CC BY
169
ЭНЕРГЕТИКА
УДК 697.3 (470.21)
УПРАВЛЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬЮ И ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕМ
Н. М. Кузнецов, А. М. Клюкни, С. Н. Трибуналов
Центр физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН
Аннотация
Приведены результаты анализа использования энергоресурсов в жилищно-коммунальном секторе городов Мурманской обл. Выполнена работа по энергетическому обследованию пилотных зданий городов Кировска и Кандалакши в рамках проекта ENERU («Коларктик» - программа сотрудничества «Европейский инструмент содействия и партнерства»). Собраны и проанализированы сведения об объеме используемых энергетических ресурсов и показателях энергетической эффективности. Произведена оценка возможной экономии энергетических ресурсов, предложены мероприятия по повышению эффективности их использования. Ключевые слова:
энергоэффективность, энергетическое обследование, электро- и теплопотребление, энергоресурсы, энергетический паспорт, энергосберегающие мероприятия.
MANAGEMENT OF POWER EFFICIENCY AND SAVING
Nikolai M. Kuznetsov, Alexander M. Klyukin, Sergey N. Tribunalov
Centre of Physical and Technical Problems of the Northern Energetics of the KSC of the RAS
Abstract
The results of analysis of energy use in the residential sector of the cities of the Murmansk region are given. The work has been performed on energy audit of the pilot buildings in Kirovsk and Kandalaksha towns within the project ENERU (Kolarctic - a program "European Instrument for Cooperation and Partnership"). The results of the survey of energy and measures for power efficiency are presented. The information about the volume of energy resources and energy performance indicators has been collected and analyzed. Evaluation of possible energy savings has been produced. Some measures for energy saving and increase in energy efficiency are proposed.
Keywords:
power efficiency, power audit, power consumption, heat consumption, energy resources, energy performance certificate, energy-saving measures.
Повышение эффективности использования энергетических ресурсов (энергоэффективности) -это направление на решение проблем, связанных с изменением климата, экономическим развитием и энергетической безопасностью. Органы государственного управления, участники процесса по реализации энергоэффективности и частный инвестор должны объединить усилия, чтобы достичь результатов по своевременному внедрению энергосберегающих мероприятий. Вероятность достижения успешных результатов в мерах энергосберегающей политики наиболее высока при наличии эффективной системы управления энергосбережением. Управление энергоэффективностью - это сочетание законодательной, нормативной базы и механизмов финансирования, институциональной организации и механизмов координирования, которые направлены на поддержку реализации стратегий, политики и программ энергосбережения. Нормативно-правовая база должна обеспечить: направление развития энергосберегающей политики; законодательную основу правил и положений, таких как строительные нормы, минимальные энергетические требования; ответственность за разработку программ; механизмы финансирования мероприятий по экономии энергии. Международное сотрудничество и содействие важны как элементы общего управления энергоэффективностью и способствуют
участию заинтересованных сторон. Необходимо привлечение в процесс энергосбережения государственных, научных и частных организаций. Сотрудничество с частным сектором позволяет, наряду с государственным финансированием, привлекать частные инвестиции для разработки и реализации политики и программ энергосбережения.
Промышленные предприятия и жилищно-коммунальный сектор располагают масштабным недоиспользуемым потенциалом энергосбережения, который по способности решать проблему обеспечения экономического роста страны сопоставим с приростом производства всех первичных энергетических ресурсов. Темпы снижения энергоемкости при отсутствии скоординированной государственной политики по энергоэффективности могут резко замедлиться. Это может привести к еще более динамичному росту спроса на энергоресурсы внутри страны, а увеличение объемов добычи углеводородов и развитие транспортной инфраструктуры требуют значительных инвестиций, особенно в районах Крайнего Севера. Причины, сдерживающие развитие энергосбережения и энергоэффективности: недостаток мотивации к энергосбережению, слабая информированность, отсутствие механизмов экономии в области энергосбережения, слабая организация и координация действий по энергосбережению. Решение проблемы надежного энергоснабжения возможно двумя путями: наращивание объемов добычи нефти и газа и строительство новых объектов энергогенерации (капиталоемкий путь) или обеспечение роста экономики за счет повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов (менее затратный путь). На практике должны реализовываться оба пути с приоритетом энергоэффективности.
