Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ НА ПРЕДПРИЯТИИ И В БЫТУ

Способы и средства энергосбережения на предприятиях и в организациях

Системы энергообеспечения предприятия (организации). Условие функционирования любого предприятия, фирмы - надежное энергообеспечение их производственной или посреднической деятельности. Размеры, структура, исполнение системы энергообеспечения зависят от отраслевого профиля, применяемых технологий, масштабов производства предприятия или оказываемых фирмой услуг.

В рамках энергохозяйства предприятия различают первичные и вторичные энергоресурсы. Первичные - это энергоресурсы, поступающие на предприятие в готовом для потребления виде или специально вырабатываемые непосредственно на предприятии для осуществления технологических или вспомогательных, сервисных целей. Вторичные энергоресурсы, или «энергетические отходы» - это энергоресурсы, образующиеся как попутные при осуществлении технологических процессов. В табл. 8.1 представлены возможные виды первичных и вторичных энергоресурсов, образующих энергетические потоки внутри предприятия.

Система энергообеспечения предприятия может быть разделена на подсистемы по видам энергоносителей. В каждой из этих подсистем могут быть выделены источник энергии, система распределения, потребители, утилизаторы энергетических отходов. По взаимному расположению источника энергии и потребителей различают системы центрального и местного энергоснабжения. Все подсистемы энергообеспечения предусматривают резервирование, определяемое категорией потребителя. Подсистемы энергообеспечения различными энергоносителями, как правило, взаимосвязаны как в структурном, так и режимном отношениях.

Таблица 8.1

Виды первичных и вторичных энергоресурсов

Одним из основных первичных энергоресурсов на промышленных предприятиях является топливо. Ему соответствует система топливообеспечения. Топливо на предприятиях сжигается в преобразовательных энергоустановках для производства тепловой или электрической энергии, а также может служить для осуществления технологических процессов, например, на металлургических, энергетических, коксохимических, нефтеперерабатывающих предприятиях. В зависимости от потребностей производства топливо может использоваться в твердом виде: уголь, кокс, горючие сланцы, - в жидком виде: мазут, дизельное топливо, бензин, в газообразном: природный газ, технологические газовые отходы. Снабжение предприятий мазутом и углем обычно производится по железнодорожным путям, газом - по технологическим газопроводам. Для Беларуси экономически целесообразно использование местных видов твердого топлива: отходов древесины и торфа. Применение отходов древесины как возобновляемого источника энергии имеет как экономическое, так и экологическое значение и требует создания инфраструктуры сбора, переработки, хранения и доставки. На территории предприятия имеется система хранения, переработки и распределения топлива.

Основными первичными энергоресурсами на любом современном предприятии являются электрическая и тепловая энергия. При централизованной системе снабжения электроэнергия поступает из энергосистемы по воздушным или кабельным линиям электропередачи на головную подстанцию предприятия и распределяется по заводским электрическим сетям между конечными потребителями. При этом происходит трансформация электрической энергии с напряжения 110 кВ и выше на входе головной подстанции до 6-10 кВ в распределительных сетях на территории завода и до 0,4-0,6 кВ - в распределительных пунктах. Тепловая энергия поступает от теплоцентралей (ТЭЦ) энергосистемы в виде пара различного давления и горячей воды разной температуры по теплосетям и распределяется к потребителям по распределительным сетям предприятия. Подсоединение теплопотребителей к тепловой сети осуществляется через тепловые пункты, на которых производится преобразование вида теплоносителя или его параметров: давления и температуры. Тепловые пункты подразделяются на индивидуальные - ИТП для подсоединения систем отопления, вентиляции, горячего водоснабжения одного здания и центральные - ЦТП для подсоединения названных систем двух и более зданий. При децентрализованных системах энергоснабжения электрическая энергия вырабатывается собственными генераторами, работающими на паровых или газовых турбинах либо дизельных двигателях. Излишки электроэнергии предприятие может продавать энергосистеме. На отдельных предприятиях потребности в электроэнергии могут покрываться как собственными источниками, так и частично закупкой в энергосистеме. Тепловая энергия может вырабатываться на собственной заводской ТЭЦ или котельной.

Котельные работают обычно на мазуте, газе, реже на угольной пыли, древесных отходах. Значительным источником тепловой энергии на заводах с высокотемпературными технологиями являются котлы-утилизаторы, использующие тепловые отходы или вторичные энергоресурсы.

Среди первичных энергоресурсов, широко применяемых для технологических целей, следует назвать сжатый воздух и хладагенты (жидкий азот, кислород, фреон). Сжатый воздух вырабатывается на заводских компрессорных станциях, электропривод которых осуществляется мощными синхронными электродвигателями. Заводы с технологическим потреблением сжиженных газов используют собственные станции сжижения или хранилища привозимых хладагентов.

К системам энергообеспечения относятся также системы снабжения технологической и хозяйственно-питьевой водой, канализации, очистки и утилизации сточных вод. Современные технологии очистки производственных вод позволяют обеспечить оборотную рециркуляционную систему водоснабжения с получением биогаза, служащего топливом для выработки тепловой или электрической энергии.

Рассмотрим основные направления потребления и использования перечисленных энергоресурсов. В целевом аспекте следует различать потребление энергоресурсов на технологические нужды и вспомогательные производственные и хозяйственно-бытовые нужды предприятия.

