Энергетического хозяйства предприятия

Современные промышленные предприятия являются крупными потребителями энергии различных видов и параметров. Общая номенклатура используемых в их деятельности энергоносителей может включать более десятка наименований, а доля затрат на энергоресурсы в общей себестоимости продукции – достигать 25% и более. По характеру своего использования, потребляемая промышленными предприятиями энергия делится на три категории: силовую, технологическую и производственно-бытовую. Силовая энергия используется для приведения в движение технологического оборудования и подъемно-транспортных средств; технологическая – служит для непосредственного изменения свойств и состояния материалов (плавление, термообработка и т.д.); производственно-бытовая – расходуется на освещение, отопление, вентиляцию и другие аналогичные цели.

Основными задачами энергетического хозяйства предприятия являются:

1. бесперебойное обеспечение предприятия, его подразделений и отдельных рабочих мест всеми видами необходимой энергии с соблюдением установленных для нее параметров (напряжения, давления, температуры и т.д.);

2. рациональное использование энергетического оборудования, его своевременных и качественный ремонт и обслуживание;

3. разработка и реализация мероприятий по повышению эффективности и экономности использования в деятельности предприятия различных видов энергоносителей.

В общем случае, в состав энергохозяйства промышленного предприятия входят многочисленные приемники энергии, цеховые и заводские сети, распределительные устройства, преобразовательные и генерирующие энергоустановки. В технологическом отношении энергохозяйство делится на генерирующую часть (электростанции, котельные, газогенера­торные и компрессорные установки, насосные установки и т.д.); передающую и распределительную часть (сети, распределительные устройства и трансформаторные подстанции); потребляющую часть (энергоприемники основного и вспомогательного производ­ства и непроизводственные потребители).

В организационном отношении энергохозяйство предприятия делится на два блока: технологический и управленческий. В свою очередь, технологический блок включает в себя общезаводскую и цеховую части. Генерирующие, преобразовательные установки и сети обще­заводского значения относятся к общезаводской части и эксплуа­тируются специальными энергетическими цехами предприятия.

К цеховой части относятся все первичные энергоприемники и частично цеховые преобразовательные установки, а также установки для использования вторичных энергоресурсов и внутри цеховые распределительные сети.

На большинстве предприятий энергетическое хозяйство возглавляется главным энергетиком, подчиняющимся главному механику или главному инженеру. В зависимости от масштабов деятельности предприятия, управление его энергохозяйством может осуществляться:

· управлением главного энергетика (УГЭ) - на крупных предприятиях;

· отделом главного энергетика (ОГЭ) - на средних предприятиях;

· энергомеханическим отделом, непосредственно возглавляемым главным механиком.

Структура этих управленческих служб представлена перечнем различных бюро, могущим включать:

1. бюро ППР - осуществляет планирование, учет и контроль выполнения всех видов ремонта энергетического оборудования, ведет паспортизацию этого оборудования и инспектирует правильность его эксплуатации;

2. техническое бюро – осуществляет техническую подготовку работ по системе ППР энергетического оборудования;

3. планово-производственное бюро – осуществляет планирование потребности предприятия в различных видах энергоносителей и оформление энергобалансов;

4. бюро энергоиспользования – осуществляет нормирование расхода энергоносителей и разработку мероприятий по рационализации их использования;

5. энергетическая лаборатория - обеспечивает обслуживание, про­верку и ремонт измерительных приборов, используемых для контроля работы энергетического оборудования, осуществляет различные измерения и испытания этого оборудования.

Основными параметрами, определяющими структуру и объем энергоснабжения промышленного пред­приятия являются:

a) конструктивные особенности выпускаемой продукции;

b) особенности технологического процесса ее производства;

c) величина производственных мощностей предприятия;

d) характер энер­гетических связей предприятия с региональной энергетикой.

Снабжение предприятия энергией может осуществляться по одному из трех основных вариантов энергоснабжения: внутреннему, комбини­рованному и внешнему.

Вариант внутреннего энергоснабжения, т.е. полного обеспе­чения энергией всех видов от собственных установок предприятия, применяется, как правило, в начальный период развития новых промышленных районов, когда отсутствует или недоста­точно развита региональная энергетическая база.

Комбинированное энергоснабжение является основным и наи­более рациональным вариантом для большинства промышленных предприятий. В этом случае электроэнергию предприя­тие получает от районной энергосистемы, а тепло - от собственной котельной или ближайшей ТЭЦ. Потребность в газе могут скрывать газогенераторные станции завода или районная газо­снабжающая система. Все остальные виды энергии предприятие полу­чает от собственных установок.