В Северо-Западном регионе России вопросам эффективного использования энергоресурсов уделяется большое внимание [1-6, 13]. В 1996 г. подписано соглашение между Норвегией и Россией о сотрудничестве в области энергоэффективности по направлениям: организация и развитие энергоэффективных демонстрационных зон, создание центров энергоэффективности, выполнение пилотных проектов, обучение и информационная деятельность, развитие российско-норвежской торговли и разработка финансовых механизмов для пилотных проектов по энергосбережению. Российско-норвежское сотрудничество в области энергосбережения на Северо-Западе России получило интенсивное развитие в г. Кировске Мурманской обл. [3]. В рамках проекта Е№Жи («Коларктик» - программа сотрудничества «Европейский инструмент содействия и партнерства») с целью повышения эффективного управления энергопотреблением в Баренц-регионе с 2013 г. проводится работа по созданию сети делового сотрудничества с привлечением компаний, муниципалитетов, образовательных и научных учреждений Баренц-региона [9, 10]. Модель сотрудничества, создаваемая в рамках проекта, построена на основе концепции тройной спирали, которая является отображением новых экономических процессов: экономика знаний; глобализация; интеграция деятельности государств и корпораций; новые средства коммуникаций и технологий; сетевые формы организации. Преимуществом Мурманской обл. как части Баренц-региона является географическое положение, способствующее естественным связям между северными территориями Скандинавских стран и России.
Для выявления потенциала энергосбережения, установления нормативных показателей энергопотребления, определения основных энергосберегающих мероприятий и объектов бюджетной сферы, на которых в первую очередь планируется внедрять мероприятия по экономии энергоресурсов, необходимо проводить энергетические обследования с последующим составлением энергопаспортов зданий. Процесс энергосбережения выполняется по следующим направлениям: идентификация проекта, сканирование, энергоаудит, реализация мероприятий, мониторинг [7, 8].
Удельные величины потребления энергетических ресурсов являются важнейшими целевыми показателями эффективного использования энергии для учреждений бюджетной сферы. Они призваны обеспечить связь энергетических паспортов бюджетных организаций с региональными и муниципальными программами в области энергосбережения и повышения
энергоэффективности [10]. Удельное потребление тепловой энергии жилищно-коммунального сектора Мурманской обл. значительно различается по городам (рис. 1). Это объясняется различной протяженностью тепловых сетей, тепловыми потерями, обусловленными изношенностью теплопроводов, гидравлическими режимами работы тепловых сетей, условиями регулирования параметров теплоносителя. Поэтому для городов актуально проведение энергетических обследований с целью разработки программ рационализации структуры и перспективного развития теплового хозяйства, расчета гидравлических режимов в тепловых сетях и последующей наладки режимов работы тепловых сетей, разработки и внедрения энергосберегающих мероприятий.
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
Апатиты Кировск Полярные Зори Мурманск Кандалакша Оленегорск Североморск
□ 1992г. П2012г.
Рис. 1. Удельное теплопотребление в жилищно-коммунальном секторе Мурманской обл.
График потребления тепловой энергии, построенный после обработки данных, которые получены в ходе выполнения мониторинга по замерам расхода тепловой энергии на отопление здания [11], показан на рис. 2. Значительное увеличение теплопотребления вызвано включением вентиляционной нагрузки. Возрастает и потребляемая мощность электрической энергии на 5 кВт.
0,02 0,018 0,016 0,014 0,012 0,01 0,008 0,006
0:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00
□ 14.09.2014 ■ 18.09.2014 ■ 20.09.2014
Рис. 2. График почасового потребления тепловой энергии
Посуточные данные теплопотребления на основе результатов мониторинга представлены на рис. 3. Регулирование теплопотребления при изменении температуры наружного воздуха производится на источнике теплоснабжения изменением температуры подаваемой воды.
100
-- 2,5
-- 2
-- 1,5
1
0,5
Тпр
- оС окр
Рис. 3. Изменение теплопотребления и температуры теплоносителя в подающем трубопроводе в зависимости от температуры наружного воздуха
Следует отметить, что температура на радиаторах отопления в помещениях обследуемого здания колебалась в пределах от 30 до 53 °С (температура на подающем трубопроводе составляла 61.4 °С), при этом в некоторых помещениях не обеспечивалась необходимая температура 18 °С.
Периодически на протяжении ряда лет в начале и конце отопительного периода температура в некоторых помещениях здания превышает требуемые по санитарно-гигиеническим нормам значения. Причина указанного явления («перетопа») - несоответствие фактической температуры наружного воздуха и прогнозируемой поставщиком тепловой энергии температуры для отпуска теплоты. Для эффективного использования энергоресурсов и возможности регулирования потребления тепловой энергии в системе отопления необходимо установить автоматизированный тепловой пункт с датчиками наружного и внутреннего воздуха. По соответствующей программе регулятор может осуществлять понижение температуры воздуха в помещениях в ночные часы и выходные дни, что наиболее актуально для зданий бюджетной сферы. Автоматизированное управление отопительной нагрузкой позволяет получить экономию в осенне-весенний период, когда распространены перетопы, связанные с особенностями центрального качественного регулирования тепловой нагрузки на источниках теплоснабжения.