Технологическое энергопотребление включает следующие способы применения энергоресурсов:

· топлива - в различного рода печах и сушильно-выпарных устройствах для технологической обработки материалов и изделий: нагрева и плавки металлов, обжига строительных материалов, термической переработки топлива, получения перегретого пара, горячей воды, сушки сырьевых материалов и изделий и т. д.;

· электрической энергии - для электропривода (синхронные и асинхронные электродвигатели, двигатели постоянного и переменного тока) технологических механизмов и машин и для электронагрева в дуговых плавильных печах, электросварки, процессов промышленной электротермии: индукционного нагрева (закалка, плавка, штамповка, ковка и др.) и диэлектрического нагрева (сушка, склеивание, спекание и др.), для систем управления и автоматики;

· тепловой энергии - для нагрева (пропарки, сушки) сырья и готовой энергии сжатого воздуха - для пневмопривода, пневмотранспорта, очистки, обдувки сырья или готового продукта;

· энергии хладагентов - для процессов охлаждения, замораживания сырьевых, промежуточных, готовых материалов и изделий;

· энергии потоков воды и других жидкостей - для обмыва, очистки технологических поверхностей, охлаждения, переноса рабочих веществ и т.п.

Вспомогательные производственные и хозяйственно-бытовые энергозатраты включают затраты энергии на обеспечение функционирования систем освещения, отопления, вентиляции, кондиционирования, водо- и газоснабжения, очистки и утилизации производственных отходов, приводов механизмов собственных нужд предприятия или фирмы, устройств выработки сжатого воздуха, тепловой, электрической энергии для технологических процессов, внутризаводской транспортировки, складирования сырья и готовой продукции и т.п. Таким образом, это энергозатраты, не связанные с основными технологическими процессами и непосредственным выпуском продукции.

В табл. 8.2 указаны основные элементы систем энергоснабжения предприятия. Во всех элементах этих систем - звеньях получения, преобразования, передачи, распределения и потребления всех видов энергоносителей - имеют место потери энергии, а следовательно, существуют возможности оптимизации энергозатрат, как в системах собственных нужд, так и технологического энергообеспечения предприятия или фирмы.

Таблица 8.2

Системы энергоснабжения предприятий

Немаловажное значение имеют режимы энергопотребления, т.е. изменение уровня потребления энергии во времени. Они определяются нуждами технологии и режимами производства или оказываемыми услугами. Поэтому возможности оптимизации энергопотребления в этом направлении лимитируются технологическими ограничениями или требуют реорганизации производства и совершенствования технологий. Оптимизация технологических процессов, конструкций и режимов работы производственного оборудования по критерию энергозатрат получила название технологического энергосбережения. Многообещающими средствами оптимизации режимов энергопотребления является использование внутризаводских систем и устройств аккумулирования, а также, при централизованном снабжении электроэнергией, - методов так называемого встречного регулирования графиков электрической нагрузки предприятия. Такое регулирование предполагает оптимизацию режимов внутризаводского потребления навстречу изменениям графика нагрузки энергосистемы с целью компенсации последних для минимизации платы за энергоресурсы. Встречное регулирование как средство оптимизации работает при наличии системы тарифов, отвечающих реальным затратам на производство, передачу и распределение электроэнергии.

Взаимозаменяемость энергоресурсов и энергоустановок ставит задачу оптимального выбора энергоносителей и компонентов систем энергохозяйства предприятия и определяет важную часть еще одного направления энергосбережения - структурного. Структурное энергосбережение в рамках предприятия или фирмы включает также оптимизацию структуры номенклатуры выпускаемой продукции или оказываемых услуг, структур применяемых сырья, технологий и производственного оборудования.

Качество и эффективность технологических процессов, конкурентоспособность готовой продукции или услуг предприятия в значительной степени определяются их энергетической эффективностью. Обеспечение последней означает эффективное энергоиспользование - уровень и структуру потребления энергоресурсов, исключающие их нерациональный расход и ненормативные потери. Этим определяется цель управления энергоиспользования (энергоменеджмента) на предприятии или фирме.

Управление энергоиспользованием. Следует различать контуры внешнего и внутреннего управления энергоиспользованием предприятия. Исходя из выполненного краткого анализа структуры, технологий, режимов энергообеспечения предприятия, сформулируем принципы и задачи внутреннего управления энергоиспользованием:

· принятие энергосберегающих решений и их реализация на стадиях проектирования, строительства и монтажа: выбор строительной площадки, размещение зданий, сооружений, объектов на территории предприятия, их ориентация, выбор типа зданий, строительных и конструкционных материалов, технологий, производственного и вспомогательного оборудования, систем и инфраструктур инженерного обеспечения, управления и т.д.;

· организационная согласованность финансовой, технологической и энергетической политики и дисциплины на предприятии;

· экономическое стимулирование и мотивация всех подразделений, служб, персонала предприятия на энергосбережение; экономические выгоды от энергосберегающих мероприятий и средств должны покрывать затраты на них и распределяться с целью их скорейшего внедрения;

· учет и контроль потоков всех энергоресурсов и энергоносителей;

· создание автоматизированной системы управления энергоиспользованием на предприятии и подсистем ее обеспечения;

· энергетические обследования и аудиты предприятия в целом и его подразделений с целью оценки потенциала энергосбережения, определения плана и приоритетов мероприятий по снижению энергозатрат (в их числе изменение условий эксплуатации оборудования, рационализация режимов энергопотребления, модернизация технологических процессов и т.д.). Внешнее управление энергоиспользованием отдельных предприятий осуществляется посредством правовых, экономических, финансовых, административных механизмов, определенных государственной политикой энергосбережения и осуществляемых через государственные органы энергосбережения.

