Не последнюю роль играет и выбор типа используемого энергоресурса, особенно в условиях нестабильных, часто меняющихся цен. Например, в последнее время на российском рынке появился большой выбор радиационных отопителей с прямым сжиганием газа. Во многих случаях переход от традиционных систем парового и водяного отопления на такие отопители дает значительную экономию в стоимости энергоресурсов.

При рассмотрении структур тарифов на энергоресурсы нужно учесть все факторы, которые в конечном итоге определяют, сколько предприятие платит за энергоресурсы:

- изменение цены в течение года

- структура тарифа

- дифференцированные тарифные ставки

- штрафные санкции

- другие выплаты

Наиболее сложной обычно является структура тарифов на электроэнергию, которая зависит от вида размера потребителя, региона.

Поскольку цены на электроэнергию являются комплексными, для оценки потенциала экономии в потреблении электроэнергии необходимо получить следующую информацию:

- полная установленная мощность электрооборудования;

- суточные графики нагрузки;

- годовые (сезонные) изменения нагрузки;

- средняя величина коэффициента мощности;

- возможность комплексации реактивной мощности;

- структура энергопотребления (технологические процессы, освещение и др.).

Для оценки эффективности использования энергоресурсов и наглядности представляемой информации могут быть получены различные типы удельных затрат.

В результате ознакомительного этапа энергоаудиторы должны иметь:

- представление о предприятии и основных технологических процессах;

- общую стоимость затрат предприятия на энергоресурсы. Важно не забыть расходы на воду, стоки и канализацию;

- структуру затрат по энергоносителям;

- сезонные изменения в потреблении энергоресурсов и их стоимости;

- структуру цен на каждый энергоресурс.

Основной результат Первого этапа - определение наиболее значимого энергоресурса в стоимостном выражении.

Основное правило, которого следует придерживаться при проведении энергоаудита - чем более высокая доля энергоресурса в общей стоимости, тем больше времени должно быть запланировано для определения эффективности его использования на предприятии.

Второй этап энергоаудита - оценка энергетических потоков

По результатам первого этапа энергоаудита мы знаем стоимость и потребление каждого энергоресурса на предприятии. Следующим логическим шагом будет определить, куда же идут энергоресурсы, как они используются.

Цели второго этапа энергоаудита «Оценка энергетических потоков»:

- определение для каждого энергоресурса наиболее значимых

потребителей по затратам и объемам потребления;

- распределение потребления каждого энергоресурса по основным

потребителям;

Чтобы правильно понять, где и для чего расходуются энергоресурсы, необходимо разобраться в производственных технологических процессах. Обычно это достигается путем обсуждения с руководством производственных цехов, мастерами и технологами, обследованием технологических линий предприятия и составлением схем (диаграммы) технологических процессов. Для каждого элемента такой схемы следует определить потоки энергоресурсов, сырья, продукции, промышленных стоков и потерь. Основываясь на имеющейся информации и визуальном наблюдении, оценить величину энергопотоков и потерь, а также составить перечень основных потребителей энергоресурсов (как для основных процессов, так и для вспомогательных).

Если для оценки энергетических потоков имеющейся информации недостаточно, необходимо использовать локальные счетчики, там, где они имеются, или специальное переносное оборудование для энергоаудита.

Часто небольшая экономия у крупного потребителя бывает более значительной (и достижимой), чем большая экономия у небольшого потребителя. Это не означает, что следует игнорировать небольших потребителей, но начальные усилия следует концентрировать на областях, наиболее вероятных для получения значительной экономии энергоресурсов.

После того, как удалось разобраться в основных технологических процессах, необходимо составить список основных потребителей энергоресурсов предприятия, чтобы на следующем этапе сосредоточиться на их детальном обследовании. Наиболее крупными потребителями энергии на горных предприятиях обычно являются:

- энергоемкие агрегаты основного технологического процесса (экскаваторы, угольные и проходческие комбайны, драги, технологические насосы и др.);

- вентиляторные установки (главного проветривания и др.);

- компрессорные установки;

- водоотливные установки;

- транспорт (подъемные и конвейерные установки, автомобильный транспорт и др.);

- система освещения;

- система отопления (котлы паровые и водогрейные и др.).

В процессе обследования основных технологических агрегатов необходимо сформировать идеи о том, как можно улучшить эффективность их работы и снизить потери энергии.

Таким образом, в результате Второго этапа должны быть:

- определены наиболее значимые потребители по затратам и объемам потребления для каждого энергоресурса;

- определены их энергетические характеристики и составлены агрегатные балансы.

Третий этап энергоаудита - критическое рассмотрение потоков

Целью данного этапа является составление балансов энергопотребления по основным переделам производства и в целом по предприятию и критический анализ всех статей расхода для того, чтобы предложить пути снижения затрат на энергоресурсы.

Основные задачи анализа энергетических балансов отдельных установок, процессов и предприятия в целом следующие:

- оценка фактического уровня энергоиспользования и определение возможностей его повышения;

- определение размеров и установление основных причин потерь энергии во всех элементах энергетического хозяйства;

- выявление внутрипроизводственных резервов экономии топлива и энергии;

- определение выхода и использования вторичных энергетических ресурсов;

- оценка эффективности использования различных видов и параметров энергоносителей в отдельных установках и процессах;

- изучение влияния внедрения новой техники и технологии на показатели энергоиспользования предприятия;

- исследование возможностей интенсификации и улучшения энергетических режимов работы оборудования;

- совершенствование нормирования и планирования энергопотребления;

- разработка перспективных планов повышения экономичности энергохозяйства предприятия на 5-10 летний период.

Обязательным условием получения оптимальных решений повышения экономичности энергохозяйства является комплексный подход к анализу энергоиспользования, т.е. совместное рассмотрение технологических и энергетических схем, исследование взаимосвязей между отдельными участками энергохозяйства, получение режимов работы оборудования и оценка влияния всех факторов на энергетическую экономичность предприятия.

Сравнение показателей энергоиспользования изучаемых объектов - основной прием анализа. Главными объектами анализа должны являться отдельные статьи составленных энергетических балансов. Необходимость поэлементного рассмотрения балансов определяется тем, что только при этом обеспечиваются наиболее полное выявление внутрипроизводственных резервов и конкретное проектирование мероприятий по их реализации. Размер резервов экономии энергии необходимо определять сопоставлением достигнутого уровня энергоиспользования с потенциально возможным и реально достижимым в условиях данного предприятия.

