8.4. Роль новых технологий в снижении энергоемкости промышленности [8.43]

Более 50 % потенциала энергоэффективности отечественной промышленности сосредоточено в ее наиболее энергоемких отраслях черной и цветной металлургии, химической и цементной промышленности.

Черная металлургия считается самой энергоемкой отраслью. На ее нужды расходуется около 25 % суммарного энергопотребления промышленности. Наиболее электроемким является производство стали и проката (около 20 % суммарного электропотребления отрасли), а топливоемким – производство чугуна (50 % общего потребления топлива в отрасли).

Энергоемкость продукции черной металлургии в России в среднем в 1,2–2 раза выше по сравнению с развитыми странами (табл. 8.24). Это объясняется использованием устаревшей техники (на морально и физически устаревшем оборудовании в России производится почти 50 % стали, чугуна и проката) и несовременной структурой технологий. В 2008 г. у нас доля кислородно-конвертерной стали составляла 57, мартеновской – 14, электростали – 29 %, в 2006 г. в США – соответственно 57,0 и 43 %, в Японии – 74,0 и 26 %, в Германии – 69,0 и 31 %. Доля стали, разлитой на машинах непрерывного литья в России, – 68 %, в Японии – 98 %, в США – 97 %, в Германии – 96 %.

На долю цветной металлургии приходится около 30 % электроэнергии и 14 % энергоресурсов, потребляемых в промышленности. Основное количество электроэнергии расходуется на электролиз алюминия (более 70 % отраслевого потребления электроэнергии), никеля, магния и на электротермические процессы.

Сравнение российских показателей с зарубежными показывает, что в процессах производства алюминия имеется достаточный потенциал для повышения энергетической эффективности: средняя электроемкость производства первичного алюминия на российских предприятиях составляет примерно 16 тыс. кВт·ч/т, а в других странах она варьируется в интервале 14,3–15,6 тыс. кВт·ч/т (в США – 15,2 тыс.кВт·ч/т). Лучший зарубежный показатель энергоемкости – 12–13 тыс. кВт·ч/т (Норвегии – 12 тыс. кВт·ч/т).

Таблица 8.24

Технология, процесс	Энергоемкость производства черных металлов, кг у.т./т
	Средняя энергоемкость в России (2005 г.)	Лучшие зарубежные показатели
Производство окатышей	43,5	20,4
Производство кокса	47,3	27,2
Производство чугуна	574,6	414,8
Производство электростали из лома (электродуговые печи)	108,3	88,4
Технология прямого восстановления железа (электродуговые печи)	579,9	397,8
Производство стального проката	136,3	13,6–61,2

Россия отстает от передовых стран в использовании новых технологий, в частности, в применении электролизеров с обожженными анодами, а также в модернизации имеющихся технологий и оборудования, производстве металлов из вторичного сырья. Доля вторичных цветных металлов у нас составляет не более 5 % общего выпуска продукции (в основном это вторичный алюминий). В 2006 г. в США из вторичного сырья производили 30–37 % алюминия, в европейских странах OECD– 30–33 %, в Японии – 90–97 %.

Отечественная химическая промышленность характеризуется энергоемкой отраслевой структурой, в которой преобладают продукты с невысокой добавленной стоимостью, а также полупродукты низкой степени обработки (до 40 %), идущие в основном на экспорт в качестве сырья. Отсталые технологии и высокий износ основного оборудования ведут к нерациональному использованию энергоресурсов. Энергоемкость химического комплекса в 3–4 раза выше показателей развитых стран. В 1970–1993 гг. под влиянием развития продуктовой и технологической структур отрасли энергоемкость химической промышленности в США сократилась в 1,4 раза, в Японии – почти в 3 раза.

На производство цемента в России расходуется в среднем 169 кг/т (в пересчете на условное топливо), в то время как наилучшие мировые показатели энергоемкости находятся в пределах 95–120 кг/т. По оценкам Центра по эффективному использованию энергии, технический потенциал в цементной промышленности составляет 3,5 млн т условного топлива, при этом большая его часть может быть реализована путем повышения эффективности производства клинкера.