Вариант внешнего энергоснабжения используется мелкими промышленными предприятиями, содержание собственной генерирующей энергетической базы для которых является экономически невыгодным.

Совокупность технико-экономических показателей, характеризующих эффективность работы энергетического хозяйства предприятия, может быть сведена в две группы:

1. Показатели эффективности производства энергии:

· удельный расход топлива на производство тепло- и электроэнергии;

· КПД установок, генерирующих тепло- и электроэнергию;

· себестоимость единицы энергии соответствующего вида;

· доля энергии, получаемой за счет вторичного использования энергоносителей и т.д.

2. Показатели эффективности использования энергии:

· уровень энерговооруженности труда;

· доля затрат на энергию в себестоимости готовой продукции;

· удельный расход энергии по ее видам и видам работ;

· показатели структуры энергобалансов цехов и предприятия в целом;

· коэффициент спроса потребителей электроэнергии и др.

Основными направлениями совершенствования энергетического хозяйства и повышения эффективности его функционирования являются:

a) разработка и освоение новых технологий производства и преобразования энергии;

b) приобретение и установка энергосберегающего оборудования;

c) развитие взаимозаменяемости различных видов энергии и проводящих ее установок;

d) диверсификация источников приобретаемых извне энергоносителей;

e) использование наиболее экономичных и экологически безопасных видов энергоресурсов;

f) автоматизация процессов производства, учета и контроля использования энергоресурсов;

g) применение расчетно-аналитических методов нормирования энергозатрат;

h) расширение использования контрольно-измерительной аппаратуры.

Для реализации выделенных направлений совершенствования работы энергохозяйства, на предприятиях разрабатываются соответствующие мероприятия, которые принято подразделять на структурно-энергетические, технологические, режимные, хозяйственно-бытовые и организационные.

К числу структурно-энергетических относятся такие мероприятия, как за­мена энергоносителей одного вида другим (мазута, угля - газом и др.), повышение экономичности выработки энергии, расширение использования вторичных энергоресурсов и т.д.

К технологическим мероприятиям относятся вне­дрение скоростных методов обработки металлов резанием, нагрева заготовок, прогрессивных способов получения заго­товок (точное литье, штамповка, чеканка, высадка), освоение более технологичных конструкций изделий и т.п.

Режимные мероприятия могут включать в себя повышение степени загрузки оборудования, сниже­ние доли холостых ходов и простоев нагревательного оборудова­ния, замену оборудования периодического действия на обо­рудование непрерывного действия, механизацию и автомати­зацию тепловых технологических процессов и энергетических установок, замену асинхронных двигателей на синхронные и т. д.

К хозяйственно-бытовым мероприятиям относятся вне­дрение экономичных систем производственной вентиляции и промышленного водоснабжения, замена ламп накаливания люминесцентными источниками света, использование выде­ляющегося в производстве тепла для отопления цехов и т.п.

Организационные мероприятия могут предполагать рационализацию организационной структуры энерго- и контрольно-измерительного хозяйства, внедрение новых методов технического нормирования энергопотребления, оптимизацию технологий первичного учета расхода энергоресурсов и др.

Вопрос № 25. Планирование обеспечения производства энергетическими ресурсами

Основным методом планирования энергоснабжения предприятия и анализа результатов использования топлива и энергии является разработка энергетических балансов. С помощью этих, резюмирующих деятельность всего энергохозяйства предприятия, документов устанавливаются объемы потребления, получения и производства различных видов энергоносителей. Энергетические балансы классифицируются по трем основным признакам:

a) по срокам составления и выполняемым функциям: плановые и отчетные;

b) по видам энергоносителей (газ, мазут, электроэнергия, вода и т.д.);

c) по степени агрегирования: частные (по каждому отдельному виду энергоносителей) и общие (по сумме всех видов энергоносителей);

d) по характеру целевого использования энергии (силового, технологического, производственно-бытового назначения).

Плановые энергобалансы предназначены для обоснования потребности предприятия в энергии и топливе (расходная часть) и определе­нии наиболее рациональных и экономичных источников покрытия этой потребности (приходная часть). Основой для составления плановых энергобалансов служат удельные нормы расхода энергии и топлива, а также плановые задания по выпуску продукции основного производства.

Нормы энергопотребления бывают суммарными (на единицу продукции или отдельный вид работ) и дифференцированными (на отдельную деталь, операцию, технологический процесс). Расчет удельных норм расхода энергоносителей может осуществляться двумя основными методами: опытно-статистическим и расчетно-аналитическим.

