CC BY
148
УДК 620.9; 504.064
РОЛЬ 1ННОВАЦ1ЙНИХ ТЕХНОЛОГ1Й 1НДУСТР1АЛЬНОГО СИМБ1ОЗУ У ВИР1ШЕНН1 ПРОБЛЕМИ TEXHOrEHHOÏ БЕЗПЕКИ ТЕРИТОР1АЛЬНО-
ПРОМИСЛОВИХ КОМПЛЕКС1В
А.В. Гриценко, професор, д.геогр.н., В.В. Соловей, професор, д.т.н., ХНАДУ
Анотаця. Показано можлив1сть комплексного використання вторинних матер1альних i енер-гетичних pecypcie для виробництва енергп та тшог продукцИ' в рамках ттегрованих терито-piально-пpомиcлових комплекте.
Ключов1 слова: енергетичш та матepiальнi вторинш ресурси, тновацп, iндycтpiальний cимбiоз.
РОЛЬ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ИНДУСТРИАЛЬНОГО СИМБИОЗА В РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМ ТЕХНОГЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ТЕРРИТОРИАЛЬНО-ПРОМЫШЛЕННЫХ КОМПЛЕКСОВ
А.В. Гриценко, профессор, д.геогр.н., В.В. Соловей, профессор, д.т.н., ХНАДУ
Аннотация. Показана возможность комплексного использования вторичных материальных и энергетических ресурсов для производства энергии и другой продукции в рамках интегрированных территориально-промышленных комплексов.
Ключевые слова: энергетические и материальные вторичные ресурсы, инновации, индустриальный симбиоз.
ROLE OF INNOVATIVE SYMBIOTIC INDUSTRIAL TECHNOLOGIES IN ENSURING TECHNOGENIC SAFETY OF TERRITORIAL-INDUSTRIAL
COMPLEXES
A. Hrytsenko, Professor, Doctor of Geography Science,
V. Solovei, Professor, Doctor of Technical Science, KhNAHU
Abstract. The article illustrates the possibility of complex use of secondary material and material energy resources for the production of energy and other products within the integrated territorialindustrial complexes.
Key words: secondary energy and material resources, innovations, industrial symbiosis
Вступ
В умовах суттево1 залежност украшсько1 економши вщ iMnopTy енергоносив проблема ефективного використання енергетичних ре-cypciB е прюритетним напрямом модершзаци промисловосп. Потенщал енергозбереження ощнюеться у розмiрi 42-48 % вщ обсягу па-ливно-енергетичних ресуршв, який споживае украшська економша. Тому политика енергозбереження й шдвищення енергоефективнос-т на вшх етапах виробництва е важливим
чинником забезпечення умов, як сприяти-муть досягненню основно1 мети - зниженню питомих характеристик негативного впливу на довкшля та доведення енергоемност укра-1нсько1 продукцп до показникiв краш Свро-пейського Союзу.
Регюни Украши iстотно в^^зняються за площею територiï, чисельнiстю населення, рiвнем yрбанiзацiï i розвитку суспшьного виробництва. Це призводить до значноï те-риторiальноï нерiвномiрностi споживання
енергоресyрсiв. Нaйбiльшими споживачами паливно-енергетичних ресyрсiв e Донецька, Лyгaнськa, Днiпропетровськa, Зaпорiзькa й Хaркiвськa облaстi. У сyмi вони споживають 58,3 % паливних ресyрсiв краши, y тому чис-лi 86,7 % вyгiлля, 42 % природного газу, 27 % нафти й нафтопродукпв [2]. А якщо врахувати пряму зaлежнiсть мiж об’eмом споживання енергоресyрсiв i рiвнем забруд-нення навколишнього середовища, то стане зрозумшим, чому рiвень техногенно-еколо-гiчного навантаження в багатьох територia-льно-промислових регiонaх саме цих областей сягae критичних значень.
