Т7 Энергосбережение

T7. УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ

ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Энергосбережение … производство негаватт энергии

Эмори Ловинс1

Одной из базовых задач развития общественного производства в настоящее время является повышение эффективности использования энергетических ресурсов. Повышение эффективности использования энергетических ресурсов обеспечивает не только снижение себестоимости продукции и рост ее конкурентоспособности, но и служит также основным фактором снижения экологической нагрузки на окружающую среду и обеспечения устойчивого развития.

В основе мероприятий по снижению потребления энергетических ресурсов в производстве лежат методики энергетического анализа производственных процессов и производимой продукции. Энергетический анализ производственных процессов и продукции основывается на использовании следующих терминов и определений.

результате осуществления технологического процесса или использования оборудования, функциональное назначение которого не связано с производством

1Lovins, Amory B. The Negawatt Revolution / Amory B. Lovins // Across the Board.

–1990. – Vol. XXVII. – No.9, September. – P. 23.

433

технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема используемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования, в том числе - объема произведенной продукции, выполненных работ, оказанных услуг.

Вцелом приведенная совокупность терминов и определений раскрывает содержание понятия энергетической эффективности. Более конкретно, энергетическая эффективность – это совокупность положительных эффектов, получаемых на единицу объема использованных энергетических ресурсов.

Энергетическая эффективность может измеряться в прямых и обратных (инверсных) показателях. Прямые показатели непосредственно соответствуют данному выше определению энергетической эффективности. Рост значений прямых показателей отражает рост эффективности. Инверсные показатели формулируются в терминах затрат энергетических ресурсов на единицу полученного положительного эффекта. Рост инверсного показателя свидетельствует о снижении энергетической эффективности. Инверсными являются, например, показатели энергоемкости, рассмотренные выше.

Взависимости от решаемых задач для оценки энергетической эффективности и энергоемкости могут быть использованы разнообразные показатели.

Так показатели энергетической эффективности могут носить локальный характер и отражать локальные затраты энергетических ресурсов в рамках конкретного рассматриваемого производственного процесса или изделия. С другой стороны, при выборе принципиальных решений, затрагивающих всю систему производства в целом, следует руководствоваться не локальными, а интегральными показателями. Таким показателем является, например, показатель полной энергоемкости. Показатель полной энергоемкости состоит из частных показателей,

приведенных к общей единице измерений, например – кг или тонн условного топлива2 (кг у. т.)/ед. продукции, (т у. т.)/ед. продукции.

2 Тонна условного топлива (1 т у.т.) составляет: 7 Гкал тепловой энергии; 8,15 тыс. квт·час электрической энергии; 29,3 Гдж энергии в системе измерений СИ.

436

Рассмотрим структуру расчетов полной энергоемкости при энергетическом анализе выходной продукции в предположении, что энергия в технологическом процессе потребляется в различных формах3.

1. Энергоемкость по первичным энергетическим ресурсам, энергия которых представляет собой химическую энергию ископаемого первичного топлива с учетом затрат на добычу, подготовку (обогащение), транспортировку и т. п.:

продукции.

2. Энергоемкость по вторичным энергетическим ресурсам, таким как тепловая энергия, электрическая энергия, сжатый воздух, кислород, вода и др.:

продукции.

3. Скрытая энергоемкость по энергетическим ресурсам, израсходованным в предшествующих технологиях и овеществленная в исходных сырьевых материалах, технологическом оборудовании, капитальных сооружениях, ремонтах и др.:

3 Методология и информационное обеспечение сквозного энергетического анализа / В.Г. Лисиенко, Я.М. Щелоков, С.Е. Розин, О.Г. Дружинина. – Екатеринбург: Изд-ство Уральского гос. тех. ун-та, 2001.

Лисиенко, В.Г. Хрестоматия энергосбережения: в 2 кн. / В.Г. Лисиенко, Я.М. Щелоков, М.Г. Ладыгин; под ред. В.Г. Лисиенко. – М.: Теплоэнергетик, 2002.

437

В итоге полная энергоемкость определяется в виде суммы всех частных энергоемкостей:

Соотношение (5) справедливо для последовательных разветвляющихся цепочек локальных технологических процессов. Одной из основных проблем здесь является проблема разделения затрат.

Дело в том, что многопродуктовые технологические процессы физически, как правило, представляют собой единое целое. Однако при использовании соотношений (1)–(5) необходимо определять значения

частных удельных расходов i -ых ресурсов на выпуск j -ой продукции ( bi , j ).

В общем случае строгие физические критерии, которые можно применить для разделения затрат ресурсов на отдельные виды продукции, отсутствуют. Поэтому здесь используются, как правило, условные технико-экономические методики разнесения затрат, тесно связанные с ценообразованием на конечную продукцию.