Опытно-статистический метод установления норм основывается на использовании данных о расходе энергоносителей, фактически имевшем место в течение ряда отчетных периодов, и в большинстве случаев сводится к той или иной форме усреднения этих значений. Не смотря на свою простоту, такой метод не является оптимальным, поскольку, во-первых, абстрагируется от причин (источников) наблюдаемого уровня расхода энергоносителей, а во-вторых, не учитывает изменения в уровне расхода энергии, которое может произойти в плановом периоде в результате осуществления соответствующих организационно-технических мероприятий. Частично указанные недостатки устраняются при использовании другой формы опытно-статистического метода нормирования, предполагающей не усреднение фактически достигнутых уровней расхода, а построение многофакторных статистических зависимостей, связывающих эти уровни с комплексом основных определяющих их факторов.

Расчетно-аналитический метод нормирования расхода энергоносителей является наиболее точным и позволяет рассчитывать величину плановой нормы с учетом непосредственных параметров технологического процесса и плановых изменений в режиме работы оборудования.

Отчетные энергобалансы предназначены для контроля энерго­потребления, анализа использования энергии и топлива, а также для оценки качества работы энергоцехов.

Для облегчения задачи анализа работы энергохозяйства предприятия, его энергобалансы должны составляться в двух формах:

1) рабочая форма балансов -включает статьи баланса, которые группируются по участкам производства и по направ­лению использования энергии и топлива (без разделения элементов расхода на полезную составляющую и потери). Рабочие формы энергобаланса представляют собой развернутые планы и отчеты по энергоснабжению предприятия;

2) синтезированная форма - служит для анализа и оценки уровня энергоиспользования. Для этого весь расход энергии по предприятию разделяется на полезную составляющую и потери, после чего осуществляется расчленение полезной состав­ляющей на элементы по направлениям использования энергии, а потери - по их месту и виду.

При составлении рабочих форм баланса следует иметь в виду, что энергия одного вида может потребляться предприятием в энергоносителях различных видов и параметров. Поэтому со­ставлению рабочих форм балансов должно предшествовать составление оборотных балансов, в которых учитывается весь внутренний оборот энергии. Составление оборотных балансов относится только к теплу и топливу.

Разработка энергетического баланса осуществляется в следу­ющей последовательности:

Этап 1. Планируется расходная часть баланса(план потребления энергии и энергетиче­ских нагрузок предприятия):

1. Планируется потребность основного производства в энергии и топливе, а также расход энергии и топлива на непроизводственные нужды (отопление, освещение, вентиляцию, хозяйственно-бытовые нужды) и определяется количество возможных вторичных энергоресурсов.

2. Рассчитываются потери энергии в сетях и преобразовательных установках.

3. Определяется суммарное потребление предприятием топлива и энергии.

Этап 2. Планируется приходная часть баланса (план покрытия потребности в энергии и энергетических нагрузок предприятия).

1. Рассчитываются рабочие мощности генерирующих энергоустановок и составляются ба­лансы мощности по предприятию.

Общая рабочая мощность генерирующей установки (мощность брутто) принимается равной сумме экс­плуатационных мощностей всех составляющих ее агрегатов. Чистая рабочая мощность уста­новки (мощность нетто) определяется как общая рабочая мощность за вычетом мощнос­ти агрегатов, находящихся в ремонте, т.е. как сумма эксплуатационных мощ­ностей всех агрегатов анализируемой установки, состоящих в данный момент в положении готов­ности к работе. Определение чистых рабочих мощностей энергоустановок осуществляется на основе предварительной разработки календарных графиков их ремонта, которые, в свою очередь, опираются на схемы баланса мощности этих установок. Такие схемы представляют собой столбчатые графики, на которых совместно отображаются величины общей рабочей нагрузки энергоустановок, величины максимумов нагрузок и величины резервов (см. рис. 21.1).

Рис. 21.1. Схема баланса мощности энергоустановки на год

Схема баланса мощности энергоустановки составляется по следующему алгоритму:

a) строятся график рабочей мощности брутто ге­нерирующих установок по кварталам (с учетом ввода новых агрегатов);

b) строится график квартальных максимумов на­грузок;

c) разностью ординат двух построенных гра­фиков определяется величина суммарного резерва, график изменения которой также наносится на схему;

d) на основе построенного графика суммарного резерва строятся календарные графики ремонтов энергоагрегатов, определяется динамика величины ремонтного резерва и величины чистого эксплуатационного резерва энергоустановки.

