Основы энергетического аудита и менеджмента

Транспортирование тепловой и электрической энергии

Произведенная на крупных источниках (ТЭС, котельные) энергия должна быть доставлена потребителям. Основные виды потребляемой энергии – электроэнергия и теплота.

Качество электроэнергии, кроме силы потребляемой тока и подведенного напряжения, характеризуется еще двумя важными параметрами: частота (должна быть 50 герц) и «косинус фи» (коэффициент мощности) – косинус угла между векторами напряжения и силы тока. Для контроля электроэнергии, отпускаемой потребителю, необходимо иметь следующие приборы: амперметр, вольтметр, частотомер, измеритель cos φ, электросчетчик. Особенность электроэнергии как товара – непосредственное потребление произведенного. Поэтому необходимо согласовывать выход энергии у производителя, расходование у потребителя, потери при транспортировке. Естественно, мероприятия по энергосбережению немыслимы без правильного учета потоков энергии. При ухудшении качества электроэнергии потребитель вправе требовать уменьшение цены ее.

Электрическая энергия распределяется по линиям электропередач (ЛЭП). ЛЭП – это электроустановка для передачи электрической энергии на расстоянии, состоящая из проводников тока и вспомогательных устройств. ЛЭП является одним из основных звеньев электрических систем и вместе с электрическими подстанциями образуют электрические сети. Различают ЛЭП низкого (до 1кВ), среднего (3-35 кВ), высокого (110-220 кВ), сверхвысокого (330-1000 кВ) и ультравысокого (более 1000 кВ) напряжения. Главным образом используются трехфазные ЛЭП переменного тока.

Электроэнергия – это чистый и дорогой продукт, транспорт которого отработан достаточно совершенно; потери электроэнергии на ЛЭП сопоставлены с затратами, уменьшающие их. Потери активной и реактивной энергии на ЛЭП переменного тока составляют порядка 10%, постоянного тока - несколько меньше, и уменьшение потерь связано с перерасходом дорогих материалов и установкой сложного оборудования. Потребление энергии подразумевает преобразование у потребителя получение энергии в форму, требующуюся потребителю, или для создания определенных условий, продукта, действия (механическая энергия, химические преобразования, температурной уровень и т. д.).

Электрическая энергия потребляется практически в момент ее выработки. Увеличение силы тока приводит к потерям энергии на нагрев в соединяющих электрогенераторы и приемники линиях электропередачи и к дополнительной нагрузке генераторов, т. е. перерасход топлива на ТЭС. Поэтому используются специальные устройства между генераторами и приемниками - так называемые синхронные компенсаторы (это батареи конденсаторов или вращающаяся электромашина) - для компенсации сдвига фаз и увеличения cosφ до 1.

Качество тепловой энергии должно быть таким, чтобы у потребителя при потреблении ее реализовались требуемые условия: при отоплении - необходимая температура нагревательных приборов, вентиляции - температура воздуха, на паровых машинах - требуется механическая мощность, в технологических процессах - вывод соответствующей продукции (например, количество и качество бетонных или керамических изделий). Поэтому с точки зрения потребителя тепловая энергия должна иметь показания по следующим параметрам: температура теплоносителя (обычно воды или пара); давление (особенно пара); расход теплоты и общее количество теплоты.

Работоспособность (эксергия) характеризуется превышением температуры теплоносителя над температурой окружающей среды. Тепловая энергия от теплоносителя передается потребителю через теплообменник, его эффективность тем выше, чем больше исходная температура. Однако при теплообмене работоспособность теряется. Поэтому необходимо оптимум, выражающийся в максимальном суммарном эффекте. Такой оптимум в настоящее время практически не определяется, и это одно из направлений энергосбережения при производстве и потреблении теплоты.

Температура измеряется различными термометрами, давление - манометрами. Основной прибор для теплоснабжения - тепломер (счетчик тепловой энергии).

Основное количество теплоты транспортируется в холодное время года, т. е. при значительной разности температур теплоносителя и окружающей среды; эта разность обуславливает величину потерь. Если путь теплоносителя к потребителю несколько километров, доля потерь теплоты по отношению к исходному ее количеству может составлять 20 – 60%.

Тепловая энергия в виде горячей воды или пара транспортируется от ТЭЦ или котельных к потребителям по специальным трубопроводам, которые называются тепловой сетью.

Тепловые сети бывают: магистральные (по главным направлениям населенного пункта), распределительные (внутри кварталов), ответвления (подвод к домам). И делятся на водяные (прямая и обратная трубы) и паровые (паропровод и конденсатопровод). Чем длиннее трубы (больше радиус действия тепловых сетей), тем больше энергии на прокачку теплоносителя, больше тепловой потери. Поэтому радиус ограничен 10 км. Для последующих потребителей требуется уже другой источник теплоты.

По ходу теплоносителя устраиваются специальные камеры, колодцы (задвижки, вентили, манометры), компенсаторы ("П" - образные, линзовые, сальниковые), стойки, фиксаторы и т. д., увеличивающие теплопотери. Особенно велики теплопотери при открытой прокладке труб (так называемые "воздушные" тепловые сети), требуется большие расходы на теплоизоляцию. Плохая эксплуатация (открытые люки, поврежденная изоляция, влажность, сквозняки и т. д.) увеличивает теплопотери.

Основная часть тепловой энергии идет на отопление. Отопление - это компенсация тепловых потерь в окружающую среду данного помещения, объекта при условии поддержания в нем заданной температуры. Если температура в помещении больше, чем снаружи, то всегда имеется тепловой поток, называемый теплопотерями. Этот поток никогда не равен нулю (только при равенстве температур). т. е. все тепло, введенное в помещение, в конце концов оказывается в окружающей среде. Поэтому неуместны восклицания о том, что "греем небо". Другое дело - величина, интенсивность этого потока (количество тепла в единицу времени). Она зависит от термического сопротивления наружных ограждений - стен, окон, потолка, пола и т. д. (толщина, деленная на теплопроводность). Очевидно, увеличивая толщину и переходя на более совершенный теплоизоляционный материал, можно уменьшить теплопотери, уменьшить необходимую мощность системы отопления, уменьшить расход топлива на получения тепловой энергии. Однако при этом возрастает стоимость сооружения, поэтому термическое сопротивление нормируется. Нахождение оптимума по минимуму затрат - наиболее правильный путь энергосбережения, но чаще нормы усредняют расчет для разных потребителей. Поэтому с точки зрения энергосбережения желательно для конкретных практических случаев уточнять экономически целесообразные термические сопротивления ограждений.

В системах отопления тепло передается в помещении при помощи нагревательных (отопительных) приборов; обычно это чугунные и стальные радиаторы и конвекторы. Для повышения эффективности работы отопительных приборов следует:

* не ограждать их декоративными решетками;

* не заглублять в ниши;

* использовать темную окраску;

* при большом количестве секций делить на несколько батарей;

* не располагать их высоко;

* при установке на наружных стенах применять теплоизоляцию со стороны стены;

* иметь отключающий и регулирующий вентиль;

* следить за чистотой межреберного пространства в конвекторах.