ЛЕКЦИЯ 4 «КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ»

Основные показатели энергетической эффективности экономики Основными макроэкономическими показателями, характеризующими энергетическую эффективность экономики государства и позволяющими оценить тенденции и темпы в ее изменении, являются энергопотребление на душу населения и энергоемкость экономики. Энергопотребление на душу населения – отношение суммарного потребления энергии к численности населения может быть рассчитано по следующей формуле Е н = ΣЭ / n, где ΣЭ – суммарное потребление соответствующего вида энергии за год; n –численность населения. Энергоемкость экономики – отношение суммарного потребления энергии к объему ва­лового внутреннего продукта Е э = ΣЭ / ВВП.

Показатель энергоэкономического уровня проиэводства (ЭЭУП) позволяет оценить уровень реализации энергосберегающих технологий, энергетических тепловых схем, энергосберегающего оборудования и т.д. ЭЭУП = D / W, где D – результат хозяйственной деятельности рассматриваемого производства, тыс. руб.; W - суммарное потребление энергоресурсов на технологические цели, т.у.т.

Традиционные критерии эффективности использования энергии: - коэффициент полезного действия (к.п.д.) энергоустановок; - относительный термический к.п.д. энергоустановки; - коэффициент эффективности теплообмена; - коэффициент использования соответствующего теплоносителя; - энергоемкость выпускаемой продукции.,

Как известно, к.п.д. равен отношению полезной работы к затраченной энергии где W 1 - подводимая энергия, Дж; W 2 - отводимая (теряемая) энергия, включая энергию и на производство неполезной работы, Дж.

Если часть отводимой энергии используется вторично, то к.п.д. определяется следующим образом где ν – доля возвращенной (вторично используемой). Кроме к.п.д. энергетических установок, характеризующий их эффективность, используется коэффициент использования энергии ω, о. е. где W исп – использованная энергия, то есть, энергия превращенная в работу, Дж.

Учитывая численное равенство энергии и работы, а также то, что часть энергии может использоваться вторично, можно записать В качестве W 2 рассматривается любая отведенная энергия, в том числе и от других энергоустановок. В последнем случае коэффициент использования энергии может быть выше единицы. Например, тепловые насосы поставляют больше тепловой энергии, чем потребляют на свою работу.

Цикл Карно в координатах j)V имеет вид, представленный на рисунке. Цикл Карно для идеального газа Для теплоэнергетического оборудования в качестве критерия эффективности использования тепловой энергии принимают относительный термический к.п.д. энергоустановки. Относительный к.п.д. показывает отношение термического к.п.д. анализируемой установки к термическому к.п.д. цикла Карно.

Термический к.п.д. цикла Карно определяется отношением полезной работы к подведенной энергии По закону сохранения энергии Q н = A + Q отв, тогда к.п.д. цикла Карно равен Учитывая, что теплота пропорциональна температуре, имеем

Как известно из термодинамики идеальный цикл Карно имеет максимально возможный термический к.п.д. в сравнении с другими циклами, протекающими в тех же условиях (при тех же температурах охладителя и нагревателя). Поэтому стремятся приблизить эффективность реальных теплоэнергетических установок к циклу Карно. Относительный к.п.д. теплоэнергетической установки определяется по формуле где η тэу – к.п.д. анализируемой энергоустановки.

Коэффициент эффективности теплообмена представляет собой отношение фактической тепловой мощности теплообменника к максимально возможной тепловой мощности на данном теплоносителе. Максимально возможная тепловая мощность может быть получена при коэффициенте теплопередачи λ или площадью теплообмена S. Для оценки эффективности использования греющего или нагреваемого теплоносителя применяют коэффициент использования соответствующего теплоносителя где Тг. Тн - изменение температуры греющего или нагреваемого теплоносителя соответственно, К; Тмах - максимальный температурный напор в теплообменнике, К.

Критерием оценки эффективности использования топливно- энергетических ресурсов служит энергоемкость выпускаемой продукции, которая определяется по формуле где Wj - потребление топливно-энергетических ресурсов j -того вида, приведенных к условному топливу т.у.т. / руб.; Gпр - количество выпущенной продукции, руб. Снижение энергоемкость продукции может служить в качестве критерия эффективности энергосберегающих мероприятий где Wпрб – энергоемкость продукции базовая (до внедрения энергосберегающих мероприятий), т.у.т. / руб.; Wпрн – энергоемкость продукции новая (после внедрения энергосберегающих мероприятий). т.у.т./руб.

Для сбережения энергоресурсов и эффективного использования быстро сокращающегося количества ископаемых энергоносителей в качестве основного критерия энергоэффективности необходимо обратиться к концепции первичной энергии. Целью любой национальной экономики является максимально эффективное использование традиционных ископаемых энергоресурсов. В этом контексте главным преимуществом концепции первичной энергии как критерия энергетической эффективности является способность оптимизировать процессы преобразования энергии и минимизировать расход первичного энергоресурса на производство единицы конечного энергоносителя.

