Bilanturi termoenergetice

Cristian RDUCANU Roxana PTRACU Eduard MINCIUC

BILANURI TERMOENERGETICEUniversitatea POLITEHNICA din Bucureti Facultatea de EnergeticFACULTAA TED E EN

E

RG

ET ICA

BU

C U R E ST I

Bucureti, 2004

Cristian RDUCANU

Roxana PTRACU

Eduard MINCIUC

BILANURI TERMOENERGETICE

Bucureti, 2004

INTRODUCEREn cadrul procesului de restructurare economic pe care Romnia l parcurge n prezent, un rol deosebit n promovarea aciunilor avnd ca scop conservarea energiei l are sistemul legislativ i de reglementri n domeniu. Eficiena energetic i protecia mediului constituie mpreun una dintre cele opt direcii de activitate stabilite de Carta European a Energiei, adoptat la Haga n anul 1991. Principiile politicii pentru promovarea eficienei energetice au fost stabilite n Protocolul Cartei Energiei privind Eficiena Energtic i aspecte Asociate legate de Mediu, ncheiat la Lisabona n anul 1994. Semnatar a protocolului menionat, Romnia s-a angajat s-i revizuiasc i s-i adapteze prevederile legislative n acest sens. Cadrul legislativ nou creat va trebui s aib n vedere urmtoarele aspecte : Promovarea instalaiilor i echipamentelor eficiente, reducerea barierelor existente i stimularea investiiilor; Funcionarea eficient a mecanismelor de pia; Punerea la punct a mecanismelor pentru finanarea iniiativelor n domeniul eficienei energetice; Educarea i contientizarea; Diseminarea i transferul de tehnologii; Transparena i accesibilitatea cadrului legislativ i de reglementri.

Reglementrile n favoarea conservrii energiei trebuie individualizate pe domenii i pe grupuri int. Astfel, n funcie de tipul de consumator, reglementrile trebuie s se adreseze n mod distinct sectorului industrial (agenilor economici din domeniu), sectorului teriar (ageni economici, instituii, etc) i sectorului rezidenial (populaiei). n funcie de natura receptoarelor de energie, reglementrile se pot referi la agregate, echipamente, aparate i cldiri. Din punct de vedere al tipului de msuri care pot fi adoptate n vederea conservrii energiei, reglementrile se pot referi la : Managementul energiei; Promovarea cercetrii i dezvoltrii; Dezvoltarea tehnologiilor eficiente; Promovarea surselor noi de energie; Dezvoltarea i diversificarea serviciilor n domeniul eficienei energetice; Pregtirea profesional i educaia n domeniul conservrii energiei; Promovarea programelor de cooperare internaional pentru eficiena energetic.

iv

Bilanuri termoenergetice

Elaborarea reglementrilor specifice pentru stimularea i promovarea economiei de energie n fiecare domeniu este o aciune complex, de durat, care presupune cunoaterea att a realizrilor pe plan mondial ct i a condiiilor specifice din ara pentru care sunt concepute reglementrile. Reglementrile n domeniul managementului energie la consumator (DSM) pentru ara noastr vor trebui s vizeze n special sectorul industrial, fr a omite ns i celelalte dou sectoare. Consumatorii industriali dein cea mai important pondere n categoria utilizatorilor finali de energie, motiv pentru care aplicarea managementului energetic i mbuntirea eficienei energetice n ntreprinderile industriale vor duce la importante economii de energie. Evaluarea eficienei energetice a unei nterprinderi industriale presupune ntocmirea cu o anumit ciclicitate a auditului energetic, asigurarea unor servicii energetice integrate, evaluarea potenialului de eficien energetic, etc. Asigurarea instrumentelor de aplicare a tehnicilor managementului energiei n unitile industriale implic instituionalizarea formelor de pregatire a auditorilor i managerilor energetici n instituii de nvmnt acreditate sau cel puin agreate de ctre autoritatea naional n domeniu, nfiinarea i funcionarea societilor de consultan energetic i a comapniilor de servicii energetice, crearea bncilor de date, elaborarea prognozelor, etc. Instituionalizarea formelor de pregtire i reglementarea modalitii de atestare a viitorilor experi este necesar mai ales n rile rmase n urm din acest punct de vedere, aa cum este i Romnia. Astfel, reglementarea caracterului obligatoriu al auditrii energetice ciclice pentru toate categoriile de consumatori, ncepnd cu cei mai importani, constitue primul pas n aciunea de aliniere a economiei romneti la nivelul i cerinele UE n acest domeniu. Volumul de munc i diversitatea aspectelor abordate simultan la ntocmirea unui audit energetic autentic impun caracterul colectiv al acestui demers. Pe cale de consecin, numai o organizaie i poate asuma rspunderea i poate fi atestat pentru ntocmirea auditului energetic. Organizaia atestat poate s fie o instituie de stat sau o companie particular. n prealabil, o serie de persoane aparinnd organizaiei respective vor putea fi autorizate s ntocmeasc i s analizeze bilanuri energetice. Este de la sine neles faptul c persoanele autorizate n prealabil vor contribui ulterior la ntocmirea auditului energetic n cadrul unei organizaii atestate. Pregtirea i autorizarea auditorilor energetici trebuie s aib loc numai n instituiile de nvmnt care dispun i de cadre calificate i de baza material adecvat. n etapa de debut a aplicrii procedurilor managementului energiei n Romnia, este preferabil ca absolvenii cursurilor de pregtire n domeniul ntocmirii bilanurilor i auditului energetic s fie suprainstruii, deoarece modul n care acetia i vor ndeplini funciunea va determina n ultim instan succesul sau insuccesul acestui demers n ara noastr. Tematica de studiu i procedurile de evaluare a cursanilor trebuie s fie aceleai n toate unitile de nvmnt care asigur pregtirea i atestarea. n general,

Introducere

v

cunotiinele transmise cursanilor sunt accesibile absolvenilor instituiilor de nvmnt superior tehnic i economic din Romnia i din UE. Tematica este structurat pe dou direcii (specific termoenergetic i respectiv specific electroenergetic). Fiecare modul are o durat de 30 ore (o sptmn). Seria de trei module cu specific termoenergetic are urmtoarea compunere : - Modulul 1. Bazele termoenergeticii. - Modulul 2. Msurtori neelectrice. - Modulul 3. ntocmirea i analiza bilanurilor termoenergetice.

CUPRINS 1. MANAGEMENTUL ENERGIEI, CONDIIE A UNUI SISTEM ECONOMIC CONCURENIAL 1.1. Noiunea de eficien energetic 1.2. Managementul energiei la consumator (DSM) 1.3. Auditul energetic 2. BILANUL ENERGETIC, PRIMA ETAP A ANALIZEI ENERGETICE A UNUI CONTUR N INTERIORUL CRUIA SE DESFOAR O ACTIVITATE CU SPECIFIC INDUSTRIAL 2.1. Clasificare bilanurilor energetice 2.2. Principii generale de elaborare a bilanurilor energetice 2.3. Termenii bilanului energetic 2.4. Indicaii metodologice pentru ntocmirea unui bilan energetic 2.5. Indicatori de performan energetic 2.6. Modaliti de prelucrare a datelor i de prezentare a rezultatelor bilanului energetic 2.7. Analiza rezultatelor obinute 2.8. Indicatori de impact asupra mediului 3. PRINCIPALELE TIPURI DE ECHIPAMENTE ENERGETICE CARE INTR N CATEGORIA TRANSFORMATORILOR DE ENERGIE CU SPECIFIC TERMOENERGETIC 3.1. Maini rorative antrenate 3.2. Schimbtoare de cldur 3.3. Cazane recuperatoare 3.4. Cazane convenionale de abur i ap fierbinte 3.5. Turbine cu abur 3.6. Turbine cu gaze 3.7. Motoare cu ardere intern 3.8. Instalaii frigorifice i pompe de cldur 3.9. Acumulatoare de cldur 4. PRINCIPALELE TIPURI DE INSTALAII APARINND CATEGORIEI CONSUMATORILOR FINALI DE ENERGIE CU SPECIFIC TERMOENERGETIC 1 2 3 8

13 13 15 16 20 22 25 26 27

44 44 45 47 47 49 51 53 54 54

55

Cuprins

vii

4.1. Instalaii de vaporizare 4.2. Instalaii de uscare 4.3. Reactoare chimice i nclzitoare 4.4. Cuptoare cu combustibil 5. EXEMPLE I STUDII DE CAZ CU SPECIFIC TERMOENERGETIC 5.1. Bilanul energetic al unui schimbtor de cldur abur-ap 5.2. Bilanul energetic al unui schimbtor ap-ap 5.3. Bilanul energetic al unei instalaii de concentrare prin vaporizare 5.4. Bilanul energetic al unui reactor chimic de joas temperatur 5.5. Bilanul energetic al unei instalaii de uscare prin pulverizare 5.6. Bilanul energetic al unei rame de termofixat 5.7. Bilanul energetic al unui cazan de abur pe combustibil lichid 5.8. Bilanul energetic al unui cuptor de topit sticl 5.9. Bilanul energetic al unui cuptor tunel 5.10. Bilanul energetic al unui cuptor de forj 5.11. Bilanul energetic al unei instalaii frigorifice cu compresie mecanic 5.12. Bilanul energetic al unei instalaii frigorifice cu absorbie 5.13. Bilanul energetic al unei CET proprii 5.14. Bilanul energetic al procedeului pneumatic de elaborare a oelului 5.15. Bilanul energetic al unei instalaii chimice de sintez 5.16. Auditul energetic propriu-zis al unei ntreprinderi ANEXE A.1. Clduri specifice medii ale unor substane A.2. Calculul pierderilor de cldur n cteva situaii frecvent ntlnite n instalaiile industriale A.3. Coeficieni de transformare a unitilor de msur A.4. Formulare tip pentru ntocmirea bilanului i auditului energetic BIBLIOGRAFIE

55 56 58 58 59 59 60 61 65 68 73 78 82 93 103 108 116 119 129 133 137 144 144 146 153 154 157

viii


1.