Таким образом, обеспечение эффективного энергоиспользования на предприятии или фирме предполагает два параллельных процесса оптимизации систем энергообеспечения, технологий и организации производств по энергозатратам. Внутренняя оптимизация осуществляется в рамках обеспечения рентабельности предприятия и внешняя - в рамках непротиворечия государственным интересам.

Действенными механизмами внешнего контура управления энергоиспользованием в условиях поворота к рыночной экономике являются обоснованная тарифная политика на энергоносители, выполняющая коммуникативную функцию и обеспечивающая ценовые стимулы энергосбережения, обязательные, периодически выполняемые на независимой основе энергоаудиты предприятий, создание конкурентной среды в производстве и снабжении энергоресурсами.

Технические направления повышения эффективности энергоиспользования. Государственная программа «Энергосбережение» определила приоритетные технические направления энергосбережения в Республике Беларусь, на выполнение которых в первую очередь должны концентрироваться усилия:

· учет и регулирование ТЭР;

· малые и мини-ТЭЦ;

· использование ВЭР (вторичных энергоресурсов);

· котельные и тепловые сети;

· парогазовые установки в энергетике;

· регулируемый электропривод;

· системы освещения;

· холодильная техника и компрессорное оборудование;

· строительные конструкции и теплоизоляционные материалы;

· теплонасосные установки;

· автоматизированные системы управления технологическими процессами;

· нетрадиционные и возобновляемые источники энергии;

· внедрение новых технологий и оборудования.

Учет, контроль и управление энергопотреблением

Системы энергообеспечения современных предприятий как производственной, так и непроизводственной сфер весьма сложны и по своей структуре, и по режимам. Неоптимальные в энергетическом отношении, т.е. с точки зрения потребления энергоресурсов технологические и конструктивные решения, режимы работы основного и вспомогательного оборудования приводят к снижению качества продукции, ее удорожанию - росту энергетической составляющей себестоимости и, как следствие, к падению конкуренте-способности продукции. Нарушения энергообеспечения предприятий, их структурных подразделений, объектов чреваты аварийными ситуациями, значительными материальными потерями.

При существующей структуре экономики промышленность Республики Беларусь потребляет более половины всех энергоресурсов. В условиях исторически сложившихся технологий, применяемого оборудования, как правило, требующих замены и модернизации, высоких цен на энергоресурсы их доля в себестоимости промышленной продукции составляет сегодня 20-30%, а для наиболее энергоемких производств достигает 40% и более. Снижение доли энергетической составляющей себестоимости продукции - условие выживаемости и экономического благополучия отдельных предприятий, стабилизации и развития экономики страны в целом.

В жилищно-коммунальном секторе республики также остро стоит проблема организации рационального расходования энергоресурсов, решение которой предусматривает комплекс социально-экономических и технических преобразований в системе энергообеспечения населения. Энергия, сбереженная за счет учета и регулирования потребления на уровне владельцев и пользователей жилых зданий, помещений, дает снижение коммунальных расходов на 40-50%.

Экономия энергоресурсов в промышленности и жилищно-коммунальном секторе позволяет не вводить новые дополнительные энергетические мощности, высвобождая средства для инвестирования в новые технологии, в модернизацию производства, в повышение качества жизни населения, способствует сохранению окружающей среды.

В связи с этим в Беларуси на государственном уровне разработана широкая программа и развернута практическая работа по внедрению автоматизированных систем учета, контроля и управления энергопотреблением (АСКУЭ) на основе современных принципов и технических средств.

АСКУЭ промышленных предприятий. В 80-90-е гг. в республике был накоплен полезный опыт по разработке и внедрению микропроцессорных информационно-измерительных систем ИИСЭ. Однако в целом существовавший приборный энергоучет не обладал достаточной полнотой, точностью и достоверностью, мало отражал реальный процесс потребления энергии, не позволял управлять им, использовать гибкие тарифы для согласования интересов производителей и потребителей энергетических ресурсов.

Современные АСКУЭ промышленных предприятий представляют собой многоуровневые сети учета, контроля, управления энергопотреблением с комплексами технических средств сбора, обработки, представления и хранения информации, линиями связи, средствами телеизмерений, телеинформации и телеуправления. Функционирование АСКУЭ происходит в реальном масштабе времени в рамках производственно-организационных структур предприятия (объединение - завод - цех - участок - установка), принадлежащих ему энергопроизводящих объектов (заводская ТЭЦ, подстанция, котельная), объектов непроизводственной сферы (поликлиники, детские сады, общежития и т.п.), а также коммерчески самостоятельных структур (субабонентов), связанных с данным предприятием по энергопотреблению.

АСКУЭ классифицируются по следующим признакам:

· количеству уровней - на трех- и двухуровневые системы;

· функциональному назначению - на системы коммерческого и технического учета; возможна реализация АСКУЭ как смешанной системы;

· способу реализации и доступу к информации - централизованные и децентрализованные системы.

Наиболее целесообразной на сегодня по экономическим и техническим характеристикам признана трехуровневая схема АСКУЭ: «первичные измерительные преобразователи ПИП - контроллеры К - ПЭВМ» (таблица 8.3).

Нижний уровень АСКУЭ связан со средним уровнем измерительными каналами, включающими измерительные средства и линии связи. Средний с верхним уровнем - каналом связи, в качестве которого могут использоваться проводные линии связи, телефонные каналы, радиоканалы.