В общем случае в технологических процессах используются вторичные энергетические ресурсы (ВЭР), что создает дополнительные сложности в оценке полной энергоемкости производства. Действительно, в соответствии с принципами энергосбережения образующиеся в технологических процессах ВЭР должны быть полезно использованы либо в исходном технологическом процессе (рекуперация энергии), либо в иных процессах. В соответствии с этим в структурах энергетических связей технологических процессов возникают обратные связи. В этом случае формула (4) становится неполной и необходимо составлять систему уравнений энергетических связей относительно неизвестных энергоемкостей. Решение системы уравнений энергетических связей позволит рассчитать полную энергоемкость продукции для сложных технологических процессов с обратными связями.

Оценка технологических процессов должна основываться не только на показателях энергетической эффективности. При принятии решений необходимо принимать во внимание всю совокупность показателей, существенно влияющих на эффективность принимаемых решений. Ведущую роль здесь играет себестоимость выпускаемой продукции.

На рис. 7.1 приведена типовая зависимость себестоимости продукции от показателя энергоемкости. С системной точки зрения при решении оптимизационных задач подобная зависимость представляет собой область Парето в координатах двух показателей: себестоимости продукции и энергоемкости. Из рис. 7.1 видно, что снижение энергоемкости b ведет к снижению себестоимости продукции С лишь

438

диапазоне от исходного значения b0 до оптимального значения bopt , обусловленного существующим уровнем технологии и ценообразованием.

b

b0

bopt

bmin

C

Cmin

Рис. 7.1. Типовая зависимость себестоимости продукции от ее энергоемкости.

Далее, обратим внимание, что при росте цен на энергетические ресурсы нижняя ветвь зависимости (рис. 7.1) будет более пологой и

значение энергоемкости bopt будет стремиться к предельно минимальному значению bmin . И наоборот, когда цены на энергетические ресурсы низкие, зависимость (рис. 7.1) будет по нижней ветви более крутой, при этом значение энергоемкости bopt будет удаляться от предельно минимального значения bmin . Поэтому ценовая политика играет существенную роль в

принятии решений в сфере энергетической эффективности. Энергосберегающие мероприятия развертываются при росте цен на энергетические ресурсы и свертываются при снижении цен.

В сложных технологических комплексах зависимость себестоимости продукции в целом по предприятию и на отдельных технологических участках является неоднозначной и противоречивой. В качестве примера рассмотрим металлургическое производство. Крупные металлургические предприятия наряду с основными производственными цехами имеют в своем составе вспомогательный теплоэнергетический комплекс, включающий в себя электрические станции. В соответствии с принципами энергосбережения на указанных электрических станциях утилизируются вторичные энергетические ресурсы основного производства - доменный и коксовый газы, что снижает себестоимость вырабатываемой станциями электрической энергии. При этом существенно снижается себестоимость продукции таких цехов основного производства, как листопрокатные цеха, которые потребляют значительное количество электрической энергии. Вследствие этого целевой установкой при ведении режимов работы электрических станций металлургических предприятий является установка

439

на максимальную выработку электрической энергии. Эта целевая установка может находиться в противоречии с локальной энергетической эффективностью станций. Дело в том, что станции проектируются с техническим условием достижения максимального КПД производства при номинальной их загрузке. При максимальной же загрузке станций КПД производства снижается, показатели энергоемкости как станции в целом, так и всего металлургического производства растут. Однако себестоимость продукции металлургического предприятия в целом снижается. Здесь наглядно можно видеть системный эффект по типу области Парето. Снижение показателя себестоимости продукции ведет к повышению энергоемкости производства, и наоборот, снижение энергоемкости производства приводит к росту показателя себестоимости. Это говорит о том, что для подобных предприятий производственный процесс по показателям энергоемкости и себестоимости продукции находится в области неулучшаемых решений (рис. 7.1) и окончательный выбор приемлемого решения остается за менеджментом предприятия.

Рассматривая данный пример, необходимо отметить, что ситуация здесь с технико-экономической точки зрения является еще более сложной. Дело в том, что электрические станции наряду с электрической энергией вырабатывают тепловую энергию. Технологический процесс выработки электрической и тепловой энергии является физически взаимосвязанным, поэтому при определении себестоимости электрической и тепловой энергии необходимо использовать искусственные технико-экономические методики разнесения затрат между данными видами энергетической продукции. Например, рассмотрим случай, когда на предприятии принят так называемый "физический" метод разделения затрат, где себестоимость электрической энергии принимается в соответствии с ее физическим эквивалентом энергии, при этом все остальные издержки относятся на тепловую сторону. При таком подходе себестоимость электрической энергии является низкой, что способствует снижению себестоимости металлургической продукции. Тепловая же энергия имеет на металлургических предприятиях более низкий экономический приоритет. Более того, "физический" метод разделения затрат при формировании тарифов на тепловую энергию не стимулирует проведение энергосберегающих мероприятий на тепловой стороне, так как соответствующие издержки будут оплачены потребителями.

