CC BY
34
УДК 334.784
о необходимости построения
энергоэффективной среды
на основе комплексного подхода к энергоснабжению*
с. а. Некрасов,
кандидат технических наук,
член Экспертного совета Комитета по энергетике Государственной думы Российской Федерации E-mail: s_a_n1@bk. ru
Объединенный институт высоких температур РАН
В статье показана необходимость комплексного подхода к пробелам производства и потребления энергетических ресурсов, на основе которого возможно достичь взаимоувязки интересов всех участников технологической цепочки «потребление — производство» энергии. Отмечено, что без перехода к построению взаимоотношений потребителя и производителя в энергетике на системном уровне не может быть достигнуто повышение эффективности работы сектора экономики.
Ключевые слова: комплексный подход к энергоснабжению, энергоэффективность, smart-сети.
Проанализируем итоги попытки модернизации энергетики России на основе максимизации ВВП на протяжении длительного периода времени. В последнее десятилетие в энергетике России запущен процесс реформирования. Развитие рыночных отношений в России с неизбежностью приводит к трансформации механизмов и технологий, сложившихся в плановой экономике. Следует отметить, что далеко не всегда движение к новым формам является движением к оптимальному состоянию. Например, в розничной торговле характерным примером является открытие, а впоследствии сворачивание оптовых рынков и челночных форм доставки товара.
* Окончание. Начало см. в журнале «Национальные интересы: приоритеты и безопасность». 2012. № 37 (178).
Сделаем предположение, что проведенная реформа электроэнергетики с рассечением единой энергетической системы страны на отдельные генерирующие, передающие и сбытовые компании является такой же инновацией, как и переход розничной торговли к стихийному челночному бизнесу 1990 — 2000-х гг. От этого этапа развития розничной торговли остались только воспоминания и памятники челнокам в Белгороде и Екатеринбурге. Энергетика имеет значительно более высокую инерционность и капиталоемкость по сравнению с розничной торговлей, поэтому для ее трансформации требуется более длительный период времени. И если челночно-стихийный этап в становлении торговли в настоящее время завершился, то энергетика только начинает консолидировать директивно разделенные активы.
Фактическое объединение активов преимущественно в холдингах с государственным управлением на фоне отсутствия развития перешедших под управление частного капитала генерирующих компаний подтверждает адекватность проведенного сравнения и бесперспективность сценария развития энергетики в России на базе свободного предпринимательства без государственного влияния. По-видимому, консолидация крупных энергетических мощностей под государственным управлением в стране, где развитие энергетики на протяжении 90 лет определялось государством, является вполне
-25
Таблица 1
Консолидация генерирующих активов на базе компаний с государственным участием
Генерирующие активы Всего ТЭС Атом Гидро
Структура установленной мощности, Гвт
Установленные мощности, всего 218,2 149,4 24,3 44,6
Подконтрольные государству 123,6 69,9 24,3 29,4
РусГидро 26,4 0 0 26,4
РАО Дальнего Востока 8,8 8,8 0 0
Росэнергоатом 24,3 0 24,3 0
Газпром 37,2 34,2 0 3,0
Интер РАО 26,9 26,9 0 0
Структура установленной мощности, %
Подконтрольные государству 57 47 100 66
РусГидро 12 0 0 59
РАО Дальнего Востока 4 6 0 0
Росэнергоатом 11 0 100 0
Газпром 17 23 0 7
Интер РАО 12 18 0 0
естественным и неизбежным процессом. По состоянию на 2012 г. произошла консолидация части генерирующих активов на базе компаний с государственным участием (табл. 1).
Однако наметившаяся в настоящее время тенденция максимальной консолидации всей энергетической инфраструктуры имеет и отрицательные стороны. Например, попытка развития по своей природе малых распределенных возобновляемых источников энергии (ВИЭ) под единоначалием государственного ОАО «РусГидро» является, как минимум, одной из причин отставания развития ВИЭ в России. Как было показано ранее, развитие ВИЭ в значительной степени определяет направление развития сетей и потребления электроэнергии. В Российской Федерации эти три неразрывно связанные блока разделены не только между различными организациями, но и между независимыми институционально разными формами управления:
• развитие ВИЭ определяется в ОАО «РусГидро»;
• развитие умных сетей — в ОАО «ФСК ЕЭС» (не только потребитель, но и ВИЭ оказались вне зоны умных сетей);
• возможность влияния на развитие потребления — на уровне муниципальных образований, домохозяйств, хозяйствующих субъектов и т. п. При этом функции государственного регулятора системного развития энергетики распределены между Минэнерго России, Минэкономразвития России, Минрегионразвития России, ФСТ России, Минфином России, субъектами Федерации (РЭК, ДепТЭХ) и др.
Возвращение энергетических активов под государственное управление не должно привести к восстановлению сформировавшегося в российской энергетике догмата производителя с последующим продолжением сформировавшихся трендов развития энергетики, так как сегодняшняя стоимость энергоснабжения является одной из причин не только замедления темпов экономического развития, но и обезлюдения большинства территорий Российской Федерации.
По словам Е. М. Примакова (из выступления на заседании «Меркурий-клуба» на тему: «Проблемы развития электроэнергетики в свете задач модернизации России» 18.03.2010), затраты на энергоносители в структуре себестоимости продукции в России в среднем превышают аналогичные показатели в Китае в 1,7 раза, в 7 раз — в Соединенных Штатах, в 12 раз — в странах ЕС. И здесь это одна из главных причин неконкурентоспособности нашей экономики [11].
Необходимы решения на уровне формирования новой среды, гармонизирующей производство и потребление, стимулирующей переход на новые организационные и технические решения.
