Энергобалансы промышленных и энергетических предприятий

Энергетические балансы на промышленных и энергетических предприятиях разрабатываются для разных целей: исследовательских, аналитических, при наладке энергооборудования, для нормирования энергопотребления и в том числе для целей планирования. Многообразие разновидностей требует четкого представления, в каком случае какой именно энергобаланс разрабатывается и применяется и для каких целей.

Энергетический баланс — система показателей, характеризующих процесс преобразования энергии или снабжения ею потребителей и отражающих равенство подведенной энергии с одной стороны и суммы полезной энергии и потерь — с другой.

Классификация энергетических балансов дается по следующим классификационным группам.

По видам энергии: электрический, тепловой, топливный, на промышленных предприятиях — для местных энергоносителей (сжатого воздуха и газов, холода, воды и др.)

К этой классификационной группе относится сводный энергобаланс, в котором все виды энергии переводятся в одни и те же энергетические единицы и суммируются, В нашей стране в качестве такой общей единицы принято условное топливо (тонны условного топлива — ту.т.) с теплотой сгорания 7000 ккал/кг. В мировой практике распространен другой вид условного топлива — тонна нефтяного эквивалента (т н.э.), топливо, имеющее теплоту сгорания 10 000 ккал/кг (по некоторым литературным источникам — 9100 ккал/кг), при этом соотношение:

1 т н.э. = 1,43 т у.т.

Кроме того, там применяется очень крупная условная энергетическая единица Экзаджоуль (ЕДж), который имеет следующие соотношения:

1 ЕДж = 23,9.10⁶ т н.э. = 34,3 • 10⁶ т у.т.

При переводе различных видов энергии в условное топливо используются следующие международные значения энергетических (теоретических) эквивалентов:

1 т угля = 26,5-10⁹ Дж = 0,905 ту.т. (теплота сгорания 6330 ккал/кг);

1 т нефти = 42,7 • 10⁹ Дж = 1,47 ту.т. (теплота сгорания 10300 ккал/кг);

1 м₃ газа = 37,5 • 10⁹ Дж = 1,28 ту.т. (теплота сгорания 8960 ккал/м3);

1 кВт-ч = 3,6 Дж = 0,123 кг у.т.

В отечественной практике обычно для перевода в условное топливо используются следующие (уже не теоретические, а практические) соотношения (табл. 17.2).

Таблица 17.2. Коэффициенты дли перевода разных видов энергии и энергоносителей в условное топливо

В хозяйственных практических и исследовательских расчетах для перевода различных видов топлива в условное часто применяются коэффициенты, показывающие соотношение теплоты сгорания данного топлива и условного. Округленные значения этих коэффициентов приведены в табл. 17.3.

Таблица 17.3. Коэффициенты для перевода разных видов топлива в условное топливо

По времени и стадии разработки различаются отчетные, текущие, перспективные и проектные энергобалансы.

По назначению: балансы энергии на нужды основного производства, вспомогательных производств и санитарно-технические, на коммунально-бытовые нужды.

По стадиям энергетического потока: при добыче природных энергоресурсов; при их переработке, обогащении; при транспорте; при преобразовании в другие виды энергии; при потреблении и использовании.

Как уже отмечалось, топливно-энергетический комплекс следует рассматривать как единую «энергетическую цепочку», единый энергетический поток — от добычи природных энергоресурсов через всю цепь транспорта, преобразований, трансформаций до потребления и использования для производства неэнергетической продукции, работ или услуг. В каждом сечении этого потока можно выявить расходную и приходную части, т.е. составить энергетический баланс. Наиболее важными и применяемыми на практике являются следующие энергобалансы.

Баланс природных энергоресурсов (преимущественно органических топлив) разрабатывается как для отдельного региона, страны, так и для всего мира. Здесь определяются все запасы полезных ископаемых и оце­нивается возможность их извлечения, «извлекаемость». Кроме того, рас­сматривается обеспеченность этими запасами данного региона, страны или всего мирового сообщества, определяются примерные сроки, на которые этих запасов хватит.