Таблица 8.3

Трехуровневая схема АСКУЭ

В 80-е гг. АСКУЭ выполнялись как двухуровневые структуры «ПИП - К», в которых контроллеры в определенной мере обеспечивали функцию итоговой обработки, отображения и документирования данных энергоучета. Современные трехуровневые структуры стали возможны в начале 90-х гг. в связи с появлением на рынке относительно недорогих ПЭВМ, что позволило решать качественно новые задачи контроля энергопотребления и управления им. Сегодня прогресс в развитии интегральных технологий позволяет применять новые двухуровневые структуры АСКУЭ - «ПИП - ПЭВМ», в которых функции контроллеров переданы или первичным «интеллектуальным» преобразователям, или ПЭВМ, доукомплектованной специальными программными модулями.

Системы коммерческого учета создаются как на предприятиях - поставщиках энергоресурсов, так и на предприятиях, их потребляющих, и позволяют организовать объективные денежные расчеты за энергоресурсы между ними. Системы технического учета предназначены для контроля и оптимизации энергопотоков внутри предприятия по его подразделениям и объектам.

Централизованная АСКУЭ, обеспечивая всю полноту информации на уровне главного энергетика и руководства предприятия, ограничивает получение информации, возможности управления энергопотоками на низших уровнях, а также организацию обратных связей в контурах управления. При децентрализованной структуре АСКУЭ используются контроллеры учета со встроенными табло и клавиатурой, подключенные через среду связи к ПЭВМ главного энергетика, местные ПЭВМ, что позволяет в реальном времени решать задачи учета, контроля управления энергопотреблением на уровне отдельных цехов, производств и объектов предприятия. Кроме того, децентрализованная структура позволяет осуществить совмещение коммерческого и технического учета в одной системе.

К задачам АСКУЭ на предприятии относятся:

· автоматизированный коммерческий и технический учет электроэнергии, технической, теплофикационной, питьевой воды, пара, сжатого воздуха, природного и технического газов, нефтепродуктов, всех видов вторичных энергоресурсов по предприятию в целом, элементам его инфра- и интраструктуры;

· контроль энергопотребления относительно установленных норм расхода и ограничений по безопасности энергоснабжения;

· фиксация и сигнализация отклонений контролируемых параметров энергоучета;

· прогнозирование параметров энергоучета для планирования энергопотребления и автоматическое управление им, в том числе посредством потребителей-регуляторов;

· обеспечение внутреннего хозрасчета по энергоресурсам между цехами и подразделениями предприятия и его расчета с субабонентами.

Сегодня руководители промышленных предприятий республики осознали необходимость внедрения современных систем автоматизированного энергоучета и контроля от каждого рабочего места по всем видам энергоносителей до итоговой обработки данных, принятия оперативных решений по управлению энергопотреблением на автоматизированном рабочем месте (АРМ) главного энергетика предприятия. На ряде предприятий республики АСКУЭ успешно функционируют и совершенствуются, к примеру, на Витебском телевизионном заводе, Жодинской трикотажной фабрике и др. Экономический эффект применения подобной системы на предприятии оценивается в среднем величиной в 15-30% от годового потребления ЭР, а срок окупаемости затрат на ее создание - в 2-3 квартала.

Жилищно-коммунальное хозяйство. Внедрение здесь АСКУЭ даст возможность автоматизировать сбор данных с приборов учета в жилых домах, организовать учетно-управленческую деятельность городских коммунальных служб, упорядочить коммерческие отношения между поставщиками и коммунальными потребителями на основе реальных энергозатрат, наладить технический учет и регулирование потребления всех видов энергоресурсов, и прежде всего тепловой энергии, превалирующей в общих затратах энергии. Достижение указанных целей потребует длительного времени для поэтапного решения большого комплекса социально-экономических и технических задач. Начальный этап предусматривает оснащение центральных тепловых пунктов и тепловых узлов, подключенных непосредственно к тепломагистралям, приборами учета и регулирования потребления тепловой энергии в системах отопления и горячего водоснабжения. Будет осуществляться децентрализация системы теплоснабжения. В рамках Постановления СМ РБ от 7 июля 1994 г. «О введении приборного учета расхода газа, воды и тепловой энергии в домах жилищного фонда» проводится оснащение потребителей приборами группового и индивидуального учета и регулирования топливно-энергетических и водных ресурсов.

Для защиты внутреннего рынка, поддержки отечественных товаропроизводителей и в целях осуществления единой технической политики в области оснащения потребителей приборами учета экспертный совет Комитета по энергосбережению и энергонадзору рекомендовал к применению в социальной и коммунально-бытовой сфере перечень приборов группового и индивидуального учета расхода воды, тепла, газа и регулирования. Этот перечень будет периодически корректироваться по результатам комплексной оценки качества и технического уровня приборов.

Первичный приборный учет. Учет тепловой энергии осуществляется с помощью теплосчетчиков горячей воды и пара. Современные конструкции теплосчетчиков позволяют осуществлять обработку, преобразование и регистрацию информации о количестве потребленной или отпущенной тепловой энергии, температуре, давлении, расходе теплоносителя и о времени работы в системах теплоснабжения отопления и горячего водоснабжения.

В зависимости от метода измерения расхода теплоносителя существует достаточно широкий спектр теплосчетчиков воды: электромагнитные индукционные, массовые, крыльчатые, вихревые, ультразвуковые. Наиболее подходящими для условий Беларуси признаны индукционный и ультразвуковой методы измерения расхода воды. Тепловые счетчики на базе ультразвуковых расходомеров, как показал опыт Дании, Германии, России, имеют то преимущество, что качество теплоносителя (горячей сетевой воды) не влияет на погрешность и стабильность измерений. Более остро стоит проблема измерения тепловой энергии пара. Применяемые сегодня диафрагмы (метод разностного давления) удовлетворительны только при стабильном потреблении пара на предприятии; для переменных режимов потребления могут использоваться теплосчетчики на базе вихревого расходомера.