Энергосбережение в создавшейся ситуации является необходимым, но недостаточным условием для экономического развития. При условии реализации индикативных показателей не только по энергосбережению в объеме 40 % от потребляемых ресурсов по состоянию на 2010 г., но и уменьшению энергоемкости ВВП до уровня развитых стран цена энергоресурсов все равно будет являться одним из лимитирующих факторов конкурентоспособности продукции Российской Федерации.
Покажем правомерность данного утверждения на примере конкретного хозяйствующего субъекта. Согласно данным генерального директора агропредприятия «Солгонское» Бориса Мельниченко, за семь лет (2004—2011 гг.) предприятие снизило потребление энергии на 30 % в физическом измерении, но в деньгах величина платежей выросла на 300 %. Двадцать лет назад механическая сила обходилась предприятию в 4 коп., электрическая — в 1 коп. Сейчас они сравнялись и обходятся предприятию в 6 руб. Скоро ручной труд может стать дешевле электроэнергии [4]. Таким образом, можно утверждать, что экономическое развитие в России, которое неразрывно связано с востребованностью новых технологий, интенсификацией производства, модернизацией и т. п., вернулось на уровень, характерный для периода, предшествующего принятию плана ГОЭЛРО. Более того, если для экономики страны 1920-х гг. основной задачей была замена механического труда на основе электрификации народного хозяйства, то в результате реформирования энергетики последнего десятилетия вынужденным является снижение потребления электроэнергии до уровня замены электроприводов на механическую силу.
Этот вывод сделан на основе хозяйственной деятельности потребителя, снизившего потребление энергоресурсов на 30 %, что не могут поставить в заслугу себе как минимум 50 % российских предприятий. Таким образом, единичные решения на уровне одного потребителя, пусть даже реализованные в рамках грамотно продуманной программы энергосбережения, не в состоянии изменить ситуацию.
Не менее значимым сдерживающим фактором для развития экономики России со стороны энергетики является плата за подключение, которая сравнима со стоимостью строительства независимых генерирующих установок (а в ряде регионов и превышает ее). То есть бизнес-план любого расширения существующего или создание нового производства должен предусматривать дополнительные затраты на энергоснабжение, которые могут превышать капитальные затраты на создание собственной генерации. Фактическое перекладывание на вновь создаваемые и расширяющиеся предприятия требуемых инвестиций в развитие энергетики делает большинство проектов убыточным и сдерживает экономическое развитие страны.
Заметим, что вывод об экономической нецелесообразности замены механической силы на
электропривод, полученный из результатов хозяйственной деятельности агропредприятия «Солгон-ское», справедлив для хозяйствующего субъекта при условии отсутствия увеличения (в данном случае снижения на 30 %) объемов потребления энергоресурсов. Если же рассматривать проект реализации нового производства с обременением выполнения технических условий на подключение и последующей оплаты электричества по тарифам, в три — четыре раза превосходящих стоимость электроэнергии в США (6 руб. в России и 6 центов в США), то неизбежен вывод об очень грамотном блокировании экономического развития страны со стороны энергетики, которое принципиально невозможно изменить техническим регламентом, решением, постановлением, поручением какого-либо государственного учреждения. Можно высказать предположение, что в настоящее время сформирована искусственная среда, способствующая замедлению экономического развития, в которой любые мероприятия, включая программы энергосбережения, не способны изменить ситуацию.
Действительно, совокупность двух факторов — трех-четырехкратное превышение стоимости энергии и трехкратная, а в некоторых случаях деся-ти-пятнадцатикратная (2 000—2 500 долл. в мес. в США и 5—6 тыс. руб. в мес. в России) более низкая стоимость рабочей силы в российской глубинке по сравнению с развитыми странами — создает предпосылки не к переходу на шестой (седьмой) технологический уклад, а к возвращению ко второму технологическому укладу (внедрение парового привода), а в большинстве случаев к первому —периоду освоения водяного и ветряного колеса. Причем существующая стоимость выполнения технических условий на подключение к сети делает экономически нецелесообразной работу микроГЭС, ветряков и т. п. параллельно с сетью и стимулирует развитие хозяйств, фактически являющихся натуральными с локальными источниками энергии. В результате в качестве альтернативы генерации электроэнергии более быстро окупаемыми становятся предложения, основанные на технологиях демидовских времен, например водяная или паровая турбина, трансмиссионный вал и ременные приводы для отбора мощности, а не установка газотурбинных или газопоршневых мини-ТЭЦ.
Столь жесткий вывод, обозначающий истинную цену лозунгов о модернизации страны, справедлив не только для деградирующей и всеми
забытой российской глубинки, но и для наиболее высокотехнологичных производств. Приведем следующий пример. На электропривод циркуляционных насосов конденсаторов паросиловых турбин АЭС расходуется до 4—5 % мощности энергоблока. При реформировании электроэнергетики одной из инноваций было решение приравнять энергоснабжение собственных нужд АЭС к энергоснабжению промышленных потребителей. В результате АЭС стали покупать электроэнергию для собственных нужд (в том числе для электроснабжения циркуляционных насосов) по тарифам промышленных потребителей. Стоимость отданной в сеть электроэнергии стала в несколько раз ниже тарифов для промышленных потребителей. В итоге данная инновация послужила стимулом для разработки проектов замены электропривода циркуляционных насосов на паровой привод.
Таким образом, в результате перехода от плановой к рыночной модели развития экономики стоимость энергоснабжения стала лимитировать дальнейший рост потребления, став тормозом развития экономики Российской Федерации, определяя возможности расширения промышленного производства.