Четвертый этап энергоаудита - разработка энергосберегающих проектов

Результатом третьего этапа является множество идей о способах снижения потребления энергоресурсов предприятия, возникших в результате анализа энергетических балансов. На данном этапе необходимо обобщить эту информацию, выбрать лучшие идеи, рассчитать стоимость предлагаемых мероприятий и разработать сводный список проектов.

На основании опыта рекомендуется придерживаться следующей последовательности:

- составить список всех потребителей каждого энергоресурса, по которым имеются предлагаемые энергосберегающие мероприятия;

- составить список всех возможных энергосберегающих мероприятий;

- повторить ту же последовательность действий для систем распределения каждого энергоресурса;

- повторить ту же последовательность действий для систем преобразования энергии - котельных, компрессорных и т.п. Для очень крупных систем и потребителей, возможно, для упрощения анализа, имеет смысл разбить их на части;

- доработать энергосберегающие мероприятия в проекты.

Основной «продукт» энергоаудита - проект по энергосбережению - должен быть не обособленным документом, выражающим лишь точку зрения энергоаудитора, а руководством к действию для предприятия.

Проект должен учитывать все реалии предприятия (наличие финансовых и производственных ресурсов, планов по расширению или изменению технологии), мнение всех заинтересованных специалистов предприятия и согласовываться с руководством.

Пятый этап энергоаудита - экспертиза энергосберегающих проектов

Поскольку в результате энергоаудита предлагаются не только простые энергосберегающие мероприятия, не требующие больших капитальных затрат, но и серьезные дорогостоящие проекты, необходима тщательная экспертиза предлагаемых проектов и определение всех возможных последствий их внедрения. Экспертизе проектов посвящается пятый этап энергоаудита.

Цели пятого этапа энергоаудита:

- убедиться, что проекты реализуемы технически и не имеют побочных эффектов;

- рассчитать затраты и выгоды от проекта.

Оценку эффективности проекта удобно начинать с составления двух списков. Затраты по проекту включает в себя:

- капитальные затраты на закупку оборудования;

- стоимость монтажа и наладки оборудования;

- затраты на обслуживание оборудования;

- другие возможные затраты.

Выгоды от проекта:

- снижение энергопотребления;

- увеличение производительности оборудования;

- улучшение качества продукции;

- снижение выбросов в окружающую среду;

- снижение эксплуатационных расходов;

- другие возможные выгоды.

Для определения затратной части проекта необходимы знание стоимости предлагаемого оборудования и монтажных работ, а также условий инвестирования. Необходимо провести маркетинговые исследования поставщиков оборудования и источников финансирования. Стоимость монтажных работ зависит от возможности выполнения монтажа собственными силами предприятия или привлечения специализированных организаций.

Выгоды от проекта необходимо рассчитать в стоимостном выражении. Снижение электропотребления дает уменьшение затрат на оплату энергоресурсов. Увеличение производительности оборудования дает снижение себестоимости, а улучшение качества продукции дает возможность продать ее дороже.

Чем ниже стоимость проекта и чем больше выгод он даст, тем привлекательнее проект. Но для оценки проекта, в который инвестируются крупные суммы денег, такого критерия недостаточно. Наиболее простым способом экономической оценки инвестиционного проекта, а также сравнения двух альтернативных проектов, является метод окупаемости инвестиций.

Метод окупаемости заключается в оценке дополнительной прибыли за год, которая получается в результате инвестиций. «Период окупаемости» является периодом времени, в течение которого происходит накопление дополнительной прибыли, равной сумме первичных инвестиций. Чем меньше период окупаемости, тем привлекательнее проект. Многие компании устанавливают максимальный период окупаемости, при превышении которого проект не рассматривается. Помимо факторов, влияющих на экономическую эффективность проекта, при его представлении должны быть указаны и факты, дающие другие, нефинансовые выгоды, а также риски, связанные с изменением цен на энергоресурсы, надежность и т.п.

Шестой этап энергоаудита - представление результатов

Цель этого, заключительного этапа энергоаудита - отчитаться перед предприятием - заказчиком о выполненной работе. Результатом является энергетический паспорт и отчет о проведенном энергоаудите.

8.3 Потребление энергоресурсов

Данные о общем потреблении энергоресурсов, выявленные на первом этапе энергоаудита, сведены в таблице 8.1

Таблица 8.1. Общее потребление энергоресурсов

Месяц (2010-2011 гг.)	ЭНЕРГОРЕСУРС
	Электроэнергия, кВт·ч	ГСМ, кг	Диз. топливо, л	Сжат. возд., м3
Декабрь	140586	410	13356	8788
Январь	152459	456,8	13254	8788
Февраль	142477	395	13623	8788
Март	142852	432	13875	8788
Апрель	8659	260	4950	8788
ВСЕГО	641150	1957	60565	39546



В результате второго этапа энергоаудита были определены наиболее значимые потребители по затратам и объемам потребления энергоресурсов, данные сведены в таблицу 8.2

Таблица 8.2. Расход электроэнергии

Направление использования	Кол-во	Мощность кВт	Наработанные часы, час	Потребление эл. эн., тыс. кВт·ч	%
Проходческий комплекс	1	260	1960	509,6	82,5
Пневмобетонный узел	1	18,5	764	14,1	2,2
Маслостанция	3	41	1372	56,25	9,2
Вентилятор	1	13	2352	30,6	5,1
Итого:	6	332.5	6448	641,15	100

Вывод: в результате проведенных исследований на втором этапе выявлено, что наибольшее количество энергии потребляет проходческий комплекс (82.5%)

На шестом этапе энергоаудита идет представление результатов проделанной работы, данные по каждому ресурсу, его потреблению, их процентное соотношение и стоимость сведены в таблицу 8.3

Потребление энергоресурсов и их стоимость Таблица 8.3

Энергоресурс	Единица	Потребление	Энергосодерж., Гдж/ед	Энергет. эквивалент, Гдж	% энергии	Стоимость, руб.	% стоимости	Тыс. руб. / Гдж
Электроэнергия	кВт·ч	641150	0,0036	2309	47,34	1115601	79,5	483,15
Дизельное топливо	Л	1957	0,0401	78,5	1,61	32877,6	2,3	418,12
ГСМ	Кг	6056	0,0411	2489,6	51,1	254352,7	18,1	102,2
ВСЕГО				4877,1	100	1402831,3	100



