BilanŃuri energetice

Resurse şi conversia energiei
BilanŃuri energetice
Cursul 11
2010, Timişoara prof. Bucur LUŞTREA - Resurse şi conversia energei - C11 1/16

Problematică
• DefiniŃii
• Scop
• EcuaŃia bilanŃului cantitativ (energetic)
• Necesitatea conversiei energiei şi a analizei energetice
• Indicatori ai bilanŃurilor energetice
– Randamente
– Consumuri specifice
– Energia înglobată
– Energia netă livrată
• Etape de realizare a bilanŃului cantitativ
• Structura unui bilanŃ energetic
2010, Timişoara prof. Bucur LUŞTREA - Resurse şi conversia energei - C11 2/16

• BilanŃul energetic:
DefiniŃii
– metoda sistematică de urmărire şi contabilizare a fluxurilor energetice din
instalaŃii
– documentul tehnic pentru evidenŃierea sub formă de tabel, diagramă etc. a
egalităŃii dintre suma cantităŃilor de energie intrate şi suma cantităŃilor de
energie ieşite din acelaşi contur la un sistem dat, sub formă de energii utile
şi pierderi şi într-un interval de timp precizat
– Ńine seama de toate fazele şi randamentele proceselor de captare, extracŃie,
preparare îmbogăŃire, transfer, transport, distribuŃie, utilizare
corespunzătoare sistemului analizat precum şi a tuturor formelor şi
purtătorilor de energie consideraŃi ca intrări şi ieşiri ale sistemului
• Conturul de bilanŃ este frontiera ST supus analizei de bilanŃ şi coincide cu
conturul fizic al echipamentului bilanŃat.
• BalanŃa energetică reprezintă un bilanŃ energetic simplificat care la ieşire
evidenŃiază repartiŃia energiei între diverşi consumatori, iar la intrare energia se
defalcă pe tipuri de purtători de energie
2010, Timişoara prof. Bucur LUŞTREA - Resurse şi conversia energei - C11 3/16

• în proiectare:
Scopul bilanŃurilor energetice
– alegerea celor mai raŃionali purtători de energie şi a parametrilor lor optimi
– stabilirea celor mai adecvate sisteme de alimentare cu energie
– determinarea resurselor energetice secundare şi stabilirea modului de refolosire a lor
– compararea cu alte soluŃii şi aprecierea eficienŃei instalaŃiei proiectate
• la omologare:
– aprecierea modului în care instalaŃia realizează parametrii proiectaŃi
– aprecierea calităŃii lucrărilor de execuŃie şi montaj a instalaŃiei
– stabilirea lucrărilor necesare de remediere pentru atingerea parametrilor de proiect
– stabilirea consumurilor normate pentru fundamentarea aprovizionării cu energie
• în exploatare
– stabilirea măsurilor de optimizare a funcŃionării
– reducerea raŃională a pierderilor de energie
– recuperare a resurselor energetice secundare disponibile
– fundamentarea normelor de consum energetic
– stabilirea planului de aprovizionare cu energie
2010, Timişoara prof. Bucur LUŞTREA - Resurse şi conversia energei - C11 4/16

Clasificarea bilanŃurilor energetice
Criterii de clasificare:
• sfera de cuprindere a conturului de bilanŃ
• perioada la care se referă bilanŃul
• forma schimbului de energie considerat în bilanŃ există:
• complexitate
• natura fluxului de energie
• momentul când se elaborează bilanŃurile
Clasa BilanŃ electroenergetic BilanŃ termoenergetic BilanŃ complex
A P < 250 kW P < 500 kW
B 250 < P < 1000 kW 500 < P < 2000 kW 750 < P < 3000 kW
C P > 1000 kW P > 2000 kW P > 3000 kW
2010, Timişoara prof. Bucur LUŞTREA - Resurse şi conversia energei - C11 5/16

EcuaŃia de bilanŃ energetic cantitativ
EcuaŃia de bilanŃ local a energiei se integrează:
• în timp pentru perioada considerată în analiză
• în spaŃiu pentru volumul ocupat de sistem
⎛
⎜
⎝
∂ρ ⋅ w ⎞
t dv ⎟dt
=
∂t
⎟
⎠
[ ( −div
j ) t dv] dt
wt 1442443
∫∫
t t
∫ ∫∫∫ ∫ ∫∫∫
t0 v t0 v
1442443 ( )
∂W ( t) jt ⋅ d A= Jt ( t)
wt wt
∂t
Σv
• BilanŃul energetic se realizează fie:
• pentru regimul staŃionar al sistemului:
• t şi t0 se aleg limitele unui ciclu complet de funcŃionare:
∫ Jt ( t) dt = Wi − We
= 0 Wi = We
t
t
0
w t
∑ ∑
∑ ∑
∑ ∑ ∑ ∑ ∑
W ( t) − W t = ∫ J ( t) dt
t t 0 t
t
W + W = W + W + W
efi g u r p
2010, Timişoara prof. Bucur LUŞTREA - Resurse şi conversia energei - C11 6/16
t
0
w t
W ( t) = W t
t t
( )
0

