Состав, задачи, значение энергетического хозяйства. Органы управления энергетическим хозяйством, их функции. Энергоснабжение предприятия. Виды потребляемой энергии

Любой технологический процесс требует определенного расхода топлива, электрической и тепловой энергии, поэтому промышленные предприятия являются крупнейшими потребителями различных видов топлива и энергии. В промышленности расходуется примерно половина всего топлива и две трети энергии. В качестве топлива предприятия используют уголь, кокс, мазут, дрова и древесные отходы, природный газ, диоксид углерода (например, для сварочного производства). С развитием научно-технического прогресса и ростом производства потребление энергии систематически растет. Растет и доля затрат на энергоресурсы. Доля энергозатрат в себестоимости продукции доходит до 40–45%.

За XX век количество энергии, затрачиваемое на единицу промышленной продукции в развитых странах мира, возросло в 10–12 раз. В связи с этим повышается роль энергетического хозяйства в обеспечении бесперебойного функционирования производственного процесса, повышается его значение с целью снижения издержек производства и повышения уровня рентабельности промышленных предприятий.

Энергетическое хозяйство предприятия –это состав функциональных и производственных подразделений, обеспечивающих производство всеми видами энергии при соблюдении техники безопасности, выполнении требований к качеству и экономичности энергоресурсов.

К основным видам промышленной энергии относятся: тепловая и химическая энергия топлива, тепловая энергия пара и горячей воды, механическая энергия и электроэнергия.

Основными задачами энергетического хозяйства являются:

1) бесперебойное обеспечение предприятия, его подразделений и рабочих мест всеми видами энергии с соблюдением установленных для нее параметров – напряжения, давления, температуры и др.;

2) рациональное использование энергетического оборудования, его ремонт и обслуживание;

3) эффективное использование и экономичное расходование, в процессе производства, всех видов энергии.

Энергообеспечение предприятия имеет специфические особенности, обусловленные особенностями производства и потребления энергии:

♦ производство энергии, как правило, должно осуществляться в момент потребления;

♦ энергия должна доставляться на рабочие места бесперебойно и в необходимом количестве. Перебои в снабжении энергией вызывают прекращение процесса производства, нарушение технологии;

♦ энергия потребляется неравномерно в течение суток и года. Это вызвано природными условиями (летние и зимние периоды, день, ночь) и организацией производства;

♦ мощность установок по производству энергии должна обеспечивать максимум потребления.

По характеру использования энергия бывает: технологической, двигательной (силовой), отопительной, осветительной и санитарно-вентиляционной. Для промышленных предприятийнаибольшее значение имеет потребление энергии на двигательные и технологические цели. В качестве двигательной силы технологического и подъемно-транспортного оборудования используются главным образом электроэнергия и внебольшом количестве пар и сжатый воздух.

Различные виды энергии и энергоносителей применяются на всех стадиях технологии производства изделия. При этом единство и взаимообусловленность технологии и энергетики – наиболее характерная черта большинства производственных процессов промышленного предприятия.

В состав энергетического хозяйства входят хозяйства:

- электросиловое- понижающие и повышающие подстанции, генераторные и трансформаторные установки, электросети, аккумуляторное хозяйство;

- теплосиловое - котельные, паровые и воздушные сети, компрессоры, водоснабжение и канализация;

- газовое - газовые сети, газогенераторные станции, холодильно-компрессорные и вентиляционные установки;

- печное - нагревательные и термические печи;

- слаботочное - АТС, радиосеть, диспетчерская связь;

- мастерские по ремонту, модернизации энергооборудования.

В технологическом отношении энергохозяйство включает:

- генерирующую часть (энергостанции, котельные и т. п.);

- передающую и распределяющую часть (сети, распределительные устройства, трансформаторные подстанции);

- потребляющую часть (энергоприемники производства и непроизводственные потребители).

К энергетическим ресурсам, потребляемым на предприятии, относятся:

24. электрический ток;

25. натуральное топливо;

26. пар различных параметров;

27. сжатый воздух разного давления;

28. природный и сжиженный газ;

29. горячая вода, конденсат;

30. вода под напором.

Все виды энергоресурсов можно разделить на три группы:

31. поступающие со стороны;

32. собственного производства;

33. вторичные.

Потребности промышленных предприятий в энергоресурсах обеспечиваются за счет трех источников: централизованного снабжения, собственного производства энергии, использования вторичных энергоресурсов.