2. Плановые графики нагрузок распределяются между источ­никами энергоснабжения, в результате чего определяется участие каждого из источников в покрытии энергопотребления (использовании вторичных энергоресурсов, получении энергии извне, выработке энергии на собственных установках). Определяется отпуск энергии на сторону.

3. Проектируются режимы работы агрегатов и разрабатываются энергобалансы генерирующих устройств. Определяются удельные нормы расхода энергии и топлива на собственные нужды и КПД генерирующих установок.

4. Составляется общий баланс энергоносителей по предприятию.

Планы энергоснабжения предприятия составляются на каж­дый квартал и год в виде рабочих балансов, а также суточных и квартальных графиков нагрузок энергоустановок. Анализ энергобалансов позволяет выяснить структуру энергопотребления предприятия. Сопоставляя балансы за ряд лет, можно просле­дить изменения пропорций производства и потребления энергии, результаты перехода от одних энергоносителей к другим и результаты общей рационализации производства и потреб­ления энергии.

Расход каждого вида топлива на производственные нужды предприятия (термообработка металла, плавка, сушка литейных форм и т.д.) определяется по формуле:

;

(21.1)

где n – общее число видов продукции, при изготовлении которой используется топливо анализируемого вида;

N_i – объем выпуска продукции i-го вида в расчетном периоде;

q_i – норма расхода условного топлива на единицу продукции i-го вида;

К_э – калорийный эквивалент применяемого вида топлива.

Расход условного топлива (в тоннах) на отопление производственных и административных зданий предприятия рассчитывается по формуле:

;

(21.2)

где q_т – норма расхода тепла на 1 м³ объема здания при разности между внутренней и наружной температурами в 1⁰С, ккал/ч;

t_o – средняя разность внутренней и наружной температур отопительного периода, ⁰С;

F_оп – продолжительность отопительного периода, ч;

V_з – объем отапливаемого здания по наружному обмеру, м³;

К_у – теплота сгорания условного топлива (7000 ккал/кг);

η _ку – КПД котельной установки.

Плановый расход силовой электроэнергии (кВт-ч) на производственные нужны определяется по формуле:

;

(21.3)

где W_у – суммарная мощность установленных электромоторов технологического оборудования, кВт;

F_эф – эффективный фонд работы оборудования (потребителей оборудования) в расчетном периоде, ч;

К_з – средний коэффициент загрузки оборудования;

К_о – средний коэффициент одновременности работы потребителей электроэнергии;

η _эс – КПД питающей электросети;

η _ум – КПД установленных электромоторов оборудования.

Выражение (21.4) называется коэффициентом спроса потребителей электроэнергии и для планового периода может устанавливаться заранее. В этом случае, Плановый расход силовой электроэнергии на производственные нужны рассчитывается по формуле (21.5).

;

(21.4)

;

(21.5)

Плановый расход электроэнергии (кВт-ч) для нужд освещения помещений предприятия может быть рассчитан по формулам:

;

(21.6)

или

;

(21.7)

Где С_св – число светильников в анализируемом помещении, шт.;

Р_ср – средняя мощность одного светильника, Вт;

F_эф – эффективный фонд работы светильников в расчетном периоде, ч;

h – норма освещения 1 м² площади анализируемого помещения, Вт;

S – общая освещаемая площадь в анализируемом помещении, м².

Расход пара на производственные цели определяется на основе удельных норм расхода соответствующих потребителей и продолжительности их работы в течение анализируемого периода.

Расход пара на нужды отопления зданий предприятия рассчитывается по формуле:

;

(21.8)

где i – теплосодержание пара (в обычных условиях принимается равным 540 ккал/кг).

Объем сжатого воздуха, расходуемого на производственные цели, определяется по формуле:

;

(21.9)

где 1, 5 – коэффициент, учитывающий потери воздуха в местах неплотного соединения трубопроводов;

m – общее число видов эксплуатируемых воздухоприемников;

d_i – расход сжатого воздуха при непрерывной работе воздухоприемника на полную мощность, м³/ч;

F^эф_i - эффективный фонд работы i-го воздухоприемника в расчетном периоде, ч;

К^зв_i – средний коэффициент загрузки i-го воздухоприемника в расчетном периоде по времени;

К^зм_i – средний коэффициент загрузки i-го воздухоприемника в расчетном периоде по мощности.

Объем воды, необходимый для производственных нужд, определяется аналогично исходя из нормативов часового расхода отдельных агрегатов-потребителей, эффективного фонда времени их работы в расчетном периоде и степени их загруженности по времени и мощности.