Componentele energiilor intrate
• energia chimică conŃinută în combustibilul ars
• energia dezvoltată de reacŃiile chimice din proces
• căldura sensibilă a materiilor prime
• căldura agenŃii termici care intră în conturul considerat
• energia electrică introdusă în procesul tehnologic
• energia mecanică introdusă în conturul de bilanŃ
• energie resurselor energetice secundare exterioare instalaŃiei
2010, Timişoara prof. Bucur LUŞTREA - Resurse şi conversia energei - C11 7/16

Componentele energiilor utile
a) procesele forŃă:
• acŃionări mecanice – schimbul energetic echivalent lucrului mecanic la arbore;
• acŃionări electrice – diferenŃa dintre energia electrică absorbită de electromotor şi
pierderile de energie electromagnetică şi mecanice din electromotor şi mecanismul antrenat;
• convertoarele şi transformatoarele energetice – rezultatul conversiei
b) procesele termice:
• căldura pentru încălzirea, topirea, vaporizarea, uscarea materialelor şi dispozitivelor aferente
• căldura necesară reacŃiilor chimice endoterme din procesul tehnologic
• căldura conŃinută în resursele secundare refolosibile
c) procesele electrochimice (electroliză, galvanotehnică etc.)
• energia teoretic necesară reacŃiilor chimice desfăşurate, determinată prin calcul.
d) procesele de sudură electrică, electroeroziune şi alte procese analoge:
• energiei la bornele de alimentare ale electrozilor
e) procesele de iluminat:
• energia fluxului luminos util.
f) procesele de transport a energiei:
• cazul purtătorilor de energie – energia după operaŃiile de transport, manipulare - descărcare
• cazul energiei electrice – energia electrică la bornele din aval ale elementului de reŃea
g) procesele de stocare, acumulare a purtătorilor de energie:
• energia după perioada de depozitare, acumulare
2010, Timişoara prof. Bucur LUŞTREA - Resurse şi conversia energei - C11 8/16

Componentele pierderilor de energie
a) pierderile de căldură:
• căldura sensibilă conŃinută de gazele de ardere, gazele tehnologice rezultate din
proces
• căldura nedezvoltată datorită arderii incomplete a combustibililor
• căldura sensibilă a produselor ieşite din conturul de bilanŃ
• căldura evacuată din conturul de bilanŃ, prin radiaŃie, conducŃie, convecŃie
• căldura evacuată din proces de către agenŃii de răcire
• energia chimic-legată a resurselor secundare provenite din instalaŃie
• căldura sensibilă a deşeurilor tehnologice şi a pieselor rebutate
• căldura conŃinută în cantităŃile de masă pierdute prin evaporare, purjare, drenare,
neetanşeităŃi ale instalaŃiei etc.
• căldura acumulată în instalaŃie de la pornire până la atingerea regimului nominal, care
se pierde prin răcirea instalaŃiei din momentul opririi procesului tehnologic.
b) pierderile de energie electrică sunt formate din:
• pierderi prin efecte termoelectrice; în principal Joule-Lenz
• pierderi prin curenŃi turbionari (curenŃii lui Leon Foucault 1819-1868)
• pierderi prin histerezis electric sau magnetic;
• pierderi în dielectric
• pierderi prin efect corona
c) pierderile mecanice sunt formate din:
• pierderi prin frecare
• pierderi de energie cinetică prin oprirea şi frânarea maselor în mişcare.
d) pierderi hidraulice
• pierderile de presiune în conducte
• pierderile produse de laminarea fluidului în conducte etc.
2010, Timişoara prof. Bucur LUŞTREA - Resurse şi conversia energei - C11 9/16

Cauzele ce produc pierderi de energie
• imperfecŃiuni constructive ale echipamentelor
• starea necorespunzătoare a instalaŃiilor cauzate de:
• întreŃinerea defectuoasă
• neefectuării la termen a reparaŃiilor şi reviziilor etc.
• abateri de la regimul sau tehnologia optimă
• exploatarea defectuoasă a instalaŃiilor
• funcŃionarea în gol a instalaŃiilor
• rebutarea producŃiei
• organizării necorespunzătoare a producŃiei
• etc.
2010, Timişoara prof. Bucur LUŞTREA - Resurse şi conversia energei - C11 10/16

Indicatori de eficienŃă – randamentele
Procesele de conversie a energiei:
• Randamentul energetic brut:
η
b
=
∑ ∑
∑ ∑
W + W
L sa
W + W
efi sa
• Randamentul energetic net:
W
η net =
W
∑
∑
L
efi
Procesele de consum a energiei:
• Randamentul energetic global:
∑ ∑ ∑
∑ ∑ ∑
Wu + Wr Wu′
ηg
= =
W + W W
efi g i
• Randamentul energetic global intern:
W
η g =
int W
∑
2010, Timişoara prof. Bucur LUŞTREA - Resurse şi conversia energei - C11 11/16
η
ec
∑
• Randamentul energetic economic:
∑ ∑ ∑
∑ ∑
Wu + Wr Wu′
= =
W W
u
efi efi
• Randamentul energetic economic intern:
W
η ec =
int W
∑
∑
i
u
efi

Indicatori de eficienŃă – consumuri specifice
Procesele de conversie a energiei:
• Consumul specific brut de energie:
c
b
x / y
=
∑W
∑ ∑
i, x
W + W
L, y sa, y
• Consumul specific brut de energie:
c
n x / y
W
=
W
∑
∑
i, x
L, y
Consumul cumulat de energie (energia înglobată):
Energia netă livrată:
∑ ∑
Procesele de consum a energiei:
• Consumul specific de energie:
• Consumul specific complex total
de energie:
Wi
c = ∑
2010, Timişoara prof. Bucur LUŞTREA - Resurse şi conversia energei - C11 12/16
c
x / z
s
t / z
M
ingl =
M
MF , RK +
M
i +
M
j ⋅
j
ingl +
j
MF , RK
i j
W
=
V
∑
W [ W W c ( W W )]
i i
Wnet = WL −Wingl − Wpt = Wi −W p −Wingl −W
pt
z
V
i, x
z

Etapele de realizare a unui bilanŃ energetic
1. Examinarea instalaŃiei şi proceselor energetice – obiect al bilanŃului.
2. Întocmirea schemelor fluxurilor tehnologice, de materiale şi energetice pentru instalaŃia considerată.
3. Stabilirea conturului de bilanŃ şi precizarea legăturilor instalaŃiei cu mediul înconjurător.
4. Identificarea purtătorilor de energie şi a circulaŃiei lor în cadrul instalaŃiei analizate.
5. Stabilirea mărimilor şi datelor
• măsurate
• obŃinute din calcule
• estimate pe baza informaŃiilor existente în literatura de specialitate.
6. Stabilirea metodelor şi mijloacelor utilizate la măsurarea mărimilor necesare.
7. Amenajarea punctelor de măsură din instalaŃie.
8. Stabilirea sarcinilor de producŃie şi a periodicităŃii citirilor.
9. Pregătirea măsurătorilor:
• elaborarea foilor de tip pentru măsurători
• stabilirea executanŃilor măsurătorilor şi instruirea lor tehnică
10. Efectuarea măsurătorilor în condiŃiile prevăzute la etapele anterioare.
11. Prelucrarea măsurătorilor şi calculul bilanŃurilor reale.
12. Analiza consumurilor şi pierderilor reale de energie:
• evidenŃierea cauzelor care le produc
• descoperirea resurselor energetice secundare nevalorificate.
13.Întocmirea unui program de măsuri tehnico- organizatorice pentru conservarea energiei:
• reducerea pierderilor
• valori-ficarea resurselor energetice secundare nefolosite
• justificate tehnico-economică a măsurilor propuse.
14.Elaborarea prin calcul a bilanŃurilor energetice optimizate pe baza:
• bilanŃurilor reale deja întocmite
• economiilor de energie preconizate
2010, Timişoara prof. Bucur LUŞTREA - Resurse şi conversia energei - C11 13/16

Structura unui bilanŃ energetic
1.Definirea obiectului lucrării.
2.Descrierea sumară a principalelor echipamente şi instalaŃii.
3.Prezentarea succintă a procesului tehnologic urmărit.
4.Schema fluxurilor tehnologice, de energie şi materiale.
5.Stabilirea:
• contururilor de bilanŃ
• datei când s-a realizat bilanŃul
• sarcinilor de producŃie (regimurilor de funcŃionare) considerate
6.Descrierea sumară a modului de execuŃie a măsurătorilor:
• descrierea apara-tajului folosit şi a caracteristicilor lui
• schema cu punctele de măsură
7.Prezentarea fişelor de măsurători
8.Stabilirea ecuaŃiei de bilanŃ.
9.Calculul componentelor de bilanŃ cu precizarea formulelor de calcul
10.Prezentarea tabelului şi diagramei de bilanŃ (diagrama Sankey)
11.Programul de măsuri pentru conservarea energiei şi reducerea consumurilor.
12.Calculul de eficienŃă economică a măsurilor de conservarea energiei.
2010, Timişoara prof. Bucur LUŞTREA - Resurse şi conversia energei - C11 14/16

Forma tabelară a unui bilanŃ energetic
Energii intrate în contur ( ∑ Wi
) Energii ieşite în contur ( ∑ We
)
Denumirea componentei
Valoarea
(u.a.) %
Denumirea
componentei
Valoarea
(u.a.) %
a) Energii efectiv intrate
a) Energii utile
( ∑ Wefi
) :
folosite ( ∑ Wef
) :
•
•
•
•
b) Energii generate
b) Energii secundare
( ∑ Wg
) :
livrate ( ∑ Wr
) :
•
•
•
•
c) Pierderi ( ∑ Wp
) :
Total i W
∑ 100 Total a
•
•
d) Eroarea bilanŃului
(ε)
W ∑ 100
2010, Timişoara prof. Bucur LUŞTREA - Resurse şi conversia energei - C11 15/16

w e1
Diagrama Sankey
w i1
Σw i
Σw e
w e2
2010, Timişoara prof. Bucur LUŞTREA - Resurse şi conversia energei - C11 16/16
w i2
w e3
w e4