Вступ

Рівень забезпеченості енергетичними ресурсами суттєво впливає на стан соціально-економічного розвитку країни. Динамічний економічний розвиток, погіршення стану навколишнього природного середовища і значне виснаження невідновлювальних енергоресурсів зумовили актуальність пошуку та використання альтернативних джерел енергії.

Альтернативні джерела енергії — це відновлювані джерела енергії, до яких належать сонячна енергія, вітрова, геотермальна, енергія хвиль та припливів, гідроенергія, енергія біомаси, газу з органічних відходів, газу каналізаційно-очисних станцій, біогазів, та вторинні енергетичні ресурси, до яких належать доменний та коксівний гази, газ метан, дегазації вугільних родовищ, перетворення скидного енергопотенціалу технологічних процесів [4].

Для отримання енергії потрібні первинні її джерела: сонце, вітер, вода та паливо: вуглеводневе (нафта, газ, вугілля, дрова) та ядерне. Причому всі вони не корисні до тих пір, доки не перетворяться в необхідні енергетичні послуги для кінцевого споживача. У багатьох країнах велика кількість первинної енергії витрачається марно через недосконалу конструкцію або нераціональну експлуатацію устаткування внаслідок недбалого господарського управління процесами енерговикористання [1].

Основними паливно-енергетичними ресурсами, на яких базується сучасна енергетика, є викопне паливо, продукти його переробки (моторне паливо, мазут, брикети), водяні потоки (річки), ядерне пальне (уран, торій) [3]. Використання традиційних невідновлювальних джерел енергії, таких як вугілля, нафта, газ та ін. для виробництва енергії спричинює дві глобальні проблеми: виснаження природніх ресурсів та забруднення навколишнього середовища, а використання атомної енергетики, як показав досвід, може спричинити глобальні екологічні катастрофи.

Існують й інші енергетичні ресурси, наприклад, біомаса, енергія сонця, енергія вітру, енергія хвиль, гідроресурси, геотермальна енергія та ін. — це відновлювальні джерела енергії.

Сучасний рівень споживання електричної та теплової енергії не дозволяє повністю відмовитися від використання органічного та ядерного палива. Однак, враховуючи те, що їх запаси вичерпні, постає питання в ефективності його використання. Все більше уваги приділяється «малій енергетиці», яка використовує генератори невеликої потужності, що є більш енергоефективні, більш вигідні економічно та екологічно чистіші. При використанні нових генераторів в атмосферу потрапляє на 70…100% відсотків менше шкідливих речовин, ніж від звичайних електростанцій. Це відбувається за рахунок більш ефективного спалювання традиційного палива, спільного виробництва теплової та електричної енергії, використання відновлювальних джерел енергії, а також через те, що нові генератори мають значно більший коефіцієнт корисної дії. Оскільки, їх встановлюють в безпосередній близькості до споживачів, то зменшуються втрати при транспортуванні, а більшість теплових викидів утилізовується (використовується для потреб систем гарячого водопостачання та опалення), чим і досягається висока ефективність використання палива на рівні 80.96% [2].

Питанням розвитку альтернативних джерел енергії (АДЕ) присвячено низку наукових праць вчених та практиків, зокрема Г.Г.Гелетухи, Г.М.Калетніка, С.О.Кудрі, В.Кухаря, В.Ласкаверського, О.Г.Макарчук, Н.О.Передерій та ін. Проте малодослідженими залишаються питання оцінки сучасного стану та визначення перспектив альтернативних джерел енергії.

Метою роботи є дослідження сучасного стану та перспектив розвитку альтернативних джерел енергії в контексті одночасного розв’язання економічних, екологічних та енергетичних проблем.

1. Вторинні енергетичні ресурси та питання енергоефективності

Питання енергоефективносгі для України є особливо актуальним, оскільки споживання енергетичних ресурсів у нашій країні зорієнтовано на традиційні невідновлювані джерела енергії переважно іноземного походження – близько 50% енергоносіїв Україна імпортує за високими цінами [9, с.19; 3, с.4].

Одним із основних завдань, які ставить перед суспільством «енергетика сталого розвитку» є ефективне використання енергетичних ресурсів, якого можна домогтися різними способами. Що стосується традиційних джерел енергії, то це збагачення палива, використання ефективних режимів спалювання, додавання різного роду присадок для отримання найбільшої ефективності та ін. У випадку нетрадиційних джерел енергії, для яких характерною є низька густина енергетичного потоку на одиницю площі, найкращим способом підвищення ефективності використання є концентрація енергії. Використання концентраторів дозволяє покращити характеристики та параметри потоку (повітря, води, сонячного випромінювання) та теплової енергії (низькопотенціальне тепло) після чого зростає ефективність використання цих енергетичних ресурсів.