Другой подход состоит в том, что цена на вырабатываемую электрическую энергию принимается равной ее текущей рыночной стоимости. В этом случае эффективность работы электростанции существенно зависит от эффективности выработки тепловой энергии. Энергосберегающие работы на теплоэнергетической стороне производственного процесса в данном случае будут развиваться. Таким

440

образом, стимулирование энергосберегающих мероприятий здесь во многом зависит от учетной политики на предприятии при формировании себестоимости продукции.

С учетом сказанного системный эффект от энергосбережения на предприятии может быть получен лишь в результате выполнения целого комплекса энергосберегающих мероприятий, взаимоувязанных в организационном, экономическом, техническом и финансовом плане.

___________________________________________________

Рассмотрим основные направления технической политики энергосбережения, проводимой на уровне крупномасштабных хозяйственных комплексов.

Так, при развитии энергетических мощностей системный подход к решению данной задачи состоит в использовании методологии

интегрированного планирования энергетических ресурсов (см.,

например, список соответствующей литературы, приведенный ниже в сноске4)

Основная идея интегрированного планирования энергетических ресурсов (ИПЭР) состоит в том, что в сложных технико-экономических комплексах с общехозяйственной точки зрения (например, государства в целом, региона, района или предприятия) при решении задач обеспечения потребителей энергоресурсами необходимо рассмотреть необходимые мероприятия как на стороне энергоснабжения, так и на стороне потребителей, взвесить все «за» и «против» и принять оптимальные решения – распределить имеющиеся финансовые средства в рациональной пропорции либо на мероприятия, связанные с расширением объема поставок ресурсов, либо на энергосбережение на стороне потребителей. При этом основное внимание должно уделяться обеспечению

4 Башмаков, И.А. Интегрированное планирование энергетических ресурсов в электроэнергетике / И.А. Башмаков // Энергосбережение. – 2009. – № 7.

D’Sa, Antonette. Integrated Resource Planning (IRP) and power sector reform in developing countries / Antonette D’Sa // Energy Policy. – 2005. – Vol. 33, Issue 10, July. – P. 1271–1282.

Energy Efficiency Policies & Programs. – http://www.eco3.org/news/studytour/smud.pdf www.eco3.org.

Integrated Resource Plan. – http://www.pacificorp.com/es/irp.html.

Integrated Resource Planning. The Hanover LCP Case Study: Final Report by ÖkoInstitute for Applied Ecology and Wuppertal Institute for Climate·Environment·Energy Gmbh. – Hannover: 1995.

Lensson, N. Local integrated resource planning: a new tool for a competitive era / N. Lensson // The Electricity Journal. – 1996. – Vol. 9, Issue 6, July. – P. 26–36.

Sacramento Municipal Utility District/SMUD/. – http://smud.org.

441

потребителей заданным уровнем качества конечных услуг при минимизации объемов потребления энергетических ресурсов.

Другими словами, ИПЭР исходит из системного понимания задачи снабжения потребителей энергетическими ресурсами. При этом поставка энергетических ресурсов понимается не как конечная цель, а как средство обеспечения конечных целей потребителей, например – выпуска заданного объема продукции, заданного уровня комфортности в помещениях и др. Конечные цели потребления выступают как жесткие ограничения в постановке рассматриваемой задачи. Необходимые для осуществления указанных конечных целей объемы энергетических ресурсов выступают как показатели, которые должны быть минимизированы.

Конечные цели потребления и объемы энергетических ресурсов связаны между собой функциональными зависимостями. Коэффициенты этих зависимостей, определяющие пропорции объемов потребления энергоресурсов и объемов конечных услуг, являются показателями энергоемкости предоставляемых услуг. Энергосбережение основано на минимизации показателей энергоемкости. В итоге в общей задаче снабжения потребителей энергоресурсами можно выделить дуальные друг другу процессы: процесс собственно снабжения ресурсами и процесс энергосбережения.

В сложных технико-экономических системах за каждый процесс отвечает определенная структурная единица: соответственно за процесс снабжения ресурсами отвечает энергоснабжающая организация, понимаемая в широком смысле слова, за процесс энергосбережения, условно назовем – энергосберегающая структура (энергосервисная структура). Экономические цели энергоснабжающей организации и энергосберегающей структуры диаметрально противоположны. Успех деятельности энергоснабжающей организации растет с ростом объемов энергоснабжения. Успех деятельности энергосберегающей структуры определяется объемом снижения потребления энергии. Таким образом, между двумя указанными процессами существует противоречие и возникает экономическая конкуренция.

Системный подход к решению задачи повышения эффективности использования энергии состоит в оптимальном регулировании указанного противоречия. В этом случае при принятии решений необходимо оценить окупаемость энергосберегающих мероприятий. Окупаемость состоит в сравнении затрат, необходимых на покупку энергетических ресурсов со стороны энергоснабжения, и затрат, необходимых для снижения потребности того же объема ресурсов на основе энергосберегающих мероприятий. Если энергосберегающие мероприятия окупаются в течение приемлемого срока, то они признаются эффективными. В противном

442