9. Определение энергетических показателей основных энергоемких установок технологических комплексов

9.1 Расчет основных энергетических показателей технологических процессов производства

Таблица 9.1. Спецификация основного электрооборудования участка

Оборудование	Тип двигателя	кВт	, об/мин	А	%
RME-137SE	Исполнительный орган	ВАО2 280L4	200	1500	210	94	0,89	6,5	2,4
	Перегружатель	ВАО2 280S4	132	1500	170	94	0,88	6,5	2,4
	Конвейер	ВА 200М4	37	1500	45	92	0,88	6	1,8
	Насос маслосистемы	ВА 200М4	37	1500	45	92	0,88	6	1,8
	Насос орошения	ВА 180S4	22	1500	40	91	0,87	6	1,9
Предохранительная лебедка 1ЛП	ВР 180М4	18,5	1800	33,5	81	0,88	5,7	1,9
Водоотливная установка	4А100L2Y3	5.5	3000	7.2	87	0.83	5,2	2
Вентилятор ВМ-6М	ВРМ132М2	13	3000	25	98	0,91	6	2,3

Коэффициент спроса для каждой группы электроустановок

При механизированном проведении подготовительных работ машинами с индивидуальной крепью и отсутствием блокировки очередности пуска электродвигателей коэффициент спроса определяется по формуле:

K_c = 0,286 + 0,714 ,

где - номинальная мощность наибольшего электродвигателя, в группе электроприемников, питающихся от одной шахтной ПУПП;

- сумма номинальных мощностей электроприемников на участке.

Коэффициент спроса первой группы - 0,72;

Коэффициент спроса второй группы - 0,47;

Суммарная установленная и расчетная нагрузка для каждой группы электроприемников и шахты в целом.

Расчетная нагрузка определяется:

Р_расч = к_с · , кВт.

Расчетная нагрузка проходческого щита:

Р_расч = к_с · = 0,72 · 200 = 144 кВт.

Расчетная нагрузка перегружателя:

Р_расч = к_с · = 0,72 · 132= 95,04 кВт.

Расчетная нагрузка конвейера:

Р_расч = к_с · = 0,47· 37 = 17,4кВт

Расчетная нагрузка вентилятора:

Р_расч = к_с · = 0,47 · 13 = 6,11 кВт.

Расчетная нагрузка лебедки:

Р_расч = к_с · = 0,47· 37 = 17,4кВт.



Расчетная нагрузка насоса орошения:

Р_расч = к_с · =0,47=10,34кВт

Расчетная нагрузка водоотливной установки:

Р_расч = к_с · = 0,47·5,5 =2,58кВт.

Расчетная нагрузка маслостанции:

Р_расч = к_с · = 0,47·37=17,4кВт

Технологический расход электроэнергии

,

где - расчетная мощность i-ой группы электроприемников, кВт;

- продолжительность работы i-ой группы электроприемников за расчетный период времени, ч.

Для проходческого щита:

= 144*20 = 2880 кВт·ч.

Для перегружателя:

=95,04*20 =1900,8 кВт·ч.



Для лебедки:

= 8,7*14 = 121,8 кВт·ч.

Для вентилятора:

= 6,13*24 =147,12 кВт·ч.

Для насоса маслосистемы:

= 17,4*20 =348,6кВт·ч.

Для конвеера:

= 17,4*20 =348кВт·ч.

Для насоса орошения:

= 10,34 *20 =206,8кВт·ч.

Для водоотливной установки:

= 2,58*24 =61,92кВт·ч.



9.2 Расчет производительности основных технологических установок

Производительность проходческого щита Lovat - 3,6

Теоретическая производительность Q (м³/ мин) проходческого щита:

Q = 60 S_B ·V_П ·г = 60 3,6 2,4 1,3 = 674 т/ час,

где S_B - сечение выработки, м²

V_П - скорость перемещения исполнительного органа в направлении перемещения забоя выработки, м/с;

г = 1,3 - плотность полезного ископаемого, т/ м³.

Техническая производительность щита:

Qт = Qх· K_т = 674 0,45 =303,3 т/ час,

где K_т - коэффициент технически возможной непрерывности работы щита.

K_т =,

где - коэффициент готовности (комплексный показатель надежности) щита, равный 0,75-0,8;

- время простоев щита за рабочий цикл, зависящее от конструкции и его рабочего инструмента, мин;

- чистое время работы за цикл по разрушению пород забоя, мин.

Эксплутационная производительность Qэ проходческого комплекса т/ час



Qэ = Qх· K_э х = 674 х 0,36х· 4= 971 т/ смену,

где K_э -коэффициент непрерывности работы, учитывающий все виды простоев при работе.

K_э = А · · ,

где А=0,8 - коэффициент, учитывающий регламентированные перерывы в работе;

- время простоев за цикл по организационно-техническим причинам, из-за обмена вагонеток, отсутствия электроэнергии, несовмещенности во времени операций по возведению отделки и др.

Производительность вентилятора

Таблица 9.2. Технические характеристики вентилятора

Марка вентилятора	ВМ-6М
Тип приводного двигателя	ВРМ132М2
Мощность двигателя Рдв, кВт	13
Частота вращения вентилятора nв,об/мин	3000
Подача вентилятора Qв, м/с	11
КПД двигателя з д	0,99
КПД вентилятора з в	0,75

Q_cм =3600 · · Q_в = 3600 · 6 ·11 = 237,5 тыс. м³ / смену,

где = 6 - время работы вентилятора в смену, ч.

Производительность водоотлива



Таблица 9.3. Технические характеристики водоотлива

Марка насоса	К 45/30
Тип приводного двигателя	4А100L2УЗ
Мощность двигателя Рдв, кВт	5,5
Частота вращения nв,об/мин	3000
Подача насоса Qн, м3/ч	48
КПД двигателя з д	0,87
КПД насосной установки з в	0,63

Q_э = Q_н · = 60 · 6 = 288 м³ / смену.

9.3 Удельный расход электроэнергии по технологическим участкам

Удельный расход электроэнергии по технологическим участкам определяется по формуле:

щ_{Т =} ,

где W_pi - технологический расход электроэнергии группой электроустановок, кВт ч;

Q_pi - производительность технологического оборудования участка, т, м³, тыс. м³ и т.д.

