1.3. Анализ этапов жизненного цикла энергоресурса в сочетании с функциями организации и управления

Программы энергосбережения являются основой управления энергоэффективностью в ЖКК. На основе модели устойчивого развития муниципалитета с использованием принципа цикличности частные цели специальных функций управления в программах энергосбережения предприятий и организаций сформированы так, чтобы охватить все элементы жизненного цикла энергоресурса. В качестве энергоресурса могут применяться уголь, нефтепродукты, электроэнергия, тепловая энергия, вода, прочие виды топлива.

Этапы жизненного цикла энергоресурса в общем виде складываются в ряд: добыча – производство – хранение – транспортировка (передача) – продажа (распределение) – потребление – утилизация.

Каждый энергоресурс может проходить не все элементы жизненного цикла, и тогда соответствующие цели не возникают. Например, электроэнергия не может храниться и накапливаться.

Матрица частных целей может выглядеть следующим образом (табл. 1.4) [75]:

Таблица 1.4

Матрица частных целей

Этапы жизненного цикла функции управления	Добыча	Производство	Хранение	Транспорт и передача	Продажа и распределение	Потреб- ление	Утилизация
Анализ	1-1	1-2	1-3	1-4	1-5	1-6	1-7
Прогнозирование	2-1	2-2	2-3	2-4	2-5	2-6	2-7
Планирование	3-1	3-2	3-3	3-4	3-5	3-6	3-7
Организация	4-1	4-2	4-3	4-4	4-5	4-6	4-7
Регулирование	5-1	5-2	5-3	5-4	5-5	5-6	5-7
Контроль, учёт	6-1	6-2	6-3	6-4	6-5	6-6	6-7

Энергосбережение способно при определенных обстоятельствах обеспечивать весьма значительный вклад в непрерывность роста региональной экономики без истощения природных ресурсов и без необходимости резкого перехода на новые технологические процессы.

Анализ различных моделей устойчивого развития показывает, что аргументы, содержащиеся в ряде исследований относительно естественных границ экономического роста в пользу истощения ресурсов, вполне состоятельны. Их авторы также указывают на необходимость технического прогресса и возможность перехода на альтернативные возобновляемые источники сырья и энергии. Современные энергосберегающие технологии способны уменьшить значимость проблемы перехода на практически неисчерпаемые возобновляемые источники энергии, хотя в долгосрочном аспекте указанная проблема становится главной. Стратегия, которая ставит своей целью разработку энергосберегающих технологий, способна отодвинуть момент исчерпания невозобновляемых ресурсов и дать выигрыш во времени, необходимый для создания и проверки технологий, связанных с использованием практически неисчерпаемых возобновляемых источников энергии [37].

Такого рода программа по энергосбережению, проводимая в региональном масштабе, сможет противодействовать кризисным явлениям, возникающим в связи с сокращением запасов важных ископаемых энергоресурсов и послужить важным вкладом в решение проблемы энергоснабжения регионального хозяйства. Сохранение энергоресурсов на основе энергосбережения отвечает также цели экономичности энергоснабжения, ибо быстрый рост спроса на невозобновляющиеся природные энергоресурсы влечет за собой в длительном плане образование картелей производителей (и как результат – повышение цен).

Остается спорным, в какой мере доводы об исчерпании энергоресурсов должны повлиять на решения в области энергетической стратегии, принимаемые в настоящее время. Ответ на этот вопрос будет различным в зависимости от степени управляемости рынка, связанного с энергоресурсами.

Анализ возможного влияния энергосбережения на сохранение окружающей среды показывает, что оно по-разному затрагивает различные виды экологического ущерба, обусловленного процессами превращения энергии. В любом случае степень воздействия энергосбережения зависит от того, какое количество энергии, наносящей ущерб окружающей среде, будет сэкономлено [95].

С экологических позиций современный уровень потребления энергии внушает определённые опасения. Сохранение сложившихся темпов прироста потребления энергии на базе ископаемого топлива чревато из-за парникового эффекта СО₂ серьезным риском.

