Справочный документ по наилучшим доступным технологиям обеспечения энергоэффективности (2009) [24.694 Мб, .pdf]
27.02.2016 15:46:11, популярность: 0
Справочный документ по наилучшим доступным технологиям
обеспечения энергоэффективности (Reference Document on Best Available
Techniques for Energy Efficiency) подготовлен в порядке информационного обмена по наилучшим доступным технологиям, а также достижениям и мониторингу в этой области, осуществляемого в соответствии со статьей 17(2) Директивы 2008/1/EC (Директива по комплексному предотвращению и контролю загрязнений, Директива КПКЗ). Подготовка документа выполнена Европейским бюро по предотвращению и контролю загрязнений и профинансирована Европейской Комиссией. Оригинальная версия документа (Reference Document on Best Available Techniques for Energy Efficiency) доступна на сайте Европейского бюро КПКЗ http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/.
Русская версия Справочного документа по наилучшим доступным
технологиям обеспечения энергоэффективности подготовлена
РОО «ЭКОЛАИН» в рамках проектов «Энергоэффективность в России:
обеспечение доступа к европейским наилучшим доступным технологиям» и «Климатические стратегии для российских мегаполисов», осуществляемых при поддержке Фонда стратегических программ (SPF) Министерства иностранных дел Великобритании.
Обсуждение и распространение документа в России поддержали также Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии, Департамент природопользования и охраны окружающей среды города Москвы, Проект Программы сотрудничества ЕС и России «Гармонизация экологических стандартов II», представительство компании BP в России, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева.
Над русской версией Справочного документа работали В.Н. ВИНИЧЕНКО (РОО «ЭКОЛАИН»), Е.Г. ГАШО (Объединение «ВНИПИэнергопром»), Т.В. ГУСЕВА (проект «Энергоэффективность в России: обеспечение доступа к европейским наилучшим доступным технологиям»), Е.А. ДМИТРИЕВ (РХТУ имени Д.И. Менделеева), Г.В. ПАНКИНА (Академия стандартизации, метрологии и сертификации).
Содержание
Краткое содержание ................................................................................................................................... i
Предисловие ............................................................................................................................................ xiv
1. Статус настоящего документа ...................................................................................................... xiv
2. Мандат на подготовку настоящего документа ............................................................................ xiv
3. Значимые нормативно-правовые положения Директивы КПКЗ и определение НДТ ............ xiv
4. Цель настоящего документа ........................................................................................................... xv
5. Источники информации ................................................................................................................ xvi
6. Как использовать настоящий документ ....................................................................................... xvi
Область применения ............................................................................................................................ xxiii
1. Введение и определения ....................................................................................................................... 1
1.1. Введение ......................................................................................................................................... 1
1.1.1. Энергия в промышленном секторе ЕС ................................................................................. 1
1.1.2. Воздействия энергопотребления на окружающую среду и экономику ............................. 2
1.1.3. Вклад энергоэффективности в сокращение эффектов глобального потепления и
повышение устойчивости ................................................................................................................ 3
1.1.4. Энергоэффективность и Директива КПКЗ ........................................................................... 4
1.1.5. Место энергоэффективности в системе комплексного предотвращения и контроля
загрязнения ........................................................................................................................................ 6
1.1.6. Экономические аспекты и вопросы воздействия на различные компоненты
окружающей среды........................................................................................................................... 7
1.2. Понятие энергии и законы термодинамики ................................................................................. 9
1.2.1. Энергия, теплота, мощность и работа .................................................................................. 9
1.2.2. Законы термодинамики ........................................................................................................ 12
1.3. Определения показателей энергоэффективности и повышения энергоэффективности ....... 20
1.3.1. Вопросы энергоэффективности и ее оценки в Директиве IPPC ...................................... 20
1.3.2. Эффективное и неэффективное использование энергии ................................................. 20
1.3.3 Показатели энергоэффективности ....................................................................................... 21
1.3.4. Практическое применение показателей ............................................................................. 24
1.3.5. Значимость систем и границ систем ................................................................................... 26
1.3.6. Другие используемые термины ........................................................................................... 26
1.4. Показатели энергоэффективности в промышленности ............................................................ 31
1.4.1. Введение: определение показателей и других параметров .............................................. 31
1.4.2. Энергоэффективность производственных единиц ............................................................ 32
1.4.3. Энергоэффективность предприятия.................................................................................... 36
1.5. Вопросы, которые должны быть рассмотрены при определении показателей