Тому забезпечення енергоресурсами — одне з ключових питань незалежності нашої країни. За рахунок власного видобутку Україна забезпечена газом лише на 25-27% та на 12% нафтою. У той же час, спостерігається найвищий в світі рівень енерговитратності. Частка енергії, яка витрачається в країні, становить 2,2% світової, тоді як її населення – менше 1% людства. Річне споживання газу в Україні становить у середньому 70-73 мільярди кубометрів, його дефіцит компенсується поставками з країн Середньої Азії та Росії. Частка імпорту в газовому балансі України критично висока — понад 70%. За ефективністю використання енергоресурсів Україна набагато відстає від інших країн, які споживають аналогічні обсяги палива. В середньому енерговитрати в Україні на одиницю продукції в 2,6 рази вище, ніж в Європі [10].

Варто зауважити, що за світовими стандартами енергетичної безпеки постачання енергоносіїв з одного джерела не повинно перевищувати для країни 25 %. Лише за такої умови вона може бути енергетично незалежною [2].

Вторинні енергетичні ресурси (ВЕР) — це енергія різних видів, яка залишає технологічний процес чи установку і використання якої не є обов’язковим для здійснення основного технологічного процесу. Вона являє собою побічну продукцію, що за відповідного рівня техніки може бути частково або повністю використана для потреб нової технології чи енергозбереження інших процесів на тому самому підприємстві або за його межами. Нині особливо великі витрати теплоти на електростанціях, у металургійній, хімічній, нафтопереробній та нафтодобувній промисловості, у сільському господарстві та інших галузях господарства. За розрахунками, до 50 % виробленої теплоти в Україні втрачається. ВЕР поділяють на три основні групи: надлишкового тиску, горючі і теплові. ВЕР надлишкового тиску — це потенційна енергія відходів, газів, води, пари з підвищеним тиском, яка може бути використана перед викидом в атмосферу. Такі ВЕР використовують для отримання механічної і електричної енергії. Горючі ВЕР — це горючі гази і відходи одного виробництва, які можуть бути застосовані у вигляді палива в інших виробництвах (тріски, тирса, стружка в деревообробній промисловості, доменний газ у металургійній, тверді й рідкі паливні відходи в різних галузях промисловості).

Теплові ВЕР — фізична теплота відхідних газів, основної та побічної продукції виробництва, попелу і шлаків; гарячої води й пари; робочих тіл систем охолодження технологічних процесів. Теплові ВЕР можна використати для отримання теплоти, холоду, електроенергії в утилізаційних установках. Об’єм теплоенергії, виробленої за рахунок теплових ВЕР, становить близько 25 % у структурі теплоенергетичного балансу. Використання ВЕР у багатьох випадках економічно ефективне, оскільки питомі капітальні вкладення в установку для утилізації теплових ВЕР, віднесені до 1 т заощадженого палива, нижчі, ніж ціна на паливо з урахуванням його транспортування.

Для кожного підприємства будь- якої галузі існує теоретично обґрунтований рівень споживання енергії — це межа, до якої може бути знижена витрата енерговитрат при ідеальній організації виробництва. Ця межа відповідає певному рівню технічного оснащення галузі. Виконуючи різні організаційно-технічні заходи поступово можна досягти теоретичного значення рівня енерговитрат [1, 2]. Підприємства харчової промисловості є великими споживачами паливно-енергетичних ресурсів (ПЕР). Тому проблема економії теплової й електричної енергії у харчовій промисловості стоїть дуже гостро.

Рис. 1. Структура енергопостачання

Найбільш енергоємними є виробництва: цукрове, масложирове, спиртове, овочесушильне й ін. Економія ПЕР може бути реалізована у двох напрямках. По-перше, за рахунок удосконалення технологічних процесів і апаратів (нових енергозберігаючих технологій), завдяки чому досягається підвищення к.к.д. і знижується витрата палива й енергії. По-друге, за допомогою утилізації вторинних енергетичних ресурсів (ВЕР), які неминуче виникають у більших обсягах особливо в енергоємних виробництвах, і за рахунок яких можна одержати 30-35 % заощадження ПЕР.

ВЕР являють собою енергетичний потенціал певного виду енергії (теплової, хімічної, механічної, електричної), що втримується у відходах продукції, побічних і проміжних продуктах, що утворюються в теплотехнологічних агрегатах (установках), які можуть бути частково або повністю використаними для енергопостачання інших агрегатів, або в самому агрегаті. Енергетичні відходи, які повертаються на вхід у технологічний агрегат, називаються ВЕР внутрішнього використання, а ВЕР, що утилізуються в інших установках — зовнішнього використання. Сам технологічний агрегат, що є джерелом енергетичних відходів, називається джерелом ВЕР.

