Auditing to the Cutting Edge
Larry Good, Good Consulting, Washington Grove, MD, AEE vice-president
Phil Wirdzek, US Environmental Protection Agency (US EPA), Washington DC
Energy Engineering, v.96., No.5., 1999

Перевод выполнен компанией Экологические системы

Оборудование? Предприятие? Здание? Студенческий городок? Жилой район? Поселок? Область? Что можно подвергать аудиту и что нуждается в совершенствовании? Решает ли это профессионал в области энергоменеджмента или сам заказчик?

В последние пару десятков лет, профессионалы-энергетики оценивали использование энергии, как соотношение денежных затрат на энергоснабжение с приемлемым уровнем энергоиспользования. Традиции, профессиональный опыт и знания были ограничены больше бюджетом, чем каким-то иным критерием энергоэффективности.

на данный момент энергия и экологичность тесно связаны. В будущем, эффективный энергоменеджмент будет немыслим без учета этих отношений. И наоборот, экологическая защита не есть без анализа производства энергии, распределения энергии и использования энергии. В конце концов, две могучие федеральные организации, Агентство Экологической протекции США (US EPA) и Министерство Энергетики США (US DOE) договорились о взаимодействии и изменили национальную энергетическую политику. Их усилия оказались плодотворными.

Конференция в Киото, жесткие погодные условия, кислотные дожди, озонное обеднение и смог - не только в пределах города, но и по всему миру (например, в Китае) - все это побуждает и направляет общественное мнение в сторону озеленения жизни. Возьмите, например, Пенсильванию, штат, успех которого зависит от его угольных запасов. Не страдая избытком возобновляемых ресурсов, Пенсильвания опережает Калифорнию в производстве зеленой электроэнергии. Пенсильванцы даже рекомендуют другим штатам искать пути к улучшению экологического здоровья Америки. Часто мы встречаем города и штаты, содействующие экологическим выгодам привлечения бизнеса и стимулирования экономического развития.

Эти реалии сейчас так распространены, что финансирование экологических решений уже входит в повседневность. Эти решения так же не понимаются или осознаются потребителями, но такое финансирование уже существует. Оно порождено налогоплательщиками и бизнесом. Возьмите, к примеру, свободный транзитный проезд через районы со смогом (например, в Вашингтоне, округ Колумбия) и отдаленные от жилья автомобильные трассы в большинстве американских городов. Все это делается в целях уменьшения грязи воздуха, связанных с ней болезней и потери трудоспособности. Затраты на это являются прямым результатом выбора потребителей энергии.

Эти примеры являются сигналом. Экологические требования становятся фактором в уравнениях эффективности. Профессионалы в сфере энергоменеджмента готовят свой ответ. Они формируют требования для краеугольных аудитов, которые больше, чем просто энергоанализ в стандартном представлении. Выживание в бизнесе энергоменеджмента уже требует более широкой перспективы. Достаточно посмотреть на рекламные листки национальных и интернациональных корпораций, которые восхваляют экологические качества своей продукции и даже свои рабочие места, которые чище, чем у конкурентов.

Мы богаты выбором технологии, документированным опытом и знаниями по созданию систем, которые могут дать большие сбережения. но экономически выгодные связи м. специфическими проблемами и конкретными решениями не так то легко создать. Одни решения имеют более широкое применение, чем другие. Во всех случаях, успех требует широкой перспективы, образно говоря, выхода за рамки обычных представлений.

Так что, учитывая новые требования потребителей, каким же должен быть аудит? Энергетический баланс

Запросы заказчиков вынуждают энергоменеджеров искать далеко идущие решения. Что происходит, кроме движения электронов и теплоты? Что такое, собственно говоря, энергоснабжение предприятие?

Давайте изучим границы проекта. Мысленно проведем пунктирную линию вокруг целей проекта. Что отделит эта граница? Холодильник? HVAC систему? Все предприятие? Группу предприятий? Что-то так же больше?

Для понимания, сначала изучим один объект, например, холодильник ( .

Стрелки внутри пунктирной границы указывают на поступление энергии извне, а стрелки наружу - на выход энергии. Электричество служит для работы двигателя, тепло выходит через охлаждаемую воду. Холод является полезным выходом холодильника, но обычно тепло анализируется как бесполезное и неучтенное. Все внимание обращено на киловатты на тонну холода. Отвергнутое тепло обычно не учитывается, как потери в анализе холодильника.

