Эконовости О компании Издания и
проекты
Авторам Реклама Подписка Контакты Архив Полезные
ссылки
       
 
№2,2007: Энергоресурсосберегающие технологии

<< Содержание номера
<< Архив


[RUS] / [ENG]
Энергоресурсосберегающие технологии
А.А. Гришан. Повышение объективности моделирования энергопотребляющих природнотехнических систем
         Представлена энергосберегающая методология мониторинга и моделирования энергопотребляющих природно-технических систем. Приведены примеры практического применения методологии для получения максимально полезных результатов в развитии региона.

Эффективность защиты природной среды от техногенного воздействия и адекватность моделей развития территорий зависит от объективности знаний не только о фактах проявления техногенного воздействия, но и о первопричинах, порождающих эти воздействия.
Современные отечественные методы мониторинга техногенных экосистем не охватывают значительное количество факторов воздействия на природную среду, связанных с потреблением топливно-энергетических ресурсов (ТЭР).
Электроэнергетика и предприятия ЖКХ Приморского края в 1999-2003 гг. выбрасывали в атмосферу суммарно до 72,25-80,2% твёрдых, газообразных и жидких загрязняющих веществ из общего количества выбросов по отраслям экономики.
В городах ДВФО с «высоким» индексом загрязнения атмосферы (ИЗА  7) в 2002 г. проживали 3142,1 тыс. чел. (около 44% всего населения), в т. ч. в Приморском крае – 1202,6 тыс. чел (38,27%), в Хабаровском крае – 887,2 тыс. чел (28,2%), в Амурской области – 311,4 тыс. чел (9,91%). Шесть городов (Петропавловск-Камчатский, Комсомольск-на-Амуре, Магадан, Уссурийск, Хабаровск, Южно-Сахалинск) были включены в список из 34 городов России с «очень высоким» уровнем загрязнения воздуха (ИЗА  14).
В 2003 г. ИЗА Уссурийска увеличился до 18,6. В число городов с «очень высоким» уровнем загрязнения атмосферного воздуха был включен Владивосток (ИЗА = 14,6), а в число городов с «высоким» уровнем загрязнения - Партизанск (ИЗА = 11,3).
Одновременно с этим растет потенциал энергосбережения - доступные для реализации потери и нерационально использованные ТЭР. В Приморском крае он увеличился от 0,87 млн. тонн условного топлива (тут) в базовом 1995 г. до 3,32 млн. тут в 2003 г., а в Хабаровском крае – соответственно от 0,47 до 1,4 млн. тут. В целом, рост потенциала энергосбережения в шести (из восьми) ДВ регионах к 2003 г. оценивается в 1,8-3,8 раза.
Рост потенциала энергосбережения сопровождался увеличением объемов сжигания топлив для его компенсации с соответствующим образованием загрязняющих веществ.
В системах электро- и теплоснабжения вся ответственность за загрязнение природной среды продуктами сгорания топлив возлагается на энергоисточники, которые, обладая собственными потенциалами энергосбережения, фактически являются исполнителями заказов на энергоснабжение. Потребители, которые сформировали условия для дополнительного сжигания топлива для компенсации собственных сверхнормативных потерь ТЭР, не несут ответственности из-за отсутствия методов получения соответствующих оценок.
Основная идея работы состоит в минимизации техногенного воздействия на природную среду за счет предотвращения образования загрязняющих веществ на энергоисточниках вследствие повышения эффективности использования ТЭР всеми объектами энергопотребляющих природно-технических систем (ЭПТС). 
По результатам исследований разработана совокупность теоретических и практических принципов и методов (методология), которая реализует новую систему идей и взглядов (идеологию) на цели и средства защиты ЭПТС (cм. рис. 1). 
Идеологию усиливает новый понятийный аппарат. Из множества техногенных экосистем выделены энергопотребляющие природно-технические системы. Этот прием устанавливает иерархическое соподчинение ЭПТС и позволяет концентрировать адресное воздействие.
В результате исключается возможность получения ошибочных оценок ожидаемых полезных результатов вне реальных границ ЭПТС. Степень защиты природной среды определена как предотвращение образования загрязняющих веществ, достигаемое вследствие снижения объемов потребления топлива средствами энергосбережения.
В качестве максимально полезных результатов при моделировании развития территорий предлагается рассматривать такие результаты, которые возможно получать одновременно в экологии, в экономике и в социальной сфере за счет энергосбережения. Это положение соответствует современным представлениям о развитии общества как трехмерной модели при гармоничном сочетании природоохранных, экономических и социальных аспектов [1].

Рис. 1. Модель методологии защиты и восстановления
энергопотребляющих природно-технических систем
Согласно модели (рис. 1), принципы и методы методологии сосредоточены вокруг стилизованно соподчиненных ЭПТС, модернизируемых в течение жизненного цикла с целью повышения качества жизни при бережном отношении к природной среде.
К теоретическим положениям методологии относятся  определение ЭПТС, производственно-территориальная иерархия ЭПТС и два принципа.
Природная среда воздействует на человека и его жилище  климатическими факторами (температура, осадки, ветер). Для компенсации этого воздействия и производства жизненно необходимых товаров и услуг человек использует ТЭР в технологических процессах, закономерно объединенных в инженерно-технические системы, где при сжигании топлив образуются вещества, загрязняющие природную среду.
Объективное существование инженерно-технических систем, закономерно взаимодействующих с природной средой вследствие жизненной необходимости потребления ТЭР, позволяет говорить о наличии ЭПТС различного иерархического уровня (см. рис. 2).

Рис. 2. Производственно-территориальная иерархическая модель ЭПТС
К системам элементарного технического и потребительского уровней мы относим жилые и общественные здания, машины, оборудование и отдельные процессы, потребляющие электрическую, тепловую энергию и (или) воду. Они могут быть оснащены энергоисточниками, где потребление топлива приводит к образованию загрязняющих веществ.
Производственно-технологический уровень формируют предприятия, имеющие в своём составе топливо- и энергопотребляющее оборудование, технологические процессы, вспомогательные производства и службы.
Коммунальный уровень представлен системами энергоснабжения гражданских зданий.
Производственно-технологические и коммунальные природно-технические системы формируют селитебно-территориальный уровень в границах посёлка (города) в виде систем поселковой или городской агломерации.
Региональный уровень представлен совокупностью систем селитебно-территориального и агломерационно-городского уровней.
Межрегиональный уровень имеет место при электроснабжении от межрегиональной или от общероссийской энергосистемы.
Объективное соподчинение ЭПТС с переходом мелких и относительно простых  систем в состав более крупных и сложных означает, что полноценное иcследование и моделирование систем высоких иерархических уровней без изучения относительно мелких и простых систем, формирующих крупные системы, не представляется возможным.
Применительно к 2002 г., ожидания максимально полезных результатов от реструктуризации ТЭК в Приморском крае не могли подтвердиться в полном объёме, так как в составе регионального потенциала энергосбережения (2,82 млн. тут) только 1,275 млн. тут (45,2%) принадлежали электростанциям и магистральным тепловым сетям (см. рис. 3). Остальные 1,545 млн. тут (54,8%) принадлежали подключенным к ним объектам. В 2003 г. (3,32 млн. тут) это соотношение было представлено как 1,287 млн. тут (38,8%) и 2,03 млн. тут (61,2%).

Рис. 3. Структура потенциала энергосбережения Приморского края в 2002 г.

Поэтому ТЭК и ЖКХ следует относить к ЭПТС производственно-технологического уровня иерархической модели. Прогнозы достигаемых целей должны относиться в основном к их собственным технологиям и характеризоваться ограниченным влиянием на достижение экологического, экономического и социального качеств развития региона.
Принцип центрального доминирования энергосбережения в системном подходе к достижению максимально полезных результатов в повышении качества жизни при бережном отношении к природной среде сформулирован:
- на основе установленного нами несоответствия роста среднедушевого энергопотребления повышению качества жизни, включая защиту природной среды;
- на основе возможности достижения средствами энергосбережения целей по 15 из 21 стратегии программы «Стабилизация социально-экономического положения в Приморском крае на 1999-2003 гг.», в то время как её авторами запланированы только пять стратегий. В ходе исследований сопоставлялась динамика среднедушевого энергопотребления, потенциала энергосбережения (см. рис. 4) и образования загрязняющих веществ (см. рис. 5).

Рис. 4. Среднедушевое энергопотребление
и потенциал энергосбережения в регионах ДВФО и в Приморском крае

Стоимость потерь ТЭР в Приморском крае оценивалась в 1999-2003 гг. от 3,6 до 4,76 млрд. руб. (от 18% до 23% бюджета 2004 г.). Внесение этих расходов в себестоимость услуг по энергоснабжению сопровождалось ростом тарифов на жилищно-коммунальные услуги, более интенсивным, чем рост среднедушевых доходов населения.
Стоимость потерь и нерационально использованных ТЭР в трех филиалах (из 28) КГУП «Примтеплоэнерго» в 2002 г. оценивалась в 272 млн. руб. Для этого предприятия был установлен льготный тариф в 0,0002 руб/кВтч, что потребовало 55,88 млн. бюджетных средств для компенсации разницы с действующим тарифом (1,56 руб/кВтч).
Полученные нами экологические и экономические оценки в сочетании со статистическими оценками падения занятости населения не отражают повышение качества жизни, о котором многие аналитики делают вывод на основании роста среднедушевого энергопотребления. Эти данные подтверждают вывод Института энергетической стратегии Минэнерго РФ об утрате энергетическим сектором доминирующих функций устойчивого развития в координатах «экономика – энергетика - экология» [3].

Рис. 5. Образование загрязняющих веществ
из-за нереализованного потенциала энергосбережения Приморского края

Следовательно, моделируя развитие региона на основе роста среднедушевого энергопотребления, невозможно ожидать роста качества жизни. И наоборот, используя для этой цели энергосберегающие методы, можно моделировать устойчивое развитие региона в длительной перспективе, в т. ч. за счёт предотвращения образования загрязняющих веществ от сжигания топлива на энергоисточниках. В частности, за счёт реализации потенциала энергосбережения