Всі ВЕР підрозділяють на три основні групи.

—         горючі (паливні) ВЕР — хімічна енергія відходів від вогнетехнічного устаткування. Це горючі гази плавильних печей, вагранок і т.п., горючі відходи процесів хімічної й нафтохімічної промисловості, горючі відходи чорної й кольорової металургії, газової промисловості. Джерелом горючих ВЕР є також лісова й деревообробна промисловість.

—         теплові ВЕР — фізична теплота димових газів, що відходять, і теплових відходів від теплотехнологічних апаратів у вигляді теплоти гарячої води, пари, пароповітряної суміші, тепла конденсату пари йт.п.

— ВЕР надлишкового тиску — енергія газів, рідин, пари, що залишають агрегати з надлишковим тиском (р > pam), який необхідно знижувати при викиді в атмосферу.

Всі види ВЕР залежно від їхніх властивостей можуть використовуватися споживачем у вигляді палива або для виробітку теплоти, холоду, електроенергії й механічної роботи за допомогою спеціалізованих утилізаційних установок. На кожному етапі технічного розвитку існують економічні межі підвищення к.к.д. енерговикористання. Але практика використання ВЕР у різних галузях промисловості, особливо в енергоємних виробництвах, показує, що резерви підвищення коефіцієнта корисного використання (ККВ) дуже великі. Сучасний рівень розвитку виробництва й техніки дозволяє звести втрати енергії до 10-15 % від витрати первинних ПЕР. Тільки застосування новітніх енергозберігаючих технологій дозволить додатково зменшити витрати енергоресурсів у 2-4 рази. Особливо значні енергетичні витрати в доменному виробництві, на машинобудівних підприємствах, нафтопереробних заводах, у виробництві будівельних матеріалів, у хімічній промисловості. У даних галузях промисловості ККВ не перевищує 10-20 %, а потенціал енергозбереження навіть без впровадження новітніх технологій, а тільки за рахунок використання ВЕР дуже великий і може становити 35-40 % від витрати первинних ПЕР.

Стосовно до ВЕР використовуються наступні поняття й терміни:

—         загальні енергетичні відходи — це енергетичний потенціал всіх матеріальних потоків на виході з теплотехнологічного агрегату (апарата) і всі втрати енергії в агрегаті. Загальні енергетичні відходи підрозділяються на три потоки:       неминучі втрати енергії у технологічному апараті; енергетичні відходи внутрішнього використання, які вертаються назад в агрегат за рахунок регенерації або рециркуляції; енергетичні відходи зовнішнього використання, які використовуються в інших агрегатах.

—         повний вихід ВЕР — маса вторинних енергоресурсів, які утворяться в даній установці за певний період часу.

—         можливий вихід ВЕР — можлива (максимальна) кількість енергії, що економічно доцільно можна використовувати в утилізаційних установках.

—         коефіцієнт використання (виробітку) енергії за рахунок ВЕР — відношення фактичного використання енергії, отриманої за рахунок ВЕР, до планованого виробітку.

—         резерв утилізації ВЕР — кількість енергії, що може бути додатково залучена у виробництво.

—         можлива економія палива за рахунок ВЕР — кількість енергії, що було б отримане при повному використанні всього виходу ВЕР.

—         коефіцієнт утилізації ВЕР — відношення фактичної економії палива за рахунок ВЕР до можливого. Визначається як для одного агрегату-джерела ВЕР, так і групи агрегатів, так і сумарно для всіх видів ВЕР. 

2. Джерела та стан використання вторинних енергоресурсів

Вторинними енергетичними ресурсами називають енергетичний потенціал продукції, побічних і проміжних продуктів, що утворюється в технологічних установках і втрачається в самому агрегаті, але його можна частково або повністю використати для енергопостачання інших споживачів. Використання ВЕР є одним із найбільших резервів економії палива. Їх можна використовувати безпосередньо без зміни виду енергоносія (потреби в тепловій енергії та паливі) або через виробництво теплової та електричної енергії, холоду або механічної роботи в утилізаційних установках [3].

Вторинні енергетичні ресурси (ВЕР) являють собою енергетичний по­тенціал продукції, побічних і проміжних продуктів, що утворюються в технологічних агрегатах (установках) і втрачаються в самому агрегаті, але їх можуть частково або цілком використати для енергопостачання інші споживачі. Раціональне використання ВЕР є одним з найбільших резервів економії палива, що сприяють зниженню паливо- та енергоємності проми­слової продукції.