MANAGEMENTUL ENERGIEI, CONDIIE A UNUI SISTEM ECONOMIC CONCURENIAL

Valorificarea cu maxim eficien a tuturor categoriilor de resurse (materiale, umane, financiare, etc) constitue o cerin de mare actualitate att pentru activitile productive ct i pentru cele neproductive. Dintre categoriile de resurse enumerate mai sus, cele materiale nu sunt numai scumpe ci i epuizabile, fapt care constitue un argument n plus n favoarea utilizrii lor cu maximum de randament. Resursele energetice constitue o parte important a resurselor materiale, fapt devenit de notorietate n urma aa numitelor crize petroliere care au lovit n special economiile rilor industrializate importatoare de purttori de energie primar pe parcursul deceniului al optulea al secolului trecut. Reaciile rilor dezvoltate, iniial necorelate, s-au structurat pe parcursul deceniului urmtor, materializndu-se n dezvoltarea conceptelor de energie alternativ, de energie regenerabil, de management al energiei i de eficien energetic. Toate aceste concepte au avut un caracter practic i consecine benefice incontestabile asupra ntregii activiti economice din aceste ri. Cursa tehnologic pentru punerea la punct a soluiilor bazate pe energiile regenerabile nu a avut rezultate spectaculoase n majoritatea rilor competitoare, fie ele capitaliste sau socialiste. n final, valorificarea potenialului energetic regenerabil s-a dovedit n cele mai multe cazuri neeconomic. Punerea n practic a conceptelor de management al energiei i de eficien energetic s-a dovedit a fi atractiv i sub aspect economic. Sistemul a fost pus la punct pas cu pas n Marea Britanie i preluat apoi din mers n celelalte ri industrializate din Europa de Vest, America de Nord i Japonia. Trebuie subliniat faptul c acest sistem i-a dovedit utilitatea i funcioneaz cu succes n condiiile capitalismului modern i ale economiei de pia. El a fost importat n anii '80 i n ara noastr, ns condiiile economice i sociale mult diferite i n special penuria de energie au asigurat eecul su total. Acest fapt trebuie reinut, experiena existent n Romnia privind consecinele impunerii de la centru a eficienei energetice n special n sectorul industrial fiind nc util, chiar dac n prezent condiiile sunt altele. n acelai timp, trebuie subliniat faptul c integrarea rii noastre n spaiul euroatlantic presupune alinierea administraiei, organizaiilor i a indivizilor la anumite reguli i practici, aliniere care nu se va face numai de la sine. De aceea, iniiativa ARCE de ordonare i reglementare a cadrului legal i a celui organizatoric necesar activitilor avnd ca obiect mbuntirea eficienei energetice n toate domeniile este salutar i util. O aciune concertat i bine conceput la nivel naional, care s mbine metodele de persuasiune de natur economic cu cele de natur psihologic, prin reglementarea att a obligaiilor ct i a stimulentelor pentru cei vizai, ar putea avea succes n condiiile Romniei de azi. Managementul energiei i scopul su final, maximizarea eficienei energetice, presupun aplicarea sistematic a unor tehnici i a unor proceduri dezvoltate i perfecionate pe parcursul ultimilor douzeci de ani. ntr-o prim etap, aciunea

2


este condus de ctre auditorul extern. n etapa ulterioar, responsabilul cu energia la nivelul perimetrului analizat preia iniiativa i dirijeaz aciunile avnd ca obiectiv economisirea energiei. Experiena rilor industrializate arat c formarea auditorilor energetici i a responsabililor cu energia se poate face n universiti, n cadrul unor cursuri universitare i/sau post-universitare, n cadrul restrns asigurat de unele asociaii profesionale sau chiar la locul de munc. Pregtirea ntr-un astfel de domeniul cu caracter multidisciplinar presupune nsuirea unor cunotiine temeinice i diverse de natur tehnic i economic, complectate cu noiuni de sociologie i psihologie a muncii. Se consider ns c pregtirea tehnic este esenial, constituind baza pe care se structureaz o astfel de specializare. n ara noastr, profilul universitar energetic are o tradiie de peste 50 de ani. Iniial, acest profil a asigurat pregtirea specialitilor n domeniul producerii, transportului i distribuiei energiei electrice. Ulterior, n cadrul profilului Energetic a aprut specializarea Energetic Industrial, al crei scop a fost de la nceput acoperirea problematicii utilizrii finale a energiei ntr-o activitate productiv de tip industrial. Eficiena energetic a activitilor de tip industrial constitue un subiect deosebit de vast, motiv pentru care problematica sa este mprit ntre mai multe discipline aflate n prezent n planul de nvmnt al specializrii Energetic Industrial. Spre deosebire de Marea Britanie, unde la nivelul universitilor nu este recunoscut nici mcar specializarea energetic, n Romnia specializarea Energetic Industrial exist de peste 25 de ani. Prin urmare, absolvenii acestei specializri constitue un grup de cadre susceptibil s fie instruit n domeniul managementului energiei. 1.1. NOIUNEA DE EFICIEN ENERGETIC

Creterea eficienei energetice ntr-un contur dat, n interiorul cruia se desfoar n mod organizat o activitate profitabil, este o cerin care deriv din necesitatea mai general ca activitatea respectiv s aduc un beneficiu maxim celui sau celor care au investit bani pentru demararea ei. Cheltuielile cu energia, cunoscute i sub denumirea generic de factur energetic, constitue o parte a cheltuielilor totale implicate de buna desfurare a activitii prestate n interiorul conturului analizat. Ele reprezint totalitatea efortului financiar pentru achiziionarea i/sau producerea n interiorul perimetrului a tuturor formelor de energie necesare proceselor de consum final. Reducerea lor contribuie la reducerea cheltuielilor totale i implicit la majorarea beneficiului obinut. n cazul n care n interiorul conturului analizat se desfoar o activitate neprofitabil, aceast cerin se rezum la minimizarea cheltuielilor i eventual la ncadrarea lor n anumite limite prestabilite. n ultim instan, mrimea absolut sau specific a facturii energetice este considerat din aceste motive o msur a eficienei energetice realizate n perimetrul analizat. n general se consider c o activitate este cu att mai eficient sub aspect energetic cu ct pierderile de energie inventariate la nivelul conturului n interiorul cruia se

Managementul energiei, condiie a unui sistem economic concurenial

3

desfoar activitatea respectiv sunt mai mici. Conceptul de eficien energetic capt un caracter concret i un coninut numai dac este legat de un contur bine definit i de o activitate care se desfoar n mod organizat n interiorul acestuia. n prezent, noiunea este intens utilizat n toat lumea att de ctre specialiti ct i de ctre nespecialii. Din pcate, sintagma respectiv nu are aceeai semnificaie pentru toi. n perspectiv istoric, sintagma eficien energetic a aprut n vocabularul limbii engleze ca o necesitate impus de realitatea creterii dramatice a preurilor purttorilor de energie, fr a fi mai nti definit i fundamentat teoretic de ctre specialiti. Ea a fost preluat i n limba romn, fiind utilizat cu o frecven mult mai mare dup 1990. nainte de 1990, n Romnia era preferat din considerente de natur propagandistic o alt sintagm i anume aceea de independen energetic, care implica ns eficiena energetic. n momentul de fa i n limba romn, noiunea de eficien energetic are dou semnificaii. n sens restrns, noiunea de eficiena energetic are nelesul de performan energetic i este folosit ca atare de mult vreme. Prin urmare, creterea eficienei energetice n sens restrns are drept consecin economisirea energiei. n sens larg, noiunea are aceeai semnificaie ca i n limba englez, fiind legat de cerina reducerii mrimii facturii energetice sau a cheltuielilor specifice cu energia. n mod natural, economisirea energiei are drept consecin reducerea facturii energetice, dar se pot ntlni situaii n care factura poate fi redus dei consumurile energetice la nivelul conturului analizat rmn neschimbate i viceversa. Cele dou semnificaii nu sunt deci total diferite, sensul larg al noiunii de eficien energetic incluznd sau implicnd n principiu sensul su restrns. Sensul larg al noiunii de eficien energetic este caracteristic capitalismului modern i perfect compatibil cu economia de pia. 1.2. MANAGEMENTUL ENERGIEI LA CONSUMATOR (DSM)

Creterea eficienei energetice ntr-o ntreprindere industrial presupune aplicarea cu convingere, consecven i profesionalism a tehnicilor i procedurilor de management al energiei. n general, tehnicile i procedurile de management urmresc identificarea, alocarea i valorificarea cu eficien maxim a resurselor materiale, umane i financiare n cadrul unei organizaii. Managementul energiei la consumator (DSM = demand side management) urmrete valorificarea cu eficien maxim a energiei intrate sub diverse forme n mod organizat i contra cost ntr-un contur dat. Aplicarea corect a procedurilor de management al energiei implic cunoaterea n profunzime a specificului activitii desfurate n conturul dat, monitorizarea fiecruia dintre fluxurile de purttori de energie intrate n i respectiv ieite din contur i stabilirea legturilor ntre acestea. n final ea conduce la stabilirea unor msuri i aciuni avnd ca scop mbuntirea eficienei utilizrii energiei n interiorul conturului respectiv.

4


Analiza eficienei energetice ntr-un perimetru dat ncepe prin precizarea aspectelor calitative i cantitative ale alimentrii cu energie a activitilor desfurate n perimetrul respectiv : stabilirea naturii purttorilor de energie care intr n conturul de bilan; stabilirea ordinului de mrime al consumului pentru fiecare categorie de purttor de energie; stabilirea modalitii de plat pentru fiecare dintre acetia.

Mrimea facturii energetice i modul n care ea este constituit reprezint deci primul aspect al analizei. Al doilea aspect avut n vedere de auditor este reacia personalului la mrimea facturii energetice. Experiena acumulat n rile dezvoltate a artat c, la nivelul conducerii executive a unei organizaii, atitudinea n raport cu factura energetic se poate ncadra ntr-una dintre urmtoarele situaii : facturile energetice sunt pltite la timp fr nici un fel de analiz sau de control intern; facturile energetice lunare sunt comparate cu citirile (nregistrrile) lunare ale aparatelor de msur montate la intrarea n conturul de bilan; citirile (nregistrrile) lunare sunt raportate la volumul activitii din luna respectiv, calculndu-se un consum specific global de energie; exist un sistem de achiziie (nu neaprat automat) a datelor, care realizeaz cel puin sptmnal monitorizarea consumurilor energetice ale principalilor consumatori interni i raportarea acestora la partea care le revine din volumul activitii; este implementat i funcioneaz un sistem automatizat/informatizat de supraveghere i evaluare continu a eficienei utilizrii energiei, eventual i a altor resurse materiale, sistem cunoscut n Marea Britanie sub denumirea de Monitoring and Targeting (M&T).

Atitudinea conducerii executive i a restului personalului organizaiei fa de eficiena cu care este utilizat energia este reflectat de gradul de contientizare a importanei problemei, calitatea i eficacitatea sistemului de monitorizare, modul de valorificare a rezultatelor astfel obinute i reacia ateptat din partea fiecruia dintre nivelurile de autoritate la mrimea i evoluia n timp a cheltuielilor cu energia. Auditorul trebuie s caracterizeze cu sinceritate situaia existent, nfrumusearea ei fiind contraproductiv. Al treilea aspect important pe care auditorul trebuie s-l clarifice este legat de modul de funcionare i eficacitatea sistemului de urmrire i transmitere a informaiilor privind consumurile de energie n interiorul conturului dat. Analiza include concepia, baza material aferent i importana acordat sistemului la nivelul organizaiei. n acest sens trebuie urmrite urmtoarele aspecte :


5

modul i frecvena de citire a aparatele de msur, cu deosebire a celor care constitue baza de facturare; modul de transmitere a datelor citite sau nregistrrilor (pe formulare tip, prin semnale electrice, printr-o reea informatic etc.); modul de prelucrare a informaiilor (modelul, algoritmul, mrimile calculate etc.); coninutul, frecvena ntocmirii raportului (zilnic, sptmnal sau lunar) i adresa (destinaia) sa; efectele raportrii i modul n care se iau deciziile privind eficiena energetic.

