Термин "энергетический баланс" означает полное количественное соответствие (равенство) для данного момента времени между приходом и расходом топлива и энергии в энергетическом хозяйстве. Энергетический баланс (ЭБ) содержит две части: приходную и расходную. Приходная часть — количественный перечень энергии, поступающей посредством различных энергоносителей. Расходная часть определяет расход энергии всех видов во всевозможных ее применениях, потери при преобразовании одного вида энергии в другой и при ее транспортировке, а также энергию, накапливаемую (аккумулируемую) в специальных устройствах.
Составление и анализ энергетических балансов направлены на решение следующих основных задач:
• оценка фактического состояния энергопользования на предприятии, выявление причин возникновения и определение значений потерь ТЭР;
• разработка плана мероприятий, направленных на снижение потерь ТЭР;
• выявление и оценка резервов экономии топлива и энергии;
• определение рациональных размеров энергопотребления в производственных процессах и установках.
В основу построения ЭБ действующего промышленного предприятия должно быть положено обследование его энергетического хозяйства (энергоаудит), технологических и энергетических характеристик оборудования. Для проектируемых предприятий ЭБ строится на основе технологических и проектных разработок. Энергетический баланс позволяет выделить из общего расхода энергии ее полезно израсходованную часть и потери по ее составляющим и тем самым выявить КПД технологического процесса, агрегата, цеха, завода.
Энергетические балансы промышленных предприятий разделяются на следующие группы: по назначению — отчетные(фактические) и плановые; по видам энергоносителей — частные (по отдельным видам топлива и энергии) и сводные (по суммарному потреблению ТЭР); по объектам изучения — балансы отдельных видов технологического оборудования, цехов и предприятия в целом; по принципам составления — аналитические,синтетические, нормализованные, оптимальные; по принципам оценки использования топлива и энергии — энтропийные и эксергетические.
Отчетные ЭБ отражают фактические показатели производства и потребления топлива и энергии в истекшем периоде и уровень их использования. На основе этих ЭБ можно контролировать энергопотребление предприятия и выполнение соответствующих плановых показателей. Отчетные (фактические) ЭБ делятся на синтетические, показывающие распределение подведенных и израсходованных энергоносителей внутри предприятия, и аналитические.
Исходными данными для составления синтетических ЭБ служат материалы эксплуатационного приборного учета и контроля, материалы испытаний, обследований, контрольных замеров и хронометрирования работы оборудования. Разработку отчетных синтетических ЭБ следует проводить ежегодно для получения надежной и представительной информации о динамике его структуры и тенденциях совершенствования энергетического хозяйства. Синтетический ЭБ является документом, на основании которого ведется анализ фактического состояния энергетического хозяйства промышленного предприятия. В процессе анализа также устанавливаются и исследуются связи энергетики и основного производства, влияние энергетики на основные показатели хозяйственной деятельности предприятия (рентабельность, производительность труда, себестоимость продукции, фондовооруженность труда и т. д.), измерение показателей, характеризующих совершенство отдельных энергетических объектов и предприятия в целом. Анализ указанных зависимостей по отдельным предприятиям позволяет изучать состояние и тенденции развития энергетического хозяйства отраслей и промышленности в целом, находить оптимальные пропорции при использовании различных видов топлива и энергии в отраслевом разрезе. Составленные по этим данным отчетные синтетические ЭБ являются документированным подтверждением того, что на рассматриваемое предприятие поступило определенное количество ТЭР и было им израсходовано на свои нужды. Однако такой баланс не выявляет степень полезного использования энергоресурсов.
Глубину и характер использования подведенных энергоносителей отражают так называемые аналитические фактические ЭБ, составляемые разделением общего расхода на полезный расход и потери энергии.
Разность между количеством подведенной энергии и полезной энергией, полученной от установки, называется энергетическими потерями. Они классифицируются по следующим признакам:
1. По возможности и целесообразности устранения: а) полные потери энергии; б) потери неустранимые, определяемые принципом технологического процесса, конструкцией оборудования; в) потери энергии, устранение которых в данных условиях технологически возможно; г) потери энергии, устранение которых в данных условиях экономически целесообразно.
2. По месту возникновения: а) потери при добыче; б) при хранении; в) при транспортировке; г) при переработке; д) при преобразовании; е) при использовании.
3. По физическому признаку и характеру: а) потери тепла в окружающую среду, с уходящими газами, технологической продукцией, технологическими отходами, уносом материалов, химическим и механическим недожогом, охлаждающей водой и т. д.; б) потери электроэнергии в трансформаторах, дросселях, шинопроводах, линиях электропередач, преобразователях, электроприемниках и т. д.; в) потери с утечками через неплотности, от усушек и т. п.; г) гидравлические потери — потери напора при дросселировании, потери на трение при движении жидкости, пара и газа по трубопроводам с учетом колен, вентилей и других местных сопротивлений; д) механические потери — потери на трение.
4. По причинам возникновения (потери энергии, устранение которых в данных условиях технически возможно и экономически целесообразно): а) вследствие конструктивных недостатков; б) в результате неправильного выбора технологического режима работы; в) из-за неправильной эксплуатации агрегата; г) в результате низкого качества исполнения ремонтных работ; д) вследствие брака продукции.
Характеристика использования различных энергоносителей на предприятии должна отражаться в сводной форме аналитического ЭБ. При этом в качестве исходной величины, подлежащей распределению по статьям полезного использования и потерь, принимается фактическое потребление данного вида энергии, взятое из синтетического баланса. Величина невязки баланса служит критерием для оценки достоверности составленного аналитического баланса (в нормальных условиях она не должна превышать 2,5% величины суммарного расхода энергоносителя). Аналитический баланс может служить основой для оценки энергетической эффективности рассматриваемых процессов, показателями которой являются энергетические КПД.
В зависимости от характера энергетического процесса следует различать виды полезной энергии и то сечение энергетического потока, по которому производится ее количественная оценка. Поскольку нет достаточно четкого определения понятия "полезная энергия", рекомендуется принимать для различных технологических процессов условные определения полезного использования энергии:
• в освещении — по световому потоку лампы;
• в силовых и двигательных процессах прямого действия — по работе на валу двигателя;
• в электрохимических и электрофизических процессах — по расходу энергии, необходимому для процесса в соответствии с теоретическим расчетом;
• в термических процессах — по теоретическому расходу энергии на нагрев, плавку, испарение материала и проведение эндотермических реакций;
• в отоплении, вентиляции, кондиционировании, горячем водоснабжении и хладоснабжении — по количеству тепла, полученного потребителем;
• в средствах связи и управления — по подведенной энергии;
• в преобразовании, хранении, переработке и транспортировке топлива и энергии — по количеству энергоресурсов, получаемых из систем преобразования, хранения, переработки или транспорта.
Часть тепловых потерь в некоторых случаях (в зависимости от организации технологического процесса) может рассматриваться как побочный энергетический ресурс, полезно используемый для целей отопления и других нужд.
Основной формой планирования энергопотребления и энергопользования на предприятии являются плановые ЭБ. Разработка плановых балансов осуществляется на основе анализа отчетных балансов отдельных процессов, цехов и предприятия в целом. При этом выявляются и оцениваются энергетические потери и резервы экономии энергоресурсов, а также определяются мероприятия по реализации скрытых резервов экономии топлива и энергии.
Плановые балансы, составленные на основе аналитических балансов с учетом технических мероприятий по рационализации энергохозяйства, называются нормализованными. Нормализованные ЭБ строятся с учетом следующих факторов: возможностей дальнейшего совершенствования ЭБ агрегатов и процессов за счет сокращения потерь, интенсификации режима работы, рационализации энергопользования, внедрения новой техники и технологии; ликвидации прямых потерь топлива и энергии на всех стадиях производства, распределения и использования энергии; определения наиболее рациональных направлений использования побочных энергоресурсов; выбора наиболее рациональных энергоносителей для данного предприятия и района его размещения. При составлении нормализованных ЭБ исходят из прогрессивных нормативов полезного потребления и потерь энергии, соответствующих условиям производства. На основе этих балансов составляются планы организационно-технических мероприятий.
Другой формой планового ЭБ является оптимальный баланс. Основная задача этого баланса заключается в определении варианта энергоснабжения предприятия, при котором план выпуска продукции выполняется с минимальными затратами. В отличие от нормализованных ЭБ оптимальные балансы учитывают технико-экономические характеристики энергоснабжения района размещения предприятия. Основными показателями для составления оптимальных ЭБ являются затраты на использование топлива и энергии в технологических и энергетических процессах производства. Оптимальные ЭБ составляются по нескольким критериям: минимуму расхода топлива, минимуму суммарных затрат на производство продукции и т. д.
Приведем методы составления ЭБ для различных установок, цехов и предприятий. Методику составления балансов рассмотрим на примере балансов электроэнергии (БЭЭ).