Вторинні енергетичні ресурси можна використати безпосередньо без зміни виду енергоносія (для задоволення потреби в тепловій енергії і паливі) або зі зміною виду енергоносія виробленням теплової та електричної енергії, холоду або механічною роботою в утилізаційних установках.

Багато галузей народного господарства мають у своєму розпорядженні великий резерв паливних і теплових ВЕР, що посідають значне місце в їх паливно-енергетичному балансі. Найбільші теплові ВЕР зосереджені на підприємствах чорної і кольорової металургії, хімічної, нафтопереробної і нафтохімічної промисловості, промисловості будівельних матеріа­лів, газової промисловості, у галузі важкого машинобудування.

У цих галузях широко використовують теплоту високого, середнього і низького потенціалів. 90 % теплоти високого потенціалу (більше 623 К) витрачають: близько 33 % — на плавку, 40 % — на нагрівання і близько 20 % — на випал руд і мінеральної сировини. Велику частину теплоти високого потенціалу одержують за рахунок спалювання різних видів палива безпосередньо в технологічних установках.

Теплоту середнього (373…622 К) і низького (323…423 К) потенціалів застосовують для теплопостачання споживачів, що потребують підвище­них значень температури і тиску. Понад 90 % її корисного споживання витрачають у промисловості (45 %) та житлово-комунальному секторі (48,5 %). Основними енергоносіями, що забезпечують енергією середньо-і низькотемпературні процеси, є водяна пара і гаряча вода.

Підприємства важкого, енергетичного і транспортного машинобуду­вання України мають у своєму розпорядженні величезний потенціал ВЕР у вигляді фізичної теплоти димових газів мартенівських, нагрівальних і термічних печей, вагранок, теплоти випарного охолодження печей, теплоти відпрацьованої пари пресів і молотів. Мають вторинні відновлювані енергоресурси і підприємства інших галузей господарства.

Одне з найважливіших завдань удосконалення будь-якої галузі — виявлення резервів економічного та екологічного використання ВЕР для цілей виробництва і забезпечення потреб побутового споживання.

Поряд із збільшенням економії паливно-енергетичних ресурсів утилізація ВЕР дозволяє знизити негативний екологічний вплив енергопоста­чання й енергоспоживання на навколишнє середовище.

Поряд зі збільшенням ефективності використання паливно-енергетичних ресурсів, утилізація ВЕР дає змогу знизити негативний вплив енергопостачання й енергоспоживання на довкілля, зокрема меншими стають теплові викиди виробництва, а також вміст шкідливих речовин у продуктах згорання.

Застосування вторинних енергетичних ресурсів, що так чи інакше виникають під час технологічних процесів, є одним із найбільших резервів енергозбереження. Вихід вторинних енергоресурсів залежить від цілої низки чинників: параметрів, за яких відбувається процес, його режиму, технологічного устаткування та ін.

З метою зменшення втрат, на практиці виникає потреба постійно проводити організаційно-технічні заходи, проводити налаштування технологічних процесів і режимів роботи агрегатів та мереж, покращувати ізоляцію технологічного устаткування, трубопроводів гарячої та холодної води, водяної пари та ін.

Одним із способів зменшення втрат є можливість повернення частини втрат енергії безпосередньо до того процесу, в якому вони утворюються. Численні дослідження підтверджують енергетичну й економічну ефективність регенерації та рекуперації енергії. Після цього залишаються тільки втрати, яких при наявному рівні розвитку техніки зменшити й уникнути неможливо. Саме цю частину енергетичних втрат прийнято вважати вторинними енергоресурсами, які можна поділити на паливні, теплові та підвищеного тиску.

Залежно від виду і параметрів вторинні енергоресурси використовують в одному з таких напрямів: паливні — як котельно-пічне паливо; теплові — в утилізаційних установках або безпосередньо споживачем, щоб забезпечити потреби в тепловій енергії або холоді; електроенергетичні — перетворення енергоносія для одержання електроенергії в газових або парових конденсаційних турбоагрегатах; комбіновані — для виробництва в утилізаційних установках ТЕЦ електричної й теплової енергії за допомогою теплофікаційного циклу [3].

