1. Введение и определения
[3, FEAD and Industry, 2005] [97, Kreith, 1997] http://columbia.thefreedictionary.com/energy][TWG[127, TWG, , 145, EC, 2000]
1.1. Введение
1.1.1. Энергия в промышленном секторе ЕС
«Мы намерены совместно играть лидирующую роль в энергетической политике и охране климата, внеся свой вклад в предотвращение угрозы глобального изменения климата».
Берлинская декларация (25 марта 2007 г.).
В 2004 г. потребление энергии в промышленности 25 стран ЕС (EU-25) достигло 319 млн. тнэ (тонн нефтяного эквивалента) или 11004 ПДж, что составляет около 28% ежегодного потребления конечных форм энергии в странах ЕС или 30% потребления первичной энергии5. 27% промышленного потребления первичной энергии приходится на теплоэнергетику, за которой следуют черная металлургия и химическая промышленность, потребляющие 19% и 18% первичной энергии соответственно. Следующие места занимают производство стекла, керамики и строительных материалов (13%), а также бумажная и печатная отрасль (11%). Около 25% электроэнергии, потребляемой промышленностью ЕС, производится самими предприятиями. В последнее время не наблюдается значительных изменений энергопотребления от года к году (например, между 2000 и 2004 гг.). Другие данные, отражающие энергопотребление отраслей КПКЗ, приведены на рис. 1.1.
По данным Европейского регистра выбросов загрязняющих веществ (EPER), на основные предприятия-загрязнители в отраслях КПКЗ приходится около 40% всех европейских выбросов
CO2, около 70% всех выбросов SOx и около 25% всех выбросов NOx [145, EC, 2000, 152, EC, 2003] [251, Eurostat].
Рисунок 1.1: Доля отраслей перерабатывающей промышленности в потреблении первичной энергии в странах ЕС
[145, EC, 2000]
5 Понятия первичной, вторичной и конечной энергии разъясняются в разделе 1.3.6.1.
1
1.1.2. Воздействия энергопотребления на окружающую среду и экономику
Глобальное потепление
Некоторые газы вносят вклад в повышение температуры у поверхности Земли, поглощая тепловое излучение планеты и переизлучая его на больших длинах волн. Часть переизлученной энергии поглощается поверхностью Земли и атмосферой, приводя к повышению их температуры. Это явление получило название «парникового эффекта». К основным парниковым газам относятся водяной пар, диоксид углерода (CO2), метан (CH4), озон (O3) и другие газы, в частности, диоксид азота (N2O). Парниковый эффект является естественным явлением, вносящим вклад в поддержание теплового баланса планеты и обеспечение благоприятных условий для функционирования экосистем Земли.
Однако деятельность человека привела к тому, что концентрация в атмосфере диоксида углерода, основного антропогенного парникового газа, увеличилась на 34% по сравнению с периодом до начала интенсивного промышленного развития, причем рост концентрации особенно ускорился после 1950 г. Концентрации других парниковых газов также значительно выросли в результате антропогенной деятельности. Основным источником антропогенного CO2 является сжигание ископаемого топлива в промышленности (в т.ч. в теплоэнергетике), в домохозяйствах и на транспорте. Другими значимыми источниками являются выбросы CO2 и CH4 в результате сельскохозяйственной деятельности и изменений в режиме землепользования, а также выбросы других антропогенных парниковых газов в результате различных производственных и других процессов.
Наблюдаемые в настоящее время концентрации CO2 и CH4 в атмосфере являются самыми высокими за последние 420 тыс. лет, а концентрации N2O – как минимум, за последние 1000 лет. Согласно базовому сценарию6 МГЭИК (2001), в течение нескольких ближайших десятилетий (до 2050 г.) концентрация парниковых газов в атмосфере с большой вероятностью превысит уровень 550 ppm CO2-эквивалента (см. рис. 1.2) [252, EEA, 2005]. Согласно базовому сценарию, подготовленному в 2006 г., к 2050 г. выбросы парниковых газов превысят текущий уровень почти в два с половиной раза [259, IEA, 2006].
Рисунок 1.2: Рост концентрации парниковых газов в атмосфере с 1750 г. при различных сценариях (ppm CO2-эквивалента)
[252, EEA, 2005]
6 Базовый сценарий предполагает сохранение существующих тенденций без принятия решительных мер по ограничению выбросов парниковых газов. (Прим. пер.)