Основная причина высокой энергоемкости производства клинкера и цемента в нашей стране – низкая доля сухого способа производства. Он применяется только на 16 % российских предприятий, в то время как в Японии – на всех предприятиях, в США – на 65 %, в Западной Европе – на 58 %. Быстрое вытеснение мокрого способа сухим в этих странах обеспечило существенное снижение расхода энергии на производство цемента и, следовательно, энергоемкости всей отрасли.

Снижение энергоемкости в отраслях промышленности в значительной степени обеспечивается внедрением новых технологий. Перспективная динамика изменения энергоемкости российской промышленности будет зависеть от темпов модернизации производства и ввода новых производственных мощностей с передовыми технологиями. Прирост производства осуществляется в основном на новых мощностях со все более высокой энергоэффективностью. Очевидно, что чем быстрее развивается промышленное производство, тем меньше доля старых мощностей и больше возможность структурных изменений как в отдельных отраслях, так и промышленности в целом. Соответственно выше потенциал энергосбережения.

Для исследования влияния темпов экономического роста, а также структурных изменений на энергоемкость промышленности в Институте систем энергетики СО РАН используется система, включающая динамическую модель межотраслевых связей и модель энергопотребления. Первая модель определяет взаимосвязанное развитие 25 отраслей экономики с учетом задаваемого экспорта и импорта и изменения во времени коэффициентов материалоемкости и капиталоемкости. Вторая модель позволяет оценить спрос на энергоносители для 14 отраслей промышленности и экономики в целом на долгосрочную перспективу.

В обеих моделях выделены существующие и новые производственные мощности со своими коэффициентами энергоемкости и материалоемкости, что позволяет, в частности, учесть косвенные энергетические связи, через которые одна отрасль влияет на другие как потребитель их продукции и услуг, вызывая дополнительную потребность в энергоносителях в этих сопряженных отраслях. Межотраслевые материальные и энергетические связи отражаются в так называемых коэффициентах полной энергоемкости, которые показывают, как увеличится потребность в рассматриваемом энергоносителе в данной (прямые затраты) и сопряженных с ней (косвенные затраты) отраслях при увеличении выпуска на единицу продукции в этой отрасли.

С целью перспективной оценки возможного диапазона значений полной энергоемкости отдельных отраслей промышленности выполнены расчеты для инновационного сценария, результаты которых приведены в табл. 8.25. Как видно, в машиностроении, например, прямая энергоемкость составляет 0,005 т/тыс. руб. С учетом же потребляемых в отрасли проката черных и цветных металлов, а также продукции других сопряженных отраслей полная энергоемкость отрасли может превышать прямую в 2,8–3 раза.

Значения коэффициентов полной энергоемкости могут изменяться в зависимости от конкретных условий. Так, импорт металла обрывает цепочку эксплуатационных и воспроизводственных связей машиностроения с горнорудной и коксовой промышленностью, с производством металлургического оборудования и тем самым снижает косвенные затраты энергоносителей на производство машин и оборудования.

Таблица 8.25

Отрасль	Энергоемкость, т у.т./тыс. руб.
	Прямая	Полная	Отношение полной к прямой
Машиностроение	0,005	0,014–0,015	2,8–3,0
Нефтепереработка	0,010	0,020–0,025	2,0–2,5
Черная металлургия	0,034	0,046–0,075	1,4–1,8
Цветная металлургия	0,018	0,026–0,039	1,4–2,2
Лесная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная	0,017	0,030–0,048	1,8–2,8
Химическая, нефтехимическая	0,020	0,034–0,054	1,7–2,7

Примечание. Расчеты выполнены для условий 2020 г. в неизменных ценах 2005 г.

Перспективная оценка изменения энергоемкости отдельных отраслей промышленности России на период до 2030 г. была проведена с учетом влияния на ее динамику темпов развития отраслей, вероятных изменений ее производственной и технологической структур. При этом рассматривали два сценария развития экономики: инерционный со среднегодовыми темпами роста ВВП 3,7 % (сценарий 1) и инновационный со среднегодовыми темпами роста ВЧП 6,5 % (сценарий 2), В инерционном сценарии остается высокой доля энергоемких производств – топливно-энергетического комплекса (ТЭК), черной и цветной металлургии (до 42 % к 2030 г.). В инновационном сценарии предполагается интенсивное изменение структуры производства: двукратный рост доли наукоемких отраслей – машиностроения и химической промышленности (с 22 до 45 %) и снижение удельного веса металлургии и ТЭК (с 55 до 34 %).