Как сбалансировать то, что происходит? Отметим, что тепло и холод - это просто различные термины, описывающие одни и те же потоки энергии. Они имеют равную величину и противоположный знак, который определяет направление стрелок на границе. Потерянное тепло - это потерянная энергия.

Сделаем следующий шаг: изучим проект HVAC (обогрев + вентиляция + кондиционирование) системы (2.).

Холодильная машина ( получает электроэнергию и подает холод в систему кондиционирования. Электроэнергия также нужна для работы системы вентиляции, где часть воздушного потока может быть использована для отбора побочного тепла от холодильной машины и подачи его в систему отопления (где основным источником является электроэнергия).

В этой схеме хорошо реализуется синергия ( .

Найдем возможности для использования вторичных энергетических потоков в потребление энергии с пользой. При благоприятных условиях, воздух охлаждения с низкой энтальпией может быть направлен на испарительное охлаждение в градирне для понижения температуры конденсируемой воды и киловатт на тонну. Некоторые из этих мероприятий сильно уменьшают производство дополнительной энергии. При рассмотрении систем теплоснабжения, можно обнаружить технологии для использования фактически всего отходящего тепла от котлов. Экономика позволяет поднять кпд котла с 80% до 95% !

Спросим себя, есть ли у нас баланс входа и выхода энергии?. Расширим наш анализ до границ корпуса здания, офиса и так далее (4.). Теперь должны учитываться теплопроводность, утечки излучения и конвекции. Все это подвергается диффузии и весьма трудно учитывается. Обычные технологии учета погодных условий не справляются с многими из проблем. Необычные технологии должны предлагать краеугольные аудиты.

на данный момент на рынке появляются солнечные батареи. Ответьте на вопрос: Можно ли убить двух птиц одним камнем (Под камнем подразумевается ЭСМ). Да, можно использовать навесы из парусины, которые уменьшат нагрузку на кондиционирования воздуха вместе с солнечными батареями для генерирования электричества в часы пиковой нагрузки.

Отметим, что, когда мы выходим за пределы блока, то мы расширяет его для учета новой идеи. Так и теперь, расширимся со стороны входа энергии - Предприятие может использовать больше источников энергии, чем на данный момент.

Такими источниками энергии являются солнце, ветер и подземные воды. Это могут быть и другие потоки энергии, например отходы упаковки с высокой калорийностью. Заинтересованные в соблюдении баланса экономики и экологии собственники предприятий должны вести их учет и использование.

Расширим наш блок влево, учтя все потоки энергии на электростанции ( . Наш аудит покажет неожиданную картину. Потребитель будет удивлен, узнав, что электростанции на ископаемом топливе теряют 2/3 энергии в виде тепла, и реализуют только 1/3 в виде электричества. Такой учет позволит потребителям принимать информированные решения о разумности расхода ископаемых ресурсов. С этой позиции выходом может стать когенерация. Анализ затрат полного срока окупаемости определит его экономическую разумность.

Проектные границы, которые включают внешнюю организацию, например, электростанцию, подразумевают, что потребитель может влиять на эту внешнюю организацию. В прошлом такого не могло быть, но с дерегулированием потребители могут сказать веское слово при смешанной генерации. Как в супермаркете, заинтересованные покупатели будут способны контролировать перечень ингредиентов и покупать себе энергию не только от одного источника. Такое проведение анализа будет способно привести и к озеленению проектов!

И, наконец, взглянем за пределы блока для того, чтобы увидеть, какие ресурсы находятся поблизости, но так же недостаточно учитываются ( . Их можно импортировать!.

Например, при отсутствии газа, будет ли финансово или экологически выгодно предприятию, потребляющему только электричество, проведение газопровода длиной в 1 милю? Есть ли река, озеро или залив вблизи системы охлаждения? Какие уникальные природные ресурсы имеются вблизи? Имеется ли в наличии вблизи природный газ или другие возобновляемые источники энергии? Хорошо ли вы знакомы с окрестностями?

Для объединения мебельных фабрик, на юго-востоке США, древесные отходы предоставляют рентабельное топливо, которое не засоряет окружающую местность. При установке соответствующего оборудования фабрики могут производить пар, используя древесину, как топливо. Это прекратит засорение атмосферы двуокисью углерода и одновременно сбережет деньги. Биомасса может использоваться в виде брикетов, гранул, жидкого спирта, жидкого биотоплива; и транспортироваться по трубопроводам, как природный газ или быть предметом материально-технического снабжения. Смотрите сами, как вам удобно.