При этом, в отличие от стран с развитыми рыночными отношениями, рост стоимости электроэнергии не привел к запуску энергосбережения на системном уровне, несмотря на то, что, как указывает академик А. А. Макаров, задача эффективного использования энергии в России намного более актуальна, потому что Россия — самая холодная и протяженная страна с очень низкой плотностью населения и энергетической инфраструктуры — соответственно в 4 и 7 раз меньше, чем в США. Энергетическая эффективность российской экономики в 5 раз хуже среднемировой, а нагрузка энергетики на экономику в 4 раза выше: капитальные вложения в отечественную энергетику составляют 6 % ВВП при 1,5 % в мире в целом [6]. Это привело к непропорционально высокой капиталоемкости энергетики. Так, согласно оценкам, выполненным к энергетике бывшего СССР, имеет место следующая картина. На развитие только ТЭК без ведомственных электростанций и котельных расходуется около 35 % всех капиталовложений в промышленность, а с их учетом — 42 %, с учетом сопряженных затрат в неэнергетические отрасли, обеспечивающие функционирование и развитие ТЭК, — 50 %, с учетом энергохозяйств потребите-
лей конечной энергии, т. е. для энергетики страны в целом — 67 %. Для российской энергетики, включающей основную часть энергетики бывшего СССР, эти показатели, вероятно, не ниже. Отсюда следует, что на товаропроизводящие отрасли российской промышленности приходится около 1/3, а на обеспечивающие энергетику — 2/3 капиталовложений. Без качественной модернизации энергетики страны, позволяющей изменить структуру капиталовложений, невозможно говорить об эффективности энергетики и экономики, как и рассчитывать на планируемый экономический подъем [10].
Покажем, что без системного подхода невозможно достичь ожидаемого эффекта от мероприятий по энергосбережению. В некоторых случаях возникает парадоксальная ситуация: локально эффект достигнут, а на системном уровне можно констатировать только освоение финансирования на цели энергосбережения (в ряде случаев достаточно значительное) без интегрального уменьшения потребления энергоресурсов.
В последние годы проблема энергосбережения в России развивается с нарастающей силой, поднята на президентский уровень, и решение ее фактически позиционировано сегодня как приоритетная цель национальной экономики. Издается множество документов, проводятся круглые столы, принимаются программы, а результаты — не очень значительны. Более того, в некоторых случаях применение энергосберегающих мероприятий приводит совершенно к обратному результату — затраты на энергоснабжение не только не уменьшаются, но и возрастают [2].
Основной причиной сложившейся ситуации является отсутствие системного подхода к постановке вопроса энергосбережения, которое влечет возникновение целого набора противоречий. Первым основным и достаточно очевидным противоречием является то, что стратегические интересы энергопроизводящих компаний заключаются в максимальном увеличении объема продаж энергетических ресурсов, а стратегические интересы потребителя — в минимальном потреблении последних [2]. Следующим противоречием является желание организаций, проводящих мероприятия по энергосбережению, максимизировать объем освоенных средств и внедрить наиболее дорогостоящие технологии.
Приведем несколько примеров. С точки зрения повышения эффективности использования энергии
достаточно спорным является переход на дорогие энергосберегающие лампы с большим световым потоком вместо ламп накаливания при сохранении частичного «подтапливания» жилых помещений электрическими рефлекторами. Выбывший тепловой поток от заменяемых ламп накаливания, достигающий 200—400 Вт на одну комнату в отопительный период, восполняется электрическими рефлекторами. А так как отопительный период и время, требующее освещения в жилых помещениях, достаточно хорошо коррелируют, то закономерным следствием вытеснения ламп накаливания без системных мероприятий является рост потребления электроэнергии на поддержание комфортной температуры в жилых помещениях. Таким образом, без создания условий, при которых потребитель не будет использовать электроэнергию для частичного отопления, вопрос перехода на осветительные приборы с большим световым КПД и, соответственно, меньшим тепловыделением является преждевременным.
Известно, что в отопительный период повысить температуру в помещении можно с затратами электроэнергии на два порядка меньше, чем при подтапливании электрическими рефлекторами. Вначале отметим, что дополнительные капитальные затраты для обеспечения возможности подключения рефлектора мощностью 2 кВт превышают 100 тыс. руб. (строительство генерации 2,2—2,3 кВт (с учетом потерь) и расширение пропускной способности сетей). Направив на батарею центрального отопления воздушный поток, создаваемый вентилятором мощностью в 10—20 Вт, можно более чем в полтора раза увеличить с нее съем тепловой энергии. Максимальная эффективность этого способа достигается во время прохождения минимальных температур наружного воздуха, когда задача снижения электрических нагрузок имеет наибольшую актуальность. Предлагаемый способ приводит к снижению температуры обратной сетевой воды, что кроме уменьшения удельного расхода электроэнергии на транспорт теплоты ведет к увеличению производства электроэнергии в теплофикационном режиме в случае нахождения потребителя в зоне действия ТЭЦ. Дополнительно целесообразно за батареей проклеить фольгированный пенофол толщиной 3—4 мм отражающей стороной внутрь помещения. Стоимость двух вентиляторов с диаметром лопастей 15—20 см и 1—2 м2 фольгированного пенофола не превышает 1 000 руб. В то же время эквивалентного
снижения пикового потребления электроэнергии на 2 кВт можно достичь в результате замены не менее 20 ламп накаливания на энергосберегающие. Эта задача потребителю обойдется никак не меньше 5 000 руб.
Но главная проблема массового распространения энергосберегающих ламп заключается в следующем. Отсутствие системы их утилизации в ближайшее десятилетие приведет к увеличению загрязнения грунтовых вод тяжелыми металлами. Следует отметить, что не могло не быть понимания того факта, что инвестиции в решение экологических проблем, которые возникнут от утилизации энергосберегающих ламп вместе с бытовыми отходами, на порядки превысят эффект от экономии энергии. Проект на тот момент будущего Федерального закона от 23.11.2009 № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», в котором прописана необходимость поэтапной замены ламп накаливания, был внесен на рассмотрение в Государственную Думу РФ Комитетом по природным ресурсам, природопользованию и экологии совместно с Комитетом по энергетике.
