философия отношения к энергоэффективности (шлапаков)
реклама
Философия отношения к энергоэффективности В.И. Шлапаков, директор, Невский филиал ОАО «Объединение ВНИПИэнергопром», г. Санкт-Петербург (в порядке обсуждения) Значимость энергоресурсов для человечества После воздуха и воды, природные энергоресурсы занимают следующее место по значимости на Земле. Коэффициент полезного использования энергоресурсов зависит от способа преобразования их в энергию. При получении тепла, для создания комфортной среды обитания человека, полезно можно использовать 95% потенциально заложенной энергии в природных ресурсах. Для получения электроэнергии, повышающей производительность труда, полезно может быть использовано при сжигании газового топлива 60%, при сжигании твердого топлива 38% от потенциальной энергии топлива. Таковы законы термодинамики и уровень развития техники. Постоянная информация об исчерпаемости в обозримом будущем природного газа и парникового катаклизма, обязывает всех живущих нести ответственность перед потомками за использование всех возможностей получения максимального количества энергии из топлива. Это не должно зависеть от их запасов, в том или ином государстве. Потому что Земля - это подводная лодка, и если на ней кислород не будет поделен поровну в отсеках, то кто-то обречен на гибель или на борьбу с соседом. Второе уже происходит, только под другим предлогом. Пока не открыта возможность получения бесконечного возобновляемого источника энергии, угроза прекращения цивилизованной жизни на Земле по причине отсутствия энергии более вероятна, чем от любых предсказываемых коллапсов. На этом пути, помимо технических возможностей, стоят еще проблемы социальногеографические. Одним из определяющих факторов является обратно пропорциональная зависимость плотности расселения населения в регионах и возможности полного использования энергии. В странах с теплым и умеренным климатом сложилась наибольшая плотность населения и соответственно потребность в электроэнергии, потребность же в тепловой энергии в них наименьшая. Поэтому экономия ресурсов в таких регионах должна выражаться в основном в постоянных поисках новых способов повышения КПД конденсационной выработки электроэнергии. В странах с холодным климатом технология получения электроэнергии позволяет использовать бросовое тепло для нужд отопления, но плотность населения наименьшая. В таких регионах приоритетное значение приобретает максимальное использование бросового тепла после выработки электроэнергии, т.е. комбинированным способом. Обоснование внедрения этого способа помимо текущих ценовых показателей, должно учитывать объективное опережение увеличения стоимости топлива, связанное с его постоянным удалением и заглублением от места его преобразования в энергию. Поэтому сравнение целесообразности строительства источника должно определять не когда инвестор вернет свои деньги, а какой из сравниваемых вариантов будет больше экономить природные ресурсы и сдерживать рост тарифов. Созданный рынок электроэнергии, оторванный от совместно-выработанного тепла, наглядно показывает нелогичность копирования понятий «рыночные отношения» при разных условиях. Отношение нашего общества к топливным ресурсам С началом перестройки рухнула ранее созданная Госпланом СССР система планирования и контроля энергоэффективного превращения топлива в энергию. Контроль государственных органов дальше потерь и затрат тепловой энергии не распространяется. Формально эта функция перешла на региональный уровень. Но у субъекта РФ первоочередная задача обеспечить теплом, поэтому строить новую котельную или ТЭЦ, подключать нагрузку к котельной или к существующей свободной мощности ТЭЦ, решает чиновник, часто смутно представляя суть вещей. Для покрытия электрической мощности Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом», ТГК и ОГК построят АЭС, ГРЭС. Задача энергоэффективности перед ними так же не стоит. Поэтому продолжают строиться конденсационные блоки. Отсутствие ответственных за рациональное расходование топливных ресурсов страны в целом и логически построенных систем с нормативными показателями, позволяет использовать топливо для сиюминутной выгоды инвесторов, без учета рационального топливоиспользования. Можно возразить, да как же: за топливо на ГРЭС, на АЭС, на котельной отвечают их директоры. Да, но спросить с них за то, почему на его предприятии половина топлива выбрасывается в атмосферу, нельзя, в этом виноваты проектировщики. А они сегодня не государственные и проектируют то, что им скажет заказчик. А заказчику этих проектировщиков все равно, с какой эффективностью будет сжигаться топливо, платить будет потребитель, ему важно как можно дешевле построить. О том, что топливо при этом быстрее иссякнет, тоже не его забота, никто у него этого не требует, а на его век хватит. Хотя формально в этом заинтересованы Министерство природных ресурсов и экологии РФ, Министерство энергетики РФ, а также ОАО «Газпром», Государственная