В результате продуманного цикла можно составить балансовый отчет, полный учет прихода и расхода энергии. Финансовые аудиты требуют этого. Энергоаудиты - это пока немного меньше, чем полный финансовый учет. Потребители, платящие за аудиты, не видят все энергетические ресурсы и потери, а только часть их потенциала, что явно недостаточно. Набор инструментов

Энергоменеджеры располагают своим набором инструментов. Не нужно особо много времени для изобретения колеса. Что мешает выполнять краеугольные аудиты для наших предприятий, жилых районов и так далее?

Гелиоэнергетика

Данные по солнечной энергии уточняют потенциал гелиоэнергетики. Национальная Лаборатория Возобновляемой Энергии DOE публикует весьма простые таблицы данных для оценки потенциала гелиоэнергетики. Посетите веб-узел http://rredc.nrel.gov/solar и вы можете узнать средние показатели энергии от падающих солнечных лучей в БТЕ/квадратный фут/день для любой точки США (данные получены ВВС и ВМФ США). Сравните их с кривыми эфф. гелиоколлекторов разных производителей и оцените экономию ЭСМ внедрения гелиоэнергетики и в вашем аудите. Хороша и программа Energy-10, достаточно надежно моделирующая оценку гелиоэнергетики и погоды для поверхности здания.

Расширено меню имеющихся в наличии технологий гелиоэнергетики. Проверьте все факты перед обращением к гелиоэнергетике. Если вы сочтете, что солнечной энергии весьма мало для холодного климата, то компания Ford Motors и другие активно используют солнце как ист. энергии. Используя гелиоколлекторы, они достигают срока окупаемости в три года для своих систем вентиляции в Торонто.

Ветроэнергетика

Бестопливное электричество может быть особенно соблазнительно для потребителей, располагающихся вдали от электрической сети или по другим причинам. Основываясь на розе ветров DOE's Battelle Pacific Northwest National Lab опубликовала карту оценочного распределения ветров. Карта также классифицирует ветровую энергию в ваттах/квадратный метр по всему миру.

Данные по ветру для конкретного объекта специфичны. Многие районы располагают погодными станциями. Обычно погодные станции располагают оборудованием для измерения скорости и направления ветра. Такие измерения могут показывать изменения из-за физического влияния местных объектов, местности и самого здания, так что измерения должны производиться по месту. Иначе ничего не получится.

Геотермальная энергетика

Геологические данные помогают оценивать затраты на установку и эксплуатацию геотермальных тепловых насосов. Эти знания важны, так, как позволяют энергоменеджеру работать со специалистами в начале цикла. В частности, они быстро помогут при дренажных работах, определяя уровень засоленности грунтовых вод. Geothermal Heat Pump Consortium поможет вам в ваших работах. Обратитесь по телефону 202-508-5500.

Анализ объема выбросов

Анализ объема выбросов уточняет, что выходит наружу. Отходы всех видов (твердые, жидкие и газ) могут подвергаться переработке. Инструментальными средствами для измерения вентиляции являются психрометр и анемометр; отработанной воды - термометр и расходомер (или поршень и часы); для отходящих газов - инструментальный набор Orsat или равноценный. Концентрированные отходы являются источниками энергии не только при пассивном восстановлении тепла в теплообменниках, но и при активном восстановлении - в тепловых насосах. Во всем мире производители сахара и мебели создают огромные количества отходов, используемых, как топливо, поскольку работают с продуктами сельского хозяйства и лесного хозяйства.

Таблицы выбросов

Анализ выбросов помогает составить отчет. Обычно учет экологических выгод принимается весьма благоприятно. Используйте таблицы для наглядности эффектов глобального потепления, кислотных дождей и смога. Инженер может произвести обработку каждого из режимов работы, чтобы предоставить Заказчику отчет о влиянии экологического фактора при внедрении проекта. (смотри таблицы атмосферных выбросов в приложении).

Основная нагрузка

Основная нагрузка определяет предельные режимы с позиции рентабельности. При этом должна быть найдена разумная середина. Так, что к рассмотрению базовой нагрузки могут быть применены два подхода: разменные агрегаты и модернизация.