В ряде городов РФ проводится капитальный ремонт зданий с улучшением теплоизоляционных параметров наружных стен, которые ведут к снижению потребности в потреблении тепловой энергии. В Москве подобные мероприятия проводятся на протяжении более семи лет в рамках городской программы реконструкции жилого фонда. Сотни домов 1970—1980-х гг. постройки снизили потребность в отоплении после реконструкции. Однако нигде не проводилась тепловая наладка — регулирование распределения теплоты с учетом изменившихся потребностей. Регулировка «перетопок» проводится самими жителями реконструированных домов «методом открытой форточки».
Но если для отдельных зданий, прошедших реконструкцию с повышением теплоизоляционных показателей, существует возможность исправить ситуацию и скорректировать новые потребности в тепловой энергии и изменить фактический объем отпуска тепла, то тепловая наладка отдельного дома при замене части окон (нескольких этажей в здании) на стеклопакеты является возможной только при замене системы внутренней разводки теплоснабжения. Кроме того, замена окон на герметичные стеклопакеты далеко не всегда ведет к суммарно-
му уменьшению потребления энергии. Снижение потребления тепла в ряде случаев восполняется ростом электропотребления за счет необходимости использования индивидуальных кондиционеров в результате ограничения естественной инфильтрации ниже проектных значений.
Если рассматривать проблему энергосбережения отдельно у производителя энергии и отдельно у потребителя (существующее состояние в действующих нормативных документах), то гипотетически можно представить себе ситуацию, когда потребитель достигнет уровня энергосбережения в размере 90 % сегодняшнего потребления. В результате потери в тепловых сетях могут достичь 200 % энергии, полученной потребителем, поскольку потери в сетях определяются в основном температурным режимом теплоносителя и в значительно меньшей степени зависят от количества транспортируемой тепловой энергии. Можно пояснить это примером.
Представим себе район с тепловой нагрузкой 100 МВт. Потери тепловой энергии в сетях составляют, например, 15 %, или 15 МВт. Тепловая нагрузка непосредственно потребителя — 85 МВт. Предположим, что благодаря различным мероприятиям по энергосбережению потребитель сэкономил 77,5 МВт (или 91 %), тогда его тепловая нагрузка будет равна 7,5 МВт, а потери в сетях 15 МВт, т. е. 200 % тепловой нагрузки потребителя.
В итоге все это приведет к тому, что себестоимость энергии у производителя повысится, поскольку уменьшится объем ее продаж. Так или иначе, в конечном счете, эти издержки оплатит потребитель, который и так уже инвестировал немалые средства в энергосбережение, и, как выясняется, часть этих инвестиций, возможно, была напрасной [2].
Можно привести пример, когда только на организационно-административном уровне с нулевыми материальными затратами можно сократить потребление топлива общественным транспортом большинства городов Российской Федерации и, соответственно, количество вредных выбросов. В дневное время муниципальные маршруты общественного транспорта и маршрутные такси работают совместно. При этом коммерческими малолитражными маршрутными такси продублировано большинство муниципальных маршрутов с большим трафиком пассажиропотока. В вечернее время пассажиропоток снижается. Однако перевозку нескольких пассажиров после 22 ч (а иногда и 20 ч) выполняют 70—130 местные муниципальные
автобусы при окончании работы 12—20 местных маршрутных такси. Очевидно, что капитальные затраты организации вечерних перевозок микроавтобусами близки к нулю. Для этого не нужно производить никаких инвестиционных вложений, задача имеет решение только в административно-хозяйственной плоскости, однако отсутствие ее решения прослеживается на протяжении минимум десятилетия в большинстве городов.
Если проанализировать тарифную политику пригородного сообщения с точки зрения энергоэффективности, то можно прийти к выводу, что ОАО «РЖД» стимулирует более энергозатратные способы перемещения. С точки зрения энергопотребления проезд без остановок между двумя точками является более экономичным в сравнении с организацией значительного количества остановок по пути следования даже при условии установки систем рекуперирования электроэнергии торможения подвижного состава. Однако стоимость проезда в пригородных безостановочных «Спутниках» выше, чем в обычных электропоездах при одинаковом подвижном составе и скорости движения без учета остановок. Данный пример является иллюстрацией формирования сигналов, на основе которых ежедневно принимаются решения экономическими субъектами (пассажирами), приводящие к большему объему расходования электроэнергии при достижении одинакового результата — в рассматриваемом случае перевозке пассажиров из городов Пушкино, Железнодорожный, Ногинска, Раменское и т. д. в Москву и обратно.
Еще один фактор, который должен быть решен на системном уровне, — это гармонизация экологического воздействия. Покажем на примере Москвы, что при сегодняшних подходах к развитию энергетики отсутствует понимание о необходимости постановки подобного вопроса. С одной стороны, как жители города москвичи заинтересованы в экологической чистоте городской среды, а с другой стороны, как потребители энергетических ресурсов — в ее (городской среды) загрязнении. Климатические особенности Москвы таковы, что соотношение необходимых городу энергоресурсов (энергетических нагрузок города) составляет: электрическая нагрузка — 12—14 %, тепловая нагрузка — 86—88 %. При этом технологические возможности энергогенерирующего оборудования на ТЭЦ таковы, что в комбинированном цикле вырабатывается до 40 % электрической энергии и до
60 % тепловой энергии. С внедрением парогазовых станций это соотношение приближается к 50/50, т. е. ТЭЦ сможет вырабатывать 50 % электрической энергии и 50 % тепловой. В итоге город вынужден часть вырабатываемой электрической энергии (разницу между технологическими возможностями комбинированного цикла и фактической электрической нагрузкой города) отдавать в Московскую область и в ЕЭС (единую энергосистему), что приводит к тому, что экологически не очень чистую технологию сжигания органического топлива мы осуществляем на территории города, а экологически чистый продукт — электроэнергию поставляем за пределы города [2].