энергоэффективности ......................................................................................................................... 38
1.5.1. Определение границ системы .............................................................................................. 38
1.5.2. Другие существенные вопросы, заслуживающие рассмотрения на уровне
установки ......................................................................................................................................... 44
2. Технологии, которые следует рассматривать для обеспечения энергоэффективности на
уровне установки ..................................................................................................................................... 51
2.1. Системы менеджмента энергоэффективности (СМЭЭ) ........................................................... 52
2.2. Планирование и определение целей и задач ............................................................................. 63
2.2.1. Постоянное улучшение экологической результативности и вопросы воздействия
на различные компоненты окружающей среды ........................................................................... 63
2.2.2. Системный подход к менеджменту энергоэффективности .............................................. 65
2.3. Энергоэффективное проектирование (ЭЭП) ............................................................................. 66
2.3.1. Выбор технологии производственного процесса .............................................................. 74
2.4. Повышение степени интеграции процессов .............................................................................. 76
xviii
2.5. Обеспечение дальнейшего развития инициатив в области энергоэффективности и
поддержание мотивации ..................................................................................................................... 77
2.6. Поддержание и повышение квалификации персонала ............................................................. 80
2.7. Информационный обмен ............................................................................................................. 83
2.7.1. Диаграммы Сэнки ................................................................................................................. 84
2.8. Эффективный контроль технологических процессов .............................................................. 86
2.8.1. Автоматизированные системы управления технологическими процессами .................. 86
2.8.2. Менеджмент (контроль, обеспечение) качества ................................................................ 89
2.9. Техническое обслуживание ......................................................................................................... 92
2.10. Мониторинг и измерения .......................................................................................................... 94
2.10.1. Косвенные методы мониторинга ........................................................................................... 94
2.10.2. Оценки и расчеты .................................................................................................................... 95
2.10.3. Учет потребления энергоресурсов и усовершенствованные системы учета ................ 97
2.10.4. Снижение потери давления при измерении расходов в трубопроводах ....................... 98
2.11. Энергоаудиты и энергетическая диагностика ....................................................................... 100
2.12. Пинч-анализ .............................................................................................................................. 105
2.13. Энтальпийный и эксергетический анализ.............................................................................. 111
2.14. Термоэкономика ....................................................................................................................... 114
2.15. Энергетические модели ............................................................................................................... 116
2.15.1. Энергетические модели, базы данных и балансы .............................................................. 116
2.15.2. Оптимизация использования энергоресурсов и управление ими на основе
моделей .......................................................................................................................................... 119
2.16. Сравнительный анализ ............................................................................................................ 124
2.17. Прочие инструменты ............................................................................................................... 127
3. Технологии, которые следует рассматривать для обеспечения энергоэффективности на
уровне энергопотребляющих систем, процессов и видов деятельности ......................................... 128
3.1. Сжигание ..................................................................................................................................... 129
3.1.1. Снижение температуры дымовых газов ........................................................................... 135
3.1.2. Рекуперативные и регенеративные горелки ..................................................................... 140
3.1.3. Сокращение массового расхода дымовых газов за счет снижения избытка воздуха
горения ........................................................................................................................................... 142
3.1.4. Автоматизированное управление горелками ................................................................... 143
3.1.5. Выбор топлива .................................................................................................................... 144
3.1.6. Кислородное сжигание ....................................................................................................... 145
3.1.7. Сокращение потерь тепла при помощи теплоизоляции.................................................. 147
3.1.8. Сокращение потерь тепла через отверстия печей ........................................................... 148
3.2. Паровые системы ....................................................................................................................... 148
3.2.1. Общие свойства пара .......................................................................................................... 148