Trebuie subliniat c toate cele trei aspecte ale analizei sunt la fel de importante, ntre ele existnd de altfel unele suprapuneri. Dac reducerea facturii energetice reprezint scopul final, la atingerea lui contribue n egal msur angajamentul sincer al ntregului personal i un sistem eficient de monitorizare, prelucrare i valorificare a datelor. Dup precizarea caracteristicilor activitii desfurate n interiorul conturului analizat se poate trece la ntocmirea unui audit energetic preliminar. Acesta are de obicei la baz datele existente sub forma evidenelor i nregistrrilor contabile sau de alt natur ale organizaiei. Baza auditului preliminar const n compararea efectelor globale util i consumat, pentru o perioad anterioar de cel puin cinci ani de activitate n condiii normale. Se compar astfel mrimea, structura i valoarea facturilor energetice cu mrimea, structura i valoarea produciei sau a serviciilor prestate n perioada respectiv. n cazul unui context economic normal, pe baza evoluiei anterioare se pot stabili tendinele evoluiei viitoare a consumurilor de energie la nivelul conturului analizat. Indiferent de contextul economic se calculeaz unul sau mai muli indicatori sintetici de eficien energetic. Valorile astfel obinute sunt comparate cu datele de proiect, cu realizrile i performanele altor organizaii avnd un profil similar de activitate, cu valorile recomandate de literatura de specialitate sau cu standardele n vigoare. Auditul preliminar permite deci : stabilirea ordinului de mrime al consumului pentru fiecare dintre purttorii de energie; estimarea tendinei evoluiei viitoare a consumurilor de energie; obinerea unor indicatori sintetici globali pe baza crora organizaia primete un calificativ referitor la eficiena cu care utilizeaz energia.

Evaluarea global a eficienei energetice a organizaiei analizate nu permite ns stabilirea unor msuri sau soluii concrete prin care se poate corecta sau mbunti situaia existent. Cu ocazia ntocmirii auditului energetic preliminar se pot detecta unele deficiene legate de funcionarea sistemului de msur, transmitere i prelucrare a informaiilor (lipsa sau precizia insuficient a unor aparate de msur,

6


lipsa unor informaii privind anumite consumuri de energie, etc) sau de modul n care sunt ntocmite contractele cu furnizorii. Dup corectarea i complectarea sistemului de monitorizare, prelucrare i valorificare a datelor se trece la ntocmirea auditului energetic propriu-zis. Durata pentru care se ntocmete auditul energetic propriu-zis este de regul egal cu un an calendaristic sau financiar. n comparaie cu auditul preliminar, acesta din urm este mai detaliat, oferind posibilitatea punerii n eviden a potenialului de economisire a energiei nc nevalorificat. n acest scop trebuie identificate subsistemele unde se consum cea mai mare parte din energia intrat n conturul de bilan general. Acestea vor constitui zonele care trebuie monitorizate separat, denumite centre de consum energetic. Definirea limitelor conturului centrelor de consum energetic se face ntr-un mod convenabil, lundu-se n considerare criteriile tehnologice, funcionale, economice, administrative sau de alt natur. Pentru fiecare astfel de centru de consum se msoar i se consemneaz separat att consumurile pe tipuri de purttori de energie ct i volumul activitii. Dac este nevoie, se ntocmete cte un bilan energetic pentru fiecare subsistem astfel definit. n perspectiva prelurii iniiativei aciunilor de mbuntire a eficienei energetice de ctre responsabilul cu energia, dup definirea limitelor trebuie s urmeze atribuirea responsabilitilor pentru realizarea i meninerea eficienei utilizrii energiei n conturul respectiv. Calculul indicatorilor de performan energetic, realizai att la nivel global ct i la nivelul centrelor de consum energetic, permite evaluarea eficienei energetice a fiecrui subsistem i a sistemului n ansamblul su prin compararea valorii indicatorilor realizai cu cte o valoare de referin. Evaluarea vizeaz de aceast dat att ansamblul ct i prile lui componente, deoarece gradul de detaliere al auditului energetic propriu-zis permite analiza fiecrui centru de consum n parte. O astfel de analiz se finalizeaz cu un program care cuprinde msuri i aciuni menite s contribuie la creterea eficienei energetice. Msurile luate n vederea economisirii energiei i reducerii cheltuielor cu energia pot fi la rndul lor clasificate n trei categorii : organizatorice; tehnice; economice.

Msurile organizatorice constau n planificarea i ealonarea activitilor n vederea evitrii mersului n gol i altor tipuri de consumuri inutile, ncrcrii optime a utilajelor, aplatizrii curbei de sarcin, etc. Msurile tehnice constau n adaptarea, modificarea sau nlocuirea procedurilor i utilajelor existente cu altele mai performante n vederea reducerii consumului specific de energie, modificarea concepiei de alimentare cu energie a conturului dat i a modului de distribuie a energiei n interior, etc. Msurile economice constau n alegerea celui mai convenabil tarif i a celui mai convenabil contract de furnizare pentru fiecare form de energie cumprat din exterior, n dimensionarea optim a stocurilor interne de combustibil, etc. Indiferent de categoria din care face parte, fiecare msur propus


7

trebuie s fie nsoit de cheltuielile pe care le presupune aplicarea ei i de efectul sau efectele aplicrii ei, estimate de ctre auditor. n cazul n care se intenioneaz instalarea unui sistem M&T, este necesar identificarea factorilor care influeneaz semnificativ consumul de energie la nivelul conturului analizat. Aceti factori pot fi volumul activitii prestate (exprimat printr-o cantitate msurat fie la intrarea fie la ieirea din contur, prin timpul de lucru, etc), parametrii fizici sau funcionali care exprim calitatea activitii, temperatura exterioar, etc. Numrul de variabile independente care influeneaz semnificativ consumul absolut sau specific de energie este diferit n funcie de structura consumului i de natura activitii desfurate n interiorul conturului de bilan. Natura influenei fiecruia dintre factori se determin experimental, pas cu pas i se prelucreaz prin metode statistice. Prelucrarea datelor obinute din bilanul periodic n scopul stabilirii factorilor de influen necesit o bun cunoatere a activitii organizaiei. n aceste condiii, eventualele corecii la rezultatele obinute prin prelucrarea datelor experimentale pot fi bazate i pe bunul sim tehnic sau pe cunotine teoretice. n cazul particular al cldirilor n care intensitatea energetic a activitii este mai redus (birouri, coli, spitale, magazine, locuine) i care nu sunt dotate cu sisteme de monitorizare i evaluare continu a consumurilor tip M&T, aciunea de evaluare pe baza auditului energetic prezint cteva aspecte specifice : durata perioadei ntre dou audituri energetice succesive poate fi de doi sau chiar trei ani; principalul factor de influen al consumului total de energie este temperatura exterioar, urmat de natura i durata activitii interioare; ntocmirea auditului energetic este obligatoriu ncredinat unei companii specializate.

Auditul energetic se materializeaz sub forma unui raport final. Acesta include att informaiile primare ct i rezultatele prelucrrii lor (datele msurate, indicatorii de performan realizai, evaluarea eficienei energetice, planul de msuri i aciuni pentru mbuntirea eficienei energetice, propunei privind ealonarea msurilor cuprinse n plan, bazate pe informaii i indicatori economici, etc). n cazul sistemelor tip M&T, auditul energetic este un instrument aplicat periodic, frecvena i coninutul raportului periodic fiind specifice fiecrui caz n parte. n majoritatea cazurilor, raportul periodic este conceput n mai multe variante, fiecare fiind adresat unui alt nivel de autoritate (operator, ef de departament, inginer ef, director, consiliu de administraie, etc). Raportul periodic prezint numai situaia n perioada analizat i nu include nici plan de msuri nici soluii de mbuntire a eficienei energetice. El cuprinde de obicei un rezumat al situaiei curente, urmat de o serie de detalii tehnologice (parametrii semnificativi, valori ale unor mrimi care depesc nivelul admisibil, alte informaii, etc). Sunt incluse valorile absolute sau raportate ale mrimilor urmrite sub form de tabele, grafice, diagrame sau orice alt form care faciliteaz analiza i interpretarea rezultatelor. Raportul periodic este un mijloc important de meninere n atenia personalului i conducerii

8


organizaiei a preocuprii pentru creterea eficienei energetice i a cerinelor care decurg din ea. El fundamenteaz fiecare decizie avnd ca scop creterea eficienei energetice n interiorul conturului analizat. Succesul sau eecul unui asemenea demers depind n primul rnd de angajamentul real al conducerii executive, dar i de modul n care angajaii i chiar sindicatele resimt necesitatea i caracterul su permanent. Existena unui plan de msuri de conservare a energiei, indiferent ct este el de bine conceput, nu constituie sfritul ci doar nceputul aciunii. Angajaii nu vor nelege dintr-o dat care este rolul lor n acest demers. Toi vor trebui s fie determinai i motivai pentru ndeplinirea planului, ajungnd s contientizeze faptul c economisirea energiei contribuie la profitabilitatea activitii organizaiei, deci la sigurana locului de munc, la creterea salariilor dar i la prezervarea mediului nconjurtor. Experiena a artat c succesul nu este asigurat numai prin eforturi de ordin material (raionalizri, reabilitri, modernizri, noi investiii, etc), ci i prin meninerea unei anumite stri de spirit n rndul personalului organizaiei. Calificarea, motivarea i stimularea personalului se pot face treptat, de sus n jos, cost mult mai puin i produc efecte semnificative. Contientizarea importanei mbuntirii eficienei energetice se obine prin educarea personalului pe ntreaga scar ierarhic, ncepnd cu conducerea executiv i terminnd cu personalul care asigur operarea i ntreinerea instalaiilor. 1.3. AUDITUL ENERGETIC

Analiza critic a eficienei utilizrii energiei ntr-un perimetru dat, cunoscut i sub denumirea de audit energetic, este una dintre componentele de baz ale oricrui program de aciune avnd ca obiectiv mbuntirea eficienei energetice. Auditul energetic reflect nivelul eficienei energetice atins n interiorul perimetrului analizat ntr-o anumit perioad de timp. n acelai timp, auditul energetic furnizeaz informaiile necesare pentru stabilirea celor mai potrivite i mai convenabile soluii n vederea creterii eficienei energetice a activitilor desfurate n organizaia analizat. Termenul audit din limba englez echivaleaz n limba romn cu revizie contabil i nu cu bilan contabil. n acelai mod, termenul auditor are nelesul de revizor contabil i nu de contabil. Revizia contabil presupune verificarea nregistrrilor, a calculelor efectuate i analiza critic a termenilor bilanului, finalizat cu o evaluare. Similar, termenul energy audit din limba englez echivaleaz n limba romn cu expresia analiz critic a eficienei utilizrii energiei sau cu sintagma audit energetic. Trebuie precizat faptul c auditul energetic nu este echivalent cu un simplu bilan sau cu o sum de bilanuri energetice. n cadrul auditului, bilanul energetic constitue un instrument care permite verificarea indicaiei unui aparat de msur sau estimarea cantitativ a unui flux de energie care fie nu se msoar fie nu se poate msura. Bilanul energetic al unui transformator de energie sau al unui