Реальную экономию можно получить лишь при совместном применении учета теплопотребления с помощью счетчиков и его автоматического регулирования. Для группового регулирования служат устанавливаемые на теплопунктах, регуляторы прямого действия и электронные регуляторы. Регуляторы прямого действия поддерживают температурные и гидравлические параметры систем теплоснабжения на постоянном уровне, имеют более низкую стоимость, чем электронные и более долгий срок службы. Электронные регуляторы позволяют задавать временной 7-дневный график теплоснабжения, поддерживать по графику температуру воды на подаче в зависимости от наружной температуры и ограничивать температуру обратной воды. С их помощью может быть осуществлено пофасадное регулирование теплопотребления жилых зданий. Еще лучшим решением является поквартирное регулирование параметров теплоносителя, однако при существующей системе теплоснабжения его применение затруднительно. Для регулирования состояния воздушной среды в отдельных помещениях и экономии энергоресурсов используются индивидуальные средства регулирования - ручные или термостатические вентили, устанавливаемые на радиаторах.

Для поквартирного учета расхода горячей и холодной воды устанавливаются водосчетчики, перед которыми рекомендуется устанавливать фильтры. Экономии воды, более равномерному ее распределению по этажам способствует установка на водоразборных кранах ограничителей расхода воды. В общественных зданиях применяют водоразборные краны с фиксированным временем автоматического их закрытия.

В республике выпускаются в достаточном ассортименте приборы группового и индивидуального учета расхода тепловой энергии и воды, отвечающие мировым стандартам.

Коммерческий учет объема газа и измерение его расхода производится с помощью счетчиков газа, применение которых позволяет снизить расходы на оплату газа в среднем на 10-20%. По конструкции различают турбинные, электромагнитные, массовые, крыльчатые, вихревые счетчики газа. Современный парк электросчетчиков весьма разнообразен. Они классифицируются по роду тока, количеству фаз, классу точности, измеряемым параметрам, количеству тарифов, элементной базе и т.д. С точки зрения элементной базы, более широкое применение находят индукционные (электромеханические) счетчики и более современные - гибридные и электронные электросчетчики. Электронные счетчики могут выполняться на интегральных схемах с фиксированным набором функций - «на жесткой логике» или на микропроцессорных элементах с гибкими, программируемыми в условиях эксплуатации функциями. Электронные счетчики в 5-10 раз дороже индукционных, их применение оправдано при переходе от локальных измерений к автоматизации энергоучета, т.е., в первую очередь, в АСКУЭ энергосистем и промышленных предприятий.

При пользовании приборами группового и индивидуального учета энергоресурсов необходима их периодическая проверка в соответствии с установленными сроками и правилами.

Эффективное использование энергии в населенных пунктах

Более половины населения планеты проживают сосредоточенно, в городах и населенных пунктах городского типа. На их развитие и функционирование в промышленно развитых странах расходуется 70-80% потребляемой энергии. Тенденция роста доли городского населения на планете в будущем будет усиливаться. С одной стороны, крупнейшие города мира, такие как Токио, Москва, Париж, Нью-Йорк и др., превращаются в городские агломераты, срастаясь с городскими предместьями, с другой - будет возникать все больше маленьких комфортных городов, гармонично вписывающихся в окружающий их ландшафт. Жизнь современного города невозможна без надежно работающей энергетической инфраструктуры, включающей источники ТЭР, устройства их преобразования, сети их транспорта, распределения и сами энергопотребляющие системы: освещение, отопление, вентиляция, водоснабжение и т.д. Облик, планировка, конструкции зданий городов, развитие городских инфраструктур и организация жизни в значительной степени зависят от способов и средств их энергообеспечения. В свою очередь, на структуру систем снабжения энергетическими ресурсами и их потребления в бытовом, промышленном, торгово-коммерческом, транспортном и других секторах городского хозяйства, на режимы энергопотребления влияют климатические условия и географическое расположение городов, населенных пунктов, их историческое прошлое, национальные особенности и традиции, структура городского хозяйства, демографический фактор и т.д.

Быстрый рост городского населения, требований к качеству жизни в условиях дефицита природных ресурсов (земли и воды) и традиционных видов органического топлива (угля, нефти, газа), ужесточение требований по охране окружающей среды выдвигают на первый план проблему эффективности использования энергии в городах и населенных пунктах. Ее решение возможно лишь при комплексном подходе к проектированию, строительству, реконструкции и организации жизни городов и городского хозяйства на основе единой концепции рационального расходования всех видов энергоресурсов. Суть концепции заключается в следующих положениях:

· энергосбережение рассматривается как один из основных критериев при принятии решений на всех этапах градостроительства и организации городской жизни, начиная с планировки, проектирования и кончая эксплуатацией жилищного фонда, городских инфраструктур и регулирования ритма городской жизни;

· энергосбережение осуществляется одновременно и согласованно путем оптимизации использования энергии во всех звеньях цепи энергообеспечения города - от источников энергии до ее потребителей по всем видам энергоресурсов и энергоносителей;

· максимальное использование природных возобновляемых, местных и вторичных энергоресурсов;

· стимулирование структурного энергосбережения в промышленном и транспортном секторах городского хозяйства, внедрение в них менее энергоемких технологий и энергосберегающего оборудования;

· установление приоритетных направлений энергосбережения на ближайший и долгосрочный периоды и мобилизация материальных, финансовых, трудовых средств и ресурсов на реализацию этих направлений.