3.2.2. Обзор методов повышения энергоэффективности паровых систем .............................. 152
3.2.3. Дросселирование и использование турбодетандеров ..................................................... 154
3.2.4. Методы эксплуатации и управления технологическим процессом ............................... 156
3.2.5. Предварительный подогрев питательной воды (в т.ч. с помощью экономайзера) ...... 158
3.2.6. Предотвращение образования и удаление накипи с поверхностей теплообмена ........ 160
3.2.7. Оптимизация продувки котла ............................................................................................ 162
3.2.8. Оптимизация расхода пара в деаэраторе .......................................................................... 164
3.2.9. Оптимизация работы котла короткими циклами ............................................................. 166
3.2.10. Оптимизация парораспределительных систем .............................................................. 167
3.2.11. Теплоизоляция паропроводов и конденсатопроводов .................................................. 168
3.2.12. Реализация программы контроля состояния конденсатоотводчиков и их ремонта ... 171
3.2.13. Сбор и возврат конденсата в котел ................................................................................. 175
3.2.14. Использование самоиспарения ........................................................................................ 176
3.2.15. Утилизация энергии продувочной воды котла .............................................................. 178
3.3. Утилизация тепла и охлаждение .............................................................................................. 179
xix
3.3.1. Теплообменники ................................................................................................................. 181
3.3.2. Тепловые насосы (в т.ч. механическая рекомпрессия пара)........................................... 185
3.3.3. Системы охлаждения и холодильные установки............................................................. 192
3.4. Когенерация ................................................................................................................................ 195
3.4.1. Различные методы когенерации ........................................................................................ 195
3.4.2. Тригенерация ...................................................................................................................... 204
3.4.3. Централизованное холодоснабжение ............................................................................... 207
3.5. Электроснабжение ..................................................................................................................... 210
3.5.1. Компенсация реактивной мощности................................................................................. 210
3.5.2. Гармоники ........................................................................................................................... 213
3.5.3. Оптимизация систем электроснабжения .......................................................................... 214
3.5.4. Энергоэффективная эксплуатация трансформаторов ..................................................... 215
3.6. Подсистемы с электроприводом ............................................................................................... 217
3.6.1. Энергоэффективные двигатели ......................................................................................... 221
3.6.2. Выбор оптимальной номинальной мощности двигателя ................................................ 223
3.6.3. Приводы с переменной скоростью ................................................................................... 224
3.6.4. Потери при передаче механической энергии ................................................................... 224
3.6.5. Ремонт двигателей .............................................................................................................. 225
3.6.6. Перемотка ............................................................................................................................ 225
3.6.7. Экологические преимущества, воздействие на различные компоненты
окружающей среды, применимость и другие соображения относительно методов
повышения энергоэффективности систем с электроприводом ................................................ 226
3.7. Системы сжатого воздуха ......................................................................................................... 228
3.7.1. Оптимизация общего устройства системы ....................................................................... 235
3.7.2. Использование приводов с переменной скоростью ........................................................ 238
3.7.3. Высокоэффективные электродвигатели ........................................................................... 239
3.7.4. Централизованная система управления системой сжатого воздуха .............................. 240
3.7.5. Утилизация тепла................................................................................................................ 244
3.7.6. Сокращение утечек в системах сжатого воздуха ............................................................. 246
3.7.7. Техническое обслуживание фильтров .............................................................................. 248
3.7.8. Использование холодного наружного воздуха для питания компрессоров.................. 249
3.7.9. Оптимизация давления системы ....................................................................................... 251
3.7.10. Создание запаса сжатого воздуха вблизи потребителей с существенно
варьирующим уровнем потребления .......................................................................................... 253
3.8. Насосные системы ..................................................................................................................... 253
3.8.1. Инвентаризация и оценка насосных систем ..................................................................... 254
3.8.2. Выбор насоса ....................................................................................................................... 255
3.8.3. Оптимизация трубопроводной системы ........................................................................... 257
3.8.4. Техническое обслуживание ............................................................................................... 257