Еще менее очевидной является системная эффективность городской программы надстройки некоторых крупных котельных Москвы (РТС) газотурбинными установками. Перевод источника тепловой энергии в режим комбинированного производства тепла и электроэнергии является одним из наиболее эффективных мероприятий по энергосбережению. Например, для сравнения возможностей повышения эффективности энергоснабжения в результате применения различных технологий было проведено энергетическое обследование в г. Обнинске (Калужская область). Результаты показали, что интегральный финансовый эффект от внедрения наиболее эффективных технологий по энергосбережению (частотного регулирования электроприводов, систем управления отоплением зданий, отмывки теплообменных поверхностей энергетического оборудования) не превысит 5—8 % от проекта создания электрогенерирующих мощностей в виде надстроек по комбинированному производству тепловой и электрической энергии на котельных города [8].
Однако особенностью РТС Москвы (за исключением Зеленограда и Северного Тушино) является работа на тепловую нагрузку, которая может быть покрыта тепловыми отборами ТЭЦ. Изначально РТС в системе теплоснабжения Москвы проектировались для заполнения пиковой части графика теплового потребления в период прохождения осенне-зимнего максимума. Однако после ведомственного разделения единого рынка тепла на снабжение от ОАО «Мосэнерго» в лице ОАО «МТК» и ОАО «МОЭК» РТС получили выделенные участки теплового потребления. В результате, снабжая теплом своих потребителей, РТС снизили тепловую нагрузку ТЭЦ «Мосэнерго», способствуя
увеличению производства электроэнергии на ТЭЦ в конденсационном режиме. В связи с этим надстройки ГТУ РТС с позиции ОАО «МОЭК» были энергоэффективным проектом, а с системной точки зрения намного более результативным являлся бы возврат тепловых потребителей РТС в зону покрытия частично загруженных тепловых отборов ТЭЦ. В этом случае использование тепловой мощности РТС составляло бы не более 100—300 ч в год, и вопрос надстройки ГТУ пиковых тепловых мощностей просто бы не рассматривался.
Аналогично, проведение тепловой наладки зданий, в которых повышен уровень теплоизоляции в рамках городской программы реконструкции жилого фонда, снизив потребление тепла, увеличит долю электроэнергии, вырабатываемую в конденсационном режиме на ТЭЦ Москвы.
На XI Международном симпозиуме «Энер-горесурсоэффективность и энергосбережение» (Казань, 30 ноября — 2 декабря 2010 г.) был приведен такой пример: в одном из сибирских городов построили станцию по выработке электричества на газе, идеально учитывающую изменения потребностей города, способную в цифровом режиме регулировать объемы вырабатываемой и подаваемой энергии. А потом выяснилось, газ можно потреблять только с одним давлением и с одним объемом, т. е. в том объеме и под тем давлением, как он поступает из газопровода. Газовщики говорят, хотите — стройте газовое хранилище, только надо лицензию получить. Тогда вы будете по своему усмотрению поставлять газ, а так, при всей идеальности вашей станции, будете сжигать столько же, сколько и все остальные [7].
Столь большое количество примеров при отсутствии их «сортировки» по величине вклада в повышение энергоемкости экономики приведено с целью показать типичность разнонаправленности интересов производителя и потребителя, а также различных отдельных хозяйствующих субъектов, искусственно разобщенных и не образующих единого организма современной энергетики Российской Федерации.
Таким образом, без комплексного подхода единичные мероприятия по энергосбережению в большинстве случаев не достигают ожидаемого уровня эффективности. Приведенные примеры показывают, что необходим комплексный подход, основой которого является учет особенностей конечного потребителя, требуются возвращение к
определению энергетики, данному Г. М. Кржижановским в части учета интересов потребителей, и формирование подходов с учетом технологических возможностей XXI в. и потребностей потребителя в электроэнергии тепле, газе и прочих видах ресурсов.
Рассмотренные примеры позволяют утверждать, что справедливо предположение о том, что в России сформировалась среда, замедляющая развитие экономики. Единичные мероприятия в целях повышения энергоэффективности не достигают поставленных целей. Возможности снизить потребление топливно-энергетических ресурсов без капитальных вложений не реализуются. Анализ эффективности завершенных мероприятий по энергосбережению в большинстве случаев указывает на их результативность только в узковедомственном аспекте потребления одного типа ресурса. На системном уровне при учете совокупности потребляемых ресурсов эффективность кратно ниже, а может иметь и отрицательное значение. В качестве примеров можно привести ряд работ А. А. Богданова [14] и А. А. Салихова [12], в которых подробно изучены вопросы выхода потребителей из зон теплоснабжения ТЭЦ в результате перехода на автономные «высокоэффективные» котельные.
Данные о распределении финансирования в энергетике показывают, что приоритет отдается мероприятиям, улучшающим показатели работы существующих и строительству новых крупных источников. При этом вне сферы интересов оказываются именно те структуры российской энергетики — коммунальные и промышленные энергоисточники, тепловые и распределительные электрические сети, энергопотребляющие технологии и устройства, которые находятся в особо тяжелом положении. Более того, именно совершенствование этих структур является не только фактором снижения социальной напряженности в обществе, но и основным резервом повышения эффективности российской энергетики. Другими словами, только системно-комплексный подход к ее развитию может обеспечить необходимые результаты, включая и решение острейшей инвестиционной проблемы [10].
