Глава 1. Энергосбережение – одно из основных направлений развития экономики России
Основным источником энергии в народном хозяйстве России, несмотря на развитие ядерной энергетики и использование гидроэнергоресурсов, продолжает оставаться органическое топливо. По статистическим данным, за 1991 г. на тепловых электростанциях (ТЭС) производилось около 75% всей вырабатываемой электроэнергии, на гидроэлектростанциях (ГЭС) – 12%, на атомных электростанциях (АЭС) – 13%. За последние годы, вследствие снижения промышленного электропотребления, связанного с падением производства, уменьшилась общая выработка электроэнергии с перераспределением долей выработки в сторону более дешевых источников (доля ГЭС выросла до 20%, АЭС – до 15%).
За прошедший период структура производства тепла для коммунальных целей практически не изменилась. Теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), промышленные и другие котельные в 1991 г. давали 68,9% общей выработки теплоты, используемой в народном хозяйстве; 31,8% теплоты производилось в индивидуальных водогрейных котельных и других нагревательных установках коммунально-бытового сектора, 1,7% – в электрокотлах, 4% – в теплоутилизационных установках.
Основным потребителем топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) ранее являлась промышленность. На ее долю приходилось 55% потребления; на коммунально-бытовой сектор – 31,5%; на транспорт – не более 9%; на сельское хозяйство – 5%. В настоящее время произошел спад потребления энергоресурсов в промышленности и сельском хозяйстве с увеличением доли потребления коммунально-бытового сектора.
Коэффициент полезного действия (КПД) современных конденсационных электростанций (КЭС) с энергоблоками мощностью 800—1200 МВт достигает 42—43%; КЭС малой мощности (5—7 МВТ) – не более 25%; теплоэлектроцентралей (ТЭЦ) с комбинированной выработкой тепловой и электрической энергии – 60—70%; стационарных дизельных двигателей – до 43%; карбюраторных автомобильных – не более 33%; современных газотурбинных установок – до 38—40%; комбинированных парогазовых установок – до 55%.
Стоимость производимой единицы электроэнергии в России в несколько раз превышает стоимость единицы тепловой энергии (размерности одинаковы) – для центральных регионов примерно в 5,5 раза. Это соотношение выше, чем в развитых странах Запада, поэтому использование электрической энергии в России для целей теплоснабжения считается дорогим и малодоступным.
Сопоставление КПД и коэффициентов полезного использования (КПИ) отечественных теплоиспользующих установок и систем с лучшими мировыми аналогами показывает, что удельные затраты энергоресурсов в России на выпуск единицы продукции в большинстве случаев выше лучших аналогичных зарубежных показателей в 2—3 раза. Если в 1988 г. энергоемкость внутреннего валового продукта (ВВП) России была в два раза выше, чем в США, то в настоящее время она превышает энергоемкость ВВП западных стран в 3,5—4,5 раза [2]. Эти показатели определяются не только технологическим отставанием, но и более суровыми климатическими условиями, которые вносят значительную постоянную составляющую в удельные характеристики энергозатрат на производство продукции, спадом уровня загрузки промышленного производства, возрастанием доли постоянной составляющей энергопотребления.
Известно, что доля отопительно-вентиляционной нагрузки в общем теплопотреблении предприятий машиностроительного, текстильного, пищевого, деревообрабатывающего профилей, ряда химических предприятий достигает 70—80%, нефтеперерабатывающих предприятий – около 50%. Снижение уровня загрузки предприятий приводит к тому, что возрастает доля этой постоянной составляющей энергопотребления в энергоемкости продукции. По результатам энергообследований одного из предприятий нефтехимической промышленности, загруженного на 25%, отмечено, что удельные энергозатраты за время перестройки в связи со спадом производства возросли в 2,5—3 раза. При аппроксимации зависимости удельных затрат на полную загрузку 1990-х гг. были получены результаты, соответствующие проектным показателям.
Предприятия, спроектированные по условиям энергоэкономичной работы на номинальных загрузках, при спаде производства имеют ухудшенные удельные показатели по энергозатратам.