Основой осуществления такой концепции в Беларуси служат принятые на государственном уровне социально-экономическая политика и нормативно-правовая база, стимулирующие энергосбережение. На основе концепции разработаны городские программы по энергосбережению, выполнение которых предусматривает широкий спектр действий и систематической работы городских мэрий и служб, коллективов отдельных предприятий и организаций, а также повседневных усилий каждого горожанина.

Рассмотрим приоритетные направления выполняемых в настоящее время в Беларуси городских программ энергосбережения.

Градостроительство, санация жилых зданий. Эффективное энергоиспользование в городах и населенных пунктах при одновременно надежном их энергообеспечении закладывается в первую очередь на этапах планирования, проектирования и строительства. Энергосберегающие решения получают приоритет при планировке жилого сектора, садово-парковой зоны города, его промышленных объектов, городских инженерных инфраструктур, транспортных коммуникаций. Стройиндустрия республики потребляет около 15% всех энергоресурсов. Не менее 30% расходуемого топлива идет на отопление зданий и сооружений, теплотехнические качества которых определяются строительной отраслью. Взаимное размещение зданий, их ориентация по странам света, типы зданий, виды транспорта и транспортные развязки, структура и конструкции систем обеспечения топливом, тепловой и электрической энергией, водоснабжения, канализации, утилизации городских отходов, дальнейшие перспективы развития города, его социально-экономическая роль - все это в совокупности влияет на объем и эффективность потребления энергоресурсов, а также на воздействие энергоиспользования города на окружающую среду. Отсюда вытекают основные задачи энергосбережения в градостроительстве:

· снижение энергоемкости строительной продукции: материалов и конструкций - за счет более эффективных технологий их изготовления;

· разработка и внедрение архитектурно-градостроительных и конструктивно-технологических решений при проектировании, строительстве, реконструкции жилых домов, общественных зданий и объектов производственного назначения, обеспечивающих снижение энергопотребления, в том числе новых типов энергоэффективных зданий массового строительства;

· снижение энергоемкости, повышение качества строительно-монтажных и ремонтных работ за счет совершенствования их технологии;

· комплекс мер по тепловой модернизации (термореабилитации, санации) существующего жилого фонда, зданий и сооружений с целью повышения теплозащитных свойств ограждающих конструкций зданий и совершенствования систем их теплоснабжения;

· внедрение энергоэффективных инженерного оборудования и систем жизнеобеспечения (отопления, вентиляции, освещения и т.д.), современных приборов контроля и учета ТЭР.

Согласно современной концепции, с точки зрения энергопотребления, проектирование, строительство и использование здания рассматриваются как единая технологическая цепь, имеющая своей целью минимизировать энергоматериальные, трудовые затраты и воздействие на окружающую среду. Из общего объема тепловой энергии, потребляемой при строительстве и эксплуатации зданий сегодня, только 10% расходуется на производство строительных материалов и изделий, а также, на сам процесс строительства, а 90% идет на отопление и горячее водоснабжение, что в 2 раза больше, чем в западноевропейских странах. Поэтому в Беларуси с 1994 г. были введены новые нормативы на термические сопротивления строительных ограждающих конструкций (стен, крыш, перекрытий, окон, дверей и т.д.) зданий и сооружений. Исследования показывают, что существенную экономию - до 14% - тепловой энергии в здании можно получить при увеличении термосопротивления наружных стен в 2-2,5 раза. Дальнейшее его увеличение, а также увеличение термосопротивления оконных, дверных проемов для зданий с естественной вентиляцией, которая характерна для жилого фонда республики, экономически неоправданны: значительно возрастают энергозатраты на вентиляцию, горячее водоснабжение, тепловые потери через окна, балконные двери, нарушаются санитарно-гигиенические нормы воздухообмена. Потребление тепловой энергии зданием зависит от его геометрических размеров, этажности, площади остекления наружной поверхности, теплофизических характеристик и размеров строительных и инженерных конструкций. Сегодня в республике пересмотрены подходы к объемно-планировочным решениям возводимых зданий и сооружений с целью сокращения энергопотерь во время эксплуатации. Новые жилые здания с повышенным термосопротивлением наружных стен и проемов должны оборудоваться сбалансированной вентиляцией, установками утилизации тепла отработанного воздуха и горячей воды, контрольно-регулировочной аппаратурой потребления тепла и воды.

В белорусских городах осуществляются работы по реконструкции, модернизации, капитальному ремонту и термической реабилитации, т.е. санации ранее выстроенных зданий жилого и нежилого фонда. Санация в части термореабилитации означает повышение теплозащиты зданий путем теплоизоляции стен минеральной ватой и пенопластом, утепление крыш, полов, замену оконных блоков, остекление балконов, модернизацию систем вентиляции, реконструкцию и автоматизацию теплоузлов, установку индивидуальных регуляторов тепла в квартирах и комнатах, экономичных осветительных приборов, счетчиков тепла и воды. Обследование состояния зданий и сооружений позволяет выявить потенциал энергосбережения. В жилом фонде он составляет 30-76%, т.е. нынешнее годовое потребление энергии может быть сокращено наполовину. В нежилом фонде (административные, общественные, культурного назначения здания, школы, больницы и т.д.) может быть сэкономлено около половины годового объема потребления энергии. Разработаны и применяются технологии терморсабилитации зданий путем наружного утепления их фасадов. Первый опыт санации жилого фонда показал, что возводящиеся и санируемые здания необходимо оборудовать системами принудительной управляемой вентиляции. При применяемой до сегодняшнего дня естественной вентиляции в результате утепления ограждающих наружных конструкций происходит перераспределение теплопотерь: резко возрастают потери тепла на нагрев поступающего в помещение воздуха и, кроме того, относительная влажность воздуха оказывается выше нормативной. Таким образом, сокращение теплопотерь на 20-30% и нормальный воздухообмен в помещениях можно получить только в результате совместного применения в здании теплоизоляции ограждающих конструкций и современных систем принудительной вентиляции.