Банане добычи природных ресурсов должен определить, какую мощность горнодобывающих предприятий можно предусмотреть, сколько топлива, нефти или газа может извлекаться ежегодно, каковы будут потери при их местной переработке, обогащении, сколько пойдет в отвалы и т.п., и сколько может составить полезно извлеченный ресурс.

Баланс транспорта энергоресурсов определяет количество отгружен­ного или переданного по трубопроводам топлива, потери при транспорти­ровке и количество топлива, поступающего (продаваемого) потребителям.

Баланс преобразования энергии или (как принято говорить) производства энергии[4] в различных энергогенерирующих установках и прежде всего на электростанциях призван показать, сколько энергии преобразуется (производится) для снабжения ею потребителей, какую величину составляют энергетические потери и сколько требуется для этого преобра­зования (производства) первичного энергоресурса.

Баланс передачи и распределения энергии по энергетическим коммуникациям — электрическим и тепловым сетям — должен показать, сколько энергии отпущено от ее источника, сколько потеряно при передаче и промежуточных трансформациях и сколько подведено непосредственно к потребителям, точнее — к точкам (пунктам) расчета с потребителями за отпущенную им (проданную) энергию.

Потребители, крупнейшими из которых и наиболее многочисленными являются промышленные предприятия, разрабатывают балансы потребления энергии (точнее — балансы на стадии потребления), в которых балансируется, с одной стороны, поступившая энергия, а с другой — энергетические потери и энергия, переданная и поступившая в конкретные энергоприемники: топки, теплообменники, двигатели, санитарно-технические системы, в осветительные приборы и пр.

Последним, завершающим весь энергетический поток, является баланс использования (точнее — баланс на стадии использования) энергии, в котором исследуются направления энергозатрат в любых энергоиспользующих установках, производящих неэнергетическую продукцию, работу или услуги, с определением суммы полезного расхода и энергетических потерь, которые равны количеству энергии, поступившей в энергоиспользующую установку.

В специальной литературе баланс на стадии потребления энергии иногда называют синтетическим энергобалансом, бадане на стадии использования энергии - аналитическим энергобалансом и при этом классифицирую г по качественному признаку. В то же время очевидно, что эти виды садят в одном ряду с прочими балансами на различных стадиях энергетического потока.

Баланс использования, ими аналитический энергобаланс, широко известен и применяется в исследовательских целях для оценки степени рациональности энергоиспользования.

По качественным признакам энергобалансы могут быть: фактические, нормализованные, рациональные, оптимальные и идеальные. Нормализованные энергобалансы разрабатываются в расчете на строгое соблюдение технически и экономически обоснованных норм. Рациональные составляются для проведения совершенствования, рационализации энергоиспользования. Оптимальные предусматривают пол­ное техническое перевооружение с применением самого совершенного энергосберегающего оборудования. Идеальным называется энергобаланс, составленный только по полезной энергии, без учета потерь и исключительно в исследовательских целях.

Планирование режимов энергопотребления

Одной из главных особенностей энергетики, как уже говорилось, яв­ляется одновременность производства и потребления энергии. Поэтому планирование режимов работы энергетических предприятий и объединений представляет собой задачу первостепенной важности и ответственности. Здесь имеют место все виды планирования, но особенно актуальны текущее (годовое) и оперативное (от мгновения до суток).

Графики энергопотребления так и разрабатываются: на год, по месяцам года, на каждую неделю (в составе текущего планирования) и на каж­дые сутки (оперативное планирование). При этом планируются (рассчитываются с некоторой степенью вероятности), во-первых, объемы и, во-вто­рых, максимумы энергопотребления. Эти расчеты базируются. на двух источниках сведений: 1) на заявках потребителей (хозяйственных договорах) и 2} на статистических данных, многолетних наблюдений. Таким образом графики разрабатываются нормативным методом и одним из экономико-математических – методом аналогии с прошлыми периодами.