Удельный расход электроэнергии комплекса Lovat - 3,6:

щ_{Т п.к =} = = 2,96кВт · ч/ т.



Удельный расход электроэнергии лебедки:

щ 3,04 кВт·ч/тыс. м.

Удельный расход электроэнергии вентилятора:

щ 0,6 кВт·ч/м.

Удельный расход электроэнергии маслостанции:

щ кВт·ч/т.

Удельный расход перегружателя:

щ кВт·ч/т

Удельный расход конвеера:

щ кВт·ч/т



Удельный расход насоса орошения:

щ кВт·ч/т

Удельный расход водоотливной системы:

щ кВт·ч/т

Таблица 9.4. Основные энергетические показатели технологических установок и комплексов

Электроприемники	кВт		P кВт	t ч	W кВт·ч	Q *	щ кВтч/*
RME-137SE	Исполнительный орган	200	0,72	144	5	2880	971	2,96
	Перегружатель	132	0,72	95,04	5	1900,8	971	2,007
	Конвейер	37	0,47	17,4	5	348	971	0,35
	Насос Маслосистемы	37	0,47	17,4	5	348	971	0,43
	Насос орошения	22	0,47	10,34	5	206,8	971	0,21
Предохранительная лебедка 1ЛП	18,5	0,47	17,4	3,5	121,8	40	3,04
Водоотливная установка	5.5	0,47	2,58	6	61,92	288	4,52
Вентилятор ВМ-6М	13	0,47	6,11	6	147,12	237,5	0,61

* - единица измерения производительности (т; мі; тыс мі)

Таблица 9.5. Параметры кабельных линий

Оборудование участка	Ток, А	Длина кабеля, м	Тип кабеля	Сечение S мм2
Исполнительный орган	210	250	КГЭШ 3х50+1х10+3х4	50
Перегружатель	170	250	КГЭШ 3х50+1х10+3х4	50
Конвейер	45	250	КГЭШ 3х10+1х6+3х2,5	10
Насос маслосистемы	45	250	КГЭШ 3х10+1х6+3х2,5	10
Насос орошения	40	250	КГЭШ 3х6+1х4+3х1,5	6
Предохранительная лебедка 1ЛП	33,5	150	КГЭШ 3х6+1х4+3х1,5	6
Водоотливная установка	7.5	100	КГЭШ 3х10+1х6+3х2,5	10
Вентилятор ВМ-6М	25	50	КГЭШ 3х6+1х4+3х1,5	6

Силовой трансформатор ТСШВ-630/10/6

S=630кВа;

U= 3,5%; I= 3%;

P= 4,7 кВт; P= 2,8 кВт.

Cиловой трансформатор ТСШВ-160/10/6

S= 160 кВА;

U= 3,5%; I= 4,5%;

P= 1,7 кВт; P= 1,33 кВт.

9.4 Расчет и анализ составляющих электробаланса технологических установок

Уравнение электробаланса, устанавливающее равенство между поступлением и расходом электроэнергии в общем виде определяется по формуле:

W = W+ W+W+W, кВт ч,

где W - подводимая к установке электроэнергия;

W - полезный расход энергии

W - потери энергии в линиях и электрических сетях;

W - потери электроэнергии в рабочей машине;

W- потери электроэнергии в преобразовательной установке (электродвигателе, трансформаторе, инверторе и т.д.).

Потери электроэнергии в электрической сети

Потери активной мощности и электроэнергии в кабеле, питающем проходческий щит Lovat - 3,6:

P 10,6 кВт;

W= PT= 10,6 · 5 = 53 кВт·ч,

где P - номинальная активная мощность двигателя установки, кВт;

Q - реактивная мощность двигателя установки, квар;

U - напряжение питания установки, кВ;

L - длина линии, км;

R - сопротивление линии, Ом;

T - продолжительность времени работы за расчетный период, ч.

Таблица 9.6. Потери мощности и электроэнергии

Объект потерь	Потери P, кВт	Потери W, кВт·ч
Исполнительный орган	10,6	53
Перегружатель	2,6	13
Конвейер	1,09	5,45
Насос маслосистемы	1,09	5,45
Насос орошения	1,12	5,6
Предохранительная лебедка 1ЛП	0,28	0,98
Водоотливная установка	0,007	0,044
Вентилятор ВМ-6М	0,014	0,084
РП-НН №1	7,2	36
РП-НН №2	4,1	2,46

Потери активной мощности и электроэнергии в трансформаторах

Потери в трансформаторе ТСШВ-630/6:

кВт;

кВт·ч,

где P, P - активные потери холостого хода и в меди при номинальной нагрузке, кВт;

в=0,63 - коэффициент загрузке трансформатора;

T - полное число часов работы трансформатора за расчетный период, ч;

T - число часов максимума потерь по активной мощности за расчетный период времени, ч.

Потери в трансформаторе ТСШВ - 160/6

кВт;

кВт·ч.

Потери электроэнергии в вентиляторе местного проветривания

Потери в пусковом режиме

при торможении противовключением

при динамическом торможении



при реверсировании двигателя

где К=1 - для двигателей постоянного тока параллельного возбуждения;

К=2 - для асинхронных двигателей;

h_п, h_р, h_т - соответственно число пусков, торможений и реверсов в час;

GD² - момент инерции двигателя или механизма

n_o - частота вращения двигателя при идеальном холостом ходе.

Потери электроэнергии в двигателях

Таблица 9.7

Оборудование	Потери, кВт·ч
	пусковые	Торможение противовкл.	Динам. торможение	реверс
Лебедка ЛВД-11	1,9 · 10-3	0,011	1,9 · 10-3	8,55· 10-3
Вентилятор ВМ-6М	1,3 · 10-4	1,9 · 10-4	1,3 · 10-4	6,4· 10-4
Исполнительный орган	11,9	12,7	11,9	15,6
Перегружатель	0,85	5,1	0,85	6,8
Насос маслосистемы	6,6· 10-2	0,4	6,6· 10-2	1,5
Конвеер	6,3· 10-2	0,5	6,3· 10-2	1,2
Насос орошения	2,3· 10-2	0,14	2,3· 10-2	0,9
Водоотливная установка	2,06· 10-3	1,2· 10-2	2,06· 10-3	1,8· 10-2

Полезный расход электроэнергии при осуществлении технологического процесса в течение учетного периода

W_T = W_Э - , кВт·ч,



где W_T - расход энергии на технологический процесс, кВт·ч;

- сумма потерь электроэнергии при осуществлении технологического процесса, кВт·ч.