К наиболее эффективным системам «утепления» зданий из числа отечественных относятся системы «ПСЛ» и «термошуба». Они представляют собой многослойные конструкции из плиты-утеплителя, прикрепленной к подготовленной поверхности стен специальным клеящим составом и анкерами, защитного покрытия из клеящего состава, армированного одним-двумя слоями сетки в сочетании с металлическими профилями и отделочного покрытия из тонкослойной штукатурки. Утеплитель может крепиться к стене механическим способом, а жесткая облицовка устраивается на специальных каркасах с образованием воздушной прослойки между плитой утеплителя и облицовкой. В качестве теплоизоляционных материалов в этих конструкциях применяются жесткая минераловатная плита и пенополистирол. Среди зарубежных следует упомянуть две технологии утепления стен с наружной стороны:

· фасадное утепление под штукатурку, аналогичное отечественной «термошубе», и вентилируемые фасады;

· второй вариант утепления представляет собой устанавливаемый на стену несущий каркас с вентилируемым теплоизоляционным слоем и последующей защитой из специальных фасадных плит.

Сегодня существует также широкий выбор теплоизоляционных материалов (пеноплэкс, на основе базальтовой ваты, стиропор и др.) и конструкций для утепления крыш, чердаков, подвалов, трубопроводов инженерных наружных и внутренних сетей. На смену традиционным канальным теплопроводам, срок службы которых составляет 12-15 лет, а иногда не превышает пяти при расчетном - 25, а тепловые потери достигают 20%, должны прийти бесканальные теплогидропредизолированные (ПИ) теплопроводы. Подземные ПИ-теплопроводы являются механической конструкцией, состоящей из стальной трубы, полиуретановой теплоизоляции и наружной полиэтиленовой трубы-оболочки, которые жестко связаны друг с другом и вместе с окружающим теплопровод грунтом образуют единую систему. Такая конструкция обеспечивает тепловые потери на уровне 2-3% на протяжении всего расчетного срока службы равного 20-30 годам. В Беларуси в настоящее время определена потребность и организуется собственное производство ПИ-теплопроводов для строительства и реконструкции магистральных и распределительных тепловых сетей. Энергосберегающий эффект применения ПИ-теплопроводов, их надежность и долговечность определяют новый качественный уровень системы транспорта теплоты в городах. Например, при замене в Минске к 2010 г. изношенных теплосетей ПИ-теплопроводами тепловые потери, а следовательно, и необходимая мощность теплоисточников в зимний период снизятся на 600-800 Гкал/час.

Современные «суперизолированные», или «микроэнергетические» здания позволяют настолько уменьшить потери тепла за счет теплоизоляции всех конструкций, что поступлений «пассивной» тепловой энергии от людей, бытовых электроприборов и лучистого потока через окна оказывается достаточно для создания комфортных условий жизни без дополнительной энергии от источников отопления. Такой энергетически «пассивный» дом представляет собой замкнутую систему, не нуждающуюся или минимально нуждающуюся в поступлениях тепла извне. Особенно перспективны такие дома при застройке пригородных зон больших и малых городов, а также населенных пунктов сельской местности строениями коттеджного типа. Так, в Беларуси внедряются технологии строительства коттеджей путем сборки из пустотных энергосберегающих опалубочных блоков из специального строительного пенополистирола (стипора), удерживаемых арматурой и заливаемых бетоном. Стипор обладает исключительно высокими теплоизоляционными свойствами, хорошими эксплуатационными характеристиками.

Существует также понятие «экодом». Имеется в виду жилище, в котором практически не используются невозобновляемые источники энергии и эксплуатация которого не наносит вреда природе и здоровью человека. В США, Швеции, Японии, Германии построены достаточно давно комфортабельные экодома с низким, практически нулевым энергопотреблением, без канализационных сетей. Иногда они стоят очень дорого. Однако есть варианты с использованием солнечного отопления и аккумулирования тепла не дороже традиционных домов. В Беларуси ведутся изыскательские работы по строительству относительно дешевых малоэтажных экодомов из местных экологически чистых природных материалов (прессованной соломы, глиносоломенной смеси, соломенных блоков) с применением энергосберегающих технологий строительства, солнечной энергии для отопления и сезонного нагрева воды. Для канализации в экодомах предусматривается использование локальных биологических систем утилизации хозбытовых стоков замкнутого цикла, или компостные туалеты. Отопление экодома обычно содержит основную систему из солнечного теплового коллектора и теплоаккумулятора и вспомогательную (аварийную) - камин или печь медленного горения. В Беларуси намечено построить показательные экспериментальные экодеревни на 20-40 экодомов с альтернативными системами энергоснабжения.

Совершенствование теплоснабжения. На цели отопления, вентиляции и горячего водоснабжения в Республике Беларусь расходуется 40% от общего потребления топлива. Потенциал энергосбережения, по оценкам отечественных и зарубежных экспертов, в системах теплоснабжения республики составляет около 50%. Следовательно, за счет энергосберегающих мероприятий можно снизить потребление топлива на нужды теплоснабжения на 20% от его общего потребления республикой. Именно поэтому одной из приоритетных задач действующей Государственной программы «Энергосбережение» является совершенствование теплоснабжения.