Режимная особенность энергетики заключаемся в существенной неравномерности энергопотребления — сезонной, месячной, недельной и суточной, а это требует адекватных режимов работы энергопредприятий, постоянное регулирование производства энергии в соответствии с потребностями. При этом чрезвычайно важной экономической задачей является оптимальное распределение нагрузок между параллельно работающими электростанциями в энергосистеме, чтобы суммарные затраты на энергопроизводство были бы минимальными. Поэтому в экономике энергетики выработаны принципы и приемы, устанавливающие последовательность загрузки электростанций различных типов, определение их участия в покрытии графиков нагрузки. Пример такого распределение приведен на рис. 17.2.

Рис. 17.2. Примерный график электрических нагрузок за зимние сутки и его покрытие электростанциями различных типов

Типичный суточный (график нагрузки имеет дна пика — утренний (около 8 ч) и вечерний (в 19 ч зимой и в 22 ч летом). По вертикали график разбивается на три зоны: базовую, где нагрузка постоянна в течение суток: полупиковую, в которой есть спад нагрузки с ночные часы; и пиковую, состоящую из утреннего и вечернего пиков,

Определяя участие в покрытии нагрузки разными типами электростанции с учетом их технико-экономических характеристик, руководствуются двумя критериями:

1) экономичностью, чтобы суммарные показатели работы энергосистемы были наилучшими (при этом отдельные электростанции могут работать в невыгодных для себя режимах);

2) мобильностью, способность к быстрому набору и сбросу нагрузки, чтобы обеспечить необходимое регулирование общего графика электропотребления,

В базовой части работают наиболее экономичные электростанции:

— ТЭЦ по теплофикационному циклу;

— атомные электростанции (АЭС), экономящие органическое топливо;

— крупные государственные районные электростанции (ГРЭС), имеющие наименьшие среди электростанций конденсационного типа (КЭС) удельные расходы топлива на 1 кВт • ч производимой электроэнергии,

В полупиковой части участвуют менее экономичные тепловые электростанции, обладающие, однако, некоторой маневренностью:

— ТЭЦ по конденсационному циклу, так называемые «конденсационные хвосты», где набор и сброс нагрузки происходят довольно легко;

— малоэкономичные, как правило, устаревшие КЭС, работу которых следует ограничивать по времени.

В пиковой части графика работают электростанции, обладающие наибольшей мобильностью в силу своих технологических особенностей, способные в считанные доли секунд развивать необходимую мощность и так же снижать ее:

— гидроэлектростанции (ГЭС);

— гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС), специально созданные для регулирования графиков нагрузки, работающие ночью в режиме насосов, закачивая воду на верхний бьеф, а в часы максимума вырабатывающие электроэнергию в режиме ГЭС;

— газотурбинные установки (ГТУ), также обладающие высокой мобильностью, но имеющие довольно плохие экономические показатели (удельные расходы топлива составляют более 400 г у.т./кВт«ч).

Распределяя нагрузки между электростанциями подобным образом, в энергосистемах достигаются наилучшие показатели при безусловном удовлетворении потребностей потребителей в электроэнергии.

Однако, как уже отмечалось, отдельные электростанции могут быть поставлены в условия работы, не самые выгодные для себя. И в любом случае они должны стремиться к работе с максимальной экономичностью, для чего также предусматриваются определенные технико-экономические меры. Одной из таких мер является распределение нагрузки между параллельно работающими турбоагрегатами для достижения максимальной эко­номичности работы всей электростанции. Такое распределение производится исходя из энергетических характеристик отдельных турбогенераторов или блоков «котел-турбина» (при блочной схеме электростанции). Наиболее сложным, и потому наиболее полным, является порядок распределения нагрузок на ТЭЦ.

Энергетические (тепловые) характеристики теплофикационных турбин представляют собой уравнения вида (пример дан для теплофикационной турбины типа ПТ с двумя регулируемыми отборами — производственным (п) и теплофикационным (т):