Что же касается влияния прямой тепловой нагрузки на атмосферу, то, исходя из нынешнего уровня знаний, опасения на этот счет могут стать обоснованными при дальнейшем увеличении темпов роста глобального энергопотребления на один-два порядка. И, хотя проблема не приобрела такой остроты, которая делала бы настоятельным осуществление мер экономии, эти меры все же необходимы, чтобы предупредить нежелательные процессы, техническая компенсация которых, учитывая их глобальные масштабы, едва ли возможна [95].

Если учесть время, требуемое для разработки, совершенствования и внедрения энергосберегающих технологий, то станет очевидной необходимость этой разработки уже в ближайшие десятилетия с целью предупреждения непомерного развития энергопотребления. Как уже отмечалось при рассмотрении проблемы энергоресурсов, экономия, осуществляемая исключительно в региональных и национальных рамках, не гарантирует надежной защиты от глобальных климатических процессов.

Энерго- и ресурсосбережение – это с экологических позиций единственный безопасный путь обеспечения устойчивого развития территории региона энергией в долгосрочном аспекте. При этом создаются предпосылки для постепенного перехода, по мере накопления технических знаний, от энергосбережения в узком смысле к использованию природных возобновляемых источников энергии. Осуществление традиционных форм индустриализации с сохранением существующих норм душевого потребления энергии чревато трудно предсказуемыми последствиями для земной атмосферы [171].

Влияние, оказываемое потреблением энергии в его современных масштабах, на локальные и региональные климатические условия еще нельзя считать катастрофическим. Развитие событий в будущем в этом отношении трудно предвидеть; тем не менее приходится считаться с негативными экологическими и экономическими последствиями. Замедляя темпы роста энергопотребления на территориально-региональном уровне, меры экономии, осуществляемые на основе упреждающей политики, способны заблаговременно предупредить необратимый ущерб окружающей среде. Если обратиться к проблеме загрязнения воздуха в результате процессов преобразования энергии, то мероприятия по энергосбережению прекрасно конкурируют с другими методами уменьшения вредных выбросов в атмосферу (пылегазоулавливающие установки, переход на другие энергоносители и т.д.). Достоинства и недостатки такого рода мер по сравнению с энергосбережением следует рассматривать в каждом конкретном случае. В целом же энергосбережение следует предпочесть другим мерам, если они недостаточно апробированы на практике и обходятся дорого. Это прежде всего относится к тем случаям, когда речь идет об экономии энергоносителей, дающих большие вредные выбросы в атмосферу, и когда используются преобразователи энергии, устаревшие с точки зрения охраны окружающей среды. Преимущество мер энергосбережения заключаются в том, что уменьшаются выбросы всех вредных веществ, тогда как с помощью других средств выброс одного вещества заменяется другим. Наконец, защита окружающей среды с помощью энергосбережения не связана с дополнительным расходованием энергии, в то время как другие методы иногда предполагают существенное увеличение энергопотребления [171].

Из сказанного вытекает следующее функциональное (продиктованное целями экономии) определение энергосбережения: энергосбережение означает уменьшение энергетического потребления практически невозобновляемых первичных энергоносителей. В соответствии с приведенным определением к мерам энергосбережения относятся, как правило, лишь такие меры, осуществление которых не ведет к последующему увеличению энергопотребления в результате изменения его структуры [191].

Экономить энергию в смысле сокращения ее потребления практически невозобновляемых первичных энергоносителей можно различными техническими путями как при производстве энергии, так и при ее использовании на всех этапах жизненного цикла энергоресурса.