В промышленной технологии имеются большие резервы энергосбережения. Исследования, выполненные на кафедре энергетики высокотемпературной технологии МЭИ [26], показали, что коэффициент полезного использования (КПИ) топлива в полном технологическом цикле производства стали (от добычи руды до выплавки стали) не превышает 5%; аналогичные показатели в производстве цветных металлов и строительных материалов. КПД нагревательных печей кузнечно-прессовых цехов машиностроительных предприятий обычно не превышает 5—10%. Не лучшее положение на многих производствах, применяющих в технологических процессах выпарные, перегонные, ректификационные и сушильные установки, моечные машины, гальванические ванны, обогреваемые паром, бассейны для пропаривания древесины.
Приведенные выше показатели энергоэффективности работы отечественной промышленности и объектов коммунального назначения свидетельствуют о том, что необходимо много работать для их улучшения.
Ухудшение экологической обстановки в стране также диктует необходимость снижения энергопотребления, так как энергетика, промышленность и коммунальное хозяйство являются одними из основных источников загрязнения окружающей среды [46].
В 1992 г. в Рио-де-Жанейро (Бразилия) прошла международная конференция ООН по проблемам окружающей среды и развитию. Участники конференции пришли к выводу, что в ближайшие четыре десятилетия (с момента проведения конференции) на земном шаре может произойти экологическая катастрофа, если человечество не примет экстренных мер по усовершенствованию существующих способов производства. Природа способна воспроизводить изъятые у нее биоресурсы, если изымается не более 1% имеющегося их количества. Сделанные оценки показывают, что этот барьер превзойден уже примерно в десять раз. По данным на начало последнего десятилетия, запасов угля (при существующих темпах потребления и технологии) могло хватить на период от 100 лет (США) до 1000 лет (страны СНГ), нефти – от 36 до 100 лет и газа – от 32 до 60 лет.
На долю России приходится около 30% мировых запасов органического топлива. Из общего количества добываемой нефти в 1998 г. экспортировалось 42% (120 млн т), природного газа в 2002 г. – 37% (193,1 млрд м3), тем самым обеспечивались в виде налогов валютные поступления в казну государства. (Для притока валютных поступлений расход газа внутри страны экономится.)
В условиях ожидаемого подъема производства предполагается увеличивать объемы выработки тепловой и электрической энергии преимущественно за счет увеличения доли сжигаемого твердого топлива.
Увеличение производства в несколько раз без качественного изменения технологии (в том числе энергогенерации и энергоиспользования), организации производства и распределения продукции и услуг (в том числе коммунальных) может привести к катастрофическим последствиям.
Не менее катастрофичная ситуация с пресной водой. Из общего количества воды на земле (1400 млн км3) на долю пресной воды приходится 4 млн км3, из них 0,01% доступно для полезного пищевого использования. Значительная часть пресной воды находится в виде ледников, арктических и антарктических льдов.
Промышленность потребляет 30% всей пресной воды (табл. 1), расходуемой на хозяйственные цели, из них 45% расходуется в теплоэнергетике. На переработку 1 т нефти затрачивается от 10 до 40 м3 воды; на производство 1 т стали из железной руды – до 150 м3; 1 т стального проката – 20—30 м3; 1 т целлюлозно-бумажной продукции и синтетических волокон – до 500 м3.
Таблица 1
Показатели водопотребления и водоотведения в Российской Федерации в 1998 г., млн м3 [46]
В целом по России суммарный забор свежей воды из водоисточников в средний по водности год составляет около 3% общих водных ресурсов. Однако на некоторых бассейнах рек величина водозабора достигает 50% и более (бассейн Кубани – 111%; Дона – около 50%; Урала – 75% речного стока 95%-ной обеспеченности). При этом в указанных бассейнах наиболее значительно безвозвратное водопотребление по отношению к водным объектам, которое достигает близких к критическим значений, что указывает на возможность дефицита воды в экстремально маловодные годы [46].
По данным Государственного водного кадастра, суммарный забор воды из природных водных объектов в 1998 г. сократился по сравнению с 1997 г. на 2,9 км3 и составил 87,3 км3.
По данным 1980 г., общее мировое количество сточных вод составило 500 км3/г, из них 70% загрязнено термально и 30% химически активными веществами. Из всех загрязненных сточных вод 8,5% дает теплоэнергетика, 82% – промышленность (в России – 70%), около 8% – коммунально-бытовой сектор и 1,5% – сельское хозяйство.
В сложившейся ситуации затраты за водопользование становятся весомой составляющей в затратах промышленных и коммунально-бытовых предприятий.