Бюджетные учреждения вправе заключать энергосервисные договоры, предметом которых является осуществление исполнителем мероприятий, направленных на энергосбережение и повышение энергетической эффективности энергетических ресурсов. Энергоэффективны мероприятия, направленные на снижение потребления объектом топливно-энергетических ресурсов. Мероприятия, особенно актуальные в бюджетной сфере [12]: установка индивидуальных тепловых пунктов с автоматическим регулированием подачи тепловой энергии; гидравлическая наладка систем отопления; установка термоклапанов на радиаторы отопления; замена ртутных ламп и светильников на натриевые или светодиодные для уличного освещения и светодиодные для внутреннего освещения; автоматическое регулирование электрического освещения путем использования датчиков освещенности помещений и движения; установка частотно-регулируемого электропривода в системах водоснабжения и приточно-вытяжной вентиляции. У организации должен быть энергетический паспорт, составленный по результатам энергетического обследования объекта. В отчете энергоаудитора необходимо приводить рекомендуемые мероприятия и для каждого мероприятия указывать примерные требуемые инвестиции, сроки окупаемости и т. д. В первую очередь руководителю организации следует обратить внимание на эффективные мероприятия с короткими сроками окупаемости, которые
3
0
представляют наибольший интерес для энергосервисной компании и инвестора. На практике используются следующие модели государственно-частного партнерства:
• возложение на инвестора реализации всех элементов проекта (организации финансирования, проектирования, строительства и эксплуатации);
• возложение на инвестора реализации всех элементов проекта, за исключением его участия на этапе эксплуатации объекта;
• возложение на инвестора исключительно участия на этапе эксплуатации объекта.
Выполненные работы по энергоаудиту пилотных зданий в городах Кировск и Кандалакша
[10-12] показали, что для эффективного развития жилищно-коммунального хозяйства городов необходимо привлечь значительные инвестиции. В настоящее время при производстве капитальных ремонтов с большими сроками окупаемости необходима поддержка со стороны государства.
Степень энергоэффективности отдельного здания определяется путем ее сравнения с эталонными значениями и указывается в энергетическом паспорте здания. Повышение энергоэффективности существующих зданий возможно за счет реализации следующих мероприятий: модернизации с установкой систем автоматизации зданий, установки комфортных значений температур обогрева и охлаждения, оснащения системы вентиляции средствами регенерации тепла, снижения потерь тепла на внешних поверхностях здания, замены окон. Можно добиться заметного сокращения потребления энергии за счет модернизации систем автоматизации в старых и менее энергоэффективных зданиях.
Мероприятия по энергосбережению нуждаются во внедрении системы управления электроприборами, приводами механизмов и всеми системами автоматизации, которая базируется на использовании возможностей встроенных функций оборудования при распределении электроэнергии (учет электроэнергии, диагностика состояния, показатели качества энергии и т. д.), а также устройств, позволяющих видеть эти параметры с помощью web-технологий для последующего анализа потребления энергоресурсов и принятия мер по снижению затрат и поддержанию оптимального уровня энергопотребления. Система управления обеспечивает также сбор данных о потреблении энергоресурсов (воды, газа, тепла) в режиме реального времени, оценку состояния автоматических выключателей, возможность дистанционного управления коммутационными аппаратами, консолидацию и визуализацию информации о больших или рассредоточенных объектах с использованием локальных или «облачных» систем энергомониторинга. При этом появляются новые возможности сравнивать потребление энергии по объектам, оценивать потребление энергии по типам нагрузок (освещение, отопление, горячее водоснабжение и т. д.), сопоставлять потребление за идентичные временные периоды (дни, недели, месяцы), прогнозировать тренды потребления и менять тарифные планы, избегать рисков внезапного отключения электроэнергии вследствие наложения пиков потребления. Установленная на объекте автоматическая система электроснабжения создает необходимые условия для эффективного энергосбережения.