Однако не все технические возможности экономически оправданы. В соответствии с принципом равной эффективности (энергосбережение как источник энергии) в последующем анализе в качестве энергосбережения рассматривается лишь такое снижение энергетического потребления первичных энергоносителей, при котором не наносится ущерба благосостоянию и общим интересам и поэтому остается вне рассмотрения следующее [10]:

• те виды «сбережений», которые являются следствием свертывания производства или застоя в экономике – будь то в результате действия конъюнктурных факторов или политики ограничения экономического роста. В предлагаемом разделе энергосбережение появляется лишь тогда, когда сокращается потребление невозобновляемых первичных энергоносителей в расчете на единицу создаваемой в обществе стоимости. При измерении этой стоимости не следует ограничиваться показателем «общественный продукт»; последний не учитывает, к примеру, услуги, произведенные в домашнем хозяйстве, в результате чего можно экономить энергию за счет уменьшения удобств, но без снижения общественного продукта. Не считается также средством энергосбережения снижение «уровня благосостояния» в общем смысле;

• возможности снижения расхода первичной энергии в расчете на единицу создаваемой стоимости в результате перемещения энергоемких производств в другие регионы.

Такое ограничение анализа объясняется исключительно тем, что рассмотрение проблем, связанных с внешними структурными сдвигами, значительно раздвинуло бы рамки настоящего исследования.

Необходимо отметить, что использование резервов энергосбережения в указанных выше областях может привести к конфликту целей, на достижение которых энергосбережение ориентировано. Примером может служить энергосбережение в результате отказа от применения энергоемких технологий, способствующих защите природной среды. В этих случаях инстанции, принимающие решения в области энергетической политики, должны взвесить, в какой мере ухудшение одного показателя компенсируется улучшением другого в результате осуществления данного мероприятия по энергосбережению. Конкретизация технических и экономических аспектов целей, на которые направлено энергосбережение, требует учета еще одного обстоятельства, а именно: при разработке мероприятий по использованию резервов энергосбережения необходимо уточнить базу для сопоставлений, в соответствии с которой будет определяться энергосбережение. Проблема заключается в том, что энергосбережение требует системного подхода и проявляется в процессе развития. Самое простое решение проблемы заключается в следующем: в качестве базы для сопоставлений, с которой соотносится ожидаемая экономия, может служить объем энергопотребления, необходимый для достижения соответствующего экономического результата в будущем при сохранении достигнутой удельной энергоемкости. В данной работе нас прежде всего интересует следующий аспект – какое энергосбережение для устойчивого развития территории региона необходимо внедрять с помощью соответствующих мер энергетической стратегии на всех этапах жизненного цикла топливно-энергетических ресурсов (табл. 1.5) [75].

Таблица 1.5

Жизненный цикл топливно-энергетических ресурсов

Производство энергии	Результаты на стадии жизненного цикла
Добыча	Повышение отдачи практически невозобновляемых источников первичной энергии (снижение количества энергоносителей, не извлеченных при эксплуатации залежей) = энергосбережению в широком смысле; снижение энергопотребления в процессе добычи. Снижение энергопотребления в установках первичной переработки, сокращение технологических потерь при первичной переработке
Первичная переработка (обогащение)
Преобразование	Снижение энергопотребления в процессе преобразования; сокращение потерь при преобразовании Энергопотребление на этих стадиях относительно невелико, поэтому часто существует возможность сокращения потерь
Транспортировка, распределение, хранение

Меры энергетической стратегии, направленные на энергосбережение, относятся к такому сокращению энергетического потребления (практически невозобновляемых) первичных энергоносителей, которое не ведет к снижению темпов роста благосостояния и перемещению энергоемких производств в другие регионы страны, обеспечивает вклад в достижение целей более высокого порядка. Обусловленное экономией уменьшение потребности в строительстве крупных энергетических объектов, продиктованное интересами обеспечения социальной совместимости системы энергоснабжения, должно проявляться также в кратко- и среднесрочной перспективе. С точки зрения защиты окружающей среды аналогичные временные рамки имеют значение, прежде всего потому, что речь идет о проблеме загрязнения воздуха и нарушении круговорота воды, вызванном процессами преобразования энергии. В долгосрочной перспективе, превышающей 20 лет, на передний план выступают проблемы глобального экологического риска в связи с энергопотреблением и, разумеется, вопросы сохранения невозобновляемых энергоресурсов [31].