2
В настоящее время широко признается, что рост концентрации парниковых газов в атмосфере и связанное с этим глобальное потепление будут иметь масштабные последствия для окружающей среды, условий жизни человека и экономики (см. различные доклады МГЭИК и другие источники) [262, UK_Treasury]. Хотя подробная информация о возможных последствиях для стран ЕС ограничена, ожидается, что изменение климата приведет разнообразным последствиям для окружающей среды и экономики. Количественная оценка общего эффекта для экономики в настоящее время затруднительна, однако ясно, что разные страны ЕС пострадают от изменения климата в различной степени, причем наиболее уязвимыми являются страны Средиземноморья и Юго-Восточной Европы [252, EEA, 2005].
Зависимость от ископаемого топлива и энергетическая безопасность
В 2001 г. структура энергопотребления ЕС сохраняла существенную зависимость от ископаемого топлива (79% общего внутреннего потребления), в т.ч. импорта нефти и газа, обеспечивавшего значительную часть потребляемых энергоносителей. В настоящее время ЕС импортирует более 50% потребляемых энергоресурсов, и ожидается, что в течение ближайших 20–30 лет эта доля превысит 70% [145, EC, 2000].
1.1.3. Вклад энергоэффективности в сокращение эффектов глобального потепления и повышение устойчивости
Согласно одному из многочисленных исследований в данной области [145, EC, 2000], ЕС способен экономически эффективным образом снизить свое энергопотребление на 20% по сравнению с нынешнем уровнем, что соответствует 60 млрд. евро/год в денежном исчислении или совокупному энергопотреблению Германии и Финляндии в 2000 г. [140, EC, 2005]. В исследовании также отмечется, что энергосбережение, несомненно, является наиболее быстрым, действенным и экономически эффективным способом сокращения выбросов парниковых газов и улучшения качества воздуха. Энергоэффективность является также важным фактором рационального использования природных ресурсов (в данном случае, энергоресурсов) и устойчивого развития, и способна сыграть значительную роль в снижении зависимости европейской экономики от этих ресурсов. Хотя масштабные инициативы по повышению энергоэффективности требуют значительных инвестиций, их реализация способна внести значительный вклад в достижение целей Лиссабонской стратегии, способствуя созданию миллионов новых рабочих мест и повышению конкурентоспособности европейской экономики [145, EC, 2000, 152, EC, 2003]. Исходя из этого, ЕС объявил о принятии Плана действий в области энергоэффективности, призванного обеспечить экономию до 20% энергии, потребляемой в странах Союза (около 39 млн. тнэ), и 27% энергии, потребляемой обрабатывающими отраслями промышленности, к 2020 г. Это позволит снизить ежегодные прямые затраты на энергопотребление в странах ЕС на 100 млрд. евро и сократить ежегодные выбросы CO2 на 780
млн. т к 2020 г. [142, EC, 2007].
Многие отрасли за последние 20 лет добились существенного повышения энергоэффективности. Основными рыночными мотивами предприятий являются повышение производительности и качества продукции, снижение затрат и выход на новые рынки. Законодательство ЕС в области энергоэффективности было принято относительно недавно (см. Предисловие), хотя к этому времени в некоторых странах ЕС уже действовали национальные нормативные акты в данной области. В большинстве случаев соответствующая деятельность осуществлялась предприятиями на добровольной основе и была направлена на снижение затрат, хотя инициативы ЕС и отдельных государств-членов тоже внесли вклад в этот процесс (см. Предисловие и Приложение 7.13). Например, химическая промышленность является одним из крупнейших потребителей природного газа среди обрабатывающих отраслей ЕС, а на приобретение или производство энергии приходится до 60% производственных затрат в отрасли. Тем не менее, отрасль добилась снижения удельного энергопотребления на 55% за период с 1975 по 2003 гг.
3
Рисунок 1.3: Энергопотребление в химической промышленности, 1975-2003 гг.
Несмотря на достигнутые результаты, дальнейшее повышение энергоэффективности остается важнейшей задачей, стоящей перед европейской промышленностью. Согласно прогнозам, выбросы парниковых газов, связанные с производством энергии, к 2050 г. могут быть возвращены на уровень 2006 г., а рост потребления нефти может быть ограничен на основе технологий, доступных в настоящее время, главным образом, за счет повышения энергоэффективности (еще одним перспективным направлением является расширение использования электроэнергии вместо ископаемого топлива, в т.ч. на транспорте). Повышение энергоэффективности является приоритетным направлением деятельности по обеспечению будущего, более устойчивого с энергетической точки зрения, и во многих случаях представляет собой наиболее дешевый, быстрый и экологически приемлемый подход к сокращению выбросов и ограничению растущих потребностей в энергоресурсах. Согласно сценариям, разработанным в 2006 г., повышение энергоэффективности в жилищно-коммунальном, промышленном и транспортном секторах обеспечит сокращение энергопотребления на 17–33% по сравнению с базовым сценарием к 2050 г. В зависимости от конкретного сценария, повышение энергоэффективности обеспечивает от 45 до 53% общего сокращения выбросов CO2 по сравнению с базовым сценарием к 2050 г. В сценарии, предусматривающем глобальное повышение энергоэффективности лишь на 20% к 2050 г., прирост мировых выбросов CO2 оказывается более чем на 20% выше, чем в других сценариях
[259, IEA, 2006].