9

consumator final permite stabilirea indicatorilor de performan i eventual a cauzelor reducerii acestora n comparaie cu valorile de proiect. ntocmirea unui audit energetic implic stabilirea clar a limitelor perimetrului analizat i a perioadei de timp pe durata creia se face analiza. Perimetrul poate cuprinde o ntreag organizaie (regie, companie, societate, grup, trust, ntreprindere etc), o sucursal a unei organizaii cu contabilitate proprie sau o cldire. El poate cuprinde elemente care nu sunt neaprat situate pe acelai amplasament, dar ntre care exist legturi i/sau schimburi materiale (cabluri de for, conducte, instalaii sau sisteme de transport, etc.). Auditul energetic se ntocmete pentru perioade lungi de timp, egale sau chiar mai mari dect un an calendaristic sau financiar. Perioada aleas trebuie s cuprind cel puin un ciclu complect de activitate (ciclu de fabricaie, ciclu climatic, etc). Eficiena energetic nu se determin pentru o or, o zi, o sptmn, o lun sau chiar un semestru. Rezultatele obinute pe perioade scurte nu sunt n general relevante pentru o activitate de tip industrial. Cu ocazia ntocmirii auditului energetic sunt identificate subsistemele unde se manifest ineficien i poate fi evaluat mrimea pierderilor cauzate de aceasta. Este evident faptul c att eforturile de identificare a punctelor de ineficien ct i baza de stabilire a unei strategii pe termen mediu materializat printr-un plan de msuri de conservare a energiei vor avea o eficacitate cu att mai mare cu ct amploarea analizei i implicit gradul de detaliere sunt mai mari. ntocmirea auditului energetic implic un inventar al surselor de alimentare cu purttori de energie exterioare conturului, care trebuie s acopere urmtoarele aspecte : tipul i caracteristicile purttorului de energie furnizat de sursa extern; caracteristicile cererii de energie acoperite de ctre sursa extern; tariful actual stabilit prin contractul de livrare i tarifele alternativele disponibile; alte aspecte legate de statutul, amplasarea i capacitatea sursei externe, de condiiile i de restriciile de livrare, stabilite sau nu prin contract.

n interiorul conturului analizat se ntocmete un inventar al consumatorilor finali de energie, organizai sau nu pe centre de consum energetic, precum i un inventar al transformatorilor interni de energie. Inventarul consumatorilor finali trebuie s pun n eviden urmtoarele aspecte : natura activitii sau procesului tehnologic care primete fluxul de energie; tipul, parametrii i sursa din care provine fiecare flux purttor de energie; caracteristicile cererii de energie, pentru fiecare tip de purttor de energie; legturile tehnologice cu ali consumatori finali i consecinele acestor legturi asupra caracteristicilor cererii de energie;

10


natura i potenialul resurselor energetice secundare disponibilizate din motive tehnologice; starea tehnic a instalaiilor la momentul ntocmirii auditului.

Transformatorii interni de energie (centrale termice, centrale electrice de termoficare, staii de aer comprimat, staii de pompare etc.) alimenteaz de obicei mai muli astfel de consumatori finali. Pentru fiecare transformator intern de energie se recomand a fi specificate urmtoarele aspecte : natura, sursa i caracteristicile fluxurilor de energie care intr; tipul transformrii suferite, randamentul realizat, alte caracteristici tehnice; natura i parametrii fluxului de energie care iese; capacitatea instalat a transformatorului energetic; consumatorii sau centrele de consum alimentate; modalitatea de alimentare a consumatorilor i consecinele ei (direct, prin intermediul unei reele de distribuie etc.); natura, potenialul energetic i impactul asupra mediului pentru fiecare dintre fluxurile de energie evacuate n atmosfer; starea tehnic a instalaiilor i a sistemului de distribuie la momentul ntocmirii auditului.

Auditul energetic nu trebuie confundat cu bilanul energetic. Auditul energetic este o analiz a modului de valorificare a energiei consumate ntr-un perimetru dat, n timp ce bilanul energetic este doar unul dintre instrumentele acestei analize. Evaluarea eficienei energetice a activitii desfurate ntr-un contur dat nu necesit n mod normal cunoaterea tuturor termenilor bilanului energetic care intr n perimetrul analizat, ci doar a celor care intr n mod organizat i contra cost. n ultim instan, fluxurile de energie care ies, inclusiv coninutul de energie al produsului principal, prezint interes pentru auditor doar n msura n care ele mai pot fi valorificate prin reciclare, recuperare, reutilizare, etc. ntocmirea auditului energetic nu presupunen mod obligatoriu ntocmirea n prealabil a unuia sau mai multor bilanuri energetice. Auditul energetic propriu-zis include anumite pri din bilanul energetic ntocmit pe un an sau, atunci cnd este cazul, pe o perioad mai lung. Termenii bilanurilor energetice pe perioade scurte (o or, un schimb, o arj, etc) nu se regsesc ca atare n valorile care stau la baza ntocmirii auditului. n ciuda caracterului lor detaliat, aceste bilanuri nu sunt relevante pentru auditor dect n cazurile n care rezultatele obinute pentru un an sau o perioad mai lung de timp indic existena unor puncte de ineficien energetic n interiorul conturului analizat. Ele stau la baza analizei care succede auditul propriu-zis i care are ca obiectiv stabilirea msurilor i aciunilor destinate s mbunteasc situaia sub aspectul eficienei energetice. Bilanul energetic ntocmit pentru un an sau, atunci cnd este cazul, pentru o perioad mai lung de timp, este singurul tip de bilan ai crui termeni se regsesc


11

n auditul energetic propriu-zis. Un astfel de bilan nu se poate baza pe msurtori efectuate de auditor, ci pe datele msurate, consemnate i nregistrate de ctre personalul ntreprinderii analizate. Este evident c nici o ntreprindere nu-i poate permite s ntocmeasc un bilan energetic perpetuu, nregistrnd timp de un an mrimile tuturor fluxurilor de energie care se regsesc ntr-un bilan energetic orar. Un astfel de efort nu este nici justificat i nici recomandabil. n acelai timp trebuie subliniat faptul c practica actual a celor mai multe ntreprinderi industriale din Romnia n domeniul monitorizrii consumurilor de energie las nc mult de dorit. n cele mai multe cazuri este monitorizat i nregistrat consumul global de combustibil i cel de energie electric, care sunt mai uor de msurat, dar lipsesc aproape orice date legate de consumurile de cldur, frig, aer comprimat, etc. Stabilirea unor centre de consum energetic i monitorizarea tuturor consumurilor de energie pentru fiecare astfel de centru constitue nc un deziderat pentru viitor. Aceast situaie nu este de natur s contribuie la eficientizarea activitii sub aspect energetic iar comandarea i ntocmirea unui audit energetic nu poate nlocui aceste msuri, care vor fi oricum incluse n planul de msuri i aciuni propus de auditor. Este unul dintre aspectele care trebuie bine nelese de ctre cei care au responsabiliti la diverse niveluri n acest domeniu. Economisirea energiei consumate presupune mai nti msurarea ei. Instalarea unor aparate de msur sigure i precise (n limitele tehnologiilor actuale) presupune o cheltuial de capital care va produce efecte ulterior, nu de la sine ci ca urmare a angajrii ntregului personal ntr-o aciune al crui scop l nelege i l aprob fiecare sau ct mai muli dintre angajai. De regul, ntocmirea auditului se bazeaz pe indicaiile aparatelor de msur care constitue baza de facturare sau chiar pe facturile energetice. Dac acurateea indicaiilor unuia sau mai multor aparate de msur care constitue baza de facturare este pus la ndoial, fie de ctre furnizor, fie de ctre consumator, ntocmirea unui audit este prematur. Situaii de acest fel nu sunt ntlnite n rile avansate din UE. Reglementarea statutului acestor aparate de msur este o problem a crei rezolvare este prevzut n orice contract serios de furnizare a energiei. Modul de ntocmire, gradul de detaliere i modul de exprimare a mrimilor prezentate i calculate depind de scopul auditului i trebuie s fie pe nelesul celui cruia i este destinat. Auditul energetic, ntocmit pe baza datelor coninute n facturile de plat a energiei, poate conine mrimi exprimate fizic (n uniti de energie) sau valoric (n uniti monetare). Trebuie precizat faptul c n bilanurile energetice, mrimile care intr i care ies se exprim numai n uniti fizice de energie. n cadrul auditului energetic se recomand recurgerea la exprimarea valoric a acestora, care prezint avantajul c asigur echivalarea tuturor formelor de energie consumate. Aprecierea eficienei energetice se face cu ajutorul unuia sau mai multor indicatori de performan energetic, care sunt apoi comparai cu cte o valoare de referin. n scopul creterii eficienei energetice n perimetrul analizat, auditorul poate propune :

12


reconsiderarea sau reprogramarea unor activiti, modificarea, reabilitarea sau nlocuirea unor instalaii transformatoare de energie sau a unora dintre consumatorii finali, schimbarea concepiei de alimentare cu energie i a distribuiei acesteia ctre consumatorii din conturul analizat.

Soluiile identificate n acest fel nu pot fi implementate toate odat din cauza restriciilor i limitrilor de natur tehnic i financiar. Planul de msuri i aciuni elaborat de auditor trebuie s ia n considerare eventualele interdependene existente ntre msurile propuse, situaia financiar real a organizaiei analizate i contextul economic general. Msurile propuse de ctre auditor vor fi ierarhizate dup unul sau mai multe criterii de natur economic, stabilite de comun acord cu beneficiarul auditului. Pentru fiecare msur sau aciune propus, auditorul trebuie s specifice att costurile de investiie i de operare aferente ct i rezultatele scontate, respectiv economiile de energie sau de cheltuieli estimate. Din aceast list de propuneri, conducerea organizaiei alege cele mai convenabile msuri i stabilete pentru fiecare termenul de implementare i sursa de finanare. Aplicarea n practic a msurilor propuse se face de cele mai multe ori treptat, pe parcursul mai multor ani, ncepnd cu msurile care implic investiiile cele mai mici. Economiile astfel realizate constitue apoi sursa de finanare pentru un al doilea set de investiii. n acest fel organizaia i poate mbunti eficiena energetic fr a recurge la credite. ntocmirea unui singur audit energetic nu rezolv problema eficienei energetice pentru totdeauna. Managementul energiei trebuie s fie o preocupare continu, ceea ce conduce la necesitatea repetrii auditul energetic cu o anumit ciclicitate.

2.

BILANUL ENERGETIC, INSTRUMENT AL ANALIZEI ENERGETICE A UNUI CONTUR N INTERIORUL CRUIA SE DESFOAR O ACTIVITATE CU SPECIFIC INDUSTRIAL.CLASIFICAREA BILANURILOR ENERGETICE

2.1.

Bilanurile energetice pot fi clasificate pornind de la mai multe criterii. Unul dintre ele este natura activitii desfurate n conturul analizat. Sub aspectul destinaiei consumului de energie, procesele tehnologice pot fi clasificate n dou mari categorii : a. procese de transformare a energiei; b. procese de consum final de energie. Procesul de transformare energetic are drept scop fie trecerea de la o form de energie la o alt form de energie, fie modificarea parametrilor caracteristici ai aceleiai forme de energie. Procesul de consum final de energie este procesul n care energia este folosit n scopul realizrii unuia sau mai multor produse sau al prestri unuia sau mai multor servicii neenergetice. Eventualele fluxuri de energie ieite dintr-un proces de consum final de energie nu mai sufer vreo transformare energetic, cu excepia recuperrii resurselor energetice secundare. Dup gradul de cuprindere al conturului, bilanurile energetice pot fi ntocmite : a. pentru un echipament; b. pentru o instalaie; c. pentru o secie; d. pentru o uzin; e. pentru o ntreag organizaie (un agent economic). Natura i gradul de interconexiune i complexitate al fenomenelor fizice i chimice pe care le presupune prelucrarea materiilor prime n cadrul proceselor sau procedeelor tehnologice analizate poate conduce n anumite condiii la clasificarea bilanurilor energetice n : a. bilanuri simple (termoenergetic sau electroenergetic); b. bilanuri complexe (termoenergetic si electroenergetic). Trebuie subliniat faptul c, din punct de vedere tiinific i tehnic, o astfel de clasificare nu este riguroas, separarea n bilanuri electroenergetice i termoenergetice constituind rezultatul unor simplificri. Bilanul simplu este bilanul ntocmit pentru un contur n care fie fenomenele de natur electric fie cele de natur termodinamic i/sau termochimic sunt considerate preponderente, iar celelalte sunt neglijate. Este evident c i formele de energie intrate i eventual ieite sunt corelate cu natura fenomenelor care au loc n interiorul conturului dat.