На основании расчетов составляющих электробаланса производится оценка энергоэффективности работы технологических агрегатов с помощью коэффициента полезного действия

Для отдельных электроустановок составляющие электробалансов можно определить по эмпирическим зависимостям, полученным в результате математического моделирования и статистического анализа режимов потребления электрической энергии.

9.5 Мероприятия, направленные на повышение энергоэффективности

Основные мероприятия по экономии электрической энергии и, как следствие, по снижению удельного расхода электроэнергии делятся на три группы:

1-я группа - мероприятия по повышению производительности шахт за счёт совершенствования технологии отдельных производственных процессов и повышения надёжности технологических схем;

2-я группа - технологические и организационно - технические мероприятия, направленные на снижение потребления активной энергии отдельными технологическими процессами, технологическими объектами и электроустановками; повышение степени загрузки и коэффициента полезного действия (к.п.д.) оборудования;

3-я группа - технические и организационные мероприятия, направленные на снижение потерь электрической энергии во всех элементах системы электроснабжения, рационализацию электропривода и электрических сетей.

Снижение энергозатрат на ведение проходческих работ

Повышение скорости проходки

Экономия электроэнергии (кВт·ч) при повышении скорости проходки за счёт увеличения машинного времени работы оборудования (повышение надёжности технологической схемы, лучшая организация труда и т.д.) определяется по формуле:

ДW=Ущ_iВМП ·Дt_ji,

где щ_iВМП - суточное потребление электроэнергии i-м ВМП, кВт·ч/сут;

Дt_ji - сокращение времени проведения j-й подготовительной выработки, обусловившее уменьшение продолжительности работы i-го ВМП, сут.

где n_сут - количество рабочих (по проходке) дней (суток) в году, сут;

L_j - длина j-й выработки, м;

ДV_пр=ДV_пр2 - ДV_пр1; К=V_пр2 /V_пр1

V_пр1; V_пр2 - скорость проходки соответственно до и после внедрения мероприятий по повышению темпов проведения подготовительной выработки, м/месяц.

Технические и организационные мероприятия по снижению энергозатрат при проведении подготовительных выработок.

К таким мероприятиям относятся:

- применение при проходке облегчённых конструкций с меньшей энерговооружённостью (с учётом малой загрузки конвейеров при проведении подготовительных выработок по сравнению с конвейерами, транспортирующими груз из очистных забоев);

- применение новых конструкций двухбарабанных исполнительных органов для щитов тяжёлого типа;

- применение установок для бурения шпуров вращательно-ударного действия с электроприводом вместо пневматических бурильных машин.

Экономия времени на ведение проходческих работ:

где n_сут=98 - количество рабочих дней на проходку;

L_пр=294 м - длина прходки;

V_1пр=3,3 м/сут - скорость проходки;

V_2пр=3,89 м/сут - скорость проходки после увеличения (график позволяет увеличить скорость проходки с 3,3 м/сут до 4,65 м/сут)

Общее время работы 4 месяца, следовательно:

V_1пр=3,3·30=99 м/месяц

V_2пр=3,89·30=116 м/месяц.

Таким образом получается, что:

Дt =15,4 суток - это сокращенное время проведения проходческих работ.

Экономия электроэнергии определяется по формуле:

ДW_пр=W_сут(n_сут-Дt)=2389,5 (98-15,4)=36840 кВт·ч.

где W_сут - суточный расход электроэнергии на ведение проходческих работ (в чистом виде):

W_сут=Р_р·t_р=177·13,5=2389,5 кВт·ч

Таким образом, экономия электроэнергии на ведение проходческих работ составляет ДW_пр=36840кВт·ч.

Мероприятия по повышению энергоэффективности водоотливных установок

Основные мероприятия по экономии электрической энергии:

1. уменьшение притока воды в шахту:

2. предупреждением проникновения воды в шахту с поверхности;

3.соблюдение соответствия паспортных параметров насосов характеристике сети.

При выборе типа и производительности насосов для работы на заданный трубопровод должны соблюдаться паспортные параметры насосов. Необходимо стремиться к тому, чтобы точка пересечения индивидуальной характеристики насоса и характеристики трубопровода лежали в зоне максимального к.п.д.

При работе насосов с завышенным напором часть напора гасится в трубопроводе и бесполезно теряется при сбрасывании воды на поверхность. В этом случае необходимо:

- снять часть промежуточных секций (если насосы секционные);

- рассмотреть возможность установки насосов с меньшим напором.

Указанные мероприятия позволят сместить точку пересечения индивидуальной характеристики насоса о характеристикой трубопровода в зону максимального к.п.д (см. рис. 9.1) и обеспечат работу водоотливной установки с меньшим удельным расходом электроэнергии.

4. Уменьшение потерь напора в трубопроводе (снижение его сопротивления).

Потери напора в трубопроводе оказывают существенное влияние на энергетические показатели водоотливной установки.

Наиболее эффективного уменьшения потерь напора в трубопроводе позволит добиться выполнение следующих мероприятий:

1) Увеличение сечения труб по всей длине или на отдельных участках путем замены старых труб.

Потери напора в трубопроводе (м) выражаются формулами:

- для труб на прямом участке

h=(0,083·л_тро·L·Q²)/d⁵;

- для местных сопротивлении

h=(0,083·о·Q²)/d⁴,

где л_тр - коэффициент трения воды о стенки труб (для шахтной воды л_тр=0,03);

L - длина участка трубопровода, м;

Q - количество пропускаемой воды, м³/cек;

d - диаметр трубопровода, м;

о - коэффициент местного сопротивления (принимается по табл. 9.9).

Таблица 9.9. Значения коэффициента местного сопротивления

Местное сопротивление	Значение коэффициента
Задвижка	0,5
Закруглённое колено на 90°	0,3
Обратный клапан	5,0

В случае изменения параметров трубопровода с использованием формул определяется разность потерь напора (м) на каждом участке как



Дh=h₁ - h₂,

где h₁, h₂ - потери напора на участке трубопровода до и после его реконструкции, м.