Для характеристики стану використання ВЗР, придатних для безпосереднього використання без перетворення енергоносіїв, застосовують наступні показники: вихід; фактичне використання; резерв утилізації; економія палива за рахунок використання; коефіцієнт утилізації. ВЕР підприємств харчової промисловості можна розділити на чотири групи:

—         теплота газів, що відходять, і рідин (сюди відноситься теплота димових газів, що відходять з котелень і печей, а також теплота, що втримується у воді, у барді спиртових заводів і т.п.);

—         теплота відпрацьованої пари паросилових установок і вторинної пари тепловикористуючих установок (випарні установки, ректифікаційні апарати, сушарки, пари самовипару);

—         теплота горючих відходів (ця теплота може бути реалізована при спалюванні відходів; наприклад, лузга на екстракційних заводах використовується як паливо в парових казанах);

—         теплота, що втримується у продуктах і відходах виробництва (до цієї групи відноситься теплота, що втримується у шлаках котелень, гарячому гніті цукрових заводів, гарячому хлібі, цукрі й т.п.; до цієї групи можна також віднести нагріте повітря, що видаляється з гарячих цехів).

Найбільше значення мають перші дві групи джерел ВЕР.

Завдання даної роботи складається з проведення критичного огляду наявності та використання вторинних енергоресурсів на підприємствах харчової промисловості.

Джерела вторинних енергоресурсів існують у кожній галузі харчової промисловості. Вони мають різний якісний (температурний рівень, властивості теплоносія) і кількісний склад.

Цукрове виробництво є найбільш енергоємним. Основними складовими частинами ВЕР є теплота пари з вакуум-апаратів, пари самовипару (деаератора котельні, сатураторів і сульфітаторів, збірників конденсатів і технологічних розчинів), газів, що відходять з казанів, конденсатів, барометричної води, продувної води казанів, жомопресової води, ентальпії гніта, нагрітого повітря виробничих приміщень.

У спиртовому виробництві в якості вторинних теплових ресурсів застосовується теплота барди із бражної колони, вторинної барди, продуктів виробництва (спирт, сивушне масло, дріжджі, ефіроальдегідна фракція й ін.), теплота конденсаторів, дефлегматорної води, вторинної пари й сушарок дріжджів, лютерної води, нагрітого повітря виробничих приміщень, газів, що відходять з казанів, продувної води. Спиртові заводи, що обладнані установками розпарювання вторинної барди, додатково в якості ВЕР мають теплоту вторинної пари, конденсату випарних апаратів, барометричної води з конденсатора. ВЕР пивоварного виробництва містять у собі теплоту вторинної пари варильних казанів, конденсаторів, газів, що відходять з сушарок і котелень.

У хлібопекарському, кондитерському виробництвах елементами ВЕР є теплота конденсатів, вторинної пари вакуум-апаратів, змієвикових колонок, барометричної води, вторинної пари випарних установок, продуктів виробництва, газів, що відходять з печей, сушарок, котелень.

Вторинними тепловими енергоресурсами масложирового виробництва є теплота конденсатів і охолоджувальної води, продуктів виробництва, теплота при спалюванні відходів, теплота газів, що відходять з сушарок і котелень.

У консервному виробництві вторинні теплові енергоресурси містять у собі теплоту вторинної пари випарних установок і вакуум- апаратів, барометричної й охолоджувальної води, конденсатів, напівфабрикатів і готової продукції, теплоту газів, що відходять з сушарок і котелень.

В області впровадження енергозберігаючих технологій є великі резерви, тому що поряд з установками, що працюють із коефіцієнтом корисної дії 90% і вище, діє велика кількість теплових установок з низьким к.к.д., у ряді випадків не перевищуючим 30%. Вітчизняний і закордонний досвід показує, що вартість енергії, зекономленої у результаті реконструкції, в 3-5 разів дешевше енергії, одержуваної при будівництві нових установок аналогічної продуктивності. 

3. Напрямки вторинних енергетичних ресурсів

Багато галузей народного господарства мають у своєму роз­порядженні неабиякий резерв паливних і теплових ВЕР, що посідають значне місце в їхньому паливно-енергетичному балансі. Найбільші теплові ВЕР зосереджено на підприємствах чорної та кольорової металургії, хімічної, нафтопереробної й нафтохімічної промисловості, промисловості будівельних матеріалів, газової промисловості, у галузі важкого машинобудування.

На цих ділянках широко використовують теплоту високого, середнього і низького потенціалів. Майже 90 % теплоти висо­кого потенціалу (більше 623 К) витрачають: близько 33 % — на плавку, 40 % — на нагрівання і близько 20 % — на випал руд і мінеральної сировини. Велику частину теплоти високого по­тенціалу одержують за рахунок спалювання горючих речовин безпосередньо в технологічних установках.

Теплоту середнього (373…622 К) і низького (323…423 К) потенціалів застосовують для теплопостачання споживачів, що потребують підвищених значень температури й тиску. Понад 90 % її корисного споживання витрачають у промисловості (~ 45 %) та житлово-комунальному секторі (~48,5 %). Основними енергоносіями, що забезпечують енергією середньо- і низько­температурні процеси, є водяна пара й гаряча вода.

