Одиниці виміру та співвідношення кількості та потужності енергії

З попередніх навчальних дисциплін вам відомі розра­хун­кові фор­мули, що визначають витрату ПЕР на реалізацію процесів та на функціонування машин, агрегатів та енергетичних установок, а саме: відцентрових насосів, пароге­не­ра­то­рів, турбін, ДВЗ, холодильних установок, котельних, КЕС, ТЕЦ, ГТУ.

Використання таких формул не становить розу­мових труднощів, оскільки їх стру­ктура достатньо проста, на­при­­клад:

- з дисципліни “Нагнітачі та теплові двигуни” відомі формули, що визначають витрату палива на ДВЗ – В_ДВЗ:

В_ДВЗ = N / (Q_н ^р · η_ДВЗ) (1.1)

та витрату електричної енергії на електропривод насосів:

W_нас = (Q_нас · H_нас / η_нас ) · ρ · g (1.2)

- з дисципліни “Тепломасообмінні процеси і установки” відомі формули, що визначають теплову потужність теплообмінних апа­ратів – Q_ТОА:

Q_ТОА = G_прод · c_прод · (t_вих – t_вх) (1.3)

Q_ТОА = D_ТОА ·/ (i_гр.п – i_конд) (1.4)

- тощо.

Особливістю наведених формул є те, що вони не мають циф­ро­вих коефіці­єн­тів у своїх структурах. Відсутність цифрових коефіцієнтів в стру­ктурі фор­мул с­від­чить, що всі параметри цих формулах належать до єдиної для системи вимірів. Тільки за такої умови за такими формулами можна одер­жа­ти істинне зна­чен­ня вит­рати ПЕР і застосувати їх у подальших своїх діях у напряму енергозбереження.

В реальному житті вимірювання експлуатаційних пара­метрів проце­сів, машин, агрегатів, установок здійснюється в різних системах вимірювання. Такий стан є зручним тому, що спрощує сприй­няття виробничих ситуацій і накопичення в пам’яті технічної інформації:

o простіше запам’ятати і використовувати для практичних цілей значення тиску в резервуарі – 0,5 атм, чим 51000 Па (Н/м²);

o простіше запам’ятати і використовувати для практичних цілей кількість спожитої агрегатом (або власним помешканням) електроенергії у 100 кВт.год/місяць, чим 360000 кДж/місяць;

o тощо.

Слід засвоїти спів­від­ношеня між системними і позасистемними одиницями ви­мі­ру потоків енергії, а саме між “кДж” і “ккал”, і “кДж” і “кВт·год”.

Засвоївши ці співвідношення, які мають вигляд числових коефіцієнтів, ви змо­жете користуватися навчальними формулами “вставивши” в них ці ко­ефі­ці­єн­ти і визначати обсяги енергоресурсів.

Так, загально прийнято використовувати в енергетиці (в тепло – та електро­енер­­гетиці) позасистемну одиницю виміру кількості енергії – “кВт.год”.

Одиниця виміру “кВт.год” це по суті “кДж”, збільшений для спрощення користування, у 3600 разів. Логіка формування цієї одиниці виміру наступна: 1,0 кВт.год = 1,0 (кДж/с)·год = 1,0 (кДж/с)·3600 с. Після взаємного скорочення “с” в чисельнику та знаменнику одержуємо “кДж”.

Таким чином, одна кВт.год енергії – дорівнює 3600 кДж енергії. При чому, не­за­лежно, здійснюється вимір теплової чи електричної енергії.

Формули перерахунку кількості “кДж” в кількість “кВт.год” достатньо прості і їх потрібно запа­м’я­тати:

- для потоку теплоти: Q_т^кДж = Q_т^{кВт.год} · 3600 (1.5)

Q_т^{кВт.год} = Q_т^кДж / 3600 (1.6)

- для потоку електричної

енергії: W_e^кДж = W_e^{кВт.год} · 3600 (1.7)

W_e^{кВт.год} = W_e^кДж / 3600 (1.8)

У цифровому виразі:

- наприклад, електричний калорифер спожив 10,0 кВт.год електричної енергії (W_e^{кВт.год}= 10,0 кВт.год), це означає, що він спожив 36000 кДж електричної енергії (W_e^кДж=36000 кДж);

- наприклад, теплообмінник спожив 2000 кДж теплової енергії (Q_т^кДж = 2000 кДж), це означає, що він спожив 0,56 кВт.год теплової енергії (Q_т^{кВт.год} = 0,56 кВт.год).

Формули для перерахунку одиниць виміру кількості теплової енергії “ккал” і “кДж” теж прості:

Q_т^ккал = Q_т^кДж / 4,19 (1.9)

Q_т^кДж = Q_т^ккал · 4,19 (1.10)

Наприклад, електричний калорифер виробив 10,0 ккал теплової енергії (Q_т^ккал = 10 ккал), це означає, що він виробив 41,9 кДж теплової енергії (Q_т^кДж = 41,9 кДж).

Наприклад, теплообмінник спожив 2000 кДж теплової енергії (Q_т^кДж = 2000 кДж), це означає, що він спожив 477,3 ккал теплової енергії (Q_т^кДж= 477,3 ккал).