14


Bilanul complex ia n considerare toate formele de energie intrate i ieite din contur, natura i complexitatea fenomenelor care au loc n interiorul conturului dat impunnd n cele mai multe cazuri acest lucru. Marea majoritate a proceselor industriale de consum final au un caracter complex, care nu permite o abordare simplificat i impune contabilizarea tuturor formelor de energie care intr n i care ies din conturul de bilan. Dup perioada de timp pentru care se inventariaz fluxurile de energie intrate i ieite, bilanurile pot fi ntocmite : a. pentru o or sau o perioad mai scurt dect o or; b. pentru un schimb; c. pentru o zi (24 ore); d. pentru un sezon; e. pentru un an sau o perioad mai lung dect un an. Dup sursa de provenien a datelor de intrare, bilanurile energetice se clasific n: a. bilanuri propuse de ctre proiectant, constructor sau furnizor (de proiect); b. bilanuri ntocmite pe baz de msurtori n instalaie (de omologare, de recepie, real). Bilanul energetic de proiect se elaboreaz pe baza rezultatelor calculelor extrase din proiect, a datelor furnizate de prospecte, oferte, cataloage, literatura de specialitate, pe baza experienei obinute n exploatarea unor echipamente asemntoare, a altor surse de informaii, etc. Bilanul de proiect constitue situaia de referin pentru bilanul energetic de recepie. Omologarea unui echipament sau a unei instalaii presupune msurtori prin care se obin fie valorile unor indicatori de performan n regimul nominal, fie comportarea sistemului la regimuri nenominale stabilizate sau tranzitorii. n cazul n care la probele de omologare nu se realizeaz parametrii sau performanele de proiect, valorile realizate la omologare devin valori de referin pentru bilanul energetic de recepie. Bilanul energetic de recepie se elaboreaz cu ocazia punerii n funciune a unui echipament sau a unei instalaii, n condiiile concrete de exploatare. n acest scop se efectueaz o serie de probe de funcionare i msurtori la cel puin trei trepte de sarcin, dintre care una este obligatoriu sarcina nominal. Valorile astfel obinute se nscriu n cartea tehnic a echipamentului sau a instalaiei. Bilanul energetic de recepie constituie bilanul de referin pentru activitatea de exploatare. Bilanul energetic real reflect situaia n care se gsete la un moment dat un echipament sau o instalaie, punnd n eviden abaterile indicatorilor de performan realizai de la valorile lor de referin, stabilite n cadrul bilanul de proiect, de omologare sau de recepie. Analiza trebuie s inventarieze i potenialul energetic al resurselor energetice refolosibile. Bilanul real se elaboreaz numai pe

Bilanul energetic

15

baz de msurtori efectuate asupra subiectului analizei i constituie baza pentru analiza energetic. 2.2 PRINCIPII GENERALE DE NTOCMIRE A BILANURILOR ENERGETICE

Bilanul energetic reprezint metoda sistematic care permite analiza utilizrii energiei ntr-o activitate oarecare. ntocmirea unui bilan energetic la nivelul unui contur dat permite obinerea unei reprezentri accesibile a modului n care fluxurile de purttori de energie intrate se distribuie, se transform, sunt consumate i ies din conturul analizat. Conturul de bilan este suprafaa imaginar nchis n jurul unui echipament, instalaie, cldire, secie, uzin, agent economic, etc n funcie de care se definesc fluxurile de energie care intr i cele care ies. Conturul de bilan poate cuprinde o ntreag ntreprindere, o secie de producie, un lan tehnologic, o cldire, un agregat tehnologic, un aparat, etc. Conturul considerat poate cuprinde elemente care nu sunt neaprat situate pe acelai amplasament, dar ntre care exist legturi materiale (cabluri de for, conducte, instalaii sau sisteme de transport, etc). Bilanul energetic are la baz legea conservrii energiei, scopul su fiind identificarea i evaluarea tuturor cantitilor sau fluxurilor de energie care intr i care ies din perimetrul analizat ntr-o anumit perioad de timp. ntocmirea corect a oricrui bilan energetic presupune n primul rnd stabilirea precis a limitelor conturului n interiorul cruia se desfoar activitatea analizat i a perioadei de timp considerate. Studiind cu atenie fenomenele fizice i chimice implicate n activitatea desfurat n interiorul conturului dat se definesc categoriile de fluxuri energetice care sunt urmrite la ntocmirea bilanului. Din aceast categorie pot face parte cldura fizic (sensibil), cldura latent, puterea calorific, efectul termic al reaciilor chimice, lucrul mecanic, energia potenial, energia electric, etc. ntocmirea bilanului energetic necesit de cele mai multe ori ntocmirea n prealabil a unui bilan material, ai crui termeni pot servi drept baz de calcul pentru anumite fluxuri de energie intrate sau ieite din conturul de bilan. Reprezentarea grafic a rezultatelor obinute prin ntocmirea bilanului se face de obicei cu ajutorul diagramelor Sankey. Este o metod simpl i sugestiv, accesibil att specialitilor ct i nespecialitilor. Trebuie avut n vedere faptul c unele categorii de fluxuri energetice care intr n conturul de bilan dat nu sunt incluse ca atare sau nu sunt incluse deloc n factura energetic, dar trebuie luate n considerare la ntocmirea bilanului energetic. n alte cazuri, substane combustibile sunt utilizate n alte scopuri, puterea lor calorific nefiind luat n considerare ca termen al bilanului energetic. Ele apar n evidena contabil a organizaiei la alte capitole, iar valoarea lor se regsete n costurile totale de producie.

16


2.3.

TERMENII BILANULUI ENERGETIC

Consumurile finale de energie la nivelul unui perimetru dat, n interiorul cruia se desfoar n mod organizat o activitate de tip industrial, pot mbrca mai multe forme : energie electric; energie mecanic; cldur; frig; combustibil; aer comprimat.

Un flux de energie care intr n mod organizat n conturul unei ntreprinderi industriale, poate fi alocat n principiu fie unui proces de transformare, fie unui proces de consum final. Fluxurile de energie direct utilizabil, disponibile n perimetru ntreprinderii pentru procesele de consum final, att cele provenite din exteriorul ct i cele generate n interiorul acestuia, pot fi ncadrate ntr-una dintre urmtoarele dou categorii: a) consumuri directe (tehnologice), aferente n mod nemijlocit etapelor realizrii unui produs sau prestrii unui serviciu; b) consumuri indirecte, aferente activitilor conexe desfurate n perimetrul respectiv. Consumurile indirecte contribuie la asigurarea i susinerea logistic a activitii de producie propriu-zise. Activitile indirecte (conexe) includ planificarea, monitorizarea, contabilizarea, aprovizionarea, asigurarea condiiilor de munc, transportul intern, distribuia, paza, etc. Deosebirea ntre consumurile directe i cele indirecte nu este doar una formal. n afara faptului c ele nu sunt n mod necesar simultane, cele dou categorii de consumuri de energie au de obicei i caracteristici diferite. De aceea este recomandabil ca la ntocmirea inventarului s se precizeze din ce categorie face parte o anumit cerere sau un anumit consum de energie. n raport cu conturul de bilan stabilit se definesc categoriile de intrri i ieiri din acest contur. n general, fluxurile materiale continue sau discontinue intrate ntr-un contur dat pot fi clasificate n trei categorii : a) resurse primare, care pot fi materiale i/sau energetice; b) semifabricate (produse sau obiecte parial procesate); c) energie direct utilizabil. Ieirile din conturul respectiv pot fi la rndul lor clasificate n patru categorii i anume : a) produsul principal;

Bilanul energetic

17

b) produsul sau produsele secundare; c) resursele secundare materiale i/sau energetice; d) pierderi directe de energie. Dup ce au fost identificate, fluxurile de energie care intr i care ies trebuie apoi s fie cuantificate. Oricare dintre termenii bilanului energetic, fie c este o mrime de intrare sau o mrime de ieire, poate fi determinat ca valoare (cuantificat) n mai multe moduri i anume : direct prin msurare; prin msurarea n prealabil a uneia sau mai multor mrimi, urmat de calculul termenului de bilan pe baza acestor mrimi; n baza unor anumite informaii provenind din proiectul tehnic sau din alte surse.

Cele mai multe situaii impun cunoaterea bilanului de mas naintea ntocmirii bilanului energetic. Bazat pe analize chimice, pe msuratori, pe calcule sau numai pe estimri, bilanul de mas precede ntocmirea bilanului energetic deoarece determinarea tuturor termenilor bilanului energetic prin msurare direct fie nu este tehnic posibil, fie nu este raional. Astfel, cldurile sensibile absolute i cantitile de cldur sensibil asociate unor cantiti sau unor debite de substan se calculeaz nmulind cantitatea sau debitul de substan cu cldura specific i cu temperatura n cazul cldurii absolute sau numai cu o diferen de temperatur n cazul cantitii de cldur. Efectul termic al reaciilor chimice care au loc n interiorul conturului de bilan nu poate fi msurat direct. El poate fi ns estimat cu suficient precizie prin calcul, cu condiia cunoaterii transformrilor chimice care au loc n interiorul conturului de bilan att sub aspect cantitativ ct si sub aspect calitativ. Prin urmare trebuie bine cunoscut cantitatea i compoziia chimic a fluxurilor de mas care intr i care ies din conturul de bilan. Efectul termic al reaciilor chimice se determin prin calcul conform teoriilor chimiei fizice i constantelor disponibile n literatura de specialitate pentru fiecare reacie. Cldura dezvoltat de reaciile chimice exoterme este considerat intrare n conturul de bilan, n timp ce cldura absorbit de reaciile chimice endoterme este considerat ieire din conturul de bilan. Cldura dezvoltat prin arderea combustibililor, dei este tot efectul unor reacii chimice exotermice de oxidare, se stabilete prin determinri experimentale sau de laborator fcute concomitent cu desfurarea msurtorilor de bilant. Stabilirea puterii calorifice a unui combustibil trebuie n general complectat cu analiza elementar sau cu compoziia chimic a combustibilului respectiv. Pentru determinrile compoziiei i puterii calorifice trebuie respectate recomandrile referitoare la asigurarea reprezentativitii probei de combustibil. n cazul combustibililor gazoi este permis stabilirea puterii calorifice pornind de la compoziia amestecului de gaze determinat experimental i de la puterile calorifice ale componentelor combustibile.