Заключение
Анализ энергопотребления в жилищно-коммунальном хозяйстве городов показал, что снижение удельного теплопотребления за счет внедрения организационно-технических мероприятий в городах Кировск, Апатиты и Полярные Зори составляет 48, 40 и 12 % соответственно. К проблемам систем теплоснабжения городов региона можно отнести высокий уровень морального и физического износа оборудования источников и сетей, низкую эффективность использования топлива, недостаточные приборный учет и эффективность регулирования потребления тепловой энергии, высокую стоимость поставок топлива в регион для теплоснабжения потребителей. Модель управления энергоэффективностью на региональном уровне должна учитывать исполнение региональной программы энергоэффективности и реализацию государственной политики в регионе, достижение интегральных показателей энергосбережения в области энергоэффективности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кузнецов Н. М. Об экономии энергии в районах Севера // Проблемы энергетики Мурманской области и соседних районов. Апатиты, 1980. С. 60-66. 2. Kuznetsov N., Salina S. Energy Saving in Heat-Supply Systems of Russian Northern Cites // INCORD"94, Fourth International Symposium on Cold Region Development, Extended abstracts, Finland, June 13-16 1994. P. 172-173. 3. Кузнецов Н. М., Степанов И. Р. Проблемы энергосбережения в Мурманской области // Научные и методические основы управления развитием Баренц-региона. Апатиты, 1997. С. 37-48. 4. Кузнецов Н. М. Энергоэффективность на Севере Баренц-региона России // Проблемы энергетики Запада Европейского Севера России. Апатиты, 1999. С. 24-30. 5. Кузнецов Н. М. Древесные отходы -дополнительный источник энергии на Северо-Западе России // Горн. журн.: спецвып. 2004. С. 119-120.
6. Кузнецов Н. М. Энергопотребление и энергосбережение на Северо-Западе России // Научные школы Московского государственного горного университета. В 2 т. М: Моск. гос. горн. ун-т, 2008. Т. 2. С. 428-432.
7. Kuznetsov N. M. Energy Saving and Energy Audit // International J. Applied and Fundamental Research. 2013. No. 2. URL: www.science-sd.com/455-24108 (дата обращения: 04.03.2016). 8. Kuznetsov N. M. Power Survey - Basis of Energy Saving // International J. Applied and Fundamental Research. 2014. No. 2. URL: http://www.science-sd.com//457-24731 (дата обращения: 04.03.2016). 9. Кузнецов Н. М., Маслобоев В. А. Эффективное управление энергопотреблением в Баренц-регионе // Наука и инновационные разработки - Северу. Новосибирск: СО РАН, 2014. 580 с. 10. Клюкин А. М., Кузнецов Н. М., Трибуналов С. Н. Международное сотрудничество по повышению эффективного управления энергопотреблением в Баренц-регионе // Труды Кольского научного центра. 2014. № 7 (26). С. 93-97 (Энергетика). 11. Клюкин А. М., Кузнецов Н. М., Трибуналов С. Н. Энергетическое обследование -основа эффективного управления энергопотреблением // Труды Кольского научного центра. 2015. 2 (28). Энергетика. С. 16-24. 12. Клюкин А. М., Кузнецов Н. М, Трибуналов С. Н. Повышение энергетической эффективности бюджетных организаций // Труды Кольского научного центра РАН. Энергетика. 2015. 8 (34). С. 72-82. 13. Федоров О. В., Кузнецов М. М. Альтернативы джерела енерги для вщдалених споживачiв // Вюник Вшницького пол^ехшчного шституту. 2015. № 6. С. 141-144. URL: http://visnyk.vntu.edu.ua/index.php/visnyk/article/view/1865 (дата обращения: 10.03.2016).
Сведения об авторах
Кузнецов Николай Матвеевич - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией энергетической эффективности и энергосбережения Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН E-mail: kuzn55@mail.ru
Клюкин Александр Михайлович - заместитель директора Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН E-mail: kluk@ien.kolasc.net.ru
Трибуналов Сергей Николаевич - инженер лаборатории энергетической эффективности и энергосбережения Центра физико-технических проблем энергетики Севера КНЦ РАН E-mail: leee51@mail.ru
Author Affiliation
Nikolai M. Kuznetsov - PhD (Eng.), Leading Researcher, Head of Laboratory of Power Efficiency and Saving of the Centre of Physical and Technical Problems of the Northern Energetics of the KSC of the RAS E-mail: kuzn55@mail.ru
Alexander M. Klyukin - Deputy Director of the Centre of Physical and Technical Problems of the Northern Energetics of the KSC of the RAS E-mail: kluk@ien.kolasc.net.ru
Sergey N. Tribunalov - Engineer of Laboratory of Power Efficiency and Saving of the Centre of Physical and Technical Problems of the Northern Energetics KSC of the RAS E-mail: leee51@mail.ru
Библиографическое описание статьи
Кузнецов Н. М.Управление энергоэффективностью и энергосбережением / Н. М. Кузнецов, А. М. Клюкин, С. Н. Трибуналов // Вестник Кольского научного центра РАН. - 2016. - № 2 (25). -С. 97-102.
Reference
Kuznetsov N. M. Management of Power Efficiency and Saving / N. M. Kuznetsov, A. M. Klyukin, S. N. Tribunalov// Herald of the Kola Science Centre of the RAS. - 2016. - Vol. 2 (25). - P. 97-102.