С точки зрения такого подхода, эффективность описанной ранее программы реконструкции жилого фонда с увеличением теплоизоляционных параметров зданий была бы значительно выше при ее реализации не в зоне действия ТЭЦ Москвы, а в муниципалитетах с системой теплоснабжения на
основе котельных. Аналогично, инвестиционные затраты на перевод ТЭЦ Москвы в парогазовый режим целесообразней использовать на перевод котельных в режим комбинированной выработки тепла и электроэнергии в объеме круглогодичной тепловой нагрузки горячего водоснабжения. Вместе с тем надстройка РТС, находящихся в зоне действия ТЭЦ, газотурбинными установками привела не к экономии энергоресурсов, а к дальнейшему вытеснению работы ТЭЦ из теплофикационного в конденсационный режим производства электроэнергии.
Из ловушки, созданной на системном уровне, можно искать выход только на системном уровне, и начинать необходимо с самых энергоемких потребителей. Наибольшее внимание необходимо сконцентрировать на группах потребителей с максимальным объемом потребления и особенностях, определяемых климатическими условиями России, учитывая, что на ее долю в 2005 г. приходилось 44 % мирового централизованного производства тепла [1].
В общем потреблении тепла и электроэнергии населенными пунктами Российской Федерации доля энергии на цели теплоснабжения, включая электроэнергию на функционирование систем теплоснабжения, превышает 80 %. Основным потребителем тепла является жилье. Например, в Московской области согласно «Схеме тепло- и электроснабжения Московской области до 2020 г.», разработанной ГУП МО «НИиПИ градостроительства», самым крупным потребителем тепловой энергии в городской застройке является жилой фонд, доля которого составляет 40 % (табл. 2) [13].
Энергосберегающая политика является приоритетным направлением в современной энергетике.
Таблица 2
Годовой расход тепловой энергии в городской застройке Московской области (2002 г.), млн Гкал
Расход тепловой
Сектор энергии
Млн Гкал %
Застройка жилых микрорайонов 38,393 61
В том числе:
жилой фонд 25,143 40
соцкультбыт 6,1 10
организации бюджетной сферы 7,15 11
Промышленность 20,89 33
Коммунальное хозяйство 2,4 4
Коммунальный транспорт 1,21 2
Итого... 62,893 100
Процесс реформирования энергетической отрасли вступает в фазу, когда он начинает затрагивать бытовой сектор и коммунальную энергетику. По данным Всемирного банка, в России потенциал энергосбережения достигает 45 %, причем наибольшим техническим потенциалом повышения энергоэффективности обладают жилые здания — свыше 49 %, так как половина жилфонда страны построена до 1971 г., 43,8 % — в период 1971—1995 гг. и лишь 7 % — после 1995 г. Из этого следует, что только при модернизации жилья, возведенного без учета требований энергосбережения и имеющего высокий (более 30 %) процент износа, будет экономиться значительное количество энергоресурсов. Неудивительно поэтому, что наибольший эффект от проводимой государственной политики в сфере повышения энергоэффективности можно получить в жилищном секторе [9].
Ныне действующая инфраструктура в основном была создана более 30—40 лет назад, что само по себе свидетельствует о необходимости обновления оборудования и систем в связи с их физическим и моральным старением, а также в связи с радикальным изменением требований к энергетике. Принцип опережающего развития ТЭК в совокупности с искусственно заниженными стоимостями топлива и энергии способствовали массовому распространению энергорасточительных технологий и устройств, включая и сферу конечного потребления энергии. Например, несмотря на наиболее суровые климатические условия, строились здания с теплоизоляцией в 3—4 раза хуже, чем в других северных странах [10]. Позицию отечественных энергетиков и коммунальщиков до сих пор ярко демонстрирует высказывание Н. С. Хрущева: «Энергии у нас много, а жилье нам надо строить быстро и дешево». Одним из следствий такой точки зрения явилась низкая степень энергосбережения жилищного фонда [5].
Поэтому основой снижения потребления ресурсов должна стать новая концепция домостроения. Согласно материалам XI Международного симпозиума «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение» можно выделить три поколения развития девелопмента зданий:
• первое поколение — дома с пониженным (от 25 до 90 %) энергопотреблением;
• второе поколение — дома с нулевым энергобалансом в течение года, включая все сезоны, эти здания производят столько, сколько потребляют.
• третье поколение — активные дома, вырабатывающие больше, чем потребляют. В их реализации в настоящее время достигнуты не экономические, а технические параметры. Требуются организационные решения для достижения экономической целесообразности строительства подобных зданий [7]. Таким образом, лимитирующим фактором становятся не технологические возможности, а создание механизмов, приводящих к востребованности наиболее эффективных технологий, которые переводят самый энергозатратный сектор экономики — ЖКХ в потребителя с нулевым, а то и с положительным годовым энергобалансом, постепенный переход к строительству домов с нулевым, а в перспективе с отрицательным энергопотреблением. Данный подход позволит рассматривать городские объекты как источники энергоресурсов, что полностью меняет требования к системе энергообеспечения. В работах Центра по эффективному использованию энергии (ЦЭНЭФ) показано отсутствие корреляции между затратами на строительство в расчете на квадратный метр в Российской Федерации и удельным потреблением энергии на цели отопления (в кВт^ч/м2 в год). Издержки строительства обусловливаются такими факторами, как этажность дома, геометрия и ориентация здания, стоимость материалов, фонд заработной платы. Из рассмотренных ЦЭНЭФ 28 проектов многоквартирных и многоэтажных домов лучший показатель составил 77 кВт^ч/м2 в год против среднероссийского показателя 229 кВт^ч/м2 в год. Даже при удвоении темпов сноса неэффективного жилья процесс замены жилого фонда менее энергорасточительным займет целое столетие [1].