18


Coninutul de cldur al unui flux de mas se calculeaz ca produs ntre debitul sau cantitatea de mas i entalpia specific, care se gsete n tabele sau se calculeaz cu ajutorul relaiilor analitice specifice disponibile n manualele de specialitate. n lipsa acestor date este necesar determinarea cldurii specifice i/sau latente n laborator, probele fiind prelevate n timpul msurtorilor de bilan. Determinarea experimental a cldurii specifice sau latente poate fi nlocuit n anumite situaii cu rezultatele obinute cu ajutorul unor relaii analitice aproximative utilizate n chimie, care pornesc de la structura moleculei i de la legturile ntre atomi i/sau radicali. Pierderile de cldur prin radiaie i convecie n mediul exterior se recomand s fie stabilite prin calcule. Acolo unde ele sunt puin semnificative se accept stabilirea lor prin condiia de nchidere a bilanului. Condiia conservrii energiei n cazul ntocmirii bilanului energetic al activitii desfurate n perimetrul analizat este exprimat matematic prin relaia :

WREP + WEDU = WPP + WRES + WPDE + W ACU

(2.1)

unde WREP reprezint coninutul de energie al fluxului sau fluxurilor de energie primar, WEDU reprezint coninutul de energie al fluxului sau fluxurilor de energie direct utilizabil, WPP reprezint coninutul de energie al produsului principal, WRES reprezint coninutul de energie al fluxului sau fluxurilor de resurse energetice secundare, WPDE reprezint fluxul de energie pierdut direct n mediul ambiant iar WACU reprezint cantitatea de energie disipat prin efect de acumulare. Ultimul termen apare doar n cazul proceselor discontinue, mrimea sa putnd fi n anumite cazuri semnificativ iar n altele neglijabil. Termenii bilanului energetic pot fi exprimai, dup caz, n W i multiplii, n cazul unor activiti de tip continuu, sau n J i multiplii, n cazul unor activiti de tip discontinuu. Resursele materiale pot fi n acelai timp i resurse energetice, avnd valoare energetic sau un anumit coninut de energie, pot fi de diverse feluri i se pot prezenta sub diverse forme. n general, prin resurse energetice primare sau energie primar se neleg substane combustibile convenionale (crbuni, petrol i derivatele sale, gaz natural, ali combustibili sintetici, etc), n timp ce prin energie direct utilizabil se nelege o form de energie rezultat de obicei prin conversia energiei primare, care poate fi consumat ca atare : energia electric; energia mecanic; cldur; frig; aer comprimat.

Din conturul de bilan considerat iese n primul rnd produsul principal, care este scopul activitii analizate. n unele cazuri, pe lng acesta mai ies i unul sau mai multe produse secundare, deeuri, reziduuri sau resurse secundare (materiale i/sau energetice). Trebuie precizat c produsul principal poate avea i el un anumit

Bilanul energetic

19

coninut de energie, care i poate conferi i calitatea de resurs energetic secundar. n categoria pierderilor directe de energie ale unui contur dat intr n primul rnd urmtoarele : cldura transmis mediului nconjurtor prin pereii a cror temperatur este mai mare dect temperatura ambientului, energie mecanic transformat n cldur prin frecare n lagre; cldura generat n anumite situaii prin efectul termic al curentului electric.

Analiza eficienei energetice a unei activiti desfurate ntr-un anumit contur pornete n primul rnd de la cantitatea i calitatea resurselor energetice secundare disponibilizate. Resursele energetice secundare (res) reprezint cantiti sau fluxuri de energie de orice fel, evacuate dintr-un contur n care se desfoar o activitate productiv i care nu pot fi reciclate (valorificate tot n activitatea respectiv) dect prin modificri aduse instalaiilor aflate n conturul respectiv. Resursele energetice secundare pot fi clasificate n funcie de natura coninutului lor de energie n patru categorii distincte : combustibile; termice; de suprapresiune; cinetice.

Res combustibile pot fi ntlnite n stare gazoas (gaz de cocs, gaz de furnal, gaze eliminate ca purj dintr-o instalaie de sinteza, etc), lichid (leie) sau solid (deeuri lemnoase, paie, cocs mrunt, etc). Indiferent de starea de agregare, ele se caracterizeaz prin compoziia i puterea lor calorific. Res termice pot fi ageni termici fluizi (aer cald, gaze de ardere, gaze de proces, abur uzat, condensat, etc) sau substane solide (laminate, piese i materiale tratate termic, cocs fierbinte, zgur, etc). Ele se caracterizeaz prin nivelul de temperatur cu care ies din conturul de bilan, dar i prin capacitatea de a transfera aceast cldur sensibil sau latent unui alt mediu. Res de suprapresiune sunt n general gaze avnd o presiune mai mare dect presiunea atmosferic, deci un coninut de energie potenial. Res cinetice sunt cunoscute i sub denumirea de volani sau mase ineriale frnate. Resursele energetice secundare care ies dintr-un contur de bilan oarecare pot cumula mai multe astfel de caracteristici. De exemplu, un flux de gaze evacuat dintr-o instalaie poate avea n compoziia sa elemente combustibile (metan, hidrogen, oxid de carbon, etc), dar n acelai timp poate avea o temperatura i eventual o presiune mai mari dect acelea ale mediului ambiant.

20


2.4

INDICAII METODOLOGICE BILANURILOR ENERGETICE

PRIVIND

NTOCMIREA

Elaborarea unui bilan energetic comport o anumit structur, al crui model este urmtorul: 1. Definirea conturului. 2. Prezentarea sumar a activitii din interior (procesului tehnologic). 3. Schema fluxului tehnologic. 4. Precizarea caracteristicilor tehnice ale agregatelor i instalaiilor coninute n contur. 5. Prezentarea punctelor i aparatelor de msur (tip, schem, clas de precizie, etc). 6. Fia tip sau buletinul de msurtori. 7. Ecuaia de bilan. 8. Calculul termenilor bilanului (expresii analitice, formule de calcul). 9. Bilanul energetic prezentat sub form de tabel i de diagram Sankey. 10. Analiza bilanului. Att n cazul transformatorilor de energie ct i n cazul consumatorilor finali, eficiena energetic trebuie stabilit pentru ntreg domeniul de variaie al ncrcrii. Msurtorile pentru determinarea performanelor energetice se fac pentru mai multe mrimi ale sarcinii utile a echipamentului sau instalaiei analizate : sarcin nominal; sarcin maxim curent realizat n perioada analizat; sarcin minim curent realizat n perioada analizat; sarcin medie anual pe perioadele de funcionare efectiv.

n cazurile n care nu se pot crea condiiile necesare executrii msurtorilor la sarcinile de mai sus, se aleg cel puin alte trei mrimi ale sarcinii, n limitele domeniului de variaie a acesteia, pentru care se elaboreaz bilanul. Dac echipamentul sau instalaia funcioneaz la o sarcin practic constant pe perioada considerat, bilanul se ntocmete numai pentru aceast unic sarcin. n cazul n care consumurile energetice i eventual produsul activitii desfurate n conturul dat sunt influenate sensibil de anumii factori (caracteristicile materiilor prime, temperatura exterioar, etc), bilanul se ntocmete pentru mai multe valori caracteristice ale acestor parametri (minim, maxim, mediu, normal, etc). n funcie de natura activitii desfurate n interiorul conturului analizat, coninutul de energie al fiecruia dintre termenii bilanului poate fi exprimat n mrime absolut sau n mrime specific, raportat la unitatea n care se exprim

Bilanul energetic

21

volumul activitii. Durata pentru care se va ntocmi bilanul energetic depinde de scopul ntocmirii i este cuprins ntre o or i un an calendaristic sau durata unui ciclu de fabricaie, dac acesta din urm depete un an. Pentru recepia sau omologarea instalaiilor nu se efectueaz dect bilanuri orare sau pe cicluri de funcionare. Determinarea mrimilor necesare elaborrii bilanului se va face pe baza msurtorilor directe. n cazul cnd o mrime nu poate fi determinat direct, dar poate fi dedus cu suficient precizie prin msurarea altor mrimi, se admite s se aplice metoda determinrilor indirecte. Unele elemente ale bilanului pe partea de intrri sau pe partea de ieiri pot fi neglijate, dac determinarea lor comport dificulti apreciabile i reprezint mai puin de 1% din totalul energiei intrate respectiv ieite. Aparatele folosite pentru msurtori trebuie s se afle n interiorul termenelor obligatorii de verificare metrologic stabilite prin normativele n vigoare. Msurtorile de omologare i de recepie ale echipamentelor (respectiv instalaiilor) se vor executa cu aparate de msur cu o clas de precizie superioar, de regul maximum 0,5. Valorile parametrilor tehnologici i energetici caracteristici procesului analizat n timpul efecturii msurtorilor, ct i evenimentele aprute n perioada msurtorilor se vor consemna n fiele sau n buletinele de msurtori. Elementele bilanului energetic se vor prezenta att sub form tabelar ct i sub forma uneia sau mai multor diagrame Sankey. Limita maxim de eroare, exprimat prin valoarea absolut a diferenei ntre totalul intrrilor i totalul ieirilor mprit la totalul intrrilor, nu va depi : a. 2,5%, n cazul bilanurilor n care principalele mrimi sunt determinate prin msurtori directe (metoda recomandat); b. 5%, n cazul bilanurilor n care unele mrimi nu pot fi msurate direct, dar pot fi deduse cu suficient precizie prin msurarea altor mrimi (determinare indirect). La elaborarea bilanurilor energetice este recomandabil utilizarea unitilor de msur legale (n cazul Romniei cele din sistemul internaional), prevzute n standardele n vigoare, dar decizia final aparine beneficiarului auditului. n final trebuie amintit faptul c, n conformitate cu articolul 1 din Anexa.1 la Ordinul MIR nr. 245/20.06.2002, bilanurile energetice vor fi ntocmite numai de persoane fizice i juridice autorizate. Calitatea de auditor energetic se dovedete printr-o autorizaie care atest competena tehnic a persoanelor care efectueaz bilanuri energetice n Romnia. Autorizaia se obine de la Comisia de autorizare a auditorilor energetici, comisie care funcioneaz n cadrul ARCE. Conform Anexei 1 din ordinul MIR 245/20.06.2002 se definesc 3 clase i trei tipuri de bilanuri energetice, definite n funcie de puterea maxim termic sau electric consumat.

