Экономия энергетических ресурсов

Представляет интерес точка зрения ученых Института угля и углехи-мии Сибирского отделения РАН. Лазаренко С.Н., доктора техн. наук, и Триз-но С.К., к.т.н.

В настоящее время при рассмотрении различных аспектов стратегии развития топливно-энергетического комплекса России все большее значение приобретает необходимость учета возможностей такого важного фактора экономики, как энергосбережение, что объясняется главным образом неуклонно возрастающей степенью исчерпанности запасов энергетического сырья. Ведь, как известно, раз-мер капиталовложений в энергосбережение единицы топлива и энергии более чем в 2 раза меньше тех затрат, что потребуются на прирост их добычи и про-изводства в таком же количестве.

Рисунок 17.1. Структурная схема потенциала энергоснабжения

Принимая во внимание то обстоятельство, что в ближайшем будущем эффективность энергосбережения обязательно превратится из фактора в большой степени умозрительного в реальный фактор экономики и потому играющий важную роль при определении параметров развития топливно-энергетического комплекса, становится актуальной задача создания целостной картины, описы-вающей структуру и количественные параметры потенциала энергосбережения в России.

Одним из результатов решения вышеуказанной задачи стала разработка структурной схемы потенциала энергосбережения (рис. 17.1), охватывающей весь технологический цикл энергоносителей, участвующих в топливно-энергетическом балансе (ТЭБ) страны, т.е. определяющей возможности энерго-сбережения как на стадии добычи полезного ископаемого, так и на стадиях пе-реработки и использования энергетического сырья. В представленной схеме сведены воедино (с надлежащей обработкой и корректировкой) и структурирова-ны многие разрозненные статистические, фактические, прогнозные данные из разных источников, касающиеся оценки различных аспектов энергосбережения в России.

В настоящее время доля полезного использования топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в экономике России составляет примерно 46%

[1]. Из оставшейся части затраченных ТЭР (54 %) правомерно считать реальным резервом экономии энергоресурсов не более 2/3 этого объема. Поскольку в 1999 г. в топливно-энергетическом балансе России был использован 991 млн т у.т. различных видов энергетического сырья (см. таблицу 17.1), можно считать, что общий потенциал энергосбережения составляет примерно 300 млн т у.т.

Следует отметить, что резерв сбережения ТЭР не имеет однозначного коли-чественного распределения по составляющим. Это объясняется следующими об-стоятельствами: во-первых, в приводимых ниже рассуждениях учитывался не весь резерв экономии энергоресурсов, а только определенная его часть; во-вторых, численное значение резерва по каждому источнику энергосбережения теоретиче-ски может изменяться от нуля до соответствующего максимума, т. е. распреде-ление общего резерва энергосбережения по составляющим в принципиальном плане многовариантно. Причем экономия энергоресурсов возможна лишь там, где будет соответствующее инвестирование средств. Поэтому предлагаемая структура потенциала энергосбережения в количественном аспекте представля-ет собой один из возможных вариантов описания резервов экономии энергии в промышленности.

При определении объемов резерва сбережения по отдельным видам энергетического сырья вполне допустимо считать их пропорциональными ны-нешнему соотношению долей энергоносителей в структуре ТЭБ, т.е. на сего-дняшний день резерв экономии для угля может быть оценен в 50 млн т у.т., нефти — 75, природного газа — 140, атомной энергетики — 20, гидроэнергети-ки — 15 млн т у.т.

Технологический цикл для сырьевых энергоносителей (угля, нефти и природного газа) состоит из следующих основных этапов: добыча, переработка, использование. Для атомной энергетики и гидроэнергетики технологический

цикл сводится к производству энергии и ее использованию. В соответствии с этим можно выделить три направления в энергосбережении:

1. Использование ресурсосберегающих технологий в добыче и первичной переработке энергетического сырья.

2. Применение ресурсосберегающих технологий в процессах использова-ния энергетического сырья, особенно в энергоемких производствах, к которым в первую очередь относятся черная и цветная металлургия, химическая промыш-ленность, производство минеральных удобрений, машиностроение и металлооб-работка, производство строительных материалов.

3. Поиск и внедрение в производство источников сбережения вторич-ных (производных) энергоносителей. Среди таких источников следует выде-лить использование энергосберегающих технологий при теплофикации и элек-троснабжении, применение тепловых насосов, электрификацию железных дорог, дизелизацию автомобильного транспорта.

Таблица 17.1

Направление			Статья ТЭБ, млн т у.т.
использования
Уголь	Нефть	Природный	Атомная	Гидро-
энергетическо-
		газ	энергетика	энерге-	Всего
го сырья
				тика
Производство
Экспорт				-	-
Использование
ТЭБ
Доля в ТЭБ, %

Резерв экономии сырьевых ТЭР в процессе их добычи и первичной пе-реработки определяется такими показателями, как полнота извлечения запасов сырья, уровень технологических потерь при добыче и транспортировке. Напри-мер, только увеличение глубины переработки нефти с 63 до 90 % позволило бы сэкономить до 60 млн т у.т. в год [9]. С учетом состояния нынешней рос-сийской экономики при количественной оценке данного вида энергосбережения следует, по мнению авторов, ориентироваться на практическую осуществимость экономии рассматриваемых ТЭР в процессе их добычи в объеме 50 млн. т у.т. Следовательно, учитывая, что общий потенциал энергосбережения по рассмат-риваемым видам сырья составляет порядка 300 млн т у.т., на долю технологий использования энергоресурсов остается 250 млн т у.т.

Потенциал энергосбережения при использовании энергоресурсов в свою очередь можно представить как сумму двух составляющих — резерва сбере-жения при использовании ТЭР в энергоемких производствах и резерва экономии вторичных (производных) энергоресурсов. Существуют оценки [10], указыва-ющие, что только на долю горнорудного производства и черной металлургии приходится 25 % всех потребляемых промышленностью энергоресурсов, что со-ставляет более 200 млн т у.т., из которых 60 млн т у.т., как представляется, могут

считаться резервом экономии. При использовании ТЭР в энергоемких производ-ствах реальным значением потенциала энергосбережения, по мнению авторов, можно считать 80 млн т у.т., из которых 50 млн т у.т. относится к горнорудному производству и черной металлургии, а оставшиеся 30 млн т у.т. — в равных до-лях к каждому из других вышеупомянутых производств.

Вторая часть резерва энергосбережения при использовании ТЭР — эко-номия за счет использования вторичных энергоресурсов, на долю которых при-ходится 170 млн т у.т., — может быть представлена как сумма трех составля-ющих: экономия тепловой энергии, электроэнергии и моторных топлив. По дан-ным [2], сберегающий потенциал электроэнергетики России оценивается в 65 - 75 млн т у.т. Для дальнейших расчетов было принято значение 75 млн т у.т. Потенци-ально возможная экономия моторных топлив за счет внедрения новейших до-стижений оценивается в 18 - 20 млн т у.т. [9]. Однако в этом случае автор считает практически достижимой экономию не более 10 млн т у.т.

Наиболее значительными следует признать энергосберегающие возможно-сти теплоэнергетики. В наследство от длительного исторического периода ис-кусственно дешевой энергии нам остались низкоэффективные системы тепло-снабжения, сверхнормативные потери в которых в масштабах России составля-ют 175-200 млн т у.т. в год [11]. За реально достижимую экономию в тепло-энергетике допустимо принять 85 млн т у.т.

Резерв экономии тепловой энергии имеет несколько источников, среди ко-торых ведущее место занимает теплоизоляция. Качественная тепловая изоляция позволяет снизить потери тепла только на электростанциях в 3 - 4 раза. В настоящее время на ТЭС находится в эксплуатации 7,7 млн м³ теплозащищае-мых конструкций, излучающих в окружающую среду 2·10¹⁰ Вт/ч тепла [12]. В отечественных теплопроводах уровень потерь в 2,5 раза превышает норматив-ный, при этом 16,5 % выработанной тепловой энергии теряется в сетях [13]. Ре-альный резерв этого источника энергосбережения можно оценить в 60 млн т у.т.

Очень эффективным источником сбережения тепловой энергии является применение тепловых насосов для теплоснабжения административных и жилых зданий. Тепловые насосы трансформируют тепловую энергию с низкотемпера-турного уровня на более высокий с использованием в рабочем цикле источни-ка низкопотенциального тепла (сбросовое тепло, теплота грунта на глубине 4 - 5 м и др.). При этом коэффициент преобразования энергии достигает значения 3 и более [14]. Энергосберегающий потенциал данного источника сбережения может составить не менее 10 млн т у.т. Около 5 млн т у.т. энергии может сэко-номить широкое применение приборов для контроля расхода тепла и воды.

Дальнейшее развитие теплофикации — совместного производства тепло-вой и электрической энергии — позволит, по оценкам специалистов [15], до-полнительно сэкономить еще до 20 млн т у.т., которые в равных долях можно от-нести к экономии как тепловой, так и электрической энергии. В этом случае экономия будет достигаться за счет синергетического эффекта, когда результат комбинирования превышает сумму отдельных результатов (в настоящее время коэффициент полезного использования топлива на ТЭЦ более чем в 2 раза пре-вышает аналогичный показатель на ГРЭС федерального уровня).

Весомым источником экономии электроэнергии может стать применение частотно-регулируемого электропривода. Как известно, мощность промышленных электродвигателей подбирается в расчете на максимально возможную производи-тельность оборудования, хотя продолжительность работы на максимальном уровне составляет в среднем 10-15% общего времени работы. При такой экс-плуатации двигателей среднесуточное потребление электроэнергии в большин-стве случаев бывает значительно (до 60 %) больше действительно необходимого. Оснащение электродвигателей частотно-регулируемым приводом дает возмож-ность регулировать частоту их вращения в зависимости от нагрузки. Внедрение таких приводов не влечет за собой замену оборудования и целесообразно для установки на 60 % используемых в народном хозяйстве электродвигателей. Энергосберегающий эффект данного мероприятия может составить не менее 20 млн т у.т. [16].

Суммарный потенциал прочих известных энергосберегающих техноло-гий, не рассматриваемых в данной статье и имеющих прямое отношение к сбе-режению электроэнергии, по нашим оценкам, в первом приближении должен составить около 45 млн т у.т. Что касается оценки энергосберегающего потен-циала при экономии моторных топлив, то здесь основными источниками могут считаться, как упоминалось выше, электрификация железных дорог и дизелиза-ция автомобильного транспорта, на каждый из которых можно отнести при-мерно по 5 млн т у.т. экономии топлива.

Из схемы на рис. 17.1 видно, что кроме собственно сбережения основных видов энергетического сырья существует еще одно направление энергосбереже-ния, потенциально сопоставимое в количественном выражении с вышеописан-ным, — это замещение в ТЭБ основных энергоносителей нетрадиционными воз-обновляемыми источниками энергии (НВИЭ). Существуют расчеты [17], позво-ляющие оценить данный вид энергосберегающего резерва примерно в 230 млн т у.т.

Замещение основных видов энергетических ресурсов НВИЭ — процесс, не зависящий от непосредственного энергосбережения и требующий дополни-тельных капиталовложений в строительство нетрадиционных энергоустановок. Главное преимущество последних состоит в том, что используемые ими ресурсы для производства энергии возобновляемы природой и в определенном смысле неисчерпаемы.

Потенциал отдельных видов НВИЭ в масштабах России чрезвычайно высок и оценивается следующим образом: энергия ветра - 10 млн т у.т., сол-нечная энергия — более 10, геотермальная энергия — 115, энергия биомассы — 35, малая гидроэнергетика — более 60 млн т у.т. [17]. Однако сегодня масштабы использования НВИЭ в России крайне незначительны — объем ежегодного за-мещения ими главных видов топлива составляет 1,5 млн т у.т. Такое положение совершенно неприемлемо, тем более что в России практически для каждого ре-сурса этого вида уже существуют соответствующие научно-технические разра-ботки, выполненные на высоком уровне.

Разработанная структурная схема энергосберегающего потенциала сырье-вых отраслей экономики России, не претендующая на исчерпывающую полноту и

точность предлагаемых количественных оценок эффективности энергосбереже-ния для отдельных направлений и способов сбережения, тем не менее позво-ляет хотя бы в первом приближении представить и объективно оценить воз-можности энергосбережения в России в структурированном виде.

В Институте угля и углехимии (ИУУ) СО РАН разрабатываются различ-ные варианты развития топливно-энергетического комплекса, оценка которых напрямую связывается с возможностью обеспечения энергетической безопасно-сти государства. Ее можно определять, в частности, как наличие необходимо-го для надежного функционирования экономики и социальной сферы количества энергетического сырья. Важным условием достижения энергетической безопас-ности следует считать обеспечение оптимального соотношения объемов отдель-ных видов энергоносителей в ТЭБ.

Можно отметить, что на сегодняшний день в России имеется необходи-мый суммарный объем энергоносителей и даже остается значительное количе-ство энергетического сырья для экспорта. Что же касается структуры ТЭБ (см. таблицу), то она далека от оптимальной и, безусловно, не отвечает требованиям энергетической безопасности. Согласно исследованиям ИУУ СО РАН, опти-мальным для условий современной России является следующее соотношение угля (У), нефти (Н), природного газа (Г), атомной энергетики (А) и гидроэнер-гетики (Гд) в топливно-энергетическом балансе:

У : Н : Г : А : Гд = 32 : 25 : 26 : 10 : 7.

Рисунок 17.2. Динамика изменения структуры ТЭБ (прогнозный вариант):

У — уголь; Н — нефть; Г — природный газ; А — атомная энергетика; Гд — гидроэнергетика; в числителе — доля энергоносителя в ТЭБ, %, в опреде-

ленном году; в знаменателе — абсолютное значение объема данного энерго-носителя, млн т у.т.

Такое соотношение определяется прежде всего количеством запасов раз-личных видов энергетического сырья. Как известно, запасы нефти и природно-го газа начали заметно истощаться, и их хватит лишь на несколько десятиле-тий, в то время как запасов угля в России может хватить на 800-1000 лет. Та-ким образом, совершенно очевидно, что роль угля в энергетике России сегодня недопустимо низка и необходимо предпринимать активные усилия для увели-чения добычи угля в стране и повышения его роли в ТЭБ.

На рис. 17.2 приведен один из разработанных ИУУ СО РАН сценариев развития ТЭК до 2020 г. (предусматривающий ежегодный прирост ВВП в сред-нем на 2 % и необходимый для обеспечения потребностей растущей экономики среднегодовой прирост объема используемых энергоносителей в 1 %), реализа-ция которого позволила бы к концу указанного периода существенно изменить соотношение различных видов энергетического сырья в ТЭБ с целью повышения уровня энергетической безопасности страны. Условия реализации данного сце-нария предполагают на период до 2020 г. "замораживание" добычи нефти и природного газа, а также объемов энергии, производимой атомной и гидро-энергетикой, на их сегодняшнем уровне и обеспечение всего прироста производ-ства энергетического сырья, необходимого для роста экономики, только за счет значительного увеличения добычи угля.

Рисунок 17.3. Сценарии энергопотребления при различных вариантах энергосбережения

С учетом вышеуказанных количественных возможностей энергосбереже-ния были разработаны сценарии энергопотребления в России на период до 2020 г. На рис. 17.3 в графическом виде показаны сценарии при различных вариан-тах энергосбережения: 1 — без существенного энергосбережения; 2— с мак-симально возможным уровнем энергосбережения; 3— наиболее вероятный "усредненный" сценарий энергосбережения. Из графика видно, что при наибо-лее вероятном развитии событий в аспекте энергосбережения, т. е. при "уме-

ренном" уровне осуществления энергосберегающих мероприятий, в 2020 г. в ТЭБ страны должно будет использоваться 1050 млн т у.т. энергетического сырья, что приблизительно на 5 - 6 % больше того количества, которое используется

в настоящее время. В случае же пренебрежения требованиями соблюдения принципа ресурсосбережения экономике страны потребуется к 2020 г. ежегод-но использовать в топливно-энергетическом балансе не менее 1200 млн т у.т. энергетического сырья.