3.8.5. Управление насосными системами и их регулирование ................................................ 258
3.8.6. Привод и передача .............................................................................................................. 259
3.8.7. Экологические преимущества, воздействие на различные компоненты
окружающей среды, применимость и другие соображения относительно методов
повышения энергоэффективности насосных систем ................................................................ 259
3.9. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ) .......................... 261
3.9.1. Отопление и охлаждение помещений ............................................................................... 261
3.9.2. Вентиляция .......................................................................................................................... 263
3.9.3. Естественное охлаждение .................................................................................................. 270
3.10. Освещение ................................................................................................................................ 271
3.11. Процессы сушки, сепарации и концентрирования ............................................................... 276
3.11.1. Выбор оптимальной технологии или сочетания технологий ....................................... 277
3.11.2. Механические процессы .................................................................................................. 280
3.11.3. Методы термической сушки ............................................................................................ 281
3.11.4. Радиационная сушка ......................................................................................................... 289
3.11.5. Системы автоматизированного управления процессами термической сушки ........... 292
xx
4. Наилучшие доступные технологии ................................................................................................. 293
4.1. Введение ..................................................................................................................................... 293
4.2. Наилучшие доступные технологии обеспечения энергоэффективности на уровне
установки ........................................................................................................................................... 299
4.2.1. Менеджмент энергоэффективности .................................................................................. 299
4.2.2. Планирование и определение целей и задач .................................................................... 300
4.2.3. Энергоэффективное проектирование (ЭЭП) .................................................................... 305
4.2.4. Повышение степени интеграции технологических процессов ...................................... 305
4.2.5. Поддержание поступательного развития инициатив в области
энергоэффективности ................................................................................................................... 306
4.2.6. Поддержание уровня квалификации персонала .............................................................. 306
4.2.7. Эффективный контроль технологических процессов ..................................................... 307
4.2.8. Техническое обслуживание ............................................................................................... 307
4.2.9. Мониоринг и измерения..................................................................................................... 308
4.3. Наилучшие доступные технологии обеспечения энергоэффективности
энергопотребляющих систем, технологических процессов, видов деятельности и
оборудования ..................................................................................................................................... 308
4.3.1. Сжигание ............................................................................................................................. 308
4.3.2. Паровые системы ................................................................................................................ 311
4.3.3. Утилизация тепла................................................................................................................ 313
4.3.4. Когенерация ........................................................................................................................ 314
4.3.5. Электроснабжение .............................................................................................................. 315
4.3.6. Подсистемы с электроприводом ....................................................................................... 316
4.3.7. Системы сжатого воздуха .................................................................................................. 317
4.3.8. Насосные системы .............................................................................................................. 318
4.3.9. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВКВ) ................... 320
4.3.10. Освещение ......................................................................................................................... 322
4.3.11. Процессы сушки, сепарации и концентрирования ........................................................ 322
5. Новые технологии обеспечения энергоэффективности ................................................................. 325
5.1. Беспламенное сжигание (беспламенное окисление) .............................................................. 325
5.2. Сжатый воздух как средство хранения энергии ...................................................................... 329
6. Заключительные замечания .............................................................................................................. 331
6.1. Временные рамки и основные этапы подготовки настоящего документа ........................... 331
6.2. Источники информации ............................................................................................................ 331
6.3. Степень консенсуса .................................................................................................................... 333
6.4. Пробелы и дублирование информации. Рекомендации по дальнейшему сбору
информации и исследованиям ......................................................................................................... 333