И хотя временные рамки решения указанных проблем простираются до следующих столетий, в политике энергосбережения необходимо учитывать длительные сроки, необходимые для разработки и внедрения энергосберегающих технологий. Временные аспекты политики энергосбережения должны определяться приоритетами целей, которых необходимо достичь с помощью указанных мер. Объем энергосбережения, обеспечиваемый соответствующей государственной политикой, зависит от затрат общества на проведение соответствующих мероприятий.

В рамках физических и технических возможностей рациональная политика энергосбережения предполагает, что все виды народнохозяйственного эффекта (как сумма всех частных эффектов) от экономии энергии превышают все упущенные обществом выгоды.

Анализ факторов, влияющих на удорожание энергоснабжения, и возможного негативного воздействия этого удорожания на основные цели экономического развития показывает, что в принципе конфликта между энергосбережением и экономической политикой опасаться не приходится. В соответствии с термодинамической теорией энерго- и ресурсосберегающего устойчивого развития следует указать, что одна из целей энергосбережения заключается именно в том, чтобы предупредить возможное в долгосрочной перспективе снижение темпов экономического роста в результате, например, полного исчерпания ограниченных запасов энергоресурсов [75].

Выделяют модели двух типов социального общества: общество одноразового потребления и создающее отходы и природосберегающее общество [75].

I тип характерен для наиболее промышленно развитых стран. Этот тип базируется на использовании как можно большего количества энергии и вещества и с большей скоростью превращает высококачественную энергию в низкокачественную, вещества – в отбросы, загрязняющие компоненты.

II тип – природосберегающее общество – основой которого является разумное использование энергии и рециркуляции вещества, вторичное использование невозобновимых ресурсов, сохранение потребления и потерь энергии и ресурсов. При этом для ограничения потерь ресурсов и предотвращения загрязнения необходимо учитывать информацию о воздействиях на окружающую среду на "входе" в нее. Например, значительно проще и дешевле предотвратить попадание токсичного загрязнителя в подземный горизонт питьевой воды, чем пытаться очистить уже загрязненную воду.

В современных условиях резкого истощения природных ресурсов для создания новых технологий нужен фундаментальный уровень, который связан с необратимостью процессов на основе системного подхода. Именно системность способна поднять проблему новых технологий на уровень фундаментальной науки. Новая технология в отличие от традиционной должна использовать необратимые процессы, близкие к природным, и развиваться в направлении полифункциональности, т.е. ещё большего приближения к биологическим процессам. Объем природных ресурсов, доступных для технологического освоения, лимитируется устойчивостью системы. Устойчивость системы – понятие динамическое. Развитие системы идёт по законам природы и технологическая деятельность человека должна вписываться в устойчивое развитие системы. Критерием качества технологии может служить коэффициент полезного использования основных природных ресурсов. Он должен объединять коэффициенты полезного использования (КПИ) массы и энергии, пространства и времени. Отдельный коэффициент полезного использования массы (вещества) характеризует наряду с экономичностью экологичность технологии, т.к. отходы современной технологии не способны без ущерба окружающей среде включиться в оборот природных веществ. Повышение КПИ вещества не только снижает отходы, но и увеличивает объёмы вещества, которые можно изъять из экосистемы. КПИ энергии отражает экологичность и экономичность технологии по затратам энергии и энергоресурсов. КПИ пространства и времени характеризует оптимальность технологии по пространственно-временным параметрам. Для оценки технологии необходимо учитывать динамические характеристики – перспективы развития и эволюционный потенциал технологии. Для повышения экономического потенциала сырьевой базы системы большое значение имеет технология утилизации отходов материальной деятельности человеческого общества. В такой технологии образующиеся отходы могут использоваться многократно в качестве техногенного сырья по замкнутым циклам [75].