Підприємства важкого, енергетичного і транспортного машинобудування України мають величезний потенціал ВЕР у вигляді фізичної теплоти димових газів мартенівських, нагрівальних і термічних печей, вагранок, теплоти випарного охолодження печей, теплоти відпрацьованої пари пресів і молотів. Мають вторинні відновлювані енергоресурси і підприємства інших галузей народного господарства.

Одним з найважливіших завдань удосконалення будь-якої галузі є виявлення резервів економічного та екологічного ви­користання ВЕР для цілей виробництва і задоволення потреб побутового споживання.

Поряд зі збільшенням ефективності використання паливно-енергетичних ресурсів, утилізація ВЕР дає змогу знизити неґатив-ний вплив енергопостачання й енергоспоживання на довкілля, зокрема меншим стає викид теплових відходів (теплове забруд­нення), а також уміст шкідливих викидів у продуктах згорання.

Використання теплоти вторинних енергетичних ресурсів може вестися трьома напрямками:

—         для процесів, що протікають в основних технологічних установках усередині цеху або підприємства (замкнуті схеми);

—         для зовнішніх цілей, не пов’язаних із процесами, що протікають в основних технологічних установках, які є джерелами ВЕР, наприклад, використання вторинних теплових ресурсів для опалення й гарячого водопостачання громадських будинків (розімкнуті схеми);

—         для внутрішніх і зовнішніх цілей стосовно процесу в технологічній установці (комбіновані схеми).

У сфері впровадження енергозберігаючих технологій є значні резерви, бо поряд з установками, що працюють з коефіцієнтом корисної дії 90% і вище, діє велика кількість теплових установок з низьким ККД, що не перевищує 30%. Ефективність використання тепла в більшості технологічних процесів харчової промисловості можна значно підвищити. Капіталовкладення для цього необхідні значно менші за обсягом порівняно з необхідними для добування еквівалентної кількості палива. Вітчизняний та зарубіжний досвід свідчить про те, що вартість зекономленої енергії при реконструкції в 3—5 разів менша, ніж енергії, що отримана при будівництві нових установок аналогічної продуктивності [5].

За обсягом палива, що спалюється в топках печей, хлібопекарне виробництво займає провідне місце в харчовій промисловості. В серед-ньому для випікання 1 т хліба необхідно 50—65 кг умовного палива. Із цієї кількості палива корисно використовується лише 30—32%. З продуктами згорання в атмосферу виходить від 30% до 60% всього тепла. Температура відхідних запічних газів у печах з нагрівальними трубами — від 500 до 700°С, хоча температурний напір від газів у пічній камері забезпечується при температурі продуктів згорання 350°С. Одночасно необхідна значна кількість гарячої води на технологічні та санітарно- технічні потреби. Отже, лише використання тепла відхідних газів хлібопекарних печей з нагрівальними трубами є недостатнім.

Тепло відхідних газів можна використати для підігріву повітря перед подачею його в топку печі, що поряд з економією палива покращить умови горіння. Підвищення температури повітря, що подається в топку, на 1°С понижує температуру димових газів на таку саму величину.

При високій температурі запічних газів (вище 350°С) рекомендується ступінчате їх використання: спочатку гази нагрівають воду (до 80°С), охолоджуючись до 350°С, а потім направляються в підігрівач повітря, де температура їх знижується до 200°С. Далі відхідні гази можна використати в контактному тепло-обміннику для підігріву води. Високий ступінь охолодження запічних газів значно підвищить коефіцієнт використання тепла з палива.

Нині відбувається стрімке зростання цін на нафту і природний газ, підприємства з виробництва пива можуть використовувати пивну дробину як джерело енергії, що може зекономити до 60% їх потреби в енергії. Незначні прямі капіталовкладення відносно швидко амортизуються зростанням витрат на енергоносії. Отримати енергію з пивної дробини можна декількома способами: шляхом її газифікації, піролізу (з утворенням коксу, метанолу, смоли і газів, у т.ч. водню, метану і етилену тощо), переробки на спирт, безпосереднього спалювання або отримання біогазу. Найчастіше отримують біогаз або спалюють пивну дробину. Теплота згорання пивної дробини вологістю близько 81% становить 3450 кДж/кг, тобто вона має таку саму теплотворну здатність як буре вугілля. Для спалювання пивної дробини необхідна температура >850°С. Перед спалюванням вологість пивної дробини знижують на фільтрпресах до 60% с підвищенням теплоти згорання до 7260 кДж/кг або в дискових сушарках до 10% з підвищенням теплоти згорання до 16320 кДж/кг, потім розмелюють. Завдяки цьому зменшується вартість підготовки пивної дробини для використання як палива.