22


Tabelul 2.1 Clase i tipuri de bilanuri energeticeClasa Electroenergetic A B C P P31 > P32 P32 = P11 - P1 - P2 - P3 (3.2) (3.3) (3.1)

Relaiile de mai sus descriu bilanul energetic al motorului (k = 1), al sistemului de adaptare i transmisie (k = 2), al mainii antrenate (k = 3) i al ansamblului. Pentru fiecare dintre cele trei componente ale ansamblului, Pk1 este puterea sau energia intrat sau consumat iar Pk2 este puterea sau energia ieit sau util. Diferena Pk = (Pk1 - Pk2) reprezint pierderea de putere sau de energie aferent fiecreia dintre cele trei componente ale ansamblului. Randamentul energetic al fiecreia dintre componentele ansamblului k depinde de tipul i caracteristicile componentei respective. Motorul poate fi termic (turbin cu abur, turbin cu gaze, motor cu ardere intern) sau electric. Sistemul de adaptare/transmisie poate fi un cuplaj rigid sau elastic, un multiplicator sau un reductor de turaie, un sistem biel-manivel, etc. Mainile antrenate prezint o mare diversitate, ns pot fi clasificate n funcie de tipul micrii, care poate fi rotativ sau linear. De asemenea, n instalaiile industriale moderne pot fi ntlnite ansambluri formate dintr-un singur motor i o singur main antrenat i sisteme alctuite din mai multe maini antrenate i mai multe motoare de antrenare (staii de pompe, staii de compresoare, etc). Sistemul alctuit din motor, sistemul de adaptare i transmisie a micrii i maina antrenat nu funcioneaz de obicei numai la o singur sarcin, ci ntr-un domeniu limitat de o sarcin minim i una maxim. Mainile antrenate cele mai rspndite

Principalele tipuri de echipamente energetice

45

n instalaiile industriale sunt mainile rotative de tipul pompelor, ventilatoarelor i compresoarelor. Caracteristica unei astfel de maini este exprimat cu ajutorul relaiei ntre debitul D i nlimea de pompare necesar p, relaie de tip polinomial : p a + bD + cD2 + (3.4) unde a, b, c sunt constante pentru o main dat, funcionnd la o anumit turaie. Randamentul energetic al acestor maini depinde la rndul su de debitul pompat i de turaie. Aceste corelri sunt determinate de ctre constructor sau furnizor i fac parte din documentaia transmis de ctre acetia beneficiarilor. 3.2 SCHIMBTOARE DE CLDUR

n instalaiile industriale, procesele de transfer de cldur pot avea loc prin suprafa sau prin contact direct. Schimbtoarele de cldur prin suprafa sunt aparate statice n care evolueaz dou fluide (cunoscute i sub denumirea de ageni termici), dintre care unul cedeaz iar cellalt primete un flux de cldur. Schimbul de cldur este intermediat de un perete despritor, care poate fi alctuit din materiale diferite i poate avea diverse forme i configuraii. Peretele mpiedic contactul direct ntre agenii termici i prin urmare transferul de substan ntre acetia. Peretele despritor asigur i separarea hidraulic ntre circuitele prin care evolueaz cele dou fluide. Schimbtoarele de cldur prin contact direct constitue a doua categorie de aparate, care prezint o mai mare diversitate de tipuri constructive. Contactul ntre agenii termici nu duce n mod obligatoriu la amestecul acestora, ci doar la un schimb de mas ntr-un singur sens, avnd o pondere limitat sub aspect cantitativ i aceasta numai n cazurile n care sunt ndeplinite condiiile care stimuleaz schimbul respectiv (existena unui gradient activ de concentraie, cei doi ageni sunt faze diferite ale aceleai substane, etc). Un schimbtor de cldur este proiectat pentru o anumit situaie, caracterizat prin cte un debit, o temperatur de intrare i o temperatur de ieire pentru fiecare dintre cei doi ageni termici. Pentru aceast situaie se calculeaz coeficientul global de schimb de cldur cu ajutorul cruia se determin prin calcul suprafaa de schimb de cldur necesar i deci dimensiunile aparatului. Aceast situaie este cunoscut ca regim nominal sau regim de calcul. Toate celelalte regimuri n care se poate gsi aparatul pentru o anumit perioad de timp sunt considerate regimuri nenominale. Bilanul termic i condiia de transfer a cldurii pentru oricare regim sunt exprimate cu ajutorul relaiilor urmtoare : Q1 = D1(h11 - h12) Q2 = D2(h22 - h21) Qx = kStmd (3.5) (3.6) (3.7)

46


Q2 = scQ1

(3.8)

Q1 este cantitatea de cldur sau puterea termic cedat de agentul termic primar, Q2 este cantitatea de cldur sau puterea termic preluat de agentul termic secundar, iar Qx este cantitatea de cldur transmis prin intermediul peretelui despritor. Cantitile de cldur schimbate sunt exprimate cu ajutorul entalpiilor specifice ale fiecruia dintre cei doi ageni termic i anume hij, i = 1 pentru agentul termic primar, i = 2 pentru agentul termic secundar, j = 1 pentru seciunea de intrare n aparat iar j = 2 pentru seciunea de ieire din aparatul schimbtor de cldur. Indicatorul de performan energetic de tip cantitativ caracteristic unui schimbtor de cldur este coeficientul de reinere a cldurii sc, care arat ct din cldura cedat de agentul termic primar se pierde i ct este preluat de ctre agentul termic secundar. Ponderea pierderilor de cldur n raport cu cantitatea de cldur cedat de ctre agentul termic primar este influenat semnificativ de nivelul de temperatur la care are loc transferul de cldur, de grosimea izolaiei termice, de mrimea coeficientului global de schimb de cldur i de tipul constructiv al aparatului (mai mult sau mai puin compact). Coeficientul de reinere a cldurii este n fapt un mod de exprimare a bilanului energetic al aparatului n mrimi relative. Funcionarea unui schimbtor de cldur prin suprafa n regimuri nenominale stabilizate poate fi estimat cu ajutorul metodei - NTU, care presupune cunoaterea funciei = f (NTU, z, configuraia de curgere) pentru tipul de schimbtor analizat : NTU = kS/Wmin z = Wmin/Wmax < 1 (3.9) (3.10)

Eficiena termic a unui schimbtor de cldur este o caracteristic individual a aparatului, caracterizat printr-o anumit concepie constructiv i o anumit schem de circulaie a agenilor termici. Suprafaa de schimb de cldur S este singurul invariant din aceste relaii, aproape toate celelalte mrimi modificndu-se mai mult sau mai puin la funcionarea ntr-un regim nenominal oarecare. n diverse tratate de specialitate funcia = f (NTU, z, configuraia de curgere) este de obicei disponibil sub form grafic, expresia sa analitic fiind disponibil numai pentru configuraiile fundamentale de curgere (echicurent i contracurent). Dac premizele pe baza crora un anumit regim de funcionare este considerat nenominal sunt legate de abaterea cel puin a unuia dintre parametrii (debit i/sau temperatur), consecina unui astfel de regim este n mod necesar modificarea coeficientului de reinere a cldurii i deci a structurii bilanului energetic al aparatului.


47

3.3

CAZANE RECUPERATOARE

n literatura de specialitate, cazanele recuperatoare sunt definite n diferite feluri, n funcie de natura resursei energetice recuperabile valorificate pentru producerea cldurii. Dac resursa energetic valorificat este una combustibil, cazanele recuperatoare nu se deosebesc de cele convenionale, care consum combustibili fosili solizi, lichizi i gazoi. Bilanul energetic al acestora este n principiu identic. Dac resursa energetic recuperat este una termic, sub forma gazelor de ardere sau de proces, atunci cazanul recuperator nu este dotat cu instalaie de ardere. Aceast categorie de cazane recuperatoare sunt n marea lor majoritate agregate alctuite din una sau mai multe suprafee de schimb de cldur, nseriate pe partea ambilor ageni termici. Ele se calculeaz i se comport ca un ansamblu alctuit din mai multe schimbtoare de cldur nseriate. Cazanele recuperatoare mixte, care valorific potenialul unei resurse energetice secundare termice dar sunt dotate i cu instalaii de ardere suplimentar, care nu intervine dect n anumite situaii, se vor comporta n mod diferit n cele dou situaii. Astfel, n absena arderii suplimentare ele vor fi simple schimbtoare de cldur. n cazul arderii suplimentare, ele se vor comporta la fel ca i cazanele convenionale care consum acelai tip de combustibil. Diferenele importante ntre aceste cazane recuperatoare i cazanele convenionale sunt de natur constructiv. Sub aspectul bilanului termic, diferena este determinat doar de natura comburantului (oxigen existent n exces n gazele de ardere sau de proces sau oxigen aflat n compoziia aerului introdus special n acest scop). 3.4 CAZANE ENERGETICE CONVENIONALE DE ABUR I AP FIERBINTE

Cazanele convenionale sunt cele care consum combustibili gazoi, lichizi sau solizi, fiind deci dotate cu un focar i cu celelalte instalaii necesare pentru prepararea combustibilului i aerului de ardere, ardere i evacuarea tuturor produselor rezultate n urma arderii. Principalul produs al arderii, gazele de ardere, constituie agentul termic primar care cedeaz o mare parte din cldura lor sensibil agentului termic secundar, care este dup caz apa sau aburul. Transferul de cldur are loc prin intermediul mai multor suprafee de schimb de cldur nseriate. Agregatul are n componena sa dou mari subsisteme : circuitul ap - abur (traseul fluidului de lucru); circuitul aer - combustibil - gaze de ardere (traseul agentului termic primar).

Performanele energetice ale unui cazan de abur sau de ap fierbinte sunt determinate de cel de-al doilea circuit, deoarece aici au loc fenomenele care influeneaz semnificativ principalele pierderi de energie. Concepia i funcionarea circuitului combustibil - aer - gaze de ardere are deci o influen

48


determinant asupra randamentului energetic al oricrui cazan. Acesta, notat cu , este definit cu ajutorul expresiei Q1 = QC, unde QC reprezint consumul de energie primar (cantitatea de cldur coninut de combustibilul consumat sub form de putere calorific) iar Q1 reprezint cantitatea de cldur util, preluat sub form de cldur sensibil i/sau latent de ctre debitul de abur sau ap fierbinte produs de cazan. Un cazan energetic poate prezenta ase categorii de pierderi energetice legate de traseul combustibil - aer - gaze de ardere i anume : pierderi prin cldura sensibil a gazelor de ardere evacuate din cazan Q2; pierderi datorate imperfeciunii reaciei de ardere a combustibilului Q3, al crui efect const n reducerea cldurii dezvoltate prin ardere i a cror mrime este proporional cu concentraia i cu puterea calorific a unora dintre componentele amestecului de gaze de ardere (CO, H2, CH4, etc); pierderi asociate particulelor de combustibil solid sau lichid nearse sau arse incomplect Q4, care fie au czut n plnia focarului i au fost evacuate mpreun cu zgura, fie s-au lipit de suprafeele de schimb de cldur, fie au fost antrenate de gazele de ardere evacuate din cazan; pierderi de cldur prin perei n mediul ambiant Q5; pierderi prin cldura sensibil a zgurii i cenuii evacuate din cazan Q6.