Тогда суммарное снижение потерь напора (м) будет равно

Дh_У=Дh₁+Дh₂+ … +Дh_n

где Дh₁, Дh₂,…, Дh_n - величина снижения потерь непора на отдельных, участках трубопровода, м.

Снижение потерь напора в трубопроводе приведет к смещению рабочей точки установки с соответствующим изменением её к.п.д. (см. рис. 9.1).

Размер экономии электроэнергии (кВт · ч), которая может быть получена от снижения сопротивления трубопровода, подсчитывается по формуле:

0,00286 (Q₁·H₁·з₂ - Q₂·H₂·з₁) t_н

ДW=,

з₁ · з₂ · з_d · з_с

где Q₁, Q₂ - подача насосной установки соответственно до и после изменения сопротивления трубопровода (определяется по показаниям расходомера), м³ /ч;

Н₁, H₂ - полный напор водоотливной установки соответственно до и после изменения сопротивления трубопровода (определяется по показаниям манометра), м;

з₂, з₂ - к.п.д. водоотливной установки до и после изменения сопротивления трубопровода. При известных значениях Q₁, Q₂ и H₁, H₂ величины з₁ и з₂ определяются положением точки пересечения (А, В) характеристики насоса и трубопровода (см. рис. 9.1);

з_d, з_с - к.п.д. соответственно двигателя и сети (изменяются незначительно, поэтому в расчетах принимаются равными: з_а - номинальному значению двигателя; з_с= 0,95 - 0,97); t_н - время работы насосов за расчётный период, ч.

При выполнении аналитических расчетов величину Н₂ следует определять как

Н₂=Н₁ - Дh_У

где Дh_У - суммарное снижение потерь напора, м.

2) Включение на параллельную работу резервного нагнетательного става;

Такое включение следует осуществлять при снижении производи-тельности насоса по сравнению с номинальной на величину более 20%. При этом уменьшается сопротивление трубопровода и экономия электроэнергии может составить 7-10% от потребляемой.

3) ликвидация в трубопроводе излишней арматуры и ненужных поворотов или снижение их сопротивления сглаживанием острых углов.

4) сокращение длины трубопровода:

- путем изменения его конфигурации;

- за счет работы насоса на вертикальную скважину вместо наклонного става по уклону.

5) регулярная (не реже одного раза в год) очистка трубопровода от накопившихся осадков.

Повышение к.п.д. насосной установки

Для этого необходимо:

- соблюдать график планово-предупредительных ремонтов;

- осуществлять качественный ремонт насоса, запорной и распределительной арматуры, всасывающих устройств;

- следить за сальниковой набивкой в подшипниках и уплотнениях;

- следить за степенью износа турбинок, направляющих аппаратов, разгрузочного устройства и при превышении допустимых пределов износа осуществлять замену изношенных элементов насосной установки.

- замена насосов старых типов на новые, имеющие более высокий к.п.д.

Расчёт экономии электроэнергии (кВт·ч), которая может быть получена при этом, следует производить по формуле:

(з₂ - з₁)

ДW= 0,00286 H·Q·t_н,

з₁ · з₂ · з_d · з_с

где Н - напор, определяемый по показаниям манометра, м;

Q - фактическая подача насоса, м³/ч;

з₁, з₂ - к.п.д. соответственно старого и нового насосов;

t_н - время работы насоса за расчётный период, ч.

Рассмотрим экономию электроэнергии водоотливных установок за счёт изменения производительности насосов.

Суммарная номинальная мощность насосов:

Р_н=1*5,5=5,5 кВт.

Производительность насосов:

Q₁=7 м³/чел., тогда щ₁=P₁/Q₁;

Q₁=10 м³/чел., тогда щ₂=P₂/Q₂.

W_н1=P_н1·t_н=5,5·245=1347,5 кВт·ч,



где t_н=n_сут ·n_см·t_см=98·2·5=245 ч - время работы водоотливной установки.

Мероприятия по повышению энергоэффективности вентиляторных установок

Основные мероприятия по экономии электрической энергии:

- повышение эксплуатационного к.п.д. вентиляторной установки

Допущение дефектов при монтаже и наладке вентиляторной установки приводит к снижению эксплуатационного к.п.д., оценить которое можно использованием следующих значений:

- работа осевого вентилятора с перевернутым рабочим колесом снижает к.п.д. на 20-40%;

- несоблюдение радиального и осевого зазоров между рабочим колесом и входным патрубком центробежных вентиляторов, а также радиального зазора между рабочими лопатками и цилиндрической обечайкой корпуса осевого вентилятора снижает к.п.д. на 5-10%;

- снятие обтекателя на входе осевого вентилятора снижает его к.п.д. на 10%;

- укороченный диффузор или его отсутствие на выходе осевого вентилятора снижает к.п.д. на 6%;

- рассогласование в углах установки лопаток направляющего аппарата (более 5°) приводит к снижению к.п.д. вентилятора на 5-10%.

Устранением указанных дефектов можно добиться соответствующего повышения эксплуатационного к.п.д. вентилятора.

Значения к.п.д. принимаются равными; з_с= 0,93 - 0,97; з_м= 0,95-0,97.

Значение з_а зависит от типа двигателя (асинхронный, синхронный), а также фактической загрузки двигателя, характеризуемой коэффициентом загрузки в, который определяется с помощью выражения:

в=P_с/P_н.с,



где Р_с - фактическая мощность (кВт), потребляемая двигателем из сети при данной загрузке, определяемая:

- по показателям приборов (счётчиков, амперметров и вольтметров), включённых в цепь статора двигателя;

- аналитически;

Р_н.с - мощность, потребляемая двигателем из сети (кВт) при номинальной загрузке, определяемая как Р_н.с=Р_н./з_н, где з_н - номинальный к.п.д. двигателя.

Входящая в это выражение мощность Р_с (кВт) рассчитывается как:

Р_с=(ДW_cч · К_cч)/24,

где ДW_cч - разность показаний установленного на вводном уотройстве счётчика активной энергии за сутки, дел.;

К_cч= К_тт · К_тн - коэффициент счётчика;

К_тт, К_тн - коэффициенты трансформации трансформаторов тока и напряжения.