Дробину спалюють у звичайних вугільних котлах, в спеціальних котлах-утилізаторах або в установках для спалювання біомаси. Отриманий біогаз застосовують для обігріву технологічного обладнання при виробництві пива або для виробництва електроенергії [5].

Основними факторами, що визначають економію витрат енергетичних та матеріальних ресурсів та відсутність небажаних токсичних речовин в готовому продукті, є технічний рівень виробництва, технологія, що застосовується, способи підготовки сушильного агента та кондиційованого повітря, а також ступінь використання вторинних теплоенергетичних ресурсів та відходів виробництва. Питомі витрати сировини, теплової та електричної енергії безпосередньо залежать від організації виробництва, дотримання оптимальних режимів технології, що використовується, технічного стану оснащення, рівня автоматизації технологічних процесів.

Прикладом скорочення кількості скидного тепла і відповідного зниження витрат тепла теплогенеруючих джерел може бути вдосконалення технологічних процесів у харчовій промисловості. Для цього доцільним є: перегляд паливно-енергетичних балансів підприємств з метою максимального залучення ВЕР та забезпеченням можливих сусідніх споживачів; випуск економічно необхідного утилізаційного обладнання, передбачити краще оснащення агрегатів-джерел ВЕР вже існуючими утилізаційними установками, поновлення виробництва рекуператорів і котлів-утилізаторів, запасних частин до них та комплектуючих; обладнати промислові печі малої та середньої потужності рекуператорами з метою скорочення витрат палива і зменшення втрат тепла з викидами, тобто зменшення виходу ВЕР [6].

4.       Загальні вказівки що до складання і розрахунку схем використання ВЕР

Із метою максимального використання ВЕР необхідно розглядати енергопостачання не тільки підприємства, але й у цілому промислового і житлового району, в якому воно розташовано, з урахуванням можливості перекидання того або іншого вторинного енергоресурсу. Для розміщення нових підприємств, площі доцільно вибирати з урахуванням територіального кооперування. Це повинно забезпечуватися генеральним проектувальником при проектуванні нових і реконструкції діючих підприємств.

При розробці проектів модернізації і реконструкції, а також будівництва об’єктів на підприємствах суднобудівної галузі необхідно передбачати максимальне використання ВЕР.

Відмовлення від використання того чи іншого виду вторинного енергоресурсу в кожному конкретному випадку повинно обумовлюватися економічними розрахунками.

Розробка заходів щодо використання ВЕР починається з розгляду їхніх джерел, визначення виходу ВЕР, урахування їхніх параметрів і часу робіт агрегатів-джерел ВЕР.

Виконується розрахунок економії палива за рахунок утилізації ВЕР; визначається можливість використання ВЕР у районі розташування підприємства, а також кількості і параметрів ВЕР, що можуть бути передані споживачам за межами підприємства; визначається кількість і тип необхідних утилізаційних установок та відповідних капіталовкладень для їхнього спорудження.

При визначенні економічної ефективності використання ВЕР варто порівнювати варіант енергопостачання з урахуванням і без урахування використання ВЕР.

При цьому порівнювані варіанти повинні забезпечувати однакову як за витратою, так і за заданим режиму подачу енергії споживачеві, повинно використовуватися технічно найбільш досконале устаткування і забезпечуватися однакова надійність енергопостачання.

При однаковій ефективності різних схем варто вибирати більш компактну або більш надійну в експлуатації схему.

Додаткові витрати, що можуть виникнути на діючому підприємстві при використанні ВЕР унаслідок складності розміщення утилізаційних установок у цехах, ускладнення комунікацій, омертвляння раніше виконаних капіталовкладень (в енергогосподарство) тощо, повинні враховуватися при розрахунку ефективності утилізації ВЕР.

Доцільність і економічна ефективність використання ВЕР на діючих підприємствах повинні визначатися також і наміченими до установки в планованому періоді новими технологічними агрегатами — джерелами ВЕР.

На стадії перспективного планування економічні розрахунки по використання ВЕР допускається проводити в спрощеному вигляді з обліком тільки укрупнених порівняльних показників утилізаційної й енергетичної установки, що заміщається нею.

При визначенні ефективності утилізації необхідно враховувати також супутні утилізації зміни показників самих технологічних агрегатів та інших суміжних ділянок (водопостачання, транспорт, складське господарство тощо).

Для розширюваних і проектованих підприємств дослідження з виявлення економії палива за рахунок ВЕР повинні проводитися з урахуванням упровадження нової технології й удосконалювання устаткування, а також нових способів утилізації ВЕР, нових типів утилізаційних установок, модернізації діючих і висновків з експлуатації застарілих установок. 