Централизованное снабжение является основным источником снабжения предприятия энергоресурсами: электроэнергией, паром, горячей водой - от районных теплоэлектроцентралей; природным газом - от государственной сети газоснабжения; твердым и жидким топливом - в порядке поставок от предприятий топливодобывающих отраслей.

Собственное производство энергии организуется в тех случаях, когда централизованное обеспечение либо технически невозможно, либо нерационально из-за значительной удаленности предприятия от источника централизованного обеспечения (сжатый воздух, насыщенный пар и др.).

На промышленных предприятиях после технологических процессов остается значительное количество вторичных энергоресурсов (ВЭР). Вторичными энергетическими ресурсами являются энергетический потенциал продукции, отходов, побочных и промежуточных продуктов, образующихся в технологических аг­регатах (установках), которые не могут быть использованы в самом агрегате, но могут частично или полностью использоваться для энергоснабжения других потребителей.

ВЭР промышленности делятся на три основные группы:

– горючие,

– тепловые,

– избыточного давления.

Горючие (топливные) ВЭР – химическая энергия отходов технологических процессов химической и термохимической переработки сырья (например, отходы деревообработки). Горючие ВЭР используются в основном как топливо и немного (5%) на не топливные нужды (преимущественно в качестве сырья).

Тепловые ВЭР – это тепло отходящих газов при сжигании топлива, тепло воды или воздуха, использованных для охлаждения технологических агрегатов и установок, теплоотходов производства, например, горячих металлургических шлаков.

ВЭР избыточного давления (напора) – это потенциальная энергия газов, жидкостей и сыпучих тел, покидающих технологические агрегаты с избыточным давлением (напором), которое необходимо снижать перед последующей ступенью использования этих жидкостей, газов, сыпучих тел или при выбросе их в атмосферу, водоёмы, ёмкости и другие приёмники. Сюда же относится избыточная кинетическая энергия.

На всех предприятиях-энергопотребителях должен быть составлен энергетический паспорт, который является нормативно-хозяйственным документом, утвержденным по единой государственной форме. В таком паспорте отражаются все основные сведения об энергохозяйстве предприятия и производится оценка эффективности использования топливно-энергетических ресурсов по объектам предприятия.

Энергообеспечение большинства промышленных предприятий построено на централизованной системе, когда они получают энергоносители со стороны: электроэнергию – от энергетической системы (через заводскую понизительную подстанцию) или от заводской электростанции, связанной с энергетической системой; пар – по тепловой сети районной энергетической системы при заводской теплоцентрали; газ – из сети дальнего газоснабжения природным газом.

Потребляемые предприятием энергоресурсы могут производиться, и на самом предприятии: электроэнергия – на заводской электрической станции, пар и горячая вода – в котельных, генераторный газ – на газогенераторной станции.

Распространен и комбинированный вариант обеспечения энергоресурсами, когда часть энергии покрывается за счет ее обеспечения от собственных установок, а часть – централизованно. Наиболее экономичной формой энергоснабжения крупных промышленных предприятий является включение заводской ТЭЦ в энерготехническую систему. В таком случае в часы, когда предприятию требуется дополнительное количество энергии, оно забирает ее из энергосистемы. Это избавляет изолированные заводские электростанции от необходимости иметь дополнительные мощности для обеспечения максимальной нагрузки в часы пик, когда же падает потребность в электроэнергии, такая станция может отдавать избыточную электроэнергию в энергосистему.

Состав и размеры энергетического хозяйства предприятия зависят от характера и масштабов производства, применяемых технологических процессов, особенностей энергоснабжения.

Объекты энергохозяйства и характеристика цехов предприятия представлены на рис. 7.1, таблице 7.1.

Рис.7. 1. Примерная организационная структура управления энергохозяйством крупного промышленного предприятия

Таблица 7.1 - Характеристика энергетических цехов предприятия

Наименование цеха	Выполняемые функции	Примерный состав цеха
Электросиловой	Электроснабжение предприятия на напряжении у рабочих мест	Понизительные подстанции Мотор-генераторные установки зарядных станций Электродвигатели высокого напряжения (для генераторов высокой частоты) Трансформаторные установки (печные трансформаторы дуговых печей)
Теплосиловой	Обеспечение предприятия паром, горячей водой, сжатым воздухом Получение промышленной воды	Заводские котельные Тепловая сеть завода Компрессорные установки и воздушная сеть завода Система водоснабжения Мазутоперекачивающие установки
Газовый	Снабжение предприятия газом из сети газоснабжения Обеспечение работы газогенераторной станции предприятия Снабжение предприятия кислородом и ацетиленом	Газовые вводы или газогенераторная станция предприятия Кислородная станция Газовые сети

Окончание табл. 7.1

Электромеханический	Капитальный ремонт электрооборудования и электроаппаратуры предприятия и изготовление в случае необходимости отдельных видов нового оборудования	Дефектовочная группа Обмоточная мастерская с сушильно-пропиточным отделением Слесарно-механическое и сборочное отделения
Слаботочный	Телефонная и радиосвязь Эксплуатация аккумуляторных установок	АТС, коммутаторные установки, передающие, приемные установки Зарядные станции, аккумуляторное хозяйство электрокарного парка и др.