корпорация по атомной энергии «Росатом» и угольные компании. Периодически разными организациями разрабатываются в основном правильные «концепции» или «стратегии» по повышению энергоэффективности. Но перенести эти разработки в практическую плоскость не могут, потому что не прописан механизм внедрения энергоэффективных технологий. Идеологи перестройки утверждали, что рынок все отрегулирует. Теперь всем понятно, что рынок энергии служит не обществу, а только тем, кто владеет деньгами этого общества. Сегодняшние рыночные отношения привели к: отсутствию идеологии в обществе об ответственности каждого за энергетическое будущее наших потомков; отсутствию инженерной этики специалистов, делающих проектную работу, вопреки логике; возможности любому должностному лицу отвергать оптимальные технические решения в угоду ведомственных интересов; отсутствию соответствующей квалификации чиновников, работающих в энергетических структурах субъекта РФ; бесконтрольности и отсутствию системы принуждения со стороны государства и т.д. Все исходит из того, что экономить топливные ресурсы в обществе никому не поручено. Оказалось, что только рыночных отношений для внедрения нужных мероприятий по энергоэффективному использованию топливных ресурсов, без соответствующего вмешательства государства, не достаточно. Сегодня их заменили мероприятия, носящие чисто ведомственный, региональный или частнособственнический характер, без показателя, определяющего рост энергоэффективности. Эти мероприятия чаще напоминают «бег из ниоткуда в никуда» с плакатом «Энергосбережение». Рациональное использование топлива не должно зависеть от сложившегося общественного строя, мнения региональных чиновников, собственников и прочих структур. Существующее положение в нашей энергетике Во многих СМИ звучит, что разработана Энергетическая стратегия России, предусмотрен ввод новых блоков, но при этом не информируется, как изменится энергоэффективность в регионе, сколько топлива будет сэкономлено из неэффективно сжигаемого сегодня, за счет модернизации существующих систем энергоснабжения и технологий. Впечатление, что у нас с этим все идеально. Согласно ЭС-2030, в России только 30% тепловой энергии вырабатывается на ТЭЦ, оставшаяся большая часть тепла - в котельных, что соответствует показателю энергоэффективности около 0,3 МВт/Гкал. Хотя, реально достижимый показатель энергоэффективности, при сегодняшнем соотношении потребления газа и угля, может быть около 87 МВт/Гкал [1]. Причина этого в том, что Энергетическая стратегия разрабатывается без наличия схем теплоснабжения городов. Нет в регионе нормативного критерия энергоэффективности превращения топлива в энергию, т.е. не существует показателя совершенства региональных энергетических систем, определяющего фактическую и возможную энергоэффективность выработки энергии. Поэтому в стратегии продолжает закладываться выработка электроэнергии по конденсационному циклу, количество которой почти равно выработке на тепловом потреблении. Недополучение, при этом, экономии 30% топлива, в масштабе России, никого не интересует. В это же время в городах строят новые котельные, порой рядом с ТЭЦ. Почему-то увязка этих вопросов не относится к энергетической стратегии. Россия, среди стран с большим энергопотреблением, занимает особое место. Наше государство богато топливными ресурсами. Концентрированные места проживания населения распределены неравномерно и на больших расстояниях друг от друга. Наличие в местах концентраций населения топливных и гидроэнергетических ресурсов часто не совпадают. Как следствие, распределение топливных ресурсов и потребление энергии разделены определенными расстояниями. Диапазон среднегодовых температур по регионам предопределяет разные соотношения потребления тепловой и электрической энергии. Доставка топлива или энергии к месту потребления требует порой существенных затрат этой же энергии. Оптимальная увязка этих вопросов является одной из важнейших и многомерных задач. Коротко эту задачу можно сформулировать следующим выражением: «Поставка топлива до источника энергии от близлежащего месторождения - преобразование его с максимальной выработкой электроэнергии на тепловом потреблении - передача избытка электроэнергии в регионы с дефицитным соотношением потребления». До перестройки эта задача решалась соответствующими структурами Минэнерго и была понятна всем, кто соприкасался с этими вопросами. В период перестройки все созданные для этих целей структуры были упрощены. Многие обоснованные распределения топлива нарушены: кто хотел, тот получил газ, хотя относительно рядом имеются угольные месторождения. Смотреть на энергетику с государственной позиции, значит планировать распределение топливных ресурсов и источников с минимизацией последующих затрат, к примеру: Для обеспечения тепловой энергией г. Санкт- Петербурга можно поставить природный газ из Западной Сибири (4000 км) и затем сжечь его в котельных, а можно вместо долевых затрат в газопровод, построить тепломагистраль от ЛАЭС-2 до Санкт-Петербурга, и отработанную тепловую энергию, вместо выбрасывания в окружающую среду, подавать в город. Строится энергоблок 800 МВт на Киришской ГРЭС, с КПД 51%, при этом около 400 Гкал/ч будет выбрасываться в атмосферу. В то же время, на расстоянии 200 км интенсивно застраивается Всеволожский район с потребностью базовой тепловой нагрузки 1500 Гкал/ч. Не единичны случаи, когда рядом с незагруженной ТЭЦ строятся мини-ТЭЦ или котельные. Очень большое внимание уделено в стране атомной энергетике. Максимально возможная дальность передачи тепла от АЭС, с учетом новых достижений техники и всесторонних факторов, значительно увеличена. Поскольку нет системного подхода в целом к энергетике, вопрос о повышении коэффициента использования ядерного топлива за счет передачи отработанного тепла АЭС в ближайшие города в расчет нигде не принимается. Реакторы совершенствуются, а их энергия используется на 34%. Нет квалификационных требований к проектным организациям, которым разрешено разрабатывать схемы теплоснабжения городов, отвечающих интересам государства. Создан рынок электроэнергии на искусственном разделении затрат между двумя одновременно вырабатываемыми видами энергии. Экономические расчеты и тарифы становятся так же искусственные. Термодинамическая «энергоэффективность» взамен «энергоснабжения» Сберегать энергию не надо, ее надо вырабатывать с нормативной эффективностью, транспортировать с нормативными характеристиками и тратить в пределах норм. В Федеральном законе РФ от 23 ноября 2009 г № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» в теме закона смешаны три вида деятельности. Два из них достаточно полно и конкретно описаны предыдущими документами. 1. Разработка нормативных «энергетических характеристик» и приведение к ним существующих параметров транспорта. Это требование п. 1.4.1-1.4.3 Правил технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской Федерации, п. 2.5.1 и 2.5.6 Правил технической эксплуатации тепловых энергоустановок, введенное для исполнения соответствующими приказами РАО «ЕЭС России» и ЗАО «Роскоммунэнерго». Контроль и понуждение их выполнения - обязанность соответствующим ведомствам по принадлежности. Необходима организационная работа и применение механизмов принуждения со стороны региональных властей, при необходимости привлечение прокуратуры. 2. Достижение нормативного «энергопотребления» и нормативных энергозатрат на выпускаемую продукцию. Сокращение потерь энергии зданиями, сооружениями и уменьшение энергоемкости продукции является задачами соответствующих ведомственных проектных институтов и конструкторских бюро. Нормативные количественные показатели должны отражаться в соответствующих паспортах и корректироваться после наладки и реконструкции. Фактическое состояние должно контролироваться соответствующими ведомствами и побуждаться к сокращению энергозатрат рыночными отношениями. Если такой механизм не действует, значит, требуется пересмотр собственности или побуждение административной ответственности. Одной из причин топтания на месте в решении этих вопросов является не объективное определение понятий, на которые создаются законы. Процесс приведения к нормативам потерь или затрат тепла не может называться энергосбережением и тем более повышением энергоэффективности (приведение к нормативному потреблению это не эффективность, а требование). Первоначально надо создать механизм действий, побуждающий доведения этих затрат и потерь до норм. А затем нужна разработка новых технологий для того, чтобы сокращать эти нормативы. 3. Повышение «энергоэффективности выработки энергии». «Энергоэффективность» - получение максимальной энергии из топлива, способной выполнять работу, с использованием отработанного тепла. Повышение энергоэффективности - вид, обеспечивающий экономию энергоресурсов за счет применения наиболее совершенных термодинамических циклов преобразования топлива в энергию. Только 30% энергии в России получается эффективным - комбинированным способом. При этом даже четкого определения понятию «энергоэффективность выработки энергии» и ее нормативные значения не прописаны. Повышение показателя энергоэффективности на 0,1 МВт/Гкал позволяет экономить около 3 млрд м3 природного газа в год. Определение «энергетическая эффективность» из закона № 261-ФЗ - «характеристики, отражающие отношение полезного эффекта от использования энергетических ресурсов к затратам энергетических ресурсов, произведенным в целях получения такого эффекта, применительно к продукции, технологическому процессу, юридическому лицу, индивидуальному предпринимателю». По этому определению, достаточно на котельной повысить КПД на 0,1% или утеплить двери в подъезде, и уже можно отчитаться - мы занимаемся «энергосбережением», мы повысили «энергоэффективность». Такое понимание подтверждено последующими статьями закона, к примеру ст. 8: «выбор между реконструкцией существующего объекта по производству тепловой энергии и строительством нового такого объекта и (или) определение при строительстве нового объекта по производству тепловой энергии типа такого объекта и его характеристик должны осуществляться уполномоченным органом местного самоуправления таким образом, чтобы минимизировать совокупные затраты (включая постоянную и переменную части затрат) на производство и передачу потребителям планируемого объема тепловой энергии». Получается, что приведением к нормативной энергоэффективности использования энергоресурсов в целом никто никого не озадачивает. Причиной этому является то, что законом № 261-ФЗ не ставится цель достижения максимальной энергоэффективности на стадии выработки энергии, что соответствует интересам государства и общества, но не всегда совпадает с интересами бюджета регионов, собственников и инвесторов. Как показывает практика, самоорганизация у нас в стране за счет рыночных отношений или сознания региональных чиновников и инвесторов в этом направлении не происходит. В рассматриваемом проекте закона «О теплоснабжении» так же не защищаются интересы государства, т.к. ответственность за разработку схем теплоснабжения предлагается оставить за муниципальными образованиями. А в муниципальных образованиях курировать эти вопросы будут чиновники с другими задачами и уровнем подготовки. В то же время, одна из основных функций государства - сохранять ресурсы для всех в нем живущих и уменьшать влияние на окружающую среду. Поэтому для развития энергетики в нужном направлении необходимы законы с конкретными целями, обеспечивающие, прежде всего, интересы государства. Например, такие, как: Закон о теплоснабжении Дании № 382 от 13 июня 1990 г.: «...Каждый окружной совет должен гарантировать, что любой проект теплоснабжающего предприятия коллективного пользования будет учитывать следующие положения: что его работа скоординирована с деятельностью других подобных предприятий; что любое предприятие свыше 1 МВт будет преобразовано для комбинированного производства тепловой и электрической энергии». В Германии Бундестаг от 19 марта 2002 г принял закон «О содержании, модернизации и усовершенствовании объединения выработки тепловой и электрической энергии»: «В период до 2005 г., по сравнению с базовым 1998 г., путем использования объединенной выработки тепловой и электрической энергии, планируется достичь снижения уровня ежегодных выбросов в атмосферу двуокиси углерода в Федеративной Республике Германии, примерно на 10 млн т, а к 2010 г. - на величину до 23 млн т, однако, не менее чем на 20 млн т.» Попытки повышать энергоэффективность в России начаты давно. Контроль за энергоэффективным преобразованием топлива в энергию должен и может обеспечить только государство. Нужно только узаконить способ и возможность создания для него рычагов, для управления сохранением ресурсов и формы принуждения. Одним из вариантов такого рычага может являться показатель нормативной «интегрированной энергоэффективности» [1], разработанный по узаконенным правилам. Закон о достижении нормативной энергоэффективности Содержание закона должно утверждать систему работы, обеспечивающую достижение нормативной «энергоэффективности», при преобразовании топливных ресурсов в энергию и степень ответственности всех причастных структур, даже при не совпадении интересов (государства, собственников, инвесторов и потребителей). До принятия закона необходимо разработать систему его исполнения, а затем узаконить следующие ключевые моменты. 1. Однозначность технических определений (энергоэффективность, энергетические характеристики, рациональное пользование энергоресурсами, нормативные потери и энергозатраты и т.д.). 2. Назначение государственной структуры, ответственной за рациональное пользование энергоресурсами. 3. Назначение головного разработчика основополагающих материалов. 4. Порядок разработки и корректировки основополагающих проектных документов: стратегий, концепций, систем развития энергетики, нормативного показателя «энергоэффективности» (государства, субъекта РФ и муниципальных образований). 5. Назначение государственного экспертного органа. 6. Разделение ответственности между государством, регионом, собственником. 7. Система принуждения в случае невыполнения каждого раздела закона. 8. При комбинированном производстве энергии, разделение затрат на каждый вид энергии должно быть на объективных основаниях (а не искусственно принятых, как сейчас). 9. Экономический эффект совместной выработки энергии, относительно раздельного способа, должен получать только потребитель тепловой энергии, полученной в комбинированном цикле. Все пункты являются составляющими единой системы, при невыполнении одного из них достижение нормативной энергоэффективности усложняется. Литература 1. Шлапаков В.И. Показатель энергоэффективности - основа развития энергетики // «Энергетика и промышленность России». 2008. № 12. С. 17. Журнал «Новости теплоснабжения» №03 (115) 2010 г., http://www.ntsn.ru/