Висновки

На основі критичного огляду наявності вторинних енергоресурсів можна впевнено стверджувати, що ефективність використання теплоти в більшості технологічних процесів харчової промисловості можна значно підвищити, причому капіталовкладень для цього буде потрібно істотно менше в порівнянні з необхідними для видобутку еквівалентної кількості палива. Перспективами подальших досліджень у цьому напрямку є конкретні заходи щодо впровадження енергозберігаючих технологій з використанням вторинних енергоресурсів на підприємствах.

Вторинні теплові енергоресурси (ВТЕР) як частина вторинних енергоресурсів (ВЕР) несуть в собі потенціал теплової енергії, що знаходиться у готовій та проміжній продукції, відходах тощо. Їх поділяють на чотири групи: тепло відхідних газів та рідин (димових газів, тепло води та технологічних рідин і готових продуктів), тепло відпрацьованої пари парогенераторних установок та вторинна пара тепло-вих технологічних установок (випарні установки, ректифікаційні апарати, сушарки, пара випаровування); тепло горючих відходів; тепло, що знаходиться в кінцевих продуктах та відходах виробництва (тепло готового хліба, гаряче повітря з вентиляції гарячих цехів тощо). Використовуються ВТЕР на трьох рівнях: внутрішні (всередині цеху, всередині технології), зовнішні (опалення, теплопостачання), комбіновані. ВТЕР при виробництві пива складаються з тепла вторинної пари варочних котлів, конденсаторів, води для охолодження, відхідних газів осушувачів і котельної. В хлібо-булочному виробництві елементами ВТЕР є тепло конденсатів, вторинної пари вакуум-апаратів, змієподібних колонок, барометричної води, вторинної пари випарних установок, продуктів виробництва, відхідних газів печей, сушарок і котельної.

За кількістю ВТЕР, що утворюються під час виробництва, можна оцінити досконалість процесу: чим менше утворюється ВТЕР, тим агрегат чи установка більш ефективно працює. Сучасна технологія повинна бути без- чи мало-відходною, але часто вихід ВТЕР є неминучим, тому необхідно їх повне та кваліфіковане використання. 

Список використаної літератури

1. Вентиляция, кондиционирование и очистка воздуха на предприятиях пищевой промышленности / Р.А. Амерханов, Е.Е. Новгородский, Т. А. Скорик, В.А. Шилов, Е.А. Штокман. — М.: АСВ, 2001. — 564 с.
2. Єрьоменко Д.О. Основи енергозбереження у галузі харчових виробництв: [навч. посібник] / Д.О. Єрьоменко, І.М. Заплетніков / — Донецьк: ДонНУЕТ, 2012. — 260 с.
3. Звіт про результати використання палива, теплоенергії та електроенергії. Статистична форма № 11— МТП. Річні форми за 2007 — 2011 роки.
4. Майстренко Н. Ю. Резерви використання вторинних теплових енергетичних ресурсів у харчовій промисловості України / Н. Ю. Майстренко // Проблеми загальної енергетики. — 2013. — Вип. 2. — С. 43-48
5. Максименко І.Ф., Бойко О. О., Осауленко Ю.В. Національний університет харчових технологій. Теплові потоки варочного відділення пивзаводів. — Режим доступу: http ://dspace.nuft. edu.ua/jspui/bit- stream/123456789/6261/1/49.pdf.
6. Маляренко В.А. Енергетика і навколишнє середовище // Х.: САГА, 2008. – 364 с.
7. Пехер К. Тепловая утилизация пивной дробины — экономически выгодное исполь-зование экологически чистого источника энергии // Пиво и напитки. — 2006. — № 5.
8. Результати використання котельно-пічного палива, теплоенергії, електроенергії за 2011 — 2012 роки. — Режим доступу: http://ukrstat.gov.ua/.
9. Самохвалов В.С. Вторинні енергетичні ресурси та енергозбереження: Навч. пос. — К.: Центр учбової літератури, 2008. — 224 с.

• Экономия энергоресурсов в промыш¬ленных технологиях. Справочно-методическое пособие / Авторы-составители: Г.Я. Вагин, Л.В. Дудникова, Е.А. Зенютич, А.Б. Лоскутов, Е.Б. Солнцев; Под ред. С.К. Сергеева. — Н. Новгород: НГТУ, НИЦЭ, 2001. — С. 133, 193-196, 200-201.
• Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях: учебник для вузов / О.Л. Данилов, А.Б. Гаряев, И.В. Яковлев [и др.] ; под ред. А.В. Клименко. — 2-е изд., стер. — М.: Издательский дом МЭИ, 2011. — 424 с.