Текст книги "Энергосбережение в промышленных и коммунальных предприятиях: учебное пособие"

Анатолий Иванович Колесников, Михаил Николаевич Федоров, Юрий Максимович Варфоломеев
Энергосбережение в промышленных и коммунальных предприятиях: Учебное пособие

Введение

В сложившихся исторических условиях экономика России характеризуется высокой энергоемкостью, удельные показатели которой в 2—3 раза превышают аналогичные показатели экономики развитых стран. Причины такого положения кроются в более суровых климатическими условиях, большой протяженности транспортных перевозок между регионами. Действие этих факторов усугублено наблюдаемым за последние десятилетия физическим и моральным износом энергетического оборудования, нарастающей технологической отсталостью энергоемких отраслей промышленности и жилищно-коммунального хозяйства, а также недооценкой необходимости широкого внедрения автоматизированных систем коммерческого учета производства и распределения энергоресурсов (АСКУЭ), способствующих вовлечению субъективных факторов (личной заинтересованности производителей и потребителей энергоресурсов) в процесс энергосбережения.

Степень повышения энергоэффективности систем энергоснабжения и потребления энергетики определяет долгосрочные перспективы развития не только энергетического сектора, но и экономики Российской Федерации в целом. Ориентация на энергоемкий рост экономики угрожает консервацией технологической отсталости, опережающим ростом внутреннего спроса на энергоресурсы. Энергоресурсосбережение является одним из основных, постоянных направлений деятельности специалистов-энергетиков и технологов, способствующих снижению издержек производства и себестоимости производимых продуктов и услуг, повышению конкурентоспособности отечественных товаров; ключевым звеном реформирования жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) России, позволяющим смягчить для населения бремя роста удельной стоимости этих услуг.

В России каждый процент экономии топлива и энергии может дать 0,35—0,4% прироста национального дохода, что соответствует задаче удвоения в ближайшие годы валового внутреннего продукта, поставленной Президентом Российской Федерации В.В. Путиным [2].

В различных отраслях промышленности и ЖКХ существуют реальные резервы для снижения на 15—30% действующих затрат на энергообеспечение, включая водопользование [15].

В передовых странах, на практике целенаправленно реализующих политику энергосбережения (например, в Дании), получены положительные результаты в экономии энергоресурсов – за последние 10—15 лет достигнут подъем промышленного производства в 1,5 раза без увеличения общего их потребления.

В России для этого есть все возможности [37].

Согласно концепции «Энергетической стратегии России на период до 2020 года» [2], утвержденной Правительством PO в 2003 г., динамика роста валового внутреннего продукта России должна опережать рост энергопотребления (рис. 1).

ЖКХ является одним из крупнейших потребителей топлива и энергии в России – на его долю приходится около 30% всего энергопотребления страны. Вместе с тем ЖКХ многих регионов Российской Федерации имеет значительные резервы экономии электрической и тепловой энергии, а также воды (как энергоносителя). В системах городского (районного) теплоснабжения, особенно при транспортировке, распределении и регулировании, массово используются технические средства, разработанные 40—50 и более лет назад и имеющие большой физический и моральный износ. Ограниченные финансовые возможности способствуют тому, что возникающие на предприятиях технические проблемы часто решаются по временной схеме, без технико-экономической проработки, а это приводит в долговременном плане к большим финансовым потерям [14].

Рис. 1. Прогнозная динамика роста ВВП и энергопотребления России на период до 2020 г и по отношению к уровню 2000 г

По данным предварительных обследований, проведенных в ряде регионов России, резервы экономии на начало XX! в. составляют [1,2]:

• по тепловой энергии – от 25 до 60%;

• по электроэнергии – от 15 до 25%;

• по воде – от 20 до 30%.

В целом по России удельное потребление энергоресурсов на одного человека (частично вследствие отличающихся климатических условий) значительно превышает соответствующие показатели европейских стран:

• по теплоте – в 2—3 раза;

• по воде – в 1,5—2 раза.

В связи с неотлаженностью финансовых рычагов взаимодействия российские производители тепловой и электрической энергии (как в централизованных, так и в изолированных системах), как правило, не заинтересованы в экономии энергетических ресурсов у потребителя, перекладывая на него все проблемы неэффективности работы систем энергоснабжения. Нет коммерческого интереса; иногда даже наблюдается противодействие внедрению измерительных систем в теплоснабжение (узлов коммерческого учета расхода тепловой энергии), отсутствие которых позволяет предприятиям, ответственным за производство и передачу теплоты, списывать на потребителя все свои потери, возникающие после подачи теплоносителя в теплосети.

Согласно концепции развития [2] в перспективе ожидается замедление в 1,07—1,1 раза роста расхода энергоресурсов на централизованное теплоснабжение относительно общего энергопотребления (в связи с большими возможностями снижения потерь, экономией теплоты, а также опережающим развитием локальных и индивидуальных источников тепла). Планируется преодоление тенденции возрастания потребления природного газа на внутреннем энергетическом рынке с уменьшением его доли в общем энергопотреблении (включая расход на производство электроэнергии и теплоты) с 50% в настоящее время до 49% в 2010 г. и 46% в 2020 г. за счет увеличения выработки электроэнергии на атомных и гидравлических электростанциях (с 10,8 до 12%), потребления жидкого топлива (с 20 до 22%) и угольной продукции (с 19 до 20%).

В энергосбережении важное место отводится этапу энергоаудита (энергетическому обследованию) как основному контрольному инструменту, в задачу которого входит проведение обследования предприятий и энергоресурсопотребляющих систем с целью получения объективной оценки эффективности их функционирования и разработки рекомендаций по ее повышению.

Энергосбережение не является чем-то новым, в доперестроечный период оно было и постоянно оставалось основной задачей энергетиков и технологов. В прошлые годы на уровне государства проводилась планомерная работа по энергосбережению: выпускались методические пособия, целенаправленно разрабатывались новые технологические решения, организовывались соревнования по энергосбережению со стимулированием их победителей, хотя экономически не всегда было выгодно финансировать некоторые предложения из-за низкой стоимости энергоресурсов. Вследствие низких тарифов и стоимости услуг по энергоснабжению население не привыкло к экономным режимам энергопользования. В настоящее время ситуация существенно изменилась.

Перед населением стоит задача приведения оплаты за коммунальные услуги в соответствие с фактическими затратами как один из рычагов, стимулирующих экономию энергоресурсов и снижение государственных дотаций в коммунальную сферу. Самый эффективный стимул экономии энергоресурсов со стороны потребителя – оплата за их фактическое потребление.

Производитель и поставщик энергоресурсов по эффективности генерирования и распределения энергоресурсов должны ориентироваться на технически обоснованные современные нормативы, которые должны контролироваться как со стороны государства, так и потребителя и стимулировать их экономию.

Глава 1. Энергосбережение – одно из основных направлений развития экономики России

Основным источником энергии в народном хозяйстве России, несмотря на развитие ядерной энергетики и использование гидроэнергоресурсов, продолжает оставаться органическое топливо. По статистическим данным, за 1991 г. на тепловых электростанциях (ТЭС) производилось около 75% всей вырабатываемой электроэнергии, на гидроэлектростанциях (ГЭС) – 12%, на атомных электростанциях (АЭС) – 13%. За последние годы, вследствие снижения промышленного электропотребления, связанного с падением производства, уменьшилась общая выработка электроэнергии с перераспределением долей выработки в сторону более дешевых источников (доля ГЭС выросла до 20%, АЭС – до 15%).

За прошедший период структура производства тепла для коммунальных целей практически не изменилась. Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), промышленные и другие котельные в 1991 г. давали 68,9% общей выработки теплоты, используемой в народном хозяйстве; 31,8% теплоты производилось в индивидуальных водогрейных котельных и других нагревательных установках коммунально-бытового сектора, 1,7% – в электрокотлах, 4% – в теплоутилизационных установках.

Основным потребителем топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) ранее являлась промышленность. На ее долю приходилось 55% потребления; на коммунально-бытовой сектор – 31,5%; на транспорт – не более 9%; на сельское хозяйство – 5%. В настоящее время произошел спад потребления энергоресурсов в промышленности и сельском хозяйстве с увеличением доли потребления коммунально-бытового сектора.

Коэффициент полезного действия (КПД) современных конденсационных электростанций (КЭС) с энергоблоками мощностью 800—1200 МВт достигает 42—43%; КЭС малой мощности (5—7 МВТ) – не более 25%; теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии – 60—70%; стационарных дизельных двигателей – до 43%; карбюраторных автомобильных – не более 33%; современных газотурбинных установок – до 38—40%; комбинированных парогазовых установок – до 55%.

Стоимость производимой единицы электроэнергии в России в несколько раз превышает стоимость единицы тепловой энергии (размерности одинаковы) – для центральных регионов примерно в 5,5 раза. Это соотношение выше, чем в развитых странах Запада, поэтому использование электрической энергии в России для целей теплоснабжения считается дорогим и малодоступным.

Сопоставление КПД и коэффициентов полезного использования (КПИ) отечественных теплоиспользующих установок и систем с лучшими мировыми аналогами показывает, что удельные затраты энергоресурсов в России на выпуск единицы продукции в большинстве случаев выше лучших аналогичных зарубежных показателей в 2—3 раза. Если в 1988 г. энергоемкость внутреннего валового продукта (ВВП) России была в два раза выше, чем в США, то в настоящее время она превышает энергоемкость ВВП западных стран в 3,5—4,5 раза [2]. Эти показатели определяются не только технологическим отставанием, но и более суровыми климатическими условиями, которые вносят значительную постоянную составляющую в удельные характеристики энергозатрат на производство продукции, спадом уровня загрузки промышленного производства, возрастанием доли постоянной составляющей энергопотребления.

Известно, что доля отопительно-вентиляционной нагрузки в общем теплопотреблении предприятий машиностроительного, текстильного, пищевого, деревообрабатывающего профилей, ряда химических предприятий достигает 70—80%, нефтеперерабатывающих предприятий – около 50%. Снижение уровня загрузки предприятий приводит к тому, что возрастает доля этой постоянной составляющей энергопотребления в энергоемкости продукции. По результатам энергообследований одного из предприятий нефтехимической промышленности, загруженного на 25%, отмечено, что удельные энергозатраты за время перестройки в связи со спадом производства возросли в 2,5—3 раза. При аппроксимации зависимости удельных затрат на полную загрузку 1990-х гг. были получены результаты, соответствующие проектным показателям.

Предприятия, спроектированные по условиям энергоэкономичной работы на номинальных загрузках, при спаде производства имеют ухудшенные удельные показатели по энергозатратам.

В промышленной технологии имеются большие резервы энергосбережения. Исследования, выполненные на кафедре энергетики высокотемпературной технологии МЭИ [26], показали, что коэффициент полезного использования (КПИ) топлива в полном технологическом цикле производства стали (от добычи руды до выплавки стали) не превышает 5%; аналогичные показатели в производстве цветных металлов и строительных материалов. КПД нагревательных печей кузнечно-прессовых цехов машиностроительных предприятий обычно не превышает 5—10%. Не лучшее положение на многих производствах, применяющих в технологических процессах выпарные, перегонные, ректификационные и сушильные установки, моечные машины, гальванические ванны, обогреваемые паром, бассейны для пропаривания древесины.

Приведенные выше показатели энергоэффективности работы отечественной промышленности и объектов коммунального назначения свидетельствуют о том, что необходимо много работать для их улучшения.

Ухудшение экологической обстановки в стране также диктует необходимость снижения энергопотребления, так как энергетика, промышленность и коммунальное хозяйство являются одними из основных источников загрязнения окружающей среды [46].

В 1992 г. в Рио-де-Жанейро (Бразилия) прошла международная конференция ООН по проблемам окружающей среды и развитию. Участники конференции пришли к выводу, что в ближайшие четыре десятилетия (с момента проведения конференции) на земном шаре может произойти экологическая катастрофа, если человечество не примет экстренных мер по усовершенствованию существующих способов производства. Природа способна воспроизводить изъятые у нее биоресурсы, если изымается не более 1% имеющегося их количества. Сделанные оценки показывают, что этот барьер превзойден уже примерно в десять раз. По данным на начало последнего десятилетия, запасов угля (при существующих темпах потребления и технологии) могло хватить на период от 100 лет (США) до 1000 лет (страны СНГ), нефти – от 36 до 100 лет и газа – от 32 до 60 лет.

На долю России приходится около 30% мировых запасов органического топлива. Из общего количества добываемой нефти в 1998 г. экспортировалось 42% (120 млн т), природного газа в 2002 г. – 37% (193,1 млрд м³), тем самым обеспечивались в виде налогов валютные поступления в казну государства. (Для притока валютных поступлений расход газа внутри страны экономится.)

В условиях ожидаемого подъема производства предполагается увеличивать объемы выработки тепловой и электрической энергии преимущественно за счет увеличения доли сжигаемого твердого топлива.

Увеличение производства в несколько раз без качественного изменения технологии (в том числе энергогенерации и энергоиспользования), организации производства и распределения продукции и услуг (в том числе коммунальных) может привести к катастрофическим последствиям.

Не менее катастрофичная ситуация с пресной водой. Из общего количества воды на земле (1400 млн км³) на долю пресной воды приходится 4 млн км³, из них 0,01% доступно для полезного пищевого использования. Значительная часть пресной воды находится в виде ледников, арктических и антарктических льдов.

Промышленность потребляет 30% всей пресной воды (табл. 1), расходуемой на хозяйственные цели, из них 45% расходуется в теплоэнергетике. На переработку 1 т нефти затрачивается от 10 до 40 м³ воды; на производство 1 т стали из железной руды – до 150 м³; 1 т стального проката – 20—30 м³; 1 т целлюлозно-бумажной продукции и синтетических волокон – до 500 м³.

Таблица 1

Показатели водопотребления и водоотведения в Российской Федерации в 1998 г., млн м³ [46]

В целом по России суммарный забор свежей воды из водоисточников в средний по водности год составляет около 3% общих водных ресурсов. Однако на некоторых бассейнах рек величина водозабора достигает 50% и более (бассейн Кубани – 111%; Дона – около 50%; Урала – 75% речного стока 95%-ной обеспеченности). При этом в указанных бассейнах наиболее значительно безвозвратное водопотребление по отношению к водным объектам, которое достигает близких к критическим значений, что указывает на возможность дефицита воды в экстремально маловодные годы [46].

По данным Государственного водного кадастра, суммарный забор воды из природных водных объектов в 1998 г. сократился по сравнению с 1997 г. на 2,9 км³ и составил 87,3 км³.

По данным 1980 г., общее мировое количество сточных вод составило 500 км³/г, из них 70% загрязнено термально и 30% химически активными веществами. Из всех загрязненных сточных вод 8,5% дает теплоэнергетика, 82% – промышленность (в России – 70%), около 8% – коммунально-бытовой сектор и 1,5% – сельское хозяйство.

В сложившейся ситуации затраты за водопользование становятся весомой составляющей в затратах промышленных и коммунально-бытовых предприятий.

Осложняется экологическая обстановка, обусловленная загрязнением атмосферы. По данным за 1987 г., в СССР в атмосферу выбрасывалось 100 млн т загрязнений. Из них на долю предприятий энергетики приходилось 26%, на автотранспорт – 36,9%, на предприятия черной металлургии – 7%.

Степень очистки газообразных выбросов от золы в России достигает 75%, от вредных газообразных примесей – 30% (в ФРГ – 86%). Вблизи крупного металлургического предприятия содержание пыли выше нормативов в 18 раз, окиси углерода – в 15 раз, оксидов азота – в 18 раз.

Плата за вредные экологические выбросы пока еще незначительна, но она постепенно возрастает. На предприятиях энергетики и коммунального хозяйства начинают принимать меры по снижению сбросов хлоридов, образующихся в системах химической очистки воды. Энергосбережение влияет на состояние экологии.

Энергоресурсосбережение способствует снижению издержек производства и себестоимости производимых продуктов и услуг, повышению конкурентоспособности отечественных товаров, является ключевым звеном реформирования жилищно-коммунального хозяйства России.

Энергосбережение – это экономия топливно-энергетических ресурсов и связанных с ними затрат при производстве продукции и услуг, получаемая при соблюдении технологических параметров, обеспечивающих их высокое качество, отвечающее требованиям нормативов и стандартов. Решается правовыми, организационными, научными, производственными, техническими и экономическими методами, направленными на эффективное использование топливно-энергетических ресурсов и вовлечение в хозяйственный оборот возобновляемых источников энергии.

Получение экономии энергоресурсов и связанных с ними затрат достигается:

• применением более энергоэкономичных технических решений, в том числе на основе последних достижений науки и техники;

• повышением тепловой защиты жилых, общественных, производственных, сельскохозяйственных и складских зданий и сооружений;

• организацией технологических процессов, в которых энергопотребляющее и энергопреобразующее оборудование эксплуатируется в оптимальных (обычно номинальных) режимах;

• снижением постоянных составляющих энергозатрат, не связанных непосредственно с производством продукции и услуг;

• обеспечением качественных ремонтов и обслуживания энергопотребляющего оборудования и систем, поддержанием его в исправном состоянии;

• вовлечением в процесс энергосбережения субъективных факторов, заинтересовывая обслуживающий энергетический и технологический персонал предприятий и потребителя в экономии энергоресурсов.

В сфере теплоснабжения складывается ситуация, для которой характерны следующие негативные факторы:

• во-первых, отсутствие у производителей тепла побудительных стимулов внедрять измерительные системы и энергосберегающее оборудование, так как за потери теплоты расплачивается потребитель;

• во-вторых, продолжающийся рост стоимости теплоты и отсутствие стимулов экономии при оплате за фактически потребленные ресурсы ведут к увеличению неплатежеспособного спроса на них со стороны потребителя. Все это способствует перерасходу энергоресурсов, образованию задолженности потребителя за уже поставленную и использованную теплоту и как следствие – возникновению трудностей с поддержанием теплофикационных систем в рабочем состоянии, включая проблему закупок топлива и электроэнергии;

• в-третьих, потребитель, не оснащенный приборами, регистрирующими энергопотребление, не имеющий прямой связи между объемами энергопотребления и оплатой за них, в свою очередь, мало заинтересован в энергосбережении.

Проблема энергоресурсосбережения в промышленности и ЖКХ России весьма актуальна.

На решение этой проблемы была направлена Федеральная целевая программа «Энергосбережение России», в том числе подпрограмма «Энергоресурсосбережение в ЖКХ на 2000—2005 гг.». Функции государственного заказчика по программе энергоресурсосбережения в ЖКХ до марта 2004 г. осуществлялись Госстроем России, а затем Министерством промышленности и энергетики (Федеральным агентством по строительству и ЖКХ). Общую политику по Российской Федерации в области энергосбережения курирует также Госэнергонадзор.

В процессе энергосбережения важное место отводится энергоаудиту (энергетическому обследованию), в задачу которого входит проведение обследования предприятий и энергоресурсопотребляющих систем с целью получения объективной оценки эффективности использования энергоресурсов и разработки рекомендаций по ее повышению.

Повышение цен на энергоносители делает задачу энергосбережения экономически актуальной. Необходимо использовать все полезное, накопленное в прошлые годы, применять последние технические достижения в области энергосбережения. Развитие техники на новом уровне возвращает интерес к ранее забытым техническим решениям по энергосбережению – они становятся экономически востребованными.