На крупных предприятиях (объединениях) во главе энергетического хозяйства находится управление главного энергетика (УГЭ), на средних предприятиях – отдел главного энергетика (ОГЭ), на малых предприятиях – энерго-механический отдел во главе с главным механиком, главный энергетик является заместителем главного механика.

В состав энергетического хозяйства предприятия входят отдел главного энергетика (ОГЭ) и энергетические цехи. Возглавляет ОГЭ главный энергетик завода, подчиненный главному инженеру.

В состав ОГЭ, как правило, включаются следующие функциональные подразделения: бюро ППР, техническое бюро, планово-производственное бюро, бюро энергоиспользования.

Бюро ППР планирует, контролирует и учитывает выполнение всех видов ремонтных работ энергетического оборудования и электрической части технологического оборудования, инспектирует правильность эксплуатации энергетического оборудования; ведет паспортизацию и учет всех видов энергетического оборудования; устанавливает номенклатуру, сроки службы, нормы расхода и лимиты на запасные части и покупные материалы, планирует изготовление или закупку материальных ценностей для ремонта.

Техническое бюроосуществляет всю техническую подготовку производства системы ППР.

Планово-производственное бюро осуществляет планирование потребности предприятия в различных видах энергии и энергоресурсов. Планирование сводится к составлению энергетических балансов. Энергетические балансы подразделяются на плановые и отчетные.

Плановый энергобаланс состоит в обосновании потребности предприятия в энергии и энергоресурсах. Отчетный энергобаланс предназначен для контроля фактического энергопотребления, анализа использования энергии, а также для оценки качества работы энергоцехов.

Основой для составления плановых энергобалансов служат удельные нормы расхода энергии, топлива и т.д., а также плановые задания по выпуску продукции основного производства.

Бюро энергоиспользования занимается нормированием расхода энергии и вопросами ее рационального использования.

Персонал энергетических цехов подразделяется на сменный персонал (ведущий текущую эксплуатацию оборудования) и ремонтно-монтажный. Обеспечение бесперебойного питания крупного завода энергией возлагается на дежурных инженеров, а на небольших предприятиях - на одного из бригадиров участка энергохозяйства.

Определение штатов органов управления энергетическим хозяйством предприятия производится в зависимости от потребляемой энергетической мощности, потребления теплоэнергии, сжатого воздуха и воды. На энергетических хозяйствах крупных предприятий в течение смены назначаются дежурные инженеры-энергетики, руководящие эксплуатацией всего энергохозяйства. Их задача – обеспечение бесперебойного питания предприятия необходимыми энергоносителями. На небольших предприятиях дежурным обычно назначается один из бригадиров участка энергохозяйства.

7.2. Планирование энергоснабжения и анализ использования топливно-энергетических ресурсов. Энергетические балансы, их содержание и порядок разработки. Нормирование энергопотребления. Способы экономии энергоресурсов

Основой рациональной организации энергетического хозяйства на предприятии является планирование производства и потребления энергоносителей на основе энергетических балансов, отражающих равенство подведенной и полезной энергии и потерь.

Энергетические балансы классифицируются по следующим признакам:

1)по назначению:

- перспективные (на 5 лет и более);

- плановые (текущие);

- отчетные;

2) по степени охвата(по видам энергоресурсов):

- сводные (по предприятию, цехам и подразделениям),;

- частные(по отдельным агрегатам, по виду обработки);

3)по характеру целевого использования энергии:

- силового назначения;

- технологического назначения;

- производственно-хозяйственного назначения.

Перспективные балансы- составляются на 5 лет и более и используются при проектировании и реконструкции предприятия (производства или энергохозяйства). Составляются на основе прогноза энергопотребления и возможностей покрытия потребности в энергоресурсах.

Плановые (текущие) балансы- составляются на год с разбивкой по кварталам. Эти балансы - основная форма планирования энергопотребления на предприятии.

Отчетные балансы- средство контроля потребления энергоресурсов и выполнения текущих плановых балансов.