Значения к.п.д. вентилятора з₁ (з₂) определяются по данным замеров как

з_1,2 =(Q·H)/(1000·Р_с)

С этой целью необходимо увеличивать площади поперечного сечения вентиляционных выработок (путем перекрепления), улучшать аэродинамические свойства выработок (применением затяжки, обшивки, штукатурки стен, скашивания углов на поворотах воздушой струи, установкой обтекателей на расстрелах и т.д.), снижать местные сопротивления (уборкой завалов в выработка неиспользуемого оборудования, вагонеток), проводить дополнительные вентиляционные выработки.

Периодические депрессионные съемки шахтных вентиляционных сетей дают картину распределения общешахтной депрессии и позволяют выявить места резкого увеличения аэродинамического сопротивления горных выработок. На основе анализа материалов депрессионных съемок необходимо разрабатывать мероприятия по снижения депрессии отдельных выработок и устранению или уменьшению местных сопротивлений.

Величина депрессии горной выработки h_г.в (Па) определяется по формуле:

где б - коэффициент аэродинамического сопротивления, кг·с/м⁴;

L - протяженность горной выработки, м;

Р - периметр горной выработки, м;

Q - количество воздуха, подаваемого по горнов выработке, м³/с.

Величина депрессии, затрачиваемой на преодоление местных сопротивлений (загромождённость выработок, резкие повороты, изменение сечения выработок и т.д.), h_м.с (Па) подсчитывается по формуле:

h_м.с=0,598·о·VІ,

где о - коэффициент местного сопротивления (табл. 9.10);

V - скорость воздушной струи, м/с

Таблица 9.10. Значения коэффициента местного сопротивления о

Наименование местных сопротивлений	о
Поворот струи на 20°	0,1
То же при сглаживании внутренних углов	0,0084
Поворот струи на 40°	0,3
То же при сглаживании внутренних углов	0,025
Поворот струи на 60°	0,55
То же при сглаживании внутренних углов	0,046
Поворот струи на 90°	1,4
То же при сглаживании внутренних углов	0,52-0,75
Сопряжение выработок тройником	2,0
То же при скошенных углах	1,0
Сужение выработок при переходе ствола, Сбойки в вентиляционный канал	0,6
То же при скошенных стенках на 14-25°	0,22-0,12
Отдельно стоящая вагонетка	0,84-3,36

После определения по формулам величин ожидаемого снижения депрессии при осуществлении мероприятий по упорядочению вентиляционной сети рассчитывается возможная экономия электрической энергии (кВт·ч) как:

Q [З·з₂ - (Н-ДН)·з₁]·t_в

ДW=

1000·з₁·з₂·з_d·з_с·з_м

где Н - первоначальная депрессия вентиляционной сети шахты, Па;

з₁, з₂ - к.п.д. вентилятора до и после уменьшения депрессии вентиляционной сети шахты (определяются с использованием выражений);

ДН - ожидаемое снижение депрессии вентиляционной сети шахты, Па;

Q - подача вентилятора, сохраняемая постоянной при помощи регулирования режима работы, м³/с.

Согласование (периодическое, нe реже одного раза в полгода) режима работы вентилятора с характеристикой сети.

Для достижения экономичной работы вентиляторной установки в процессе её эксплуатации и технического обслуживания необходимо стремиться к тому, чтобы характеристика вентиляционной сети шахты пересекала индивидуальную характеристику вентилятора в правой (устойчивой) ветви, возможно ближе к точке, соответствующей режиму работы вентилятора с максимальным значением к.п.д.

Отклонение от оптимального режима работы вентилятора влечет за собой уменьшение к.п.д., причем расход электроэнергии на потери в самом вентиляторе резко возрастает.

Индивидуальные характеристики вентилятора определяются его типом, конструктивными параметрами, качеством монтажа и являются практически неизменными для конкретной установки.

Способы согласования режима работы вентилятора о характеристикой сети могут быть различными в зависимости от типа вентилятора, технологической схемы вентиляторной установки, регулировочных свойств электропривода и т.д.

Для согласования режима работы вентилятора с характеристикой сети следует также осуществлять:

1) Изменение угла установки лопаток рабочего колеса осевых вентиляторов.

Это мероприятие следует осуществлять при увеличении объема очистных, подготовительных работ, изменении параметров вентиляционной сети и т.д.

Экономия электрической энергии, которая может быть получена за счет улучшения режима работы вентилятора (кВт·ч), определится из выражения:

(Q₁·З₁·з₂ - Q₂·З₂·з₁)·t_в

ДW=

1000·з₁·з₂·з_d·з_с·з_м

где Q₁ - подача вентилятора до и после изменения режима его работы (может определяться как порезультатам замеров, так и по совмещенным характеристикам вентилятора и вентиляционной сети), м³/с;

З₁, З₂ - давление до и после изменения режима (определяется так же), Па;

з₁,з₂ - к.п.д. вентилятора до и после изменения режима работы.

Изменением к.п.д. з_d, з_с, з_м переходе на новый режим работы вентиляторов при выполнении практических расчетов можно пренебречь.

2) Снятие лопаток с одного колеса двухступенчатого вентилятора и изменение (в случае необходимости) на другом колесе угла установки лопаток

Для повышения к.п.д.недостаточно загруженных двухступенчатых осевых вентиляторов, работающих с низким к.п.д. на вентиляционную сеть с малой депрессией, может оказаться целесообразным полностью снять лопатки с одного колеса, а на другом увеличить угол установки лопаток до величины, обеспечивающей сохранение необходимой подачи и давления вентилятора. Следует иметь ввиду, что фактический к.п.д. двухступенчатого вентилятора с одним рабочим колесом окажется несколько ниже, чем к.п.д. одноступенчатого вентилятора сравнимых параметров, т.к. при снятии лопаток с одного колеса ухудшаются его аэродинамические характеристики. Несмотря на это, рекомендуемая операция в ряде случаев позволит повысить к.п.д. вентиляторной установки и добиться на этой основе экономии электрической энергии.

3) Изменение угла установки лопаток направляющего аппарата.

Экономичное регулирование производительности центробежных вентиляторов следует осуществлять изменением угла положения лопаток направляющего аппарата в пределах от 60° до 70°. При больших углах величина к.п.д. вентилятора становится меньше 0,6. Регулируя производительность центробежных вентиляторов двустороннего всасывания, необходимо обеспечить установку лопаток обоих направляющих аппаратов под строго одинаковым углом. В противном случае на роторе вентилятора появляется осевое усилие, приводящее к дополнительным потерям мощности и энергии в подшипниках с одновременным сокращением срока их службы.