Singura pierdere de cldur asociat circuitului ap - abur este pierderea prin cldura sensibil a purjei Qpj. Trebuie precizat faptul c nu toate cazanele de abur se purjeaz. Bilanul energetic al cazanului poate fi deci exprimat prin relaia : QC = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Qpj (3.11) Dac termenul principal Q1 include i cantitatea de cldur coninut de purja cazanului, el este considerat efectul util brut iar randamentul calculat cu relatia = Q1/QC este numit randament brut. Dac suma pierderilor include i cldura coninut de purja cazanului, randamentul energetic al cazanului este considerat net. Termenul Qpj este de obicei puin semnificativ, mrimea sa fiind mai mic dect eroarea admisibil de ntocmire a bilanului. Din acest motiv, el este neglijat n cele mai multe cazuri. Comportarea cazanelor energetice convenionale n alte regimuri de funcionare dect acela de proiect sau de dimensionare depinde de tipul i caracteristicile tehnice ale cazanului, de natura i calitatea energiei primare (compoziia, puterea calorific i structura combustibililor consumai simultan) dar i de modul n care agregatul este exploatat, mai precis de calificarea operatorului i nu n ultimul rnd de calitatea i sensibilitatea sistemului de comand i reglare. Comportarea agregatului de cazan la sarcini nemominale sub aspectul performanei energetice este exprimat prin variaia randamentului energetic al cazanului cu sarcina sa util. Caracteristica energetic a unui cazan de abur sau de ap fierbinte,


49

exprimat n mrimi absolute, este o funcie de forma QC = f(Q1) = Q0 + wQ1, coeficienii Q0 i w depinznd de natura, calitatea i structura combustibilor consumai, de concepia constructiv, de starea tehnic i de calitatea exploatrii cazanului n timpul msurtorilor efectuate n scopul ntocmirii bilanului energetic. Caracteristica energetic a cazanelor poate fi exprimat i n mrimi relative, expresia ei analitic pentru fiecare dintre segmentele care o alctuiesc este urmtoarea : z = q + x(1 - q)max

(3.12)max

unde z = QC/QC este consumul relativ de energie primar iar x = Q1/Q1 este sarcina util relativ a cazanului. Consumul relativ de mers n gol q = Q0/QCmax = zmin corespunde situaiei teoretice n care debitul de abur sau de ap fierbinte este egal cu zero. Pentru domeniul de sarcin util corespunztor unui singur segment aflat n alctuirea caracteristicii energetice, variaia randamentului cazanului n funcie de sarcina sa util relativ x poate fi exprimat cu ajutorul relaiei : = Q1/QC max = Q1max/QCmax = maxx/((q + x(1 - q)). (3.13) (3.14) (3.15)

Trebuie precizat faptul c, n cele mai multe cazuri, caracteristica energetic determinat cu ajutorul valorilor obinute prin msurtori n intervalul cuprins ntre ncrcarea maxim i minimul tehnic, este format dintr-un singur segment de dreapt. Consumul relativ de mers n gol q poate fi cuprins ntre 0 i 0,1 valoarea sa fiind sensibil la calitatea reglajul sarcinii, n special a raportului aer - combustibil, care determin practic alura caracteristicii energetice i deci performanele tehnice ale cazanului. Aceste concluzii sunt valabile i pentru cazanele de ap fierbinte, a cror caracteristic energetic este alctuit n general din dou segmente de dreapt. Acest fapt se datoreaz n special lrgimii mai mari a domeniului de funcionare. Ele sunt concepute n aa fel nct randamentul lor energetic s fie maxim la o sarcin parial. 3.5 TURBINE CU ABUR

Principial, turbinele energetice cu abur sunt de dou feluri, axiale i radiale. n centralele electrice de termoficare proprii ale ntreprinderilor industriale pot fi ntlnite n special turbine cu abur de tip axial, fie cu condensaie pur, fie cu condensaie i una sau dou prize reglabile, fie cu contrapresiune i una sau dou prize reglabile. Indiferent de tipul turbinelor axiale instalate n CET-urile proprii, toate aceste maini au n comun domeniul limitat superior al puterii electrice nominale, care nu depete 12 MW. n cele mai multe cazuri, turbinele cu abur n cauz funcioneaz la turaie constant i antreneaz un generator electric sincron.

50


Randamentul intern al oricrei turbine cu abur este determinat de pierderile de energie principale i secundare ale treptei sau grupului de trepte. Pierderile de energie principale (n ajutaje, n palete i prin energia cinetic rezidual) depind n bloc de debitul volumetric de abur prin turbin i de cderea disponibil de entalpie. Pierderile de energie secundare (prin frecri i ventilaie, scpri interne de abur i umiditate) se pot considera independente de sarcin n valoare absolut. n valoare relativ, ele cresc prin urmare hiperbolic cu scderea debitului masic de abur admis. Dac se definete un corp convenional de turbin cu abur ca fiind alctuit dintr-o treapt de reglare i un grup de trepte de presiune nereglate, atunci se poate considera c orice turbin cu abur, cu condensaie sau cu contrapresiune, cu sau fr prize reglabile de termoficare, este alctuit dintr-unul sau mai multe corpuri convenionale. Puterea electric produs la bornele generatorului antrenat de ctre un corp convenional de turbin cu abur, lund n considerare randamentul intern al treptei de reglare iR, randamentul intern al grupului de trepte nereglare iP, randamentul mecanic m i randamentul generatorului electric g, este dat de relaia : P = mg D(HTRiR + HTPiP) (3.16) n relaia de mai sus, D este debitul de intrare n corpul de turbin convenional, HTR este cderea disponibil (teoretic) de entalpie pe treapta de reglare iar HTP este cderea disponibil (teoretic) de entalpie pe grupul treptelor de presiune nereglate. Att la sarcina de calcul (nominal), ct i la sarcinile nenominale, randamentul intern al corpului de turbin convenional rezult prin nsumarea ponderat a efectelor treptei de reglare i grupului treptelor nereglate. Randamentul intern al ntregii turbine se determin prin nsumarea efectelor fiecrui corp convenional. Performanele turbogeneratorului la funcionarea n regim nominal i nenominal sunt influenate de urmtorii factori : debitele de abur extrase din turbin prin prizele reglabile i regenerative; modul de reglare a prizelor reglabile; modul de reglare a sarcinii turbinei cu abur; parametrii iniiali i finali ai aburului; factorul de recuperare datorat deplasrii destinderii n sensul creterii entropiei.

Caracteristica energetic putere termica intrat n ciclu (la cazanul de abur) putere electric la borne are o alur net linear i caracterizeaz procesul de conversie termoelectric n ntregime dar global, fr posibilitatea separrii efectelor fiecruia dintre factorii de influen. Acest tip de caracteristic este potrivit legturii de tip bloc ntre un cazan i o turbin. Pentru turbinele de abur alimentate dintr-o bar colectoare comun pe care debiteaz mai multe cazane de abur, indiferent de tipul lor (cu condensaie pur, cu condensaie i una sau mai


51

multe prize reglabile, cu contrapresiune i una sau mai multe prize reglabile, etc), este recomandabil caracteristica energetic de tipul debit abur - putere la borne. Acest tip de caracteristic nu mai are din pcate o alur net linear. Pierderile de energie mecanic asociate mainii (Pmg), exprimate prin produsul ntre randamentul mecanic i randamentul generatorului electric sunt mai greu de determinat prin msurtori. Prelucrarea statistic a caracteristicilor turbinelor cu abur cu condensaie a condus la stabilirea unei legturi ntre puterea unitar nominal la borne i randamentele turbogeneratorului. Astfel, pentru 5 < Pn < 100 MW randamentul mecanic n regim nominal mn i randamentul generatorului electric n regim nominal gn se estimeaz cu relatiile : mn = 0,965 + 0,025x - 0,005x2 gn = 0,935 + 0,045x - 0,01x2

(3.17) (3.18)

unde x = lg(Pn). n lipsa unor date mai precise, recomandate de furnizorul sau de constructorul echipamentelor, pierderile respective pot fi estimate cu ajutorul acestor relaii. Turbinele de condensaie sunt caracterizate prin parametrii ai aburului intrat n turbin i cei ai aburului eapat din turbin la condensator. Turbinele de termoficare sunt caracterizate prin parametrii aburului intrat n turbin, ai aburului extras la priza reglabil sau contrapresiune i ai aburului eapat din corpul de condensaie al unei turbine cu condensaie i priz sau prize reglabile. Capacitatea unei turbine de termoficare poate fi exprimat prin puterea electric maxim la borne ntr-un anumit regim de funcionare i prin sarcina termic maxim sau debitul maxim de abur extras la priza reglabil sau eapat dintr-o turbin cu contrapresiune. Turbinele de termoficare de capacitate medie sau mic potrivite pentru CET avnd schema termic cu bare colectoare sau de ajutor, fr supranclzire intermediar, au parametrii iniiali ai aburului viu 140 bar i 540 C, 90 bar i 510 C, 40 bar i 450 C. 3.6 TURBINE CU GAZE

O instalaie de turbin cu gaze se compune din compresorul de aer, camera de ardere i turbina propriu-zis. Cele trei componente formeaz un ansamblu conceput i furnizat ca atare. Parametrii de funcionare care determin eficiena energetic a unei ITG sunt raportul de comprimare, temperatura maxim a gazelor de ardere (la intrarea n turbin) i turaia. Acestora li se poate aduga existena sau inexistena prenclzirii regenerative a aerului comprimat (recuperarea intern de cldur). Bilanul energetic al unei ITG este exprimat prin relaia : QB = PE + QGE + P + Q (3.19)

52


n relaia de mai sus, QB reprezint puterea sau energia intrat n ciclu cu combustibilul sub forma puterii sale calorifice inferioare sau superioare, PE reprezint puterea sau energia electric produs la bornele generatorului, QGE reprezint cantitatea de cldur preluat de gazele de ardere eapate din turbin, P reprezint pierderile de putere sau de energie mecanic iar Q reprezint pierderile directe de cldur ale agregatului. Randamentul energetic al ITG, care este n acelai timp i randamentul de producere al energiei electrice la borne, se definete prin relaia = PE/QB. Exist dou moduri fundamentale de reglare a sarcinii electrice a ITG, care pot fi combinate sau practicate separat : a. modificarea debitului de combustibil la camera de ardere n condiiile n care debitul de aer aspirat de compresor este determinat numai de temperatura aerului; b. modificarea concomitent i corelat a debitului de combustibil i a debitului de aer n scopul realizrii unei anumite sarcini utile i obinerii unei anumite temperaturi a gazelor eapate din turbin. Termenii bilanului energetic al ITG se pot calcula sau msura. Pentru a calcula puterea produs la borne n fucie de debitul de combustibil sunt necesare valoarile efective ale exponenilor adiabatici n funcie de temperaturile i presiunile la intrare i la ieire a gazelor comprimate sau destinse, valorile randamentelor interne ale CA i TG, randamentul sau pierderile de putere mecanice, randamentul sau pierderile de putere ale generatorului electric i pierderile directe de cldur ale agregatului. n cazul instalaiilor existente, o parte din mrimi se pot msura direct (QB, PE) iar celelalte se pot calcula pe baza datelor msurate. P este singurul termen care nu se poate msura direct i nici nu se poate calcula pe baza datelor obinute din msurtori dect n cazul dotrii agregatului cu aparatur special suplimentar de msur. Acest termen se estimeaz pe seama caracteristicilor stabilite de constructor, coninute n documentaia de nsoire a furniturii. Comportarea ITG la sarcini nenominale poate fi exprimat analitic sau grafic cu ajutorul caracteristicilor energetice. Una dintre variantele caracteristicii energetice a ITG const din relaia : = f(xP) = xP/(a + bxP) (3.20) unde este randamentul electric brut, xP este sarcina electric relativ la borne iar a i b sunt constante numerice corelate astfel nct a + b = 1. Valoarea constantelor este n special determinat de modul de reglare a sarcinii electrice. n principiu, a = 0,15 - 0,3.


53

3.7

MOTOARE CU ARDERE INTERN

Motoarele cu ardere intern (MAI) avute n vedere n acest paragraf sunt cele utilizate pentru antrenarea unor maini consumatoare de lucru mecanic (pompe, ventilatoare, compresoare, generatoare electrice, etc). Motoarele cu ardere intern pentru traciune nu fac obiectul cursului de fa. MAI existente pe pia prezint o mare diversitate sub aspectul capacitii (puterii instalate), ciclului termic (doi timpi

Documents

Bilanturi termoenergetice