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 – ВДВЗ:
ВДВЗ = N / (Qн р · ηДВЗ) (1.1)
та витрату електричної енергії на електропривод насосів:
Wнас = (Qнас · Hнас / ηнас ) · ρ · g (1.2)
- з дисципліни “Тепломасообмінні процеси і установки” відомі формули, що визначають теплову потужність теплообмінних апаратів – QТОА:
QТОА = Gпрод · cпрод · (tвих – tвх) (1.3)
QТОА = DТОА ·/ (iгр.п – iконд) (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:
- простіше запам’ятати і використовувати для практичних цілей значення тиску в резервуарі – 0,5 атм, чим 51000 Па (Н/м2);
- простіше запам’ятати і використовувати для практичних цілей кількість спожитої агрегатом (або власним помешканням) електроенергії у 100 кВт.год/місяць, чим 360000 кДж/місяць;
- 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: QткДж = QткВт.год · 3600 (1.5)
QткВт.год = QткДж / 3600 (1.6)
- для потоку електричної
енергії: WeкДж = WeкВт.год · 3600 (1.7)
WeкВт.год = WeкДж / 3600 (1.8)
У цифровому виразі:
- наприклад, електричний калорифер спожив 10,0 кВт.год електричної енергії (WeкВт.год= 10,0 кВт.год), це означає, що він спожив 36000 кДж електричної енергії (WeкДж=36000 кДж);
- наприклад, теплообмінник спожив 2000 кДж теплової енергії (QткДж = 2000 кДж), це означає, що він спожив 0,56 кВт.год теплової енергії (QткВт.год = 0,56 кВт.год).
Формули для перерахунку одиниць виміру кількості теплової енергії “ккал” і “кДж” теж прості:
Qтккал = QткДж / 4,19 (1.9)
QткДж = Qтккал · 4,19 (1.10)
Наприклад, електричний калорифер виробив 10,0 ккал теплової енергії (Qтккал = 10 ккал), це означає, що він виробив 41,9 кДж теплової енергії (QткДж = 41,9 кДж).
Наприклад, теплообмінник спожив 2000 кДж теплової енергії (QткДж = 2000 кДж), це означає, що він спожив 477,3 ккал теплової енергії (QткДж= 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 – τрозр. Розмірність τрозр різна, у залежності від визначеного періоду використання або вироблення енергії. Наприклад,
- для періоду “година”, τрозр має розмірність год/год;
- для періоду “доба”, τрозр має розмірність год/добу;
- для періоду“місяць” τрозр має розмірність год/місяць.
Співвідношення між потужністю (наприклад, N) і кількістю (наприклад, Nτ ) енергії визначається формулами:
Nτ = N · τрозр (1.11)
N = Nτ/ τрозр (1.12)
де:
N– потужність агрегату (установки), кВт, Гкал/год. Визначається за відомими з навчальних курсів дисциплінами;
Nτ– кількість енергії, що спожита (або вироблена) агрегатом (установкою) протягом розрахункового терміну експлуатації, кВт.год/год, кВт.год/добу, Гкал/добу:
τрозр– 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 Qτ= 7200 Гкал/міс, див. ф-лу (1.11): Qτ=10Гкал/год·720год/міс = 7200Гкал/міс, або 8373,6 МВт·год/міс.
- Енергетична установка (компресор) за один місяць спожив електричної енергії в кількості Wτ = 80000 кВт.год/міс. Середня за місяць експлуатаційна потужність компресора становила W = 11,1 кВт, див. ф-лу (1.12): W = = 8000кВт.год/міс / 720год/міс = 11,1кВт.
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 – Wспож, кВт.год/ доб, визначається за формулою:
Wспож = eтехн· AПП (1.13)
де:
eтехн – питома витрата електричної енергії на одиницю продукції, виробленої об’єктом, кВт.год/ т прод;
AПП – добова виробнича потужність промислового підприємства (об’єкту енергоспоживання), т прод/добу.
- добовий обсяг споживання теплової енергії об’єктом– Qспож, МДж/доб, (Мкал/ доб), визначається за формулою:
Qспож = qтехн· AПП (1.14)
де:
qтехн – питома витрата теплової енергії на одиницю продукції, МДж/т прод, (ккал/т прод);
- добовий обсяг споживання палива – Bспож, т/добу (тис. м3/добу), визначається за формулою:
Bспож = bтехн·AПП (1.15)
де:
bтехн – 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 = 3,6·10-3 ГДж = 3,6 МДж = 859,2·10-6 Гкал = 122,74·10-6т у.п.
1,0 ГДж = 277,8 кВт·год = 238,67·10-3 Гкал = 34,09·10-3 т у.п.
1,0 МДж = 0,278 кВт·год = 238,67·10-6 Гкал = 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 = 7000 ккал = 7,0 Гкал
Еквіваленти перерахунку умовного палива в натуральні види палива та в енергоресурси наступні:
| Умовне паливо | Натуральне паливо / Енергорресурс | Кількість Натурального палива / Енергоресурсу |
| 1 т у.п. | Природний газ | 0,870 тис.м3 |
| 1 т у.п. | Вугілля | 1,000 т |
| 1 т у.п. | Мазут | 0,690 т |
| 1 т у.п. | Бензин | 0,671 т |
| 1 т у.п. | Дизельне паливо | 0,690 т |
| 1 т у.п. | Гас | 0,680 т |
| 1 т у.п. | Теплова енергія | 7,000 Гкал |
| 1 т у.п. | Електрична енергія | 8147,30 кВт·год |