4) Изменение положения закрылков лопаток рабочего колеса центробежных вентиляторов.

По сравнению с применяемым в настоящее время способом регулирования, изложенным в п. 3, регулирование подачи вентиляторов поворотом закрылков рабочего колеса позволит, согласно расчётам института ВВИИм им. М.Х. Федорова уменьшить расход электроэнергии вентиляторной установкой примерно на 6%.

5) Повышение активной загрузки привода вентилятора.

Это мероприятие может быть осуществлено заменой существующего электродвигателя на двигатель меньшей мощности, либо на двигатель с меньшей частотой вращения. В ряде случаев на стадии развития шахты наибольший эффект может Быть получена результате замены электродвигателя на двигатель меньшей мощности и с меньшей частотой вращения (при условии, что вентилятор обеспечивает необходимое шахте давление и подачу).

Среднесуточная фактическая загрузка электродвигателя вентилятора Р_с определяется по показаниям счетчика, установленного на вентиляторной установке. Затем по паспортным данным двигателя Р_н и з_н определяется мощность, потребляемая из сети при номинальной загруке, как Р_н.с=Р_н./з_н, и рассчитывается коэффициент загрузки двигателя в.

При в?0,4ч0,5 следует рассматривать вопрос замены электродвигателя на на двигатель меньшей мощности, величина которой ориентировочно может быть определена из выражения:

Р_с=(Q·H)/(1000·з).

К установке принимаем двигатель мощностью Р_н^' ?Р_с (при той же частоте вращения).

Ожидаемая экономия электроэнергии (кВт·ч) при осуществлении указанного мероприятия подсчитывается по формуле:

З · Q · t_в

ДW= (1/з_d1-1/з_d2),

1000·з·з_с

где з_d1, з_d2 - фактический к.п.д. электродвигателя до и после проведения мероприятий.

6) Проведение модернизации вентиляторов и реконструкции вентиляторной установки.

При проведении модернизации вентиляторов следует предусматривать комплекс технических мероприятий, направленных на повышение экономичности работы вентилятолрной установки (замену рабочего колеса, подрезку или удлинение лопаток, увеличение длины диффузора и т.д.)

В случае реконструкции установки следует предусматривать:

- замену вентиляторов старых типов с низким к.п.д. на вентиляторы нового типа, имеющие более высокие технико - экономические показатели;

- применение в качестве электропривода систем регулируемого электропривода (например, каскадных схем), обеспечивающих плавное и экономичное регулирование частоты вращения вентилятора (а следовательно, подачи и даления) в соответствии с регламентированными Правилами безопасности, а также изменяющимися параметрами вентиляционной сети и самой вентиляторной установки.

Экономия электроэнергии вентиляторных установок за счёт повышения эксплуатационного к.п.д.

где Р_вент=1·13 кВт=13 кВт - суммарная мощность вентиляторной установки;



t_вент=n_дней ·n_см·t_см=98·2·7=1372 ч - время работы вентиляторной установки;

W_т.в.=Р ·t_в=13·1372=17836 кВт·ч;

з₁=0,65 - эксплуатационное к.п.д. до проведения мероприятия;

з₂=0,75 - эксплуатационное к.п.д. после проведения мероприятия.

Таким образом экономи электроэнергии за счёт повышения эксплуатационного к.п.д. составит ДW=3567 кВт·ч.

Экономия электроэнергии в кабельных линиях

Основные мероприятия по экономии электрической энергии в электрических сетях указаны в приведенной ниже структурной схеме рис. 9.3.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 9.3.

Потери активной мощности и энергии W (кВт· ч) в трехфазных воздушных линиях и кабелях определяются из выражений



= 3 I² R ·10^-3,

= R ·10^-3

или

,

где I - расчетный ток линии, А; R = - активное сопротивление провода или жилы кабеля, Ом;

с - удельное сопротивление материала провода при 20 ⁰С (для алюминия 0,026-0,029; для меди 0,0175-0,018; для стали 0,10-0,14 Ом.мм²/ м);

L - длина линии, м;

S - cечение проводника, мм²

P, Q - соответственно расчетная активная и реактивная мощность линии, кВт, квар;

U - линейное напряжение, кВ;

Т_р - продолжительность работы за расчетный период, ч.

Потери активной мощности в трехфазных линиях в сетях могут быть определены также с использованием специальных таблиц

При переводе сетей на более высокое напряжение экономия электрической энергии (кВт ч) в воздушных и кабельных линиях определяется из выражения

;

,

где I_1, I₂ - значения тока в сети соответственно при низшем и высшем напряжении, А;

S_1, S₂ - cечение проводов при низшем и высшем напряжении, мм²;

При проведении реконструкции сетей без изменения напряжения (I₁ =I₂ = I).

Экономия электроэнергии достигается за счет

- замены сечения проводов

- замены материала проводов

- сокращения длины линий.

Расчет экономии электроэнергии (кВт · ч) следует выполнять с использованием выражения

,

которое будет иметь следующий вид в случае

- замены сечения проводов (с₁ = с₂ = с; L₁= L₂ = L)

;

- замены материала проводов (L₁= L₂ = L; S₁ = S₂ = S)

;

- сокращения длины линий (с₁ = с₂ = с; S₁ = S₂ = S)

;



- замены сечения проводов и материала (L₁= L₂ = L)

.

Приближение источников питания к потребителям позволит осуществлять

- питание отдельно стоящих мощных электроустановок или групп электроустановок не от стационарной, а от передвижной подстанции, максимально приближенной к электроприемникам;

- питание участков и горизонтов шахт с поверхности от передвижной комплектной трансформаторной подстанции кабелями, проложенными по скважинам.

Применение такого варианта питания подземных электроустановок должны предшествовать технико-экономические расчеты вариантов электроснабжения использованием типовых методик

Приближение источников питания к потребителям позволит уменьшить протяженность низковольтной сети и увеличить протяженность высоковольтной. Ожидаемая экономия электроэнергии может быть определена при этом с использованием выражения

.

Экономия электроэнергии в двигателях

Основные мероприятия по экономии электрической энергии при работе электродвигателей указаны в приведенной ниже структурной схеме рис. 9.3.