2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ....................................................................................................................... 3
Глава 1. Теоретические и методические аспекты анализа и оптимизации
энергопотребления на предприятии .......................................................................... 5
1.1. Особенности потребления энергоресурсов, учетные и аналитические
задачи по управлению энергоресурсами .............................................................. 5
1.2. Методика анализа эффективности использования энергоресурсов ......... 18
1.3. Методические вопросы оптимизации энергопотребления на
предприятии ........................................................................................................... 24
Глава 2. Анализ энергопотребления в АО НПО «Микроген» .............................. 31
2.1. Краткая характеристика АО НПО «Микроген» .......................................... 31
2.2. Характеристика и основные направления энергосберегающей
деятельности АО НПО «Микроген» ................................................................... 39
2.3. Анализ эффективности использования энергоресурсов в
АО НПО «Микроген» ........................................................................................... 47
Глава 3. Разработка мероприятий по оптимизации потребления электрической
энергии в АО НПО «Микроген» .............................................................................. 52
3.1. Повышение эффективности энергопотребления в деятельности АО НПО
«Микроген» ............................................................................................................ 52
3.2. Расчет экономической эффективности предложенных мероприятий ...... 67
Заключение ................................................................................................................ 73
Список используемых источников .......................................................................... 77
Приложения ............................................................................................................... 82
3
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность выбранной темы исследования заключается в том, что от
анализа системы энергопотребления зависят мероприятия по ее оптимизации.
Чем больше предприятие уделяет внимания оптимизации энергопотребления,
тем ниже затраты на энергоресурсы, представленные возобновляемыми и не
возобновляемыми источниками энергии.
В условиях истощения не возобновляемых природных ресурсов одним
из методов оптимизации энергопотребления является переход на
возобновляемые энергоресурсы, представленные солнечной энергией, энергией
ветра, вод, геотермальной энергией. Альтернативные источники энергии
позволяют не только оптимизировать систему энергопотребления, но и
повысить экологичность природной среды.
Кроме этого необходимо вести постоянную работу по повышению
качества потребления энергоресурсов посредством проведения мероприятий по
внедрению современных приборов коммерческого и технического учета
энергии, замене устаревшего оборудования на более современное, улучшению
организации рабочих мест.
Следовательно, разработка мероприятий по анализу и оптимизации
энергопотребления предприятия обосновывает выбор темы выпускной
квалификационной работы.
Предметом исследования является разработка мероприятий по анализу и
оптимизации энергопотребления предприятия. Объектом исследования
является акционерное общество научно-производственное объединение
«Микроген».
Целью работы является разработка мероприятий по оптимизации
энергопотребления АО НПО «Микроген».
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие
задачи:
4
- выявить особенности потребления энергоресурсов, определить
учетные и аналитические задачи по управлению энергоресурсами;
- привести методику анализа эффективности использования
энергоресурсов;
- проанализировать методические вопросы оптимизации
энергопотребления на предприятии;
- рассмотреть краткую характеристику предприятия;
- охарактеризовать энергосберегающую деятельность предприятия и
определить направления ее реализации;
- проанализировать эффективность использования энергоресурсов на
предприятии;
- разработать мероприятия по повышению эффективности
энергопотребления в деятельности предприятия;
- выполнить расчет экономической эффективности предложенных
мероприятий.
Практической значимостью работы является то, что реализация проекта
по внедрению пиковой электростанции, которая основана на работе солнечных
батарей позволит оптимизировать энергопотребление АО НПО «Микроген».
Методология исследования основана на методах логического
наблюдения и сбора фактов, анализа и сравнения, обобщения, аналогии,
постановки, методы решения проблем, систематизации и классификации.
Вопросам реализации мероприятий по оптимизации энергопотребления
предприятия уделяют достаточно много отечественных специалистов, среди
которых следует отметить работы Алтаевой А. К., Арбузова Р. Н.,
Белостроповой В. Э., Березовского В. В., Биглова Т. Д., Гамма Т. А. и других.
Выпускная квалификационная работа включает введение, три главы,
заключение, список использованной литературы и приложения.
5
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
АНАЛИЗА И ОПТИМИЗАЦИИ ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЯ НА
ПРЕДПРИЯТИИ
1.1. Особенности потребления энергоресурсов, учетные и аналитические
задачи по управлению энергоресурсами
Энергетические ресурсы представлены природными ресурсами и
полученных из них энергоносителей и применяются для обеспечения
хозяйственной деятельности различных предприятий. В общей классификации
энергоресурсы разделяют на первичные и вторичные.
Получение первичных энергоресурсов осуществляется из природной
среды с последующим преобразованием в другие виды энергии. Очень часто
первичные энергоресурсы обрабатываются и используются для обеспечения
производственного процесса или выпуска готовой продукции.
В состав вторичных энергетических ресурсов входят энергоресурсы,
которые получены от осуществления различных технологических процессов. К
топливно-энергетическим ресурсам относятся не только результаты получения
энергии, но и ее переработка в тепловую, электрическую энергию, горячую
воду или водяной пар
1
.
Большую часть тепловой и электрической энергии получают из не
возобновляемых энергоресурсов. Не возобновляемые ресурсы применяют для
получения
2
:
- твердого органического топлива (сланцы, каменный и бурый уголь,
торф);
- газообразного органического топлива (природный газ, метан);
- жидкого органического топлива (нефть, дизельное топливо).
1
Картавцев С. В. Вторичные энергоресурсы промышленных предприятий: учеб. пособие / С.
В. Картавцев. – Магнитогорск: МГТУ им. Г. И. Носова, 2017. – 71 с.
2
Мятишкин Г. В. Использование индикаторов эффективного потребления энергоресурсов //
Известия Самарского научного центра Российской академии наук, 2017. - №6. – С.76-79.
6
Кроме органического топлива в энергосистеме применяют ядерное
топливо, представленное изотопами урана, которые выступают результатом
осуществления ядерных реакций.
Гидроэнергетические ресурсы наиболее часто используется на
гидроэлектростанциях для обеспечения работы гидравлических турбин и
входящих в их состав электрогенераторов. В сравнении с тепловыми
электростанциями гидроэлектростанции отличаются высокой экологичностью,
поскольку в результате их работы не производится выброс вредных веществ в
природную среду. Однако их работа негативно отражается на сохранении
водохранилищ и приводит к нарушению водных процессов в природной среде.
Для получения тепловой и электрической энергии распространение
получили возобновляемые энергетические ресурсы представленные энергией
солнца. Для получения тепловой энергии используются солнечные коллекторы.
Для получения электрической энергии из энергии солнца осуществляются
процессы обработки энергии солнца в солнечных батареях, работа которых
обеспечивается фотоэлементами.
Кроме энергии солнца для получения электрической энергии
используют энергию ветра, которая вырабатывается ветровыми
электростанциями. Для организации непрерывного обеспечения потребителей
электрической энергией на ветровых станциях дополнительно устанавливают
аккумуляторы электрической энергии
3
.
Основой работы солнечной установки выступает коллектор, который
позволяет улавливать солнечную энергию и преобразовать ее в теплоту, воду
или другой теплоноситель. Солнечные коллекторы бывают двух типов: плоские
и фокусирующие.
Плоский коллектор предусматривает поглощение солнечной энергии без
концентрации, а фокусирующий – с концентрацией, то есть с увеличением
плотности поступающего потока радиации.
3
Швалюк М. В. Человек и энергия. Энергоресурсы // Научно-образовательный потенциал
молодежи в решении актуальных проблем XXI века, 2018. - №10. – С.220-222.
7
Состав плоского солнечного коллектора приведен на рисунке 1.
Рисунок 1. Структура плоского солнечного коллектора
Как видно из рисунка 1, в состав плоского солнечного коллектора
входит специальное покрытие из стекла (пластика), корпус, поверхность для
приема тепла, теплоизоляция, уплотнитель. Тепловоспринимающая панель
плоского солнечного коллектора может быть выполнена из металлического или
пластмассового листа с каналами для теплоносителя.
Изготовление тепловоспринимающих панелей производиться из
алюминия или стали двух типов: лист-труба и штампованные панели (труба в
листе). Пластмассовая панель из-за недолговечности и быстрого старения под
действием солнечных лучей, а также из-за малой теплопроводности не
получила широкого применения
4
.
Под влиянием солнечной радиации тепловоспринимающая панель
нагревается до температур, которые превышают температуру окружающей
среды и это приводит к росту потерь тепла. Для того чтобы достичь более
высокой температуры теплоносителя, поверхность пластины покрывается
4
Ким К.К. Электромеханические генераторы тепловой энергии: монография/ К.К. Ким, С.Н.
Иванов. – Саратов: Ай Пи Эр Медиа, 2019. – 289 c.
8
спектрально-селективным слоем, активно поглощающим коротковолновое
солнечное излучение и снижающим ее собственное тепловое излучение в
длинноволновой части спектра.
Недостатки использования солнечных установок, основанных на
коллекторах, приведены на рисунке 2.
Рисунок 2. Недостатки использования солнечных установок,
основанных на коллекторах
Существенным недостатком работы солнечных систем с коллекторами
является также неравномерность загрузки в течение года и суток.
Высокая теплоизоляция вакуумных солнечных коллекторов создает их
эффективность использования в низких диапазонах температур окружающей
среды. Преимуществом вакуумных коллекторов в сравнении с плоскими
коллекторами, является их эффективность работы при температуре воздуха
ниже 15°C. Проводником тепла в вакуумных солнечных коллекторах выступает
тепловая трубка. Облучение солнечной установки приводит к нагреву
жидкости, которая находится в нижней части трубки и превращению ее в пар,
•Увеличение эффективности их работы за
счет селективных покрытий, повышение
прозрачности остекления,
вакуумирования, а также устройства
системы охлаждения оказываются
экономически нерентабельными
Высокая стоимость
коллекторов
•Практически исключает применение
коллектора в промышленных районах
Необходимость частой
очистки стекол от пыли
•Из-за неравномерности расширения
освещенных и затемненных участков
стекла за счет нарушения целостности
остекления
Выход из строя в зимний
период
•необходимость создания устойчивость при
транспортировке и особых условий
монтажа
Сложность
транспортировки и
монтажа
9
который поднимается в верхнюю часть трубки, конденсируется и выполняет
передачу тепла коллектору.
В качестве примера можно привести вакуумную солнечную панель
VISION 1800/15, внешний вид которой приведен на рисунке 3.
Рисунок 3. Внешний вид вакуумной солнечной панели VISION
1800/15
Среди характеристик вакуумной солнечной панели VISION 1800/15
следует отметить:
- дневная производительность 130-150 литр/день;
- значение максимального давления в первичном контуре 12 бар;
- полезная площадь 1,95 м
2
;
- количество трубок: 15 шт.
Концентрирующий гелио приемник является сферическим или
параболическим зеркалом или цилиндром, выполненным из полированного
металла. В его фокус помещается солнечный котел (тепловоспринимающий
элемент), циркулирующий теплоноситель, представленный в виде воды или
незамерзающей жидкости. Применение воды в ночное время и холодный
период времени предусматривает освобождение системы от нее, для того чтобы
предотвратить ее замерзания.
Ветроэнергетические установки разделяют по таким критериям как
геометрия ветроколеса и ее положение относительно направления ветра.
10
Принцип действия ветродвигателя заключается в следующем: под влиянием
ветра, происходит вращение ветроколеса с лопастями и передача крутящего
момента через систему валу генератора, который вырабатывает
электроэнергию. Чем больше диаметр ветроколеса, тем больше воздушных
потоков он захватывает, и тем больше вырабатывает энергии.
Ветроэнергетические установки можно классифицировать по
следующим критериям:
- если ось вращения ветроколеса параллельна воздушному потоку,
установка будет горизонтально-осевой, если ось вращения ветроколеса
перпендикулярна воздушному потоку – вертикально-осевой;
- установки, использующие в качестве вращающей силы силу
сопротивления. Они вращаются с линейной скоростью, меньшей скорости
ветра, а установки, использующие лифт-машину, имеют линейную скорость
концов лопастей.
Работа большинства ветроколеса определяется геометрическим ее
выполнением и количеством лопастей. Ветроэнергетические установки,
имеющие большое геометрическое заполнение ветроколеса позволяют
развивать значительные мощности при относительно слабом ветре, и
максимальных значениях мощности
5
.
Установки, основанные на выполнении механической работы, получили
название ветряной мельницей или турбины, позволяющей производить
электрическую энергию, а совокупность турбины и электрогенератора,
получили название ветроэлектрогенераторов, аэрогенераторов, а также
установок по преобразованию энергии.
У аэрогенераторов, которые напрямую подключаются к мощной
энергосистеме, частота вращения является постоянной величиной и под
воздействием эффекта асинхронизации, они менее эффективно применяют
энергию ветра, чем установки с переменной частотой вращения.
5
Зимин Л. С. Экономия энергоресурсов в электротехнологиях // Статья в сборнике
Актуальные проблемы электроэнергетики, 2018. – С.258-261.
11
Структура вертикальной ветроэнергетической установки приведена на
рисунке 4.
Рисунок 4. Структура вертикальной ветроэнергетической установки
Как видно из рисунка 4, вертикальная ветроэнергетическая установка
включает колесо с лопастями, выступающими основным ротором для приема
воздушных потоков, редуктор, позволяющий синхронизировать вращательное
движение и создать определенную скорость ветра, генератор для выработки
электрического тока, аккумуляторную батарею и инвертор.
Основой горизонтально-осевых ветроколес пропеллерного типа является
подъемная сила. Относительно ветра ветроколесо в рабочем положении может
быть размещено перед опорной башней или за ней. Горизонтальные
ветроколеса оснащены аэродинамическим стабилизатором, удерживающим его
в рабочем положении. При заднем расположении башня частично затеняет
ветроколесо и турбулизирует набегающий на него поток.
Работа ветроколеса в таких условиях приводит к возникновению
циклических нагрузок, повышенного шума и флуктуации выходных параметров
ветроэнергетической установки. Когда направление ветра изменяться быстро,
ветроколесом отслеживаются эти изменения за счет установки электрических
серводвигателей.