Наведені вище співвідношеня не потребували би запам’ятовування, якби не мали виключно важливого значення у плані представлення обсягів енерго­носіїв у промисловості. У промисловості діють великі, у порівнянні з годиною, тер­мі­ни споживання (вироблення) енергоресурсів, а саме: доба, місяць, рік.

Обсяги виробленої та спожитої енергії, прив’язані до вищенаведених позасистемних часо­вих термінів, мать вигляд “кВт.год/добу”, Гкал/міс, МВт.год/рік, тощо.

То­му фахівцю з енергозбереження потрібно знати числові коефіцієнти, які по­т­ріб­но підставляти у формули зразка 1.1–1.4, щоб одержати про­мислові, а не навчальні, значення обсягів енергоспоживання або вироблення енер­горе­сур­сів.

Невід’ємним поняттям для діяльності в сфері енергозбереження є поняття кіль­­кості (обсягу) вико­ристаної (або виробленої) енергії протягом певного часу (тер­міну). По­няття кількості (обсягу) енергії викорис­товується у методології визначення обсягів за­купівлі енергоресурсів та показ­ників економічної ефективності робіт з енер­го­збере­жен­ня.

Термінами використання енергоресурсів загально визнано годину, добу, мі­сяць та рік. Умовним позначенням терміну використання енергії, як правило, є грець­ка лі­тера – τ_розр. Розмірність τ_розр різна, у залежності від визначеного періоду вико­рис­тан­ня або вироблення енергії. Наприклад,

1. для періоду “година”, τ_розр має розмірність год/год;

2. для періоду “доба”, τ_розр має розмірність год/добу;

3. для періоду“місяць” τ_розр має розмірність год/місяць.

Співвідношення між потужністю (наприклад, N) і кількістю (наприклад, N_τ ) енергії визначається формулами:

N_τ = N · τ_розр (1.11)

N = N_τ/ τ_розр (1.12)

де:

N– потужність агрегату (установки), кВт, Гкал/год. Визначається за відомими з навчальних курсів дисциплінами;

N_τ– кількість енергії, що спожита (або вироблена) агрегатом (установкою) про­тягом розрахункового терміну експлуатації, кВт.год/год, кВт.год/добу, Гкал/добу:

τ_розр– розрахунковий термін експлуатації агрегату (установки), год/год, 24 год/ добу, 720 год/місяць, 8760 год/рік, Гкал/добу, Гкал/міс, Гкал/рік.

Наприклад:

- Енергетична установка (котельна) має теплову потужність з відпуску теплової енергії Q = 10 Гкал/год (або 11,63 МВт(т). За один місяць котельна від­­­пус­тить споживачам теплову енергію в кількості Q_τ= 7200 Гкал/міс, див. ф-лу (1.11): Q_τ=10_{Гкал/год}·720_{год/міс} = 7200_{Гкал/міс}, або 8373,6 МВт·год­/міс.

- Енергетична установка (компресор) за один місяць спожив електричної енергії в кількості W_τ = 80000 кВт.год/міс. Середня за місяць експлуатаційна потужність компресора становила W = 11,1 кВт, див. ф-лу (1.12): W = = 8000_{кВт.год/міс} / 720_{год/міс} = 11,1_кВт.

Для промислових підприємств, що споживають різні види ПЕР, добові обсяги їх споживання у відповідності до кожного виду ПЕР визначається таким чином:

- добовий обсяг споживання електричної енергії об’єктом – W_спож, кВт.год/ доб, визначається за формулою:

W_спож = e_техн· A_ПП (1.13)

де:

e_техн – питома витрата електричної енергії на одиницю продукції, виробленої об’єктом, кВт.год/ т прод;

A_ПП – добова виробнича потужність промислового підприємства (об’єкту енергоспоживання), т прод/добу.

- добовий обсяг споживання теплової енергії об’єктом– Q_спож, МДж/доб, (Мкал/ доб), визначається за форму­лою:

Q_спож = q_техн· A_ПП (1.14)

де:

q_техн – питома витрата теплової енергії на одиницю продукції, МДж/т прод, (ккал/т прод);

- добовий обсяг споживання палива – B_спож, т/добу (тис. м³/добу), визначається за формулою:

B_спож = b_техн·A_ПП (1.15)

де:

b_техн – питома витрата палива на одиницю продукції, т /т прод, (м³т прод);

Нижче, наведено співідношення між енергетичними параметрами, вико­рис­­тан­ня яких суттєво полегшить практичну роботу з енергозбереження.

1,0 кВт·год = 3,6 МДж = 859,2·10^-6 Гкал = 122,74·10^-6т у.п.

1,0 МДж = 0,278 кВт·год = 238,67·10^-6 Гкал т= 34,09·10^-6 т у.п.

1,0Гкал = 1163,87 кВт·год =4190МДж = 142,85·10^-3 т у.п.

1,0 т у.п. = 8147,30 кВт·год = 29334,12 МДж = 7,0 Гкал

Еквіваленти перерахунку умовного палива в натуральні види палива та енер­гію наступні: