Р е с у р с о с б е р е ж е н и е

В Э Н Е Р Г Е Т И К Е

Монография

Москва

ИНФРА-М

2011

УДК 621.311

ББК 74.58

Ф 33

Рецензент:

доктор технических наук, профессор

А. С. Сарваров

Ф33 Федоров, О. В. Ресурсосбережение в энергетике[Текст]: монография / О. В. Федоров, Н. В. Голубцов, И. И. Гребенюк. – М.: ИНФРА-М, 2011. – 247 с.

ISBN 978-5-16-004958-8

Рассмотрены проблемы инновационной деятельности России. Отражено состояние энергетики. Особое внимание уделено вопросам ресурсосбережения, в том числе энергосбережению и экологическим проблемам промышленности.

Книга адресована широкому кругу читателей, а также может служить учебным пособием для студентов.

Рис. 70. Табл. 50. Библиогр.: 43 назв.

УДК 621.311

ББК 74.58

ISBN 978-5-16-004958-8© Федоров О.В., Голубцов Н.В.,

Гребенюк И.И., 2011

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ. 5

РАЗДЕЛ I. РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ.. 14

Глава I.1. ПРОИЗВОДСТВО И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ.. 14

§ I.1.1. Тепловые электростанции. 15

§ I.1.2. Гидроэлектростанции. 17

§ I.1.3. Атомные электростанции. 18

§ I.1.4. Передача и распределение электрической энергии. 26

§ I.1.5. Альтернативные источники энергии. 27

§ I.1.6. Общая характеристика электроэнергетики стран СНГ. 34

§ I.1.7. Углеводородные ресурсы.. 55

§ I.1.8. Перспективные энергоносители. 63

Глава I.2. УПРАВЛЕНИЕ ИННОВАЦИОННЫМИ ПРОЦЕССАМИ В ЭНЕРГЕТИКЕ. 81

§ I.2.1. Формирование системы инновационного менеджмента в энергокомпаниях. 81

§ I.2.2. Подготовка кадров энергетических предприятий как условие успешного управления инновационными процессами. 92

РАЗДЕЛ II. РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ У ПОТРЕБИТЕЛЕЙ.. 101

Глава II.1. ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РЕАЛИЗАЦИИ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕЙ ПОЛИТИКИ.. 101

§ II.1.1. Потребители электроэнергии. 101

§ II.1.2. Концепция «умных сетей» – Smart Grid для обеспечения энергоэффективности 108

§ II.1.3. Внедрение инновационных технологий в электроосвещение. 112

§ II.1.4. Внедрение инновационных технологий в отопление. 121

Глава II.2. ЛОГИСТИЧЕСКОЕ ФОРМИРОВАНИЕ БОЛЬШИХ СИСТЕМ ПРОИЗВОДСТВЕННОГО НАЗНАЧЕНИЯ.. 137

§ II.2.1. Основополагающие понятия. 137

§ II.2.2. Основные положения структурного анализа. 141

§ II.2.3. Структура электродвигателей предприятий и ее показатели. 143

§ II.2.4. Метод эффективного управления видовой структурой электродвигателей предприятий и ее оценка. 152

РАЗДЕЛ III. ПРАВОВЫЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ.. 173

Глава III.1. Правовое обеспечение ресурсосбережения.. 173

§ III.1.1. Энергоэффективность и энергосбережение как приоритеты модернизации России 173

§ III.1.2. Законодательно-правовое обеспечение энергосбережения. 177

§ III.1.3. Нормативно-методическая база ресурсосбережения. 189

Глава III.2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ.. 194

§ III.2.1. Тепловые электростанции. 195

§ III.2.2. Гидроэлектростанции. 197

§ III.2.3. Атомные электростанции. 198

§ III.2.4. Аварии на морских платформах. 200

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 210

Список литературы... 211

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ.. 215

П Р И Л О Ж Е Н И Я.. 219

Приложение А. Структура генерирующих мощностей по видам топлива ...................220

Приложение Б. Гидроэнергетические ресурсы России ...................................................221

Приложение В. Геотермальные ресурсы регионов России ............................................222

Приложение Г. Ветроэнергетический потенциал регионов России ..........................223

Приложение Д. Потребности в органическом топливе ..................................................224

Приложение Е. Потенциальные области технологического применения ВГТР ........225

Приложение Ж. Объемы производства высоковольтных электродвигателей и преобразователей .......................................................................................................................226

Приложение И. Оценка потребности в высоковольтных преобразователях частоты для электроприводов большой мощности на объектах промышленности и коммунального хозяйства до 2020 года ...........................................................................................................................229

Приложение К. Оценка потребности в высоковольтных преобразователях частоты для электроприводов переменного тока большой мощности до 2020 года .............................231

Приложение Л. Оценка потребности отраслей народного хозяйства в регулируемых высоковольтных электроприводах .............................................................................................232

Приложение М. Распределение по мощности высоковольтных регулируемых электроприводов ............................................................................................................................233

Приложение Н. Электропривод специального назначения мощностью 5 МВт .........234

Приложение П. Массовые энергоэффективные электродвигатели ..............................237

Приложение Р. Новая серия отечественных вентильных электродвигателей для универсальных технологических роботов ОАО «Электропривод» .................................242

Приложение С. Буровая стационарная установка на шельфе .......................................243

Приложение Т. Система менеджмента качества атомных энергетических разработок .....................................................................................................................................244

Приложение У. Эффективность использования топливно-энергетических ресурсов в РФ за 2008, 2009 и 2010 гг. и целевые значения показателей эффективности на 2011 и 2012 гг. ...........................................................................................................................245

ВВЕДЕНИЕ

Любая промышленная продукция до поступления к потребителю проходит четыре фазы материального производства (рис. 1). При этом на всех фазах она выступает как потребитель материальных, трудовых и финансовых ресурсов, в том числе и в сфере обращения, где затраты вызваны транспортировкой продукции от завода-изготовителя до потребителя, погрузочно-разгрузочных работами, монтажом, ревизией и наладкой. Все ресурсы, используемые предприятиями, подразделяются на воспроизводимые и невоспроизводимые, что требует разного подхода в их использовании. Так, например, нефть, уголь, природный газ, электроэнергия и другие невоспроизводимые природные ресурсы требуют не только рационального, но и особо бережного использования, связанного с сохранением окружающей среды.

Все четыре фазы, независимо от продукции, объединяются понятием «жизненный цикл», определяемый как совокупность производственных процессов и потребления продукции определенного вида от начала исследования возможности ее создания до прекращения потребления, включая стадии исследования и проектирования, изготовления, обращения, потребления или эксплуатации и утилизации. Весь жизненный цикл промышленной продукции независимо от типа и назначения вписывается в довольно четкую последовательность этапов, которая приведена в табл. 1. На каждом из этих этапов на промышленную продукцию осуществляются затраты на необходимые ресурсы. Характер изменения этих затрат на разных стадиях жизненного цикла промышленной продукции приведен на рис. 2 (кривая 1).

Временной этап от нуля до Т_п соответствует первой стадии жизненного цикла продукции – «Исследование и проектирование продукции» (табл. 1). На этом этапе предопределяется до 60 - 80 % себестоимости продукции (хотя сами затраты на этой стадии составляют, чаще всего, меньше одной десятой процента общих затрат).

Здесь имеется наибольшее несоответствие между уровнем собственных затрат и тем влиянием, которое оказывает данная стадия на суммарные затраты последующих стадий жизненного цикла продукции.

Стадия жизненного цикла «Изготовление продукции» соответствует интервалам времени T_п–T_пр (рис. 2). На всех этапах этой стадии уровень затрат зависит от прогрессивности и сложности разрабатываемых технологических процессов, масштабов, стабильности и серийности выпуска спроектированной продукции. С точки зрения влияния на затраты за весь жизненный цикл продукции этап технологического освоения производства занимает одно из ведущих мест. Например, в индивидуальном крупном машиностроительном производстве расходы на техническую подготовку и освоение в 2 - 4 раза превышают себестоимость изготовления продукции.

Рис. 1. Фазы жизненного цикла промышленной продукции

Рис. 2. Эффект и затраты на стадиях жизненного цикла продукции: 1 – фактическая зависимость; 2 – теоретическая зависимость

Т а б л и ц а 1

Этапы жизненного цикла продукции

Фазы жизненного цикла	Этапы жизненного пути
Исследование и проектирование продукции	1. Исследование и отработка замысла /научно–исследовательские подразделения и подразделения перспективного планирования/
2. Разработка проектной и рабочей конструкторской документации опытного образца /конструкторские подразделения/
3. Изготовление и испытание опытного образца /опытное и экспериментальное производство, испытательные подразделения, конструкторские подразделения/
4. Разработка рабочей конструкторской документации для изготовления продукции /проектно-конструкторские подразделения/
5. Изучение опыта потребления или эксплуатации /научно-исследовательские и конструкторские подразделения/
Изготовление продукции	1.Технологическая подготовка производства /специали-зированные производства, технологические и конструкторские подразделения/
2. Изготовление установочной и головной контрольной серии /основное, обеспечивающее и обслуживающее производство/
3. Установившееся производство /основное, обеспечивающее и обслуживающее производство/
4. Подготовка продукции к транспортированию и хранению
Обращение продукции	1. Сбыт /сбытовые организации и подразделения/
2. Хранение /базы и склады хранения/
3. Транспортирование /транспортные и сбытовые подразделения/
Потребление или эксплуатация и утилизация продукции	1. Целевое использование, потребление /центры технического обслуживания, подразделения эксплуатации/
2. Обслуживание и профилактический ремонт /центры технического обслуживания, подразделения эксплуатации/
3. Ремонт, восстановление /ремонтные предприятия и подразделения/

Примечание: в скобках указаны подразделения, обеспечивающие выполнение соответствующих этапов жизненного цикла продукции.

В структуре отчетных калькуляций себестоимости установившегося производства продукции, выпускаемой, например, объединением УРАЛЭЛЕКТРОТЯЖМАШ, наибольший удельный вес занимают затраты на сырье, покупные изделия и полуфабрикаты (60 - 80 %), а затраты на топливо и энергию (в том числе и электроэнергию) составляют лишь 0,5 - 2 %.

Поэтому, например, для электротехнической продукции машиностроения освоение новой продукции для предприятия всегда связано со значительными экономическими трудностями, даже при условии, что прямые расходы по освоению продукции производятся за счет специальных источников финансирования.

Заключительной стадией является стадия – «потребление или эксплуатация и утилизация продукции», которая имеет наибольшую длительность (Т_пр–Т_у) из всех стадий жизненного цикла промышленной продукции. Именно на этой стадии жизненного цикла изделие начинает давать эффект в результате целевого его использования у потребителя. Но следует помнить, что как только машина остановится из-за неисправности, она немедленно становится только потребителем всех видов ресурсов (рис. 1).

На временном интервале Т_м–Т_у затраты, связанные с эксплуатацией техники, превышают полезную отдачу от нее. В момент Т_у наступает утилизация техники.

Такое представление жизненного цикла соответствует методологии ИСО 9000 и, в частности, принятому в РФ ГОСТ Р ИСО 9001, который представляет собой аутентичный текст международного стандарта ИСО 9001 – «Системы качества. Модель обеспечения качества при проектировании, разработке, производстве, монтаже и обслуживании». В дополнение к вышеуказанному стандарту имеется ГОСТ Р ИСО 9002, уточняющий модели обеспечения качества. Следует отметить, что требования к системе качества, устанавливаемые в настоящих стандартах, являются дополнительными (не альтернативными) по отношению к техническим требованиям на продукцию, не зависят от отрасли промышленности и сектора экономики. Целью этих стандартов не является навязывание единообразия систем качества. При необходимости каждая стадия жизненного цикла может быть представлена более детализированными подэтапами, учитывающими индивидуальные особенности, специфику потребностей организации и ее конкретные задачи. Вышеупомянутый международный стандарт содержит общие указания по такой адаптации.

Затраты на стадиях жизненного пути «Потребление или эксплуатация и утилизация продукции» зависят от более или менее экономного расходования ресурсов, потребляемых при эксплуатации и обслуживании техники, поддержания ее в рабочем состоянии и от эффективности системы ремонтов, проводимых за время эксплуатации, от ремонтопригодности, ремонтной и эксплуатационной технологий самого изделия. По статьям расходов на стадиях Т_пр - Т_у все ресурсы в процентном отношении к итогу распределяются в среднем следующим образом:

- амортизация – 27,4 %;

- эксплуатация и ремонт – 47,2 %;

- внутризаводские перемещения – 7,0 %;

- износ малоценных и быстроизнашивающихся инструментов и приспособлений – 10,1 %;

- прочие расходы – 8,3 %.

Из этого распределения видно, что на самой длительной стадии жизненного цикла продукции наибольшие затраты связаны с эксплуатацией и обслуживанием оборудования. Применительно к наиболее массовой продукции машиностроения примерно 70 % всех затрат за жизненный цикл составляют затраты на ее эксплуатацию.

Для ремонта машин и оборудования используются значительные материальные, трудовые и финансовые ресурсы. На ремонтное обслуживание средств труда расходуется около 25 % производимого металла. После капитального ремонта иногда не достигаются номинальные (первоначальные) технико-экономические характеристики установленного оборудования. Единица оборудования в течение всего срока эксплуатации (значительно превышающего амортизационный) капитально ремонтируются 3 - 4 раза, что составляет 4 - 5 циклов ремонта. При этом средняя стоимость первого капитального ремонта составляет 30, второго 55, третьего и четвертого – 90 и 120 % первоначальной стоимости оборудования. Как правило, такое завышение стоимости ремонтов вызвано тем, что оборудование ремонтируется силами предприятия, где оно эксплуатируется. Так, например, ремонт станочного парка организован следующим образом:

- децентрализованный (ремонт силами потребителя) – 73 - 78 %;

- специализированный отраслевой централизованный –12 -15 %;

- межотраслевой централизованный – 10 - 12 %.

Поэтому при расчете затрат, связанных с обслуживанием и ремонтом, приходится ориентироваться, в основном, на децентрализованный вид текущего и капитального ремонтов. Кроме того, на промышленных предприятиях все еще эксплуатируется оборудование разработок 50 - 60 годов, о чем свидетельствуют, например, данные производственно-технических предприятий ЧЕРМЕТЭНЕРГОРЕ-МОНТ. Однако ремонт оборудования считается целесообразным, и повышению его эффективности посвящен ряд работ научного и методического плана.

Среди всех видов ресурсов особое место занимают энергетические. Потребление электроэнергии растет более быстрыми темпами, чем суммарное потребление всех топливно-энергетических ресурсов (ТЭР), и это наблюдается чуть ли не с самого начала использования электроэнергии в промышленных масштабах. Это обусловлено рядом технических причин. Темпы роста потребления электроэнергии должны и в дальнейшем опережать рост общего энергопотребления. Основные причины этого заключаются в следующем:

- электроэнергию можно вырабатывать на базе различных ТЭР;

- более широкие возможности регулирования электроэнергии делают эффективным ее использование;

- использование электроэнергии практически не причиняет ущерба окружающей среде.

Из результатов анализа структуры потребления электроэнергии по отраслям промышленности установлено, что на электропривод приходится основная доля. Так, например, в химической промышленности – 68, черной металлургии – 64,5, а в машиностроении и металлообработке – 50,4 %. Среди машиностроительных предприятий наибольшее потребление электроэнергии осуществляется в автомобиле- и приборостроении, соответственно 54,8 и 52,8 %.

Высокое электропотребление, значительные потери электроэнергии в промышленности и неудовлетворительный характер энергоснабжения вызвали необходимость принятия федерального закона об энергосбережении.

Из рассмотренного следует, что вопросы экономической эффективности оборудования на самой длительной стадии его жизненного цикла «Потребление или эксплуатация и утилизация продукции» имеют важное народнохозяйственное значение. Следует также отметить, что чем больше величина экономического эффекта ресурсов, тем на менее короткие сроки можно направить их на разработку (или внедрение в технологический процесс) более современного и эффективного нового оборудования (кривая 2 рис. 2).

Применительно к сложной технике, которой и является современное оборудование промышленных предприятий, невозможно рассматривать экономическую эффективность в отрыве от технических характеристик этого оборудования. Условно все критерии выбора можно определить как технического, экономического и экологического (технико-экономического) направлений.

Технические направления характеризуются тем, что в качестве критериев принимаются технические показатели вариантов. Данные показатели характеризуют технический уровень рассматриваемых альтернатив. Однако при этом не учитываются экономические и социальные последствия принимаемых решений. Поэтому применение подобных критериев может привести во многих случаях к значительным потерям того или иного вида, нерациональному использованию различных ресурсов. Особенно недопустим указанный метод при проектировании и выборе сложных, дорогостоящих объектов.

При экономическом подходе к данной проблеме критерии оптимальности формируются на основе экономических показателей: цен, эксплуатационных расходов и т. д. Однако эти критерии непосредственно не учитывают технические характеристики и режимы работы оборудования. Данный подход применим, если альтернативные варианты являются сопоставимыми (варианты обеспечивают тождественный эффект того или иного вида).

В общем случае технические, экономические и экологические показатели эффективности альтернативных вариантов взаимосвязаны (рис. 3). Однако эти взаимосвязи являются сложными и зависят от анализируемого вида техники. В соответствии с существующими методическими рекомендациями, в основе которых лежат методические подходы международной организации UNIDO по проведению промышленных технико-экономических исследований, экономический эффект от использования техники определяется как превышение стоимостной оценки результатов над стоимостной оценкой затрат за весь срок службы этой техники. Показателем наилучшего варианта, как правило, является максимум экономического эффекта.

Оценка эффективности на основе единственной числовой характеристики определяет скалярный подход. Достоинством скалярного подхода является кажущаяся простота и однозначность оценки при сравнении эффективности различных альтернативных вариантов. На самом деле здесь объективность и однозначность определения оптимального решения не всегда являются достижимыми.

Другим подходом к оценке оптимальности принимаемого решения является векторный подход, отличительной особенностью которого является оценка эффективности оборудования по совокупности показателей эффективности, а не по множеству параметров. Учет этих особенностей, как правило, осуществляется при процедуре определения текущих эксплуатационных затрат, состав которых зависит от вида техники.

Рис. 3. Взаимосвязь показателей

Значимость и весомость машиностроительной продукции в народном хозяйстве определяется ее многообразной номенклатурой (рис. 4) и повсеместным применением и в самом машиностроении, что способствует повышению его технической базы.

Рис. 4. Роль энергетики в экономике страны

В заключение отметим, что экономическая оценка инновационных решений должна производиться на всех фазах и стадиях жизненного цикла любой продукции, в том числе и машиностроительной. Эта оценка показывает, на каких этапах необходимо в данных экономических условиях использовать ресурсосберегающие решения.

Однако развитие электроэнергетики предполагает обеспечение ее продукцией машиностроения, металлургии и ряда других отраслей экономики.