Теплоснабжение зданий в концепции первичной энергии В Германии, в зданиях с водяной системой отопления применяют следующие виды энергоносителей, перечисленные по степени важности: - природный газ – 50 %; - дизельное топливо – 30 %; - центральное отопление (ТЭЦ) – 7 %; - электроэнергетика – 5 %; - возобновляемые источники энергии (энергия солнечной радиации, низкопотенциальная энергия земли, теплота окружающего воздуха, твердое биотопливо) – 8 %.

Потребление первичной энергии типичным коттеджем в Германии

Общее потребление энергии типичным коттеджем в Германии

Согласно немецкому закону об энергосбережении (EnEV), основанному на стандарте DIN 4701, ч. 10, годовой удельный расход первичного энергоресурса нового здания должен составлять примерно 60–70 кВтч/м2 в год. Для сравнения: уже существующие здания расходуют около 250 кВтч/м2 в год. На практике это означает, что для строительства новых зданий должны использоваться высококачественные и хорошо утепленные наружные ограждающие конструкции и/или инновационные инженерные системы. Для уже построенных зданий во время проведения энергетической санации необходимо производить полную замену устаревшего инженерного оборудования. Это позволит сократить энергопотребление здания на 50 %.

Концепция первичной энергии, являющаяся в Германии основным критерием энергоэффективности и лежащая в основе создания закона об энергосбережении (EnEV) и стандарта DIN 4701, фактически запрещает использование прямого электрического отопления из-за крайне низкого коэффициента полезного использования первичного энергоресурса и высокого удельного расхода первичного энергоресурса на единицу полезно израсходованного кВт·ч тепловой энергии.

Критерии энергетической эффективности зданий Одним из серьезных недостатков действующей сегодня нормативно-технической базы энергосбережения является оценка энергетической эффективности зданий и оборудования по расходу конечной энергии у потребителя. Такой подход не позволяет оценить действительную энергетическую эффективность зданий и оборудования, поскольку не дает информации о количестве первичной энергии, потребляемой энергосистемой города.

Таким образом, эффективность использования первичной энергии является единственным объективным критерием оценки энергетической эффективности. В России нормирование удельного суммарного расхода зданием первичной энергии впервые вводится с 1 января 2013 года постановлением Правительства России 18 от 25 января 2011 года «Об утверждении Правил установления требований энергетической эффективности для зданий, строений, сооружений и требований к правилам определения класса энергетической эффективности многоквартирных домов».

В основу выбора критериев для зданий с эффективным использованием энергии заложен принцип удовлетворения главных потребительских требований, которым должно отвечать построенное здание. Эти нормативных требования следующие: - предельный уровень удельного энергопотребления на отопление системой теплоснабжения здания за отопительный период; - требования по комфорту в помещениях здания; - условия невыпадения конденсата на внутренних поверхностях ограждений.

Проектный удельный расход тепловой энергии системой теплоснабжения на отопление здания q e des в течение отопительного периода должен быть меньше или равен требуемому значению q e req и определяется путем выбора теплозащитных свойств оболочки здания и типа, эффективности и метода регулирования используемой системы теплоснабжения и отопления q e req ³· q e des = q h des / h o des, где q e req - требуемый удельный (на 1 м 2 полезной площади [на 1 м 3 отапливаемого объема]) расход тепловой энергии системой теплоснабжения на отопление здания, Вт.ч/(м 2. o C.сут) [Вт.ч/(м 3. o C.сут)]; q e des - расчетный удельный расход тепловой энергии системой теплоснабжения на отопление здания, Вт.ч/(м 2. o C.сут) [Вт.ч/(м 3. o C.сут)]; q h des - расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания, Вт.ч/(м 2. o C.сут) [Вт.ч/(м 3. o C.сут)]; h o des - расчетный коэффициент энергетической эффективности системы теплоснабжения здания.

Расчетный удельный расход тепловой энергии на отопление здания q h des не должен превышать вычисляемый требуемый удельный расход q h req по формуле q h des £ q h req = q o req · h o des, где q h req - вычисляемый требуемый удельный расход тепловой энергии на отопление здания, Вт.ч/(м 2. o C.сут) [Вт.ч/(м 3. o C.сут)], с учетом автоматического регулирования системы и непроизводительных теплопотерь в здании.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ 1.Что такое к.п.д.? 2.Назовите критерии энергетической эффективности экономики. 3.Какие критерии энергоэффективности относят к традиционным? 4.Что такое первичная энергия? 5.Почему целесообразно использовать первичную энергию как критерий энергоэффективности? Спасибо за внимание!