Aналiз публiкацiй
Розробка концептуальних основ рацюналь-ного природокористування в регiонaх з великим техногенним навантаженням вимaгae комплексного виршення проблеми, почина-ючи вiд формування бази даних про прогре-сивнi технологiчнi рiшення, придатш для практичного втiлення, завершуючи створен-ням iнфрaстрyктyри, що зaбезпечye штегру-вання технологiчних, економiчних, еколопч-них i управлшських фyнкцiй з метою забезпечення умов сталого розвитку. Пошуку шляхiв вирiшення вказано1' проблеми при-свячено, зокрема, роботи [3-10].
Важливою складовою концепцiï сталого розвитку промислових регiонiв Украши e мето-дологiя iндyстрiaльного симбiозy, яка базу-eться на мiжгaлyзевiй енерго-технологiчнiй штеграци промислового потенцiaлy тдпри-eмств, яю можуть бути об’eднaнi в рамках територiaльно-промислових комплексiв [11]. Сyтнiсть iндyстрiaльного симбiозy полягae в зaбезпеченнi переходу вщ вyзькоспецiaлiзо-вано1' технологiï виробництва основного виду продукцп, характерно).' для окремого тдпри-eмствa, до замкнутих виробничих циклiв, з метою розширення спектра товaрiв, що ви-пускасгься за рахунок yтилiзaцiï та комплексного використання мaтерiaльних i енергети-чних вторинних ресyрсiв всiх суб^кпв господарсько1' дiяльностi на ознaченiй тери-торiï.
Анaлiз сучасних парадигм лопстики свiдчить про тенденцiю поширення штеграци ресурс-них потокiв вiд рiвня окремого пiдприeмствa на регiонaльнi утворення, iз властивою 1м системою постачання та розподшу ресyрсiв та продукцп, а згодом i на економiчний про-
стiр краши в цшому. Вказана тенденцiя до iнтегрaцiï лопстичних ланок пiдкреслюe ва-жливiсть i необхщнють стрaтегiчного плану-вання uieï дiяльностi. Вирiшення зазначено!.' проблеми бaзyeться на технологiчнiй yв’язцi мaтерiaльних i енергетичних потокiв тдпри-eмств, що функцюнують y межах територia-льно-промислового регiонy, з метою розширення номенклатури продyкцiï i скорочення питомих витрат енерги на одиницю сукупно-го товарного продукту з одночасним змен-шенням техногенного навантаження на еко-систему [12]. При такому пiдходi в багатьох випадках еколопчна складова може стати не витратною, а прибутковою статгею економ> чноï дiяльностi, що дозволить зняти iснyючi протирiччя мiж екологiчним та економiчним iмперaтивaми подальшого розвитку [13].
Мета та постановка задачi
Показати можливють комплексного використання вторинних мaтерiaльних i енергетичних ресyрсiв для виробництва енерги та ш-шоï продyкцiï в рамках iнтегровaних територiaльно -промислових комплексiв.
Можливiсть комплексного використання
вторинних матерiальних та енергетичних ресурав
Оскiльки питання техногенноï безпеки, як входять до кола задач, що виршуються в рамках проблеми забезпечення сталого розвит-ку, мають складний, динaмiчний характер, ix вирiшення слiд здiйснювaти на основi системного aнaлiзy iснyючого теxнiко-економiч-ного стану з обов’язковою наступною стадь eю вдосконалення шляхом синтезу ново].' якосп об’eктa дослiдження, яка в максимально мiрi вiдповiдae сучасним технолопч-ним та еколопчним прiоритетaм. Такий тд-хвд зyмовлюe формування сучасного вектора сталого розвитку, який здiйснюeться на ос-новi вибору рaцiонaльниx режимiв функцю-нування множини теxнологiчниx систем в рамках територiaльно-промислового комплексу i спрямований на мiнiмiзaцiю техногенного впливу на екосистему регiонy.