Природные ресурсы, кроме леса, относятся к невозобновляемым богатствам. В связи с этим технология использования сырья должна отвечать требованиям полноты и безопасности использования. Здесь следует подчеркнуть ценность и важность технологии, позволяющей превратить отходы, например энергетики, в первосортное сырьё, ценность которого при этом неизмеримо повышается. Отсюда следует энерго- и ресурсосберегающий принцип охраны окружающей среды: "экологичное – экономично", т.е. чем рачительнее подход к природным ресурсам и окружающей среде, тем меньше требуется энергетических и других затрат. Воспроизводство природно-ресурсного потенциала и усилия на его воплощение должны быть сопоставимы с экономическими результатами эксплуатации природы. Ещё одно важнейшее экологическое правило – все компоненты природной среды – атмосферный воздух, воды, почву и др. – охранять надо не по отдельности, а в целом, как единые природные экосистемы биосферы. Только при таком экологическом подходе возможно обеспечить сохранение ландшафтов, недр, генофонда животных и растений. Основные направления защиты окружающей природной среды от загрязнения и других видов антропогенного воздействия – внедрение энерго- и ресурсосберегающей, безотходной и малоотходной технологии, утилизация отходов и главное – экологизация всего производства, при которых обеспечивается включение всех видов взаимодействия с окружающей средой в естественные циклы круговорота массы и энергии. Эти важнейшие направления теоретически обоснованы в термодинамической модели энерго- и ресурсосберегающего развития в виде принципа цикличности массы и энергии. Кстати, он повсеместно наблюдается в природе, где, как известно, действуют замкнутые циклические процессы.

Подобно любой природной экологической системе, где масса и энергия расходуются экономно и её отходы служат важным условием существования других экосистем, производственный экологизированный процесс, управляемый человеком, должен следовать термодинамическим законам и, в первую очередь, законам круговорота массы и энергии, т.е. обобщённым законам сохранения и переноса. Главным механизмом практической реализации энерго- и ресурсосберегающего устойчивого развития является активное внедрение в промышленное производство энергоресурсосберегающих технологий, использующих многократно массоэнергетические потоки по замкнутым циклам [75].

Описываемая термодинамическая концепция энерго- и ресурсосберегающего устойчивого развития систем сама по себе является лишь небольшой составной частью более широкой теории переоткрытия времени.

Энерго- и ресурсосбережение – это с экологических позиций единственный безопасный путь обеспечения устойчивого развития региона в долгосрочном аспекте энергией; при этом создаются предпосылки для постепенного перехода, по мере накопления технических знаний, к использованию солнечной энергии и других природных возобновляемых источников энергии. Логистическое уравнение описывает весьма простую ситуацию, позволяющую количественно сформулировать идею о развитии наиболее эффективной энергосистемы: наиболее эффективной считается та энергосистема, у которой в данный момент времени величина K-m/г больше. Логистическая модель исходит из различия между К-стратегиями и г-стратегиями (К и г – параметры, входящие в логистическое уравнение). Хотя это различие относительно, оно проявляется особенно отчётливо в дивергенции, обусловленной систематическим взаимодействием между двумя системами, в частности взаимодействием энергетическая система – окружающая среда. Типичной для окружающей среды эволюцией является увеличение вредных выбросов, а для энергетической системы – совершенствование способов уменьшения вредных выбросов, т.е. увеличение коэффициента К. В свою очередь, это означает, что энергетические системы становятся всё более дорогостоящими, представляющими более крупные капитальные вложения и уязвимыми на протяжении более продолжительного периода. Развитие энерго- и ресурсосберегающих технологий является, таким образом, логическим аналогом К-стратегии [75].

В основу термодинамической теории развития открытых систем положена парадигма: прогресс – это рост "запаса устойчивости" развивающихся систем по отношению к внешним воздействиям. Механизмом эволюции биосферы является развитие, которое основывается на ассоциативности природных систем, на их взаимодополняемости для выполнения единой функции замыкания потоков массы и энергии в циклы [75].

Главным механизмом практической реализации энерго- и ресурсосберегающего развития энергетических систем является активное внедрение в промышленное производство энерго- и ресурсосберегающих технологий, использующих многократно потоки массы и энергии по замкнутым циклам. Поскольку процессы переноса массы и энергии оказывают решающее влияние на практическую реализацию технологических циклов, то весьма актуальной является разработка единой методологии для определения оптимальных параметров моделей переноса, особенно тех параметров, которые применяются для реализации программ энергосбережения и рационального природопользования, а также используются для развития систем управления качеством окружающей среды.