Очевидно, что сегодня уже некорректно формулировать какие-либо требования к оболочке здания без учета взаимосвязей здания с климатом и городской инфраструктурой: городской системой энергоснабжения, инженерными коммуникациями и пр.
Долгие годы система энергоснабжения города развивалась практически автономно от потребителя. В последние годы в связи с изменением цен на энергетические ресурсы проблема рационального их расходования становится все более и более актуальной. Оказывается, что как для энергосистемы города, так и для ее потребителя (зданий и сооружений) решение этой проблемы сегодня возможно только на основе нового подхода к рассмотрению
комплекса «теплоэлектростанция + тепловые и электрические сети + потребитель (здания и сооружения) + окружающая среда» как единой теплоэнергетической системы, несмотря на очевидную противоречивость интересов потребителя и энергопроизводящих компаний [2].
Существует некий рациональный (возможно, оптимальный) уровень энергосбережения у потребителя, который, с одной стороны, удовлетворяет потребителя как по единовременным капитальным вложениям в энергосберегающие и экологические мероприятия, так и по эксплуатационным затратам, а с другой стороны, обеспечивает достаточные объемы производства энергии и приемлемую структуру ее себестоимости у энергопроизводящей компании. Другими словами, существует целесообразный уровень теплозащиты оболочки зданий, который устраивает потребителя, энергопроизводящие компании и город в отношении экологических последствий сжигания органического топлива для окружающей среды и климата [2]. Причем этот уровень зависит от существующей системы энергоснабжения.
Развивая эту мысль можно прийти к необходимости создания интеллектуальной энергетической сети, охватывающей всю технологическую цепочку «производитель — потребитель». Причем потребителя необходимо рассматривать не только по отдельному параметру (тепловой энергии, как это было осуществлено при составлении и реализации программы реконструкции жилого фонда), а по всему комплексу получаемых ресурсов. Продолжение данной точки зрения приводит к отсутствию необходимости доводить до совершенства некий отдельно взятый параметр потребителя набора энергоресурсов. Фактически это положение следует из более общего утверждения академика А. А. Макарова о том, что «энергетические технологии обычно работают не изолированно, а в комплексах или системах, где сумма локальных оптимумов не соответствует глобальному. Поэтому важным направлением энергетической науки являются исследование и конструирование энергетических систем» [6].
Проиллюстрируем данное положение на примере группы домов, находящихся в зоне действия ТЭЦ. Улучшение теплоизоляционных свойств дома ведет к росту капитальных вложений. Если же тепловое потребление группы потребителей становится меньше производства тепла в теплофи-
кационном режиме, то это приводит к необходимости генерации электроэнергии в конденсационном режиме и росту обогрева окружающей среды, либо к снижению мощности, либо остановке источника. Таким образом, снижение теплового потребление в зоне теплоснабжения ТЭЦ должно сопровождаться одновременным ростом КПД генерации электроэнергии и минимизацией работы электростанций в конденсационном режиме.
В противном случае будем вынуждены сбрасывать в градирни тепловую энергию, сопровождающую выработку электрической энергии, необходимой для бытовых нужд, освещения города, транспорта, промышленности и пр. В итоге, несмотря на значительное сокращение потребления тепловой энергии зданиями, расход первичной энергии в энергосистеме города (в Москве — в основном природный газ) может практически не измениться, и значительные капиталовложения будут фактически выброшены «на ветер» [2].
Таким образом, требуется сформулировать новую постановку задачи — необходимо формирование среды для комплексного решения проблем повышения эффективности энергоснабжения потребителей Российской Федерации с учетом региональных особенностей. Интеллектуальная энергетическая сеть, включающая всех участников производства и потребления комплекса энергетических ресурсов, должна стать технологической основой подобной среды. Помимо технологических решений среда должна включать в себя организационно-правовые механизмы для стимулирования заинтересованности в снижении потребления энергоресурсов и уменьшении издержек энергоснабжения. Задачей подобной среды должно быть формирование гармоничной системы ценностей в привязке к региональным особенностям России.
Следует отметить, что в сегодняшней энергетической (как и промышленной, социальной и т. д.) политике Российской Федерации не только отсутствует такой подход, но и невозможно назвать инициатора создания подобной системы ценностей. Предположим, что подобная система возникла. Очевидно, что она встретит серьезное противодействие со стороны хозяйствующих субъектов с задачами реализовать больший объем продукции (кВт^ч, Гкал, бензина, поставок «северного завоза» и т. д.), освоить выделенное финансирование на строительство энергоблока, ЛЭП, расширение дорог, новых парковочных мест и т. п.
Принимая во внимание новизну выдвигаемых положений, факторов и условий и вполне осознаваемую неопределенность результатов, в рамках концепции создания новой системы необходимо предусмотреть обеспечение технологической преемственности перехода от существующей технологической базы энергетики к новой с минимально возможными издержками (что для России вдвойне актуально, учитывая крайне важную проблему ускоренного сокращения и преодоления растущего технологического разрыва с ведущими индустриальными странами) [3].
В настоящее время половина производственных фондов в электроэнергетике и нефтедобыче, более трети в газовой промышленности, около 60 % в угольном секторе и 80 % в нефтепереработке превысили проектные ресурсы работы. Практически исчерпаны и вступили в фазу падающей добычи все действующие крупные месторождения газа. Свыше 2/3 угольных шахт эксплуатируется более 30 лет, причем только 15 % используемого в них оборудования отвечает мировому уровню. Это ведет к вынужденному продлению ресурсов работы оборудования и нарушению технической безопасности энергообъектов, к увеличению ремонтных затрат, наконец, к росту угрозы массового выхода оборудования из строя [10]. Следствием является повышение вероятности возникновения аварий на энергетических объектах, аналогичных взрыву на шахте «Распадская» и аварии на Саяно-Шушенской ГЭС.
