Энергетический подход в оценке эффективности технологических процессов

Затраты всех видов энергии технологического процесса аккумулируются и пересчитываются на необходимое для их получения топливо. Для удобства и наглядности технологические топливные числа представляются в единицах условного топлива, что позволяет достаточно объективно проводить энергетический анализ эффективности использования энергии в технологическом процессе [1].
Методика суммарного расчета энергоемкости технологического продукта была предложена в 80-х годах XX века для народного хозяйства и названа методикой расчета технологических топливных чисел. Существенный вклад в разработку метода расчета технологического топливного числа был внесен в работах уральской школы УГТУ-УПИ под руководством В. Г. Лисиенко для технологических процессов в черной металлургии.
Сквозной энергетический анализ впервые применен для технологических процессов лесосечных работ. Основным показателем сквозного энергетического анализа является технологическое топливное число (ТТЧ) — затраты всех видов энергии в технологическом процессе, пересчитанных на необходимое для их получения условное топливо за вычетом вторичных энергоресурсов на единицу продукции. ТТЧ отражает объективные энергетические затраты технологического процесса, является показателем энергоемкости продукции лесосечных работ.
Структура ТТЧ процесса лесопользования представлена на рис. 1.
Методика расчета технологических топливных чисел имеет ряд существенных особенностей, позволяющих достаточно точно и объективно проводить энергетический анализ эффективности использования энергии в технологическом процессе.

• Share

Основные из этих особенностей: введение технологического топливного числа как основной энергетической характеристики технологического процесса; последовательное сквозное применение ТТЧ; учет энергии вторичных ресурсов; использование в качестве средства анализа разработки на основе общей методологии индивидуальных методик расчета ТТЧ.
Первичная энергия Э₁ представляет собой химическую энергию древесины на момент ее созревания или на момент проведения рубок главного пользования с учетом суммарных затрат энергии на проведение комплекса работ, связанных с уходом в процессе роста дерева.

• Share

где:
ТТЧ_рд — технологическое топливное число одного из n растущих деревьев, кг у.т./м³;
ТТЧ_лх — технологическое топливное число каждого из m приемов лесохозяйственных мероприятий на этапе формирования древостоев, кг у.т./м³; Q_био — энергия биомассы древесины, кг у.т./м³; φ_рд — удельное содержание биомассы в растущем дереве.

К лесохозяйственным работам, как элементу первичной энергии, относятся следующие виды работ: отвод лесосек, проведение рубок ухода всех видов, разрубка и расчистка квартальных просек, установка и ремонт межевых знаков, очистка леса от захламленности, лесозащитные работы, лесовосстановительные работы, мероприятия по охране леса от пожаров, работы по защитному лесоразведению. Энергозатраты на выполнение лесохозяйственных работ подсчитываются суммарно по фактическим данным или нормативным. Произведенная энергия Э₂ представляет собой энергетические затраты по выполнению технологического процесса лесосечных работ. Она формируется из энергозатрат, связанных с работой энергетических установок систем машин, механизмов, оборудования, механизированных инструментов, и определяется по формуле

• Share

где:
ТТЧ_i — технологическое топливное число i-ой из k операций технологического процесса, кг у.т./м³;
φ_i — удельное производство продукции при выполнении i-ой операции.

Скрытая энергия Э₃ — это затраты человеческого труда на выполнение основного технологического процесса, подготовительных, вспомогательных работ, ремонта и обслуживания техники. Энергозатраты также подсчитываются суммарно по фактическим данным или нормативным.
Оценка человеческого труда в энергетических единицах предложена С. А. Подолинским. Обобщенный энергетический эквивалент человеческого труда в промышленности представляет собой величину, равную 1,9 кг у.т./чел.ч. Энергия вторичных ресурсов Э₄ представляет собой энергию, которую можно рекуперировать в технологический процесс лесосечных работ за счет использования вторичных энергоресурсов, например, порубочных остатков. Энергетический запас, которым характеризуются порубочные остатки, может быть направлен на воспроизводство и возмещение потерь питательных веществ в результате лесосечных работ.

Э₄ = Э_теп = Э_хим , (4)

где
Э_теп и Э_хим — соответственно, тепловая и химическая энергии, которые могут быть получены из вторичных ресурсов.

По определению технологическое топливное число выражается

ТТЧ = Э₁ + Э₂ + Э₃ + Э₄ (5)

Определение и расчет всех составляющих технологического топливного числа осуществляется приведением всех видов энергии к единому показателю — условному топливу. Для этого используются энергетические коэффициенты, представленные в табл. 2.

• Share

В соответствии с вышеизложенной методикой сквозного энергетического анализа произведен расчет ТТЧ систем лесосечных машин. Рассмотрен технологический процесс лесосечных работ с годовым объемом заготовки 100 тыс. м³. Готовой продукцией являются деревья, хлысты и сортименты, отгружаемые с нижнего лесного склада. Приняты системы лесосечных машин в соответствии с классификацией, предложенной Ю. А. Ширниным [2].

1. В индексе системы: 01 — деревья, 02 — хлысты, 03 — сортименты.
2. Системы машин: МХ — механизированная, К — комбинированная, М — машинная.
3. Например, в системе машин 01.01.03.МХ обозначается трелевка деревьев (01), вывозка деревьев (01), погрузка сортиментов (03), система машин механизированная (МХ).

Результаты расчета представлены в виде диаграммы на рис. 2.

• Share

Эффективными по ТТЧ являются системы лесосечных машин: система машин 01.01.03.МХ — для заготовки деревьев; системы машин 01.02.03.МХ, 02.02.03.МХ — для заготовки хлыстов; системы машин 01.03.03.МХ, 03.03.03.К, 03.03.03.М2 — для заготовки сортиментов.

Библиографический список
4. Лисиенко В.Г., Щелоков Я.М., Розин С.Е., Дружинина О.Г. Методология и информационное обеспечение сквозного энергетического анализа. Екатеринбург: УГТУ, 2001. — 98 с.
5. Ширнин Ю.А., Пошарников Ф.В. Технология и оборудование малообъемных заготовок и лесовосстановление: Учебное пособие. — Йошкар — Ола: МарГТУ, 2001. — 398 с.

Газеева Е.А. (УГЛТУ, г. Екатеринбург, РФ).
По материалам доклада на V Международном евразийском симпозиуме «Деревообработка: технологии, оборудование, менеджмент XXI века» г. Екатеринбург, РФ, сентябрь 2010 г.