6.4.1. Пробелы и дублирование информации ............................................................................ 333
6.4.3. Конкретная производственная информация .................................................................... 336
6.4.3. Направления дальнейших исследований и практической деятельности ...................... 336
6.5. Пересмотр настоящего документа ............................................................................................ 338
Источники .............................................................................................................................................. 339
Глоссарий ............................................................................................................................................... 346
7. Приложения ....................................................................................................................................... 360
7.1. Энергия и законы термодинамики ........................................................................................... 360
7.1.1. Общие принципы ................................................................................................................ 360
7.1.2. Первый и второй законы термодинамики ........................................................................ 362
7.1.3. Диаграммы свойств, таблицы свойств, базы данных и программы............................... 367
7.1.4. Использованные обозначения ........................................................................................... 369
7.2. Примеры термодинамической необратимости ........................................................................ 371
7.2.1. Пример 1. Дросселирование .............................................................................................. 371
7.2.2. Пример 2. Теплообменники ............................................................................................... 373
7.2.3. Пример 3. Процессы перемешивания ............................................................................... 375
xxi
7.3. Примеры анализа энергоэффективности производства ......................................................... 378
7.3.1. Производство этилена методом парового крекинга ........................................................ 378
7.3.2. Производство мономера винилацетата (МВА) ................................................................ 380
7.3.3. Горячая прокатка стали ...................................................................................................... 381
7.4. Примеры внедрения систем менеджмента энергоэффективности ........................................ 383
7.5. Примеры энергоэффективных технологических процессов .................................................. 386
7.6. Пример подхода к поступательному развитию инициатив в сфере
энергоэффективности: «совершенство в производственной деятельности» ............................... 389
7.7. Мониторинг и измерения .......................................................................................................... 390
7.7.1. Количественные измерения ............................................................................................... 390
7.7.2. Оптимизация использования энергоресурсов .................................................................. 390
7.7.3. Энергетические модели, базы данных и балансы ............................................................ 391
7.8. Другие инструменты аудита и поддержки мероприятий по повышению
энергоэффективности на уровне предприятия ............................................................................... 394
7.8.1. Инструменты аудита и менеджмента энергоэффективности ......................................... 394
7.9. Сравнительный анализ .............................................................................................................. 396
7.9.1. Нефтеперерабатывающие заводы ..................................................................................... 396
7.9.2. Австрийское энергетическое агентство ............................................................................ 398
7.9.3. Схема для норвежских МСП ............................................................................................. 398
7.9.4. Соглашения о сравнительном анализе в Нидерландах ................................................... 398
7.9.5. Сравнительный анализ в стекольной промышленности ................................................. 399
7.9.6. Распределение энергозатрат и выбросов CO2 между различными видами
продукции в сложном последовательном процессе .................................................................. 400
7.10. Примеры к главе 3 .................................................................................................................... 401
7.10.1. Паровые системы .............................................................................................................. 401
7.10.2. Утилизация отходящего тепла......................................................................................... 408
7.11. Мероприятия на стороне потребителя .................................................................................. 415
7.12. Энергосервисные компании ................................................................................................... 416
7.13. Сайт Европейской комиссии, посвященный вопросам энергоэффективности и
Национальные планы действий государств-членов ...................................................................... 421
7.14. Европейская схема торговли квотами (ETS) ......................................................................... 422
7.15. Оптимизация транспортных систем ....................................................................................... 424
7.15.1. Энергоаудит транспортных систем ................................................................................. 425
7.15.2. Менеджмент энергоэффективности автомобильного транспорта ............................... 425
7.15.3. Улучшение упаковки с целью оптимизации использования транспорта .................... 430
7.16. Европейский топливный баланс ............................................................................................. 431
7.17. Коррекция коэффициента мощности при электроснабжении ............................................. 433Скачать