Враховуючи, що доля продукцп паливно-енергетичного комплексу y загальному валовому внутршньому продyктi нaшоï крaïни склaдae ~ 60 %, для iлюстрaцiï практичного застосування методологи iндyстрiaльного симбiозy в якосп об’eктa дослiдження обра-
но регюни з енергогенеруючими тдприемст-вами, яю використовують значнi обсяги мь неральних ресурсiв i е великомасштабними джерелами забруднення навколишнього се-редовища [14].
Сучаснi тепловi електростанци мають коеф> цiент корисно! ди на рiвнi 33-36 %. Це озна-чае, що бiльше 60 % тепла скидаеться з водою, що охолоджуе конденсатори парових турбш. Скидна теплота з температурою (15-40) °С надходить у водойми-охолоджу-вачi або розсiюеться в атмосферi [15]. Так, для охолодження скидно! води електростан-ци потужнiстю 1 млн кВт, необхщний ста-вок-охолоджувач iз площею дзеркала води (600-800) га. При цьому кшьюсть води, що випаровуеться, сягае 25-30 млн м3 на рш, що призводить до ютотного теплового забруднення навколишнього середовища.
Важливою ланкою у здшсненш програми стiйкого розвитку промислових регiонiв е створення енергоекологiчних комплекшв на базi ТЕС i шдприемств, що використовують скидну теплоту й iншi вiдходи, якi утворю-ються у процесi спалювання палива, для розширення виробництва продуктiв харчу-вання, кормiв та iнших видiв продукци, що мають комерцiйну цiннiсть [16].
Першим кроком на шляху виршення про-блеми пiдвищення еколопчно! сумюносп потужних твердопаливних енергогенерую-чих пiдприемств з навколишнiм середови-щем е формування ресурсно-продуктово! технолопчно! схеми комплексного виробництва й розробка на цш основi моделi прогно-зування його ресурсо- та енергоспоживання. Це дозволяе оцiнити вплив кожного напряму штеграцшно! техшчно! пол^ики на ефектив-нiсть виробництва, розрахувати можливi ре-зерви економи ресуршв i зниження викидiв шкiдливих речовин у порiвняннi з iснуючим рiвнем протягом «життевого циклу» вхiдного сировинного ресурсу. Щоб визначити сумар-ш потоки речовин, що забруднюють довкш-ля, слiд визначити кiлькiсть речовин, задiя-них на основних етапах виготовлення та реалiзацil продукци. Якщо М(р - кiлькiсть матерiалу виду г у вхiднiй сировинi, тодi М(:т> й Ы(р визначають аналогiчнi величи-ни в промисловому i споживчому секторах. Пiд «матерiалом» варто розумгги будь-яку речовину або набiр речовин, обраних для ви-
рiшення конкретного завдання з випуску продукци. У рамках системи «промисло-вiсть - споживчий сектор - навколишне середовище» цi умови можна записати у ви-глядi рiвняння матерiального балансу для величин М1), М2), М3
—М(1) т 1
-Мг = 2(-% + Ь,„ ) +2 %М'5>;
— к=1 к=1
—М (2) т п I
—М— = 2 ( - К )хк- 2 —кУк + 2 егкМк3); — к=1 к=1 к=1
—М(3) = ^ ( (3)
1 = 2 —гкУк 2(егк + Сгк )Мк ,
— к=1 к=1
(г = 1,..., I). (1)
У системi рiвнянь (1) використано наступи позначення: агц - маса матерiалу г, необхщно-го для виробництва одинищ енерги виду ц; Ьц - маса матерiалу г, що мiститься у промислових вiдходах при виготовленнi одиницi енерги виду ц; сгц - маса матерiалу г, що мю-титься у вщходах, якi надходять у навколишне середовище в одиницю часу з вiдходiв, що утворюються у сферi споживання з одинищ маси палива типу ц; —ц - маса палива г, необ-хвдного для виробництва одиницi продукци типу ц, що надходить до сектора споживання; ец - маса компонента г, що надходить за цикл в одиницю часу iз сектора виробництва до сектора споживання у вториннш сировинi, яка утворюеться з одинищ маси матерiалу типу ц.