изучим пример разменных агрегатов. У клиента есть небольшой комплекс больших отелей у пляжа. Климат ниразу не бывает сильно теплым, так что не требуется кондиционирования воздуха. Электричество дешевое, 4.5 цента за кВтч. Имеются утечки пара в старой паровой системе отопления, подведенной к отелям. И поскольку потери зимой невелики, система может жить до лета с учетом местной горячей воды.

Вопрос

Могут геотермальные тепловые насосы помочь клиенту? Мы знаем, что геотермальные тепловые насосы являются частью окружающей среды и сберегают огромное количество энергии, но первоначальный анализ демонстрирует, что срок окупаемости полной системы более 10 лет. Без учета теплового насоса, электрическое отопление дает меньший срок окупаемости. Электрические нагреватели дают уменьшение расхода энергии, но не такое сильное, как геотермальные тепловые насосы. С другой стороны, электричество можно подвести от экологической гидростанции, учитывающей энергию ветра. Так что, отказаться от электрических нагревателей?

Решение

Основная нагрузка. Вместо полного удовлетворения всех нужд геотермальным тепловым насосом на 7.5 тонн, установите тепловой насос с базовой нагрузкой в 2 тонны. Он будет работать всю зиму и обеспечит сбережения в течении всего года. Затем установите электрические нагреватели для работы в промежуточные пики. Получите 80% выгод за 20% цены. Так что вся система, включая геотеплообменники, распределительные трубы и насосы, окупит себя не за 10 лет, а за 5.5 лет. Анализ проектных уменьшений по пару от базисной нагрузки составит 85% энергии, 60% затрат и 92% двуокиси углерода. Так что геотермальные тепловые насосы выгодны.

В противоположном случае, система модернизируется посредством резервирования базовой нагрузки. Школьный квартал в Сиракузах, штат Нью Йорк первоначально решил использовать автономный генератор как резервный ист. для своей системы непрерывного питания (UPS) компьютерного центра, но затем изменил свое мнение. Теперь компьютерный центр площадью 29000 квадратных футов питается от автономного генератора мощностью в 200 кВт, как основного источника непрерывного питания с начала 1997 года. Система установлена так, что ниразу не допускает прерываний. Запараллелены два источника питания, обычное снабжение - от электростанции с имеющим место плохим качеством питания и автономный генератор. Директор центра весьма рад такой перестановке.

Выгоды использования автономного генератора на 200 кВт, как UPS двояки: и экономические, и экологические. Автономный генератор уменьшает выбросы СО2 на 85% в сравнении с электростанцией и полностью предотвращает появление двуокиси серы и оксидов азота. К тому же, затраты на работу автономного генератора составляют 6$ в час при 12$ в час для электростанции и 16$ для дизельной турбины.

Закупка энергии

Для конечного пользователя важны экологические показатели источника энергии

Чистота и зелень - вот что характеризует электричество, поступающее сейчас на рынок. Невзирая на капризы генерации и распределения, эти качества должныбыть документированы. Закупка чистоты и зелени требует особого цикла учета. Системы распределения по объективным причинам не распознают чистая ли это электроэнергия или грязная. Так что при закупке появляется новое требование - требование гарантий чистоты энергии.

Бесприбыльная, независимая организация в Сан Франциско, называемая Центром по Ресурсным Решениям (ЦРР), располагает мощной программой верификации, под названием Green-e. Она обеспечивает коммунальное хозяйство, независимых производителей энергии или закупщиков энергии сертификацией продукта, которая позволяет потребителям знать, какое электричество они используют. Метка Green-e относится только к определениям чистая и зеленая, которые учтены в законодательстве штата. Эта метка теперь вводится в документацию и требуется при физической верификации генерирующих и учетных систем. ЦРР доступна для любого на веб-узле: http://www.green-e.org или по телефону: Кирк Браун (Kirk Brown), 415-561-2100.

Экологичность закупки энергопродуктов может быть оценена введена в энергоаудите. Она поможет потребителям понять оптимальность одновременных разрешения энергетической ситуации и экологических последствий. Резюме

Бесполезны инструменты и приборы сами по себе. Они ниразу не могут заменить оригинального мышления. Основную вину за такое положение несут инерция мышления и минимальность опыта. Но положение медленно, но меняется, изменяются и культура, и мышление..

Ларри Гуд (Larry Good): lgood@erols.com

Фил Вирдзек (Phil Wirdzek): wirdzek@epa.gov