Энергобалансы состоят из расходной и приходной частей.

Расходная часть энергетического баланса включает потребность предприятия и его отдельных подразделений и установок в энергоресурсах.

Приходная часть энергетического баланса представляет собой определение рациональных источников покрытия этой потребности как со стороны, так и за счет собственных источников.

Последовательность разработки топливно-энергетического баланса:

А. Расходная часть.

1. Планируется потребность основного производства в энергии и топливе, а также расход энергии и топлива на непроизводственные нужды.

2. Рассчитываются потери энергии в сетях и преобразовательных установках.

3. Определяется суммарное потребление энергии и топлива предприятием.

Б. Приходная часть.

1. Определяются энергоресурсы предприятия путем расчета рабочих мощностей генерирующих установок и составления баланса мощности по предприятию.

2. Распределяются плановые графики нагрузок между источниками энергоснабжения.

3. Проектируется режим работы и энергобаланс генерирующих устройств.

4. Составляется баланс топлива предприятия.

Общая потребность предприятия в энергоресурсах укрупнено определяется по формуле

где H_p - плановая сводная норма расхода энергии в расчете на 1000 млн. руб. продукции;

N - плановый объем выпуска продукции (в стоимостном выражении), тыс. млн. руб.;

Э_всп - расход энергии на вспомогательные нужды (отопление, вентиляция, освещение и т. д.);

Э_сm - энергия, отпускаемая на сторону;

Э_поm - потери энергии в сетях.

Технико-экономические показатели энергохозяйства подразделяются на две группы:

1. Показатели, характеризующие экономичность производства энергии.К ним относятся:

1. удельный расход топлива на производство электроэнергии и тепла;

2. коэффициенты полезного действия генераторов электрической и тепловой энергии;

3. удельный расход электрической энергии на производство 1000 м³ сжатого воздуха и т. д.;

4. себестоимость единицы вида энергии.

2. Показатели, характеризующие эффективность использования энергии:

1. удельный расход энергии по ее видам;

2. структура энергобаланса цехов и предприятия в целом;

3. показатели энерговооруженности труда.

Экономия энергоресурсов достигается проведением в жизнь следующих мероприятий:

а) ликвидация и снижение прямых потерь энергии в сетях и местах ее потребления (неисправное состояние электросетей, соединений трубопроводов, шлангов, кранов, вентилей и др.);

б) внедрение в производство высокоэкономичных технологических процессов, приборов, оборудования (внедрение электроиндукционного нагрева деталей при термообработке вместо нагрева в электропечах сопротивления снижает расход электроэнергии более чем в два раза);

в) применение рациональных режимов работы технологического и энергетического оборудования, обеспечивающих полное использование мощности электромоторов и трансформаторов, уменьшение холостых расходов энергии (повышается коэффициент мощности в сетях (косинус φ));

г) вторичное использование энергоресурсов (отходящих газов печей, отработанного пара кузнечных цехов, тепла охлаждающей воды т.д.);

д) организация четкого планирования, нормирования расхода, учета и контроля потребления энергии (составление топливного и энергетического балансов по каждому виду энергии).

Энергетическое нормирование является необходимым условием для разработки оперативного плана функционирования предприятия.

Нормирование расхода топлива тепловой и электрической энергии – это установление плановой меры их потребления. Основной задачей нормирования является установление технически и экономически обоснованных норм расхода топлива и энергии на отдельные технологические процессы и операции, а также отдельные виды продукции, выпускаемые промышленными предприятиями.

Принципы технического нормирования:

- Нормы должны отражать прогрессивный уровень энергопроизводства и энергопотребления

-Нормы должны учитывать наиболее современные методы организации производства, обеспечивающие рациональное использование топливно-энергетических ресурсов

-Нормы должны периодически пересматриваться с учетом технического перевооружения производства

-Нормы должны учитывать все многообразие внутренних и внешних условий эксплуатации

Нормы расхода топлива и энергии классифицируются по следующим признакам:

1. Степень агрегации:

- Индивидуальные нормы: нормы расходы энергоресурса, устанавливаемые на единицу выпускаемой продукции относительно отдельных топливо- и энергопотребляющих агрегатов

- Групповые нормы: нормы расхода энергоресурсов, которые устанавливаются на весь планируемый объем выпускаемой одноименной продукции

2. Состав расходов:

- Технологические нормы: учитывает затраты энергоресурсов на основные и вспомогательные технологические процессы производства данного вида продукции на поддержание агрегатов в горячем резерве, на разогрев и пуск агрегатов после простоев и ремонтов, а также на технически неизбежные потери энергии (затраты на пуск/остановку агрегатов)