Розв’язання системи рiвнянь (1) дозволяе визначити параметри, яю потрiбно витрима-ти, щоб зменшити масу або вид використо-вуваного ресурсу I, як наслiдок, зменшити техногенне навантаження на навколишне се-редовище. За рахунок вдосконалювання тех-нолопчних процесiв можуть бути зменшенi обсяги промислових вiдходiв - коефiцiенти (Ьц). Це приведе до зменшення коефщенпв (сгц), що буде означати меншу кiлькiсть вiдходiв, що надходять в одиницю часу в навколишне середовище. Одним зi шляхiв зниження техногенних навантажень е збшьшен-ня частки матерiалiв, що повертаються за цикл у виглядi вторинного сировинного ресурсу у виробничий сектор. Це е^валентно збiльшенню значень коефщенпв (егц). Ана-логiчне вдосконалювання вше! вироблено! продукци х через вщповщне зменшення коефiцiентiв (агц) приведе до зменшення ви-
трати енергетичних i сировинних ресуршв ^ як наслiдок, зниження забруднення навколишнього середовища. Таким чином,
з’являеться можливють не тiльки визначити зону техшчно припустимих значень питомих витрат ресурав, але й бшьш ретельно про-аналiзувати процес iз погляду пошуку шляхiв його енергетичного й екологiчного вдоско-налювання.
У випадку, коли кiнцевий продукт виробля-еться на основi декiлькох технологiчних процешв, використовуються середньозваженi показники
ц = ЪрМп1 вц; р=1
1гц1к = 2 гркМгАвр ; р=1
1,1т = ЪРтММ , (2)
р=1
де гр1к - питома витрата к ресурсу на вироб-
ництво одинищ продукци в 1 процес на ос-
новi р технологи; ррг - частка р технологи у
виробницга продукци Мц; п - кшьюсть роз-
глянутих технологiй у процесц г^т, гр1к, ц -
вщповщно питома й повна витрата к ресурсу при виробницга продукту 1 процесу на осно-вi ц технологи; Мц - маса продукту, який ви-роблено в 1 процес^ при одержаны одиницi кiнцевого продукту; т - кшьюсть розгляну-тих видiв ресурсiв; 1ц - питома витрата ресурсу на виробництво продукту 1 процесу на основi ц технологи.
Для штегровано! технолопчно! схеми питомi витрати вшх видiв ресурсiв по всiх процесах пiдсумовуються. В цьому разi сумарш витрати ресурсiв на виробництво одинищ продук-ци зац технологiчною схемою складуть
т N
1ц =2ак2ц , (3)
к=1 1=1
де 1 - шдекс ланки технолопчного ланцюга; N - кшьюсть ланок.
Якщо ввести цiльову функщю величини пи-томого ресурсоспоживання на виробництво г продукту, а критерiем оптимальностi, И мш-мум й виршувати завдання И мiнiмiзацil, то
модель стае ошташзащйною, що дае одно-значне рiшення щодо заданого критерда. Як цiльовy фyнкцiю можна обрати
m d N
i, = ZakZßjZIijlk ^min. (4)
k=1 j=l l=l
Отриманому рiшенню вiдповiдae певна ште-грована теxнологiчнa структура виробництва продукту й сукупнють ресурсо- та енерго-зберiгaючиx зaxодiв, пов’язаних з удоскона-ленням процесiв та устаткування, якi забез-печують мiнiмyм витрати ресуршв i, як на-слщок, зменшення питомих викидiв (скидiв).
Включення в розрахунок додаткових ре-сурсо- та енергозберiгaючиx зaxодiв щодо кожного процесу приводить до необхщносп враховувати витрати на забезпечення штег-рованих теxнологiй, а також реaлiзaцiю захо-дiв, пов’язаних iз захистом навколишнього середовища. З огляду на сучасний стан еко-номiки прагнення зменшити вартюш показ-ники продyкцiï шляхом реaлiзaцiï програми iндyстрiaльного симбiозy приводить до не-обxiдностi вибору таких технолопчних шд-xодiв, якi можуть бути оxaрaктеризовaнi як «маловитратна модершзащя», y резyльтaтi яко1' в базовш теxнологiчнiй сxемi здшсню-еться замша складово1', що нaйбiльше впли-вае на теxнiко-економiчнi й екологiчнi пока-зники [13].
Результати теxнiко-економiчниx дослiджень свiдчaть, що реaлiзaцiя моделi шдус^ально-го симбюзу з iнтегрaцiï мaтерiaльниx та енергетичних потоюв y межах територiaльно-промислового комплексу з енергогенерую-чим тдприемством забезпечуе зменшення питомих витрат енергетичних та сировинних ресурав y 2,2-3,5 раза. За окремими техно-лопчними напрямами цей показник може сягати 3-4-кратного зменшення. Подiбниx результата можна досягти i на об’ектах пр-ничо-металургшного та xiмiко-теxнологiч-ного профшю шляхом iнтегрaцiï енергетичних i мaтерiaльниx потокiв i створення комплексного виробництва з максимальним коефщентом використання вxiдниx ресyрсiв.
Висновки
На основi викладеного можна дiйти виснов-ку, що запровадження нових оргашзацшно-теxнiчниx рiшень та теxнологiчниx схем ш-дyстрiaльного симбiозy, спрямованих на шд-
вищення коефiцieнтa iнтегрaцiï, дозволить на практищ реaдiзyвaти мaдовiдxодне виробни-цтво, яке буде вiдповiдaти перспективним вимогам щодо еколопчно1' сyмiсностi промислових об^кив з нaвколишнiм середовищем.
Реaлiзaцiя iнтегрaцiйниx теxнологiчниx р> шень потребye залучення фaxiвцiв шженер-но-теxнiчного, еколопчного та економiчного профiлю при розробщ проектiв шдус^аль-ного симбiозy для конкретних регiонaдьниx промислових утворень за умов використання новгтшх теxнологiй i сучасного обладнання для iнтегрaцiï та комплексного використання вхщних i вихщних мaтерiaльниx i енергетичних потоюв, з метою втiлення ресурсо- та енергозбертаючих зaxодiв та захисту навко-лишнього середовища.
Шляхом впровадження iдеологiï промисло-вого симбюзу можуть бути вирiшенi вaжливi соцiaдьно-економiчнi проблеми (включно з еколопчною складовою), якi забезпечать:
- рацюнальне використання падивних, земе-льних i водних ресyрсiв та зниження негативного впливу на нaвколишнe середовище;
- шдвищення коефiцieнтa використання ма-терiaльниx ресyрсiв за рахунок додаткового виробництва бшьш широко1' номенклатури продукци, включаючи товари народного споживання, продукти харчування й т.п.;
- шдвищення швестицшного рейтингу тери-торiaльно-термопромисловиx утворень, що e передумовою економiчного розвитку регю-нiв;
- створення додаткових робочих мiсць.
За цих умов реaдiзaцiя програми вдус^а-льного симбюзу повинна мати чпта стратеп-чнi напрями, якi зорieнтовaно на саморозви-ток регiонy за рахунок постшного збiльшення мaтерiaдьниx та сощадьних шве-стицiй, спрямованих на шдвищення ефекти-вностi виробництва та скорочення техноген-них навантажень на природне середовище. В сyкyпностi вирiшення вказаних проблем, в першу чергу за рахунок маловитратно1' моде-рнiзaцiï, яка вiдповiдae сучасним економiч-ним можливостям, сприятиме забезпеченню умов стабшьного фyнкцiонyвaння промислових регiонiв та уповшьненню дегрaдaцiйниx процесiв y навколишньому середовищi, що в
перспективi створить необхщну базу для переходу економши Украши до етапу сталого розвитку.
Лiтература
1. Енергетичнi ресурси та потоки / А.К. Шид-
ловський, Ю.О. Вiхорев, Г.Г. Пiвняк та iн. ; за заг. ред. А.К. Шидловського. -К. : Украшсью енциклопедичнi знання, 2003. - 468 с.
2. Корчевой Ю.П. Экологические аспекты
развития теплоэнергетики Украины / Ю.П. Корчевой, И.А. Вольчин, В.С. Горбунов // Энергетика и электрификация. -2003. - № 2. - С. 45-50.
3. Дорогунцов С.И. Управление техногенно-
экологической безопасностью в контексте парадигмы устойчивого развития: концепция системно-динамического
решения / С.И. Дорогунцов, А.Н. Раль-чук. - К. : Наук. думка, 2002. - 198 с.
4. Товажнянский Л.Л. Интегрированные энергосберегающие теплотехнологии в стекольном производстве / Л.Л. Товажнянский, В.М. Кошельник, В.В. Соловей. - Харьков : НТУ «ХПИ», 2008. -628 с.
5. Данилов-Данильян В.И. Экологический
вызов и устойчивое развитие : учеб. пособие / В.И. Данилов-Данильян, К.С. Лосев. - М. : Прогресс - Традиция, 2000. -416 с.
6. Дорогунцов С.1. Стадий розвиток: траек-
торiя можливостей та обмежень (Спроба створення моделi функцюнування еко-лого-економiчноl системи) / С.1. Дорогунцов, О.М. Ральчук // Вюник НАН Украши. - 2000. - № 8. - С. 3-14.
7. Сытник К.М. Биосфера, экология, охрана
природы / К. М. Сытник, А. В. Брайон, А. В. Городецкий. - К. : Наукова думка, 1987.
8. Дробноход М.1. Концепщя переходу Укра-
ши до стшкого еколопчно безпечного розвитку / М.1. Дробноход. - К. :
МАУП, 2002. - 17 с.
9. Данилишин Б.М. Природно-ресурсний по-
тенцiад сталого розвитку Украши / Б.М. Данилишин, С.1. Дорогунцов, В.С. М-щенко та iн. - К. : РВПС Украши, 1999.
- 716 с.
10. Галецький Л.С. Техногенш родовища -нове нетрадицшне джерело мшерально! сировини в Укра!ш / Л.С. Галецький, У.З. Науменко, А.Д. Пилипчик // Еколо-
пя довкшля та безпека життедiяльностi.
- 2002. - № 5-6. - С. 77-81.
11. Мацевитий Ю.М. Интегрированные тех-
нологии - методологическая основа индустриального симбиоза / Ю.М. Мацевитий, В.В. Соловей, В.Н. Лисьев. -Харьков : Экология и промышленность.
- 2005. - № 2(3). - С. 23-26.
12. Мешалкин В.П. Основы теории ресурсос-
берегающих интегрированных химикотехнологических систем : учебное
пособие / В.П. Мешалкин, Л.Л. Товаж-нянский, А.П. Капустенко. - Харьков : НТУ «ХПИ», 2006. - 412 с.
13. Трегобчук В. Концепщя сталого розвитку
для Украши / В. Трегобчук // Вюник НИН Украши. - 2002. - № 2. - С. 17-25.
14. Мацевитый Ю.М. Повышение энергоэф-
фективности работы турбоустановок ТЭС и ТЭЦ путем модернизации, реконструкции и совершенствования режимов их эксплуатации / Ю. М. Мацеви-
тый, Н.Г. Шульженко, В.В. Соловей и др. ; под общ. ред. Ю.М. Мацевитого ; НАН Украины, Институт проблем машиностроения. - К. : Наук. думка, 2008.
- 366 с.
15. Саломатов В.В. Природоохранные техно-
логи на теплових и атомных электростанциях / В.В. Саломатов. - Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2006. - 853 с.
16. Вольчин И.А. О европейском подходе к
выдаче природоохранных разрешений / И.А. Вольчин // Энергетика и электрификация. - 2005. - № 1. - С. 21-28.
Рецензент: М.А. Подригало, професор, д.т.н., ХНАДУ.
Стаття надшшла до редакци 12 серпня 2010 р.