Долгосрочную динамику удельных расходов топлива и энергии определяли отдельно для новых и существующих мощностей. На существующих мощностях под влиянием модернизации, оптимизации режимов работы оборудования и энергосберегающих мероприятий прогнозируется снижение удельных расходов топлива и энергии со среднегодовыми темпами в разных отраслях: электроэнергии — 0,4–2,0, централизованной теплоты — 0,8–1,0, котельно-печного топлива — 0,5–1,0 %.

Энергоемкость для новых мощностей принимали [8.43] на основе анализа глобальных тенденций, зарубежных аналогов, стимулирующего влияния на энергосбережение ожидаемого роста стоимости энергоносителей. Учитывали также структурно-технологические изменения внутри отдельных отраслей: в черной металлургии — вытеснение мартеновской плавки кислородно-конвертерной и электроплавкой, рост удельного веса технологии прямого постановления железа, непрерывной разливки стали; в цветной металлургии — расширение использования электролизеров с обожженными анодами в производстве алюминия и автогенных процессов в выплавке меди, никеля, свинца, цинка; увеличение доли лома и вторичного сырья в черной и цветной металлургии; увеличение доли новых материалов и прогрессивных видов проката в машиностроении и строительстве; более широкое применение сухого способа производства цемента; увеличение доли малоэнергоемкой продукции в химической промышленности и машиностроении.

Таблица 8.26

Отрасли	Структура энергопотребления промышленности (без ТЭК), %
	Россия (инновационный сценарий)		Западная Европа (базовый сценарий)
	2005 г.	2030 г.	2005 г.	2030 г
Энергоемкие:	83	71	64	61
черная металлургия	34	20	18	13
цветная металлургия	17	14	4	5
химическая, нефтехимическая промышленность	16	21	17	18
лесная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная промышленность	7	7	12	12
промышленность стройматериалов	9	9	13	13
Малоэнергоемкие:	17	29	34	39
машиностроение	9	19	10	15
легкая промышленность	1	1	3	3
пищевая промышленность	4	4	10	13
Прочие	3	5	11	8

Согласно прогнозу в структуре энергопотребления промышленности (в инновационном сценарии) доля энергоемких отраслей снизится с 83 % в 2005 г. до 71 % к 2030 г., а доля малоэнергоемких отраслей соответственно возрастет с 17 до 29 %. Такие изменения соответствуют общемировым тенденциям, в частности, европейскому прогнозу (табл. 8.26). Низкие темпы ввода новых производственных мощностей (сценарий 1) и прогрессивных изменений в структуре экономики и в технологических процессах замедлят снижение энергоемкости по сравнению с инновационным сценарием. Но тем не менее можно ожидать, что в период 2010-2030 гг. энергоемкость российской промышленности будет снижаться быстрее (на 2,4-3,3 % в год), чем прогнозируется в странах OECD(рис. 8.2). К 2030 г. электроемкость российской промышленности уменьшится на 36 – 40, теплоемкость – на 50–66, топливоемкость – на 52–62 % (без электростанций).

Рис 8.2. Динамика энергоемкости промышленности: Россия: 1 – инерционный сценарий; 2 – инновационный сценарий; Европа ОЕСD, США, Япония, Канада – базовый сценарий	Рис. 8.4. Динамика энергоемкости производства алюминия
Рис. 8.3. Динамика энергоемкости производства стали	Рис. 8.5. Динамика энергоемкости производства цемента: Россия – инновационный сценарий; США – сценарий высоких технологий; Европа ОЕСD, Япония, Германия – базовый сценарий

Анализ показывает, что в перспективе существует реальная возможность значительно сократить отставание от развитых стран в части эффективности использования энергии в производстве наиболее энергоемких видов продукции и промышленности в целом (рис. 8.3–8.5).

Динамика показателей энергетической эффективности по номенклатуре основной и дополнительной продукции, основным технологическим процессам и оборудованию приведена в приложении к данному изданию, в соответствии с принятой Государственной программой Российской Федерации [8.44].