Радикальные изменения требований произошли в результате перехода страны к рыночной экономике и ее запланированной интеграции в мировую экономику, а это означает необходимость не только и не столько замены отработанного оборудования на такое же новое, сколько качественной модернизации всех отраслей энергетики. Современное состояние российской энергетики определяется двумя ключевыми особенностями: предельной изношенностью инфраструктуры, означающей, что сроки начала создания новой энергетики практически совпадают с массовым выбытием из строя энергооборудования, и необходимостью перевода энергетики на качественно более высокий уровень развития, вытекающий из требования конкурентоспособности российской экономики при ее интеграции в мировую [10].
Данные факты указывают, что именно сейчас будет востребован комплексный подход, на основе которого необходимо сформировать систему вза-
имоотношений потребителей и производителей ресурсов, позволяющую определить первоочередность приоритетов по восстановлению конкурентоспособности российской экономики, повышению энергоэффективности и модернизации основных фондов, в том числе и энергетических.
В заключение можно сделать следующие выводы:
1) выпадение потребления из определения энергетики и перемещение интересов потребителя на второй план привели к доминированию проблем производства энергии над оптимизацией потребления и стали одной из причин непропорционально энергоемкой структуры экономики России;
2) развитие информационных технологий, рост доли распределенной энергетики и выработка электричества на базе ВИЭ позволяют эффективно развивать интеллектуальные электрические сети на уровне потребителя, облегчая гармонизацию потребностей и интересов производителей и потребителей различных видов энергии;
3) продолжение сформировавшихся тенденций роста стоимости энергоснабжения в числе прочих факторов замедляет экономическое развитие, возвращая страну в эпоху первого и второго технологического укладов и натурального хозяйства;
4) единичные мероприятия, в том числе программы энергосбережения на уровне отдельно взятого предприятия или ведомства не способны изменить ситуацию. Без системного подхода результативность энергосбережения оказывается в разы более низкой в сравнении с ожидаемыми показателями;
5) необходим системный подход к энергетике, основой которого должны быть потребности потребителя с учетом особенностей тепло- и газоснабжения Российской Федерации для дальнейшего развития экономики;
6) требуется создание условий для формирования среды с задачей гармонизации взаимоотношений потребителей и производителей ресурсов, технологической основой которой станет интеллектуальная энергетическая сеть, объединяющая совокупность потребляемых ресурсов.
Таким образом, без перехода к построению взаимоотношений потребителя и производителя в энергетике на системном уровне не может быть достигнуто повышение эффективности работы отрасли. Целенаправленное формирование среды на основе гармонизации потребления и производства
ресурсов должно изменить продолжение реализации единичных проектов и задач, которые, как правило, имеют локальный характер и не ведут к планируемому эффекту. В этих целях необходимо построить непротиворечивую систему, начиная от потребителей конечных ресурсов.
Список литературы
1. Башмаков И. А. Анализ основных тенденций развития систем теплоснабжения России // Новости теплоснабжения. 2008. № 2. С. 6—10.
2. Васильев Г. П. Что может нам помешать сделать Москву энергоэффективной? // Теплоэнергетика. 2011. № 8. С. 58—66.
3. Кобец Б. Б., Волкова И. О., Окороков В. Р. Smart gird как концепция инновационного развития электроэнергетики за рубежом // Энергоэксперт. 2010. № 2. C. 52—58.
4. Кудияров С. Всегда есть другой путь // Эксперт. 2011. № 27. С. 32—34.
5. Кудрин Б. И., Грозных В. А. Применение ветроэнергетических установок для горячего водоснабжения и отопления // Энерго- и ресурсосбережение — XXI век. IX Международная научно-практическая интернет-конференция. Орел, 2011.
6. Макаров А. А. Научно-технологические прогнозы и проблемы развития энергетики России до 2030 года // Вестник РАН. Т. 79. № 3. 2009. С. 206—216.
7. Материалы XII международной специализированной выставки «Энергетика. Ресурсосбережение» и XI международного симпозиума «Энергоресурсоэффективность и энергосбережение» 16.12.2010. URL: http://www. business-gazeta. ru/article/33260/159/.
8. Миронов И. М., Дайнеко И. В., Федоров В. А., Мильман О. О., Хочкин И. А., Смирнов В. М., Петров В. А., Карпунин А. С. Приоритетные пути реконструкции жилищно-коммунального хозяйства наукограда Обнинска с использованием энергоэффективных технологий: монография. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2004.
9. Найман С. М. Проблемы энергосбережения в жилищном фонде // Экономика природопользования. 2010. № 6. С. 47—57.
10. Проценко В. П. Концепция перевода энергетики России на ресурсосберегающий путь развития // Энергосбережение и водоподготовка. 2003. № 1. С. 13—17.
11. Расшифровка диктофонной записи заседания «Меркурий-клуба» на тему: «Проблемы развития электроэнергетики в свете задач модернизации России» 18.03.2010.
12. Cалихов А. А. Пути повышения технико-экономических показателей действующих ТЭС. Минск: Ковчег, 2009.
13. Схема тепло- и электроснабжения Московской области // ГУП МО «НИиПИ градостроительства», 2004.
14. URL: http://exergy. narod. ru/.
«Поддерживай рекламу, и реклама поддержит тебя»
Томас Роберт Дьюар
РЕКЛАМНЫЙ БЛОК ТАКОГО РАЗМЕРА ОБОЙДЁТСЯ ВАМ ВСЕГО В 2 950 РУБ.
Тел./факс: (495) 721-8575, e-mail:[email protected]
