воздуха. Контролируя процесс сгорания, можно достичь максимально возможной эффективности системы, которая имеет место при условии обеспечения минимально необходимой для полного сгорания топлива избыточного воздуха. Для этого необходимо достичь максимально возможного содержимого СО₂ и минимально возможного содержимого О₂ на выходе из котла для получения бездымных выбросов из дымовой трубы и заданной скорости сгорания.
Температура газов, что выбрасываются, должна быть по возможности низкой, но не настолько, чтобы наступила конденсация влаги с образованием окислов серы.
График на рис.6.6 показывает, сколько энергии тратится с выхлопными газами при определенном уровне концентрации двуокиси углерода (или при соответствующем уровне кислорода) и температуры топочных газов в случае сжигания естественного газа. Чтобы определить необходимые параметры следует найти точку на кривой двуокиси углерода, которая соответствует объемной частице сухого топочного газа. Потом проводят вертикальную линию, которая пересекает кривые, что соответствует определенным температурам топочных газов. Из точки пересечения вертикальной линии с нужной кривой температуры газа проводят горизонтальную линию к пересечению с осью потерь энергии в топочных газах и считывают частицу потерь. Аналогичные графики существуют для сжигания угля и нефти.
Для невысоких температур топочных газов (100°С) из графика видно, что между 0% и 100% избыточного воздуха потери в топочных газах возрастают с 13% до 16%. За высших температур (300°С) разность становится более заметной, от 22% до 30%.
Теперь рассмотрим пример повышения эффективности сжигание топлива в котле.
Вследствие проведенного теста эффективности сжигание топлива в котле установлено, что средний коэффициент эффективности (КПД) составляет 79%. Котел имеет ручную систему продувки, которая очень неэкономная, поскольку потери тепла на продувку за грубой оценкой составляют 1% от общего количества энергии топлива, потребленной котлом.

В ходе проведения аудита котельной установки определены такие величины:

· входная энергия топлива 62000 ГДж (100%),

· энергия потерь с выхлопными тазами 13020 ГДж (21%)

· превращенная в котле энергия топлива 48980 ГДж (79%)
а также

· тепловые потери через обшивку котла 700 ГДж

· тепловые потери через продувку 500 ГДж

· полезное тепло для парообразования 47780 ГДж.
Всего 48980 ГДж

С целью экономии энергии предложено установить в котельной систему автоматического поддержания оптимального соотношения газ - воздух и систему автоматической продувки. По предварительной оценке первое мероприятие повысит эффективность сжигания топлива в среднем до 83%, а второй - сократит продувку на 50% от ее нынешнего уровня.
Нужно определить величину ежегодных сбережений энергии, свернув внимание также на сопутствующие обстоятельства внедрения рекомендаций.
Сокращение уровня продувки разрешит сэкономить 50% от нынешних потерь энергии на нее, то есть 0,5*500 ГДж = 250 ГДж.
Отсюда нужная превращенная в котле энергия топлива составляет 48980-250=48730 (ГДж).
С повышением средней эффективности до 83% количество энергии топлива для получения упомянутого количества превращенной энергии составляет 48730/0,83=58711 (ГДж).
Ежегодные сбережения топливной энергии: 62000-58711=3289 (ГДж).
Но внедрение упомянутых мероприятий требует капитальных вложений и амортизационных отчислений на системы автоматического управления. Кроме того, увеличатся затраты на техническое обслуживание систем автоматического управления, хотя автоматизация может разрешить сократить другой обслуживающий персонал. И, в конце концов, можно сократить затраты на очищение воды.
Рассмотрим еще пример относительно эффективности превращения энергии в источниках света (рис.6.7).
Здравый смысл подсказывает использовать такой тип ламп, который обеспечивает максимальный световой поток на Ватт мощности лампы (максимальную светоотдачу) при условии, что другие характеристики лампы удовлетворяют требования к конкретной осветительной установке.
Светоотдача каждого типа лампы может быть определена на основе информации о лампе и схеме ее включения.
В случае проектирования новой осветительной установки необходимо сравнивать пригодные типы ламп и применять те, которые имеют высочайшую светоотдачу.
В случае анализа действующей осветительной установки следует определить тип используемых ламп. Если лампы этого типа имеют низкую светоотдачу, следует проанализировать возможность использования более эффективных ламп. В некоторых случаях это не требует любых изменений в установке вне замены ламп, в других - могут понадобиться изменения в установке с установлением новых элементов оснащения. Энергетическое обследование системы освещения требует оценки количества и типов ламп, оценка продолжительности работы и эффективности системы управления. Необходимо, чтобы уровень освещенности определенной рабочей плоскости отвечал нормативам. Портативные люксметры стоят около 100 долларов.

1 - лампы накала с вольфрамовой нитью;
2 - галогенные лампы накала с вольфрамовой нитью;
3 - комбинированные ртутные лампы высокого давления с вольфрамовой нитью;
4 - ртутные лампы высокого давления;
5 - газоразрядные лампы низкого давления (люминесцентные лампы);
6 - металлогалоидные лампы;
7 - натриевые лампы высокого давления;
8 - натриевые лампы низкого давления.

Рассмотрим пример относительно системы освещения. Автостоянку освещают 10 галогенных ламп с вольфрамовыми нитями накала мощностью 500 Вт любая. Лампы включают и выключают вручную работники охраны автостоянки, которые иногда оставляют лампы включенными на дневное время.
Для сбережения энергии предложено заменить эти лампы десятью натриевыми лампами высокого давления мощностью 114 Вт (вместе с потерями мощности в пускорегулирующей аппаратуре). Благодаря большей светоотдаче натриевых ламп уровень освещенности остается на предшествующем уровне. Кроме того, предложено установить автоматическое управление освещением системой с фотоэлектрическим датчиком.
Необходимо определить количество сэкономленной за год энергии и указать другие положительные следствия реконструкции системы освещения.
Считается, что в ожидании текущего ремонта в нерабочем состоянии находятся, в средних, две из галогенно-вольфрамовых ламп и, благодаря высшей надежности, лишь одна из ламп высокого давления.

Показатель	Нынешняя ситуация	Улучшенная ситуация
Установленная мощность, кВт	5,00	1,14
Коэффициент средней нагрузки	0,8	0,9
Продолжительность работы в году, часов
Годовое энергопотребление, кВт*ч

Объем годового сбережения энергии (кВт*ч): 21600-3745 = 17855

Другие положительные факторы реконструкции системы освещения:

· уменьшение расходов на замену ламп;

· уменьшение расходов на оплату техничного обслуживание системы;

· повышение уровня освещенности.

Дата добавления: 2015-06-27