1.1.4. Энергоэффективность и Директива КПКЗ
Правовые рамки деятельности по повышению энергоэффективности и подготовки настоящего Справочного документа охарактеризованы в Предисловии и разделе «Область применения». Органы, выдающие разрешение, и компании-операторы должны быть знакомы со смыслом понятия энергоэффективности, а также возможными путями ее повышения, измерения и оценки для того, чтобы понимать, каким образом соображения энергоэффективности могут быть учтены при формировании разрешения.
4
Промышленные объекты, подпадающие под действие Директивы КПКЗ, перечислены в Приложении 1 к Директиве. В качестве примеров предприятий или производственных единиц, на которые распространяется действие Директивы, можно привести следующие:
•для газовой теплоэлектростанции входным потоком является природный газ, а основным выходным потоком – электроэнергия, которая производится на основе химической энергии газа. Наряду с электричеством, одним из выходных потоков является низкопотенциальное тепло, которое, как правило, отводится в окружающую среду в процессе охлаждения. Полезное применение этого тепла (например, в системе централизованного теплоснабжения) способно повысить общую энергоэффективность производства;
•сырьем для нефтеперерабатывающего завода является сырая нефть, на основе которой производятся бензин, дизельное топливо, мазут и рад других продуктов. В ходе производственного процесса часть углеводородов сжигается с целью получения энергии, необходимой для осуществления технологических процессов. Кроме того, нефтеперерабатывающие заводы, как правило, получают электроэнергию из внешних источников. Однако предприятие, на котором установлена когенерационная станция, может быть нетто-поставщиком электроэнергии;
•установка парового крекинга получает в качестве сырья жидкие и газообразные продукты нефтепереработки, преобразуя их в этилен, пропилен и ряд побочных продуктов. Часть необходимой для этого энергии может производиться на самой установке, а остальная энергия поставляется из вешних источников в форме пара, электроэнергии и топлива;
•исходным материалом для прокатки могут служить, например, стальные слябы толщиной около 200 мм, прокатываемые в рулонную сталь толщиной несколько миллиметров. Прокатное производство включает в себя печи, оборудование прокатных станов, системы охлаждения и различные вспомогательные системы;
•мусоросжигательный завод (на севере Европы) перерабатывает 150 тыс. т отходов в год – объем бытовых отходов полумиллионного населения, остающийся после рециклирования и биологической переработки части отходов. МСЗ способен производить 60 тыс. МВт·ч электроэнергии в год, из которых 15 тыс. МВт·ч используется на самом предприятии, а 45 тыс. МВт•ч поставляется в распределительные сети. Эта величина соответствует бытовому энергопотреблению 60 тыс. чел. Там, где имеются также потребности в тепловой энергии, МСЗ может работать в режиме когенерации (комбинированного производства электрической и тепловой энергии): пар высокого давления используется для производства электроэнергии, после чего отработанный пар используется в системах централизованного теплоснабжения или холодоснабжения, или поставляется промышленным потребителям. Производство тепла характеризуется более высоким КПД, чем производство электроэнергии; увеличение производства тепла для внешних потребителей приводит к сокращению производства электроэнергии. При наличии достаточного спроса на тепловую энергию предприятие может быть рассчитано только на производство тепла. Соотношение производимой электрической и тепловой энергии зависит от местных потребностей и других условий, в т.ч. положений контракта;
•предприятие интенсивного производства (птицефабрика) рассчитано на 40 тыс. бройлеров, которые откармливаются до требуемого веса забоя в течение 5–8 недель. Предприятие потребляет энергию для кормового и поильного оборудования, освещения, удаления помета и подстилочного материала, а также вентиляции/отопления/охлаждения. Помет, как правило, используется в качестве удобрения, но может использоваться и для производства биогаза на предприятии или за его пределами. Биогаз может использоваться для отопления помещений птицефабрики;
•типография высококачественной печати имеет пять печатных машин с 40 красочными аппаратами, используемых для печати журналов и каталогов высокого качества. Типография использует электроэнергию для приведения в действие печатных станков, а также пневматических и гидравлических систем, используемых в процессе печати,
5