В Беларуси, как и во всех странах СНГ, в силу проводившейся в советские времена технической политики применяются в основном системы централизованного теплоснабжения, находящиеся сегодня в крайне неудовлетворительном состоянии. Часто происходят аварии, что приводит к перерывам теплоснабжения, значительному материальному ущербу, опасности для жизни людей из-за провалов грунта в теплосетях, взрыва котельного оборудования и т.п. Такое положение объясняется следующими причинами:

· эксплуатацией элементов систем теплоснабжения: оборудования ТЭЦ, котельных, тепловых сетей - в течение 25-35 лет и более, что намного превышает их расчетные сроки службы;

· низким качеством конструкций, строительства, монтажа и эксплуатации;

· отсутствием профилактических плановых ремонтов и реконструкции из-за нехватки денежных и материальных средств.

Основными элементами систем теплоснабжения являются:

· источники тепла, в основном ТЭЦ и котельные;

· магистральные и внутриквартальные тепловые сети, по которым с помощью насосных станций осуществляется транспорт теплоносителей и распределение тепловой энергии потребителям через центральные или индивидуальные тепловые пункты;

· потребители тепловой энергии в виде пара, горячей воды, воздуха.

Для реализации указанного выше потенциала энергосбережения теплоснабжения республики необходима одновременная согласованная оптимизация теплопотребления во всех элементах систем теплоснабжения при координации организационно-экономических и технических мероприятий. К приоритетным направлениям оптимизации относятся:

· реконструкция и модернизация систем централизованного теплоснабжения;

· децентрализация теплоснабжения;

· регулирование режимов теплопотребления во всех элементах систем теплоснабжения.

Реконструкция и модернизация находящихся в эксплуатации систем централизованного теплоснабжения требует существенных инвестиций и трудозатрат и должна проводиться в отношении источников тепла путем замены устаревшего оборудования, переоборудования котельных в мини-ТЭЦ, применения парогазового цикла, газотурбинных установок и других прогрессивных технологий, в отношении тепловых сетей, где теряется 20-40% транспортируемого тепла, в отношении потребителей посредством санации жилого фонда, внедрения энергосберегающих технологий в промышленности, модернизации схем теплоснабжения, учета и контроля потребления тепла. Кроме энергосберегающего эффекта эти меры сократят выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, снизят аварийность работы систем теплоснабжения, повысят комфортность в жилых и производственных помещениях. Каждый город Беларуси имеет программу модернизации своего теплоснабжения.

Централизованное теплоснабжение требует разветвленных сетей трубопроводов, требующих значительных затрат на текущее обслуживание, профилактику предупреждения аварий, замену устаревших, изношенных участков. В настоящее время внедряются методы обследования и оперативного контроля состояния тепловых сетей путем дистанционного зондирования современными тепловизионными системами и диагностической аппаратурой, включая тепловую аэрофотосъемку, создаются базы данных для определения мест повышенных теплопотерь, проведения планово-ремонтных работ. Проблема потерь тепла в тепловых сетях может быть решена только с помощью эффективной теплоизоляции теплопроводов. Прогрессивным решением является применение предизолированных пенополиуретановой (ППУ) теплоизоляцией труб, а также гибких ППУ-труб. Последние позволяют облегчить прокладку теплотрасс, обладают лучшими эксплуатационными характеристиками.

Централизованное теплоснабжение, как правило, предполагает подключение к ЦТП через элеваторный узел трубопроводов систем отопления и систем горячего водоснабжения группы зданий, что практически не позволяет производить регулирование количества потребляемой тепловой энергии. Большие возможности в отношении регулирования, а также в отношении учета и контроля потребления обеспечивает вариант централизованного теплоснабжения жилых и общественных зданий с устройством для них индивидуальных тепловых пунктов с целью создания независимой системы приготовления горячей воды и подачи тепла на отопление.

Важнейшим направлением совершенствования теплоснабжения городов считается разумная степень его децентрализации, что означает строительство на газе, жидком топливе, электроэнергии новых теплоисточников, приближенных к потребителю тепла, или переход на автономные источники теплоснабжения. Децентрализация теплоснабжения позволяет:

· уменьшить потери тепла до 40% за счет полного отказа от наружных тепловых сетей или сокращения их протяженности;

· сократить до 15% потери тепла за счет более полного соответствия режимов производства тепла и его потребления;

· сократить затраты на теплоснабжение в сравнении с затратами, необходимыми для строительства, обслуживания и ремонта новых теплосетей, ремонта действующих сетей и теплогенераторов;

· снизить потери энергии и аварийность в системах теплоснабжения; статистика свидетельствует, что 99% аварий происходит в тепловых сетях, а не на ТЭЦ и в котельных;

· отказаться от строительства узлов учета и регулирования отпуска и потребления тепловой энергии.

В республике децентрализация теплоснабжения осуществляется путем перехода к автономным системам, использованию встроенных и пристроенных к зданию котельных, автоматизированных местных блочных или блок-модульных котельных полной заводской готовности, крышных котельных. На промышленных предприятиях в мини-ТЭЦ реконструируются бывшие котельные или вводятся новые заводские ТЭЦ. Внедрение автономных источников энергии в жилищно-коммунальном секторе позволяет решить проблему независимого жизнеобеспечения этого сектора экономики, позволяет широко внедрять регулирование энергопотребления непосредственно у потребителей.