В энергопотребляющих установках

Для характеристики степени использования энергетических ресурсов в технологических процессах и установках применяется КПД (%):

W,

где W – количество используемой энергии;

W_∑ – количество подведённой энергии к данной установке.

В общем случае КПД данного технологического процесса или установки η определяется по формуле

η_тп =η_дт·η_пр.э.·η_тр.э·η_пр.м·η_рм,

где η_дт – КПД добычи, транспорта и переработки топлива,

η_пр.э – КПД производства энергии (тепло, электрическая энергия),

η_тр.э – КПД транспорта энергии,

η_пр.м – КПД приводов механизмов;

η_рм – КПД рабочей машины, технологического агрегата.

Полезное использование первичных энергетических ресурсов в технологических процессах колеблется в достаточно широких пределах:

- силовые процессы – 20-35 %,

- высокотемпературные процессы – 15-65 %,

- средние и низкотемпературные процессы – 30-85 %,

- электрохимические процессы – 18-20 %,

- освещение – 1-7 %.

Суммарный КПД использования ТЭР составляет от 40 до 45 %. Остальные 55-60 % – это потери, в том числе в процессах:

- добыча, транспорт и переработка топлива – 3-5 %,

- генерирование энергии – 18-22 %,

- распределение энергии – 2-4 %,

- использование энергии – 30-40 %.

По возможности устранения потерь они классифицируются на неизбежные (или собственные) и технические.

Под неизбежными понимаются потери, которые при данном принципе организации процесса не могут быть устранены или снижены без радикального изменения самого процесса.

Потери уменьшение или устранение которых технически возможно при данном принципе организации процесса, относятся к техническим.

Изменение суммарного КПД во времени происходит под влиянием двух групп факторов, действующих в противоположных направлениях. На повышение КПД влияет снижение потерь во всех элементах энергетической цепи и особенно при генерировании и использовании энергии. Важным направлением повышения КПД является регенерация энергии, а также более полное использование ВЭР. Снижению КПД способствует повышение удельного веса электроэнергии в общем энергопотреблении, имеющей более низкий суммарный КПД получения.

Для определения КПД используются энергетические балансы (ЭБ) технологических процессов и установок. Они дают наглядную картину количественного расхода энергоресурсов для процессов, где применяется один вид энергоносителя. В промышленности (химия, металлургия, энергетика и т.д.) широко распространены технологические процессы и установки, в которых одновременно используются энергоносители нескольких видов. В этом случае необходим учёт качественного различия разных видов энергоресурсов. Качественную оценку различных видов энергии позволяет сделать эксергетический баланс технологического процесса и установки и соответственно эксергетический КПД.

Потери, определённые в ЭБ не являются точными. Энергия подчиняется закону сохранения и не может безвозвратно теряться. В действительности в результате отдачи энергии в окружающую среду выступают не затраты энергии, а ее рассеивание.

Максимальную способность энергии, которую можно использовать для выполнения полезной работы, принято называть эксергией.

Во всех явлениях природы обязательно действует закон сохранения энергии, но не существует закона сохранения эксергии. Примером сохранения эксергии может быть только идеально обратимый процесс, протекающий при бесконечно малых разницах концентрации и температуры. В реальных процессах, которые всегда необратимы, подведённая энергия не теряется. Снижается ее пригодность к совершению работы из-за безвозвратных потерь энергии. Таким образом, определение потерь эксергии в различных звеньях любого технологического процесса или установки позволяет выявить и количественно оценить причины низкого уровня энергоиспользования и информацию возможностях повышения КПД этих процессов или установок.

Потери эксергии могут быть внутренние и внешние.

Внутренние потери вызываются необратимо протекающими процессами внутри самой установки (при теплообмене, горении топлива, от трения движущихся частей).

Внешние потери вызываются необратимо протекающими процессами вне рассматриваемой установки (потери эксергии с продуктами горения, теплообмена и угаром металла).

Эксергетический КПД определяет степень совершенства любого технологического процесса или установки.

Повышение КПД энергетических установок приводит, как правило, к необходимости некоторого увеличения капитальных затрат на их сооружение при данной мощности (производительности).

Следовательно, возникает задача соизмерения дополнительных капитальных затрат и экономии энергоресурсов с целью нахождения оптимального технического решения и соответствующего ему оптимального КПД.

В общем случае значение оптимального КПД для комплекса обслуживающих технологический процесс установок может не совпадать с величиной оптимального КПД отдельных установок. Поэтому оптимизациядолжна производиться для всего комплекса. Когда изменение параметров отдельных установок не влияет (или влияет незначительно) на режим работы остальных, оптимизация может выполняться для частей системы энергетических установок.

Наряду с КПД важной характеристикой энергоиспользования является удельный расход энергоресурсов на единицу выпускаемой продукции для электроэнергии w_уд, для топлива Э_уд.топ, для тепловой энергии Э_уд.т