Q = q_xx Т + q_тР_т+q_rP_r

Р_т=m₁Q_n+m₂Q_т – C,

где q_xx — часовой расход тепла на холостой ход, Гкал/ч; q_т- — относительный прирост расхода тепла на производство электроэнергии по теплофикационному циклу, Гкал/кВт ч; q_к- — относительный прирост расхода тепла на производство электроэнергии по конденсационному циклу, Гкал/кВт ч; Т — время работы турбогенератора в течение года (при расчете часовых показателей 1), час/год; Р_т — электрическая теплофикационная мощность (при расчетах часовых тепловых нагрузок) или годовая выработка электроэнергии по теплофикационному циклу (при расчетах годовой потребности в паре), кВт или кВт ч/год; Р_к — электрическая конденсационная мощность (при расчетах часовых тепловых нагрузок) иди годовая выработка электроэнергии по конденсационному циклу (при расчетах годовой потребности в паре), кВт или кВт ч/год; Q_п — часовой (иди годовой) отпуск пара из производственного отбора (7 — 13 ата), Гкал/ч или Г кал/год; Q_т — часовой (или годовой) отпуск пара из теплофикационного отбора (1,2 — 2,5 ата), Гкал/ч или Гкал/год; m₁ — удельная частичная выработка электроэнергии на отпуске тепла из производственных отборов, кВт • ч/Гкал или кВт/Гкал/'ч; m₂ — удельная частичная выработка электроэнергии на отпуске тепла из теплофикационных отборов, кВт ч/Ткал или кВт/Гкал/ч; С — константный показатель при расчете теплофикационной мощности (выработки энергии — при расчете годовых показателей), кВт.

Порядок загрузки турбогенераторов на ТЭЦ состоит из нескольких последовательных логических шагов, причем сначала распределяется тепловая нагрузка.

1. В первую очередь загружаются турбины, имеющие наибольшую удельную частичную выработку на тепловом потреблении m чтобы на ТЭЦ максимальное количество электроэнергии производилось по самому экономичному, теплофикационному циклу.

2. При равенстве этого показателя у нескольких турбин предпочтение отдается той из них, у которой больше относительный прирост расхода тепла на производство электроэнергии по конденсационному циклу q_к. Это делается для того, чтобы максимально снизить работу данного турбогенератора в конденсационном режиме, где у него наихудшие показатели.

3. При распределении электрической нагрузки, напротив, в первую очередь загружаются агрегаты, у которых относительный прирост расхода тепла на производство электроэнергии по конденсационному циклу q_к меньше.

При таком распределении тепловой и электрической нагрузки может быть достигнут наименьший удельный расход топлива на производство электрической энергии на ТЭЦ. Для электростанций с блочной схемой на этом распределение нагрузок заканчивается.

Если же схема ТЭЦ с поперечными связями, т. е. все котлоагрегаты в котельном цехе работают на общий коллектор, от которого питаются все турбины, необходимо оптимально распределить производство пара в отдельных энергетических котлах. Это производится по «режимной карте» котельного цеха, предусматривающей последовательную загрузку отдельных котлов по убывающей их экономичности и моменты включения резервных котлоагрегатов по мере роста потребности в паре.

Планирование ремонтов в энергетике

Ремонтное обслуживание является вспомогательным, но очень важным элементом производственно-хозяйственной деятельности в энергетике, поскольку от его качества и своевременности зависят надежность работы энергооборудования, бесперебойность снабжения потребителей энергией в нужном количестве, должного качества, с максимальной экономичностью (см. целевую функцию энергетики). Исходя из этого, следует планировать ремонты энергооборудования, составлять графики ремонтного обслуживания так, чтобы вывод оборудования в ремонт не приводил к текущему дефициту мощности для покрытия нагрузки и к недоотпуску.энергии.

В энергетике, как и в других отраслях промышленности, принята система планово-предупредительных ремонтов (ППР). Эта система представляет собой документацию, в которой предлагаются определенная периодичность и виды ремонтного обслуживания для всех типов энергетического оборудования. Разновидностями этой системы, например, в промышленной энергетике являются: «Единая система планово-предупредительных ремонтов» (ЕС ППР), система «Планово-предупредительный ремонт оборудования и сетей промышленной энергетики» (ППР ОС/7Э); система «Техническое обслуживание и ремонт» (ТОР).

Все системы различаются принятыми для них видами ремонтного обслуживания. Так, в ЕС ППР такими видами являются: текущий, средний и капитальный ремонт. В других системах приняты: I) профилактические осмотры, 2) текущий ремонт; 3) капитальный ремонт. Иногда применяется средний ремонт, называемый расширенным текущим.