- Общепроизводственные нормы: нормы, учитывающие затраты энергии на основные и вспомогательные технологически процессы, на вспомогательные нужды производства, а также на технически неизбежные потери энергии, отнесенные к производству данного вида продукции

3. Период действия:

- Квартальные нормы

- Годовые нормы

Нормирование необходимо для:

1) Планирования и отчетности

2) Организации экономичных режимов работы энергооборудования

3) Анализа фактических показателей работы

4) Контроля и учета за ходом производства

Для расчета норм используют:

1. Статистические методы

2. Расчетные методы

3. Экспериментальные методы

Нормы рассчитываются как для установившихся режимов, так и для неустановившихся режимов.

Для установившихся режимов используются следующие нормативы:

1. Номинальная, максимальная, минимальная и экономическая мощности

2. Удельный расход топлива

3. Удельный расход тепла

4. КПД

5. Удельные потери

По направлениям использования различают технологическую, двигательную, осветительную и отопительную энергию.

Расчет норм расхода электроэнергии, пара, сжатого воздуха, газа, воды, вспомогательных материалов ведется на единицу продукции. Методика расчета норм расхода энергетических ресурсов определяется отраслевыми методическими указаниями.

Для крупных энергетических агрегатов (например, нагревательных печей) составляются энергетические балансы и устанавливаются технически обоснованные нормы удельных расходов энергоресурсов аналитическим методом.

Для механических цехов, как правило, применяется опытно-аналитический метод нормирования,основанный на фактических удельных нормах, достигнутых за прошлый период.

Сначала определяют расход силовой энергии для выполнения определенного объема производства (N).

Расход силовой энергии за определенный период времени работы оборудования можно определить по формуле:

где: M_y - суммарная установленная мощность оборудования, кВт;

F_d - действительный фонд времени работы оборудования, час;

K_m - коэффициент, учитывающий загрузку оборудования по мощности;

K_B - коэффициент, учитывающий неравномерность использования оборудования по времени;

η₁, η₂ - коэффициенты, учитывающие КПД двигателей и потери энергии в сетях.

Удельная норма расхода на единицу продукции рассчитывается по формуле

Суммарный расчет энергии может осуществляться по укрупненным удельным нормам на единицу продукции, на 1 станко-час по группе станков, на 1 млн. руб. выпускаемой продукции и др.

Необходимо устанавливать строгую взаимосвязь системы нормирования с системой энергетического учета.

Основные требования к энергетическому учету: максимальная дифференциация, оперативность, точность.

Документация энергетического учета подразделяется на первичную и вторичную. В первичных документах отражается работа оборудования за смену и сутки через каждые 0,5–1 ч. Во вторичных документах отражаются итоговые и средние показатели работы энергооборудования за смену и сутки.

Результаты учета являются основой для расчета опытно-статистических норм.

В основу разработки технологических норм расхода электроэнергии положены электробалансы, в расходной части которых определяются полезная составляющая расхода и потери. Такое разделение технологической нормы позволяет выделить потери, наметить конкретные мероприятия по их снижению и составить нормализованный электробаланс агрегата.

При соблюдении указанных условий технологическая норма равна:

Nтех = (Э_пол + ΔЭ) / N,

где Э_пол – полезная составляющая расхода электроэнергии;

ΔЭ – потери электроэнергии;

N – выпуск продукции в натуральном выражении.

Общепроизводственная цеховая норма определяется следующим соотношением:

N_ц = (Э_Tex + Э_всn + ΔЭ_n.c )/ N_ц ,

где Э_Tex – расход электроэнергии на технологические нужды;

Э_всn – расход электроэнергии на вспомогательные нужды;

ΔЭ_n.c – потери электроэнергии в цеховых сетях и преобразовательных установках;

N_ц – объем выпуска продукции цехом.

Общепроизводственные заводские нормы равны:

N_з = (Э_ц + Э_общ + ΔЭ_n.c )/ N_{з ,}

где Э_ц – суммарный расход электроэнергии в основных и вспомогательных цехах;

Э_o6щ – общезаводской расход электроэнергии на отопление, вентиляцию, освещение, горячее водоснабжение;

ΔЭ_n.c – потери электроэнергии в общезаводских сетях и преобразовательных установках;

N₃ – объем выпуска продукции заводом.

Практика показывает, что технологические нормы, полученные для одной и той же продукции на разных предприятиях, различны, что объясняется различиями в качестве сырья, технологическими отклонениями от нормы, различными условиями производства.