Исходя из непреложности того обстоятельства, что фактор энергосбе-режения должен обязательно приниматься во внимание при разработке прогно-зов добычи сырьевых энергоресурсов на среднюю и особенно дальнюю пер-спективу, можно утверждать, что, например, прогнозируемые на 2020 г. объемы добычи угля в России в размере 500 млн. т в год [18] нужно скорректировать в меньшую сторону примерно на 70 млн т у.т. (или на 100 млн т рядового угля). Аналогичной корректировке можно подвергнуть и прогнозируемые на указан-ный период объемы добычи нефти и природного газа.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите, каковы резервы экономии при добыче и первичной переработке топ-ливных ресурсов.

2. Каков резерв сбережения при использовании и производстве вторичных энерго-ресурсов?

3. Каковы варианты развития топливно-энергетического комплекса России?

4. Как необходимо изменить соотношение различных видов энергетического сырья в ТЭБ с целью повышения уровня энергетической безопасности России?

5. Как должен приниматься во внимание фактор энергосбережения при разработке прогнозов добычи сырьевых ресурсов?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Теплотехника: Учеб. для вузов /А.П.Баскаков, Б.В.Берг, О.К.Вайт и др.;

под ред.А.П.Баскакова М.: Энергоатомиздат, 1991.

2. Теплотехника: Учеб.для втузов /А.М.Архаров, С.И.Исаев, И.А.Кожинов и

др.; под общ. ред.В.И.Крутова. М.: Машиностроение, 1986.

3. Дэвинс Д. Энергия. М.: Энергоатомиздат, 1985.

4. Степанов Н.Н. Гидравлические машины. Киев: В.школа, 1978.

5. Канторович Б.В., Кузнецов Н.К. Гидравлика, водоснабжение,гидросило-вые установки. М., 1961.

6. Энергетика сегодня и завтра: 70 лет ГОЭЛРО // Под ред. А.Ф. Дьякова М.: Высшая школа, 1988.

7. Прогресс в энергетике // Под ред. П.С. Непорожнего. М.:Высшая школа,

1988.

8. Удалов С.Н. Возобновляемые источники энергии: Конспект лекций. Ново-сибирск. 1998. Часть 1,2.

9. Сибикин Ю.И Важнейшие направления энергосберегающей политики Рос-сийской Федерации //Промышленная энергетика, 1998, № 6.

10. Сибикин Ю..И, Сибикин М.Ю Важнейшие направления энергосберегаю-щей политики Российской Федерации //Промышленная энергетика, 1999, №11.

11. Сибикин Ю.И. Важнейшие направления энергосберегающей политики Российской Федерации //Промышленная энергетика, 1999, № 1.

12.Семенова Е.В., Мирошниченко В. В. Развитие теплоснабжения: современные пробле-мы и пути решения //Энергетик, 1999, №3.

13. Воронков С.Т. Эффективная тепловая изоляция - крупный резерв эконо-мии топлива на электростанциях //Промышленная энергетика, 2000, № 1.

14. Осокин Ю. Ф., Каримов 3. Ф. О сокращении потерь тепловой энергии в действующих тепловых сетях //Промышленная энергетика, 1999, №7.

15. Понель О. С. Тепловые насосы — эффективный путь энергосбережения //Энергия, 1999, № 12.

16. Малафеев В.А. Теплофикация — эффективный способ энергосбережения

и защиты окружающей среды //Промышленная энергетика, 1999, № 10.

17. Садовский С.И. О некоторых аспектах энергосбережения //Промышленная энергетика, 1999, № 12.

18. Монахова И.А Международный конгресс по нетрадиционной энергетике //Энергия, 2000, № 2.

19. Саламатин А.Г. Угольная промышленность России на пороге нового ты-сячелетия //Уголь, 2000, №2.