Во всех системах ППР применяются следующие основные понятия:

— ремонтный цикл — время между двумя капитальными ремонтами;

— межремонтный период — время между двумя любыми ремонтами;

— дефектная ведомость — перечень узлов и деталей энергетического оборудования, подлежащие ремонту (составляется непосредственно перед ремонтом или по результатам профилактических осмотров);

— проект организации работ (ПОР) — плановый (проектный) документ об организации ремонтных работ с указанием необходимого ремонтного оборудования, ремонтной площадки, сроков и трудоемкости ремонта (разрабатывается чаще всего для капитальных ремонтов);

— трудоемкость ремонта — расчетная величина, заранее предусмотренная документами системы ППР, оценивающая необходимые трудозатраты на проведение того или иного вида ремонтного обслуживания. Размерность этой величины дается либо в «единицах ремонтосложности», либо (в последнее время более употребительно) в нормо-часах или человеко-часах;

— единица ремонтосложности — трудоемкость ремонта асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором мощностью 0,5 кВт.

Организация ремонта на энергопредприятиях осуществляется двумя способами:

— децентрализованным, хозяйственным, когда ремонтное обслуживание проводится ремонтным (и частично эксплуатационным) персоналом;

— централизованным, подрядным, с привлечением специализированных ремонтных предприятий энергосистемы или Минэнерго (системы Центроэнергоремонт).

И тот, и другой способы имеют свои достоинства и недостатки.

При хозяйственном способе ремонтного обслуживания, ремонтники, являясь членами трудового коллектива электростанции, заинтересованы в качестве ремонтных работ, хорошо знают оборудование станции, проводят иногда совместно с эксплуатационниками регулярные профилактические работы. Однако уровень квалификации ремонтных рабочих на электростанциях, как правило, невысок, здесь невозможно иметь все необходимое разнообразие ремонтного оборудования, мощности ремонтных служб используются лишь во время ремонтной кампании (в летний период), а остальное время простаивают.

При специализированном централизованном ремонте квалификация ремонтных рабочих, как правило, высокая, ремонтные предприятия имеют хорошо оснащенные ремонтные базы. Это позволяет проводить ремонты индустриальным методом, т. е. заменять отдельные узлы энергооборудования, а обработку, ремонт и обновление отдельных деталей производить на ремонтных заводах. Поэтому централизованный ремонт в большинстве случаев отличается более высоким качеством по сравнению с децентрализованным. Однако стоимость подрядных ремонтных работ большей частью выше из-за высокой доли накладных расходов ремонтного предприятия, включая командировочные расходы, так что он обходится электростанции дороже, чем ремонт, выполняемый хозяйственным способом.

На практике эти формы могут применяться в сочетании, например, капитальные ремонты проводятся подрядчиками, а остальные виды ремонтов — своими силами. В настоящее время ремонты в энергетике в значительном объеме производятся хозяйственным способом, из-за чего количество ремонтного персонала, по некоторым оценкам, составляет до 70% всего производственного персонала отрасли. В промышленно развитых странах ремонтное обслуживание как в энергетике, так и в других отраслях материального производства осуществляется практически исключительно подрядными специализированными фирмами, что считается более выгодным в техническом и экономическом отношении.

Решение о выборе формы ремонтного обслуживания остается за руководством каждой отдельной электростанции, в зависимости от местных условий и при сопоставлении затрат на ремонты, выполняемые централизованно или децентрализованно.

Контрольные вопросы к главе 17

Сформулируйте главные задачи планирования как функции управления. Какую роль оно играет в процессе управления производственно-хозяйственной деятельностью?

Назовите принципы планирования. Какие из них, на Ваш взгляд, наиболее важны для современного состояния экономики?

Перечислите виды и методы планирования. Какое значение для планирования имеет составление балансов?

Назовите основные способы экономико-математического моделирования в планировании.

Охарактеризуйте современный «бизнес-план».

Опишите систему классификации энергобалансов. По каким признакам она построена?

Нарисуйте типичный график суточного энергопотребления. Какие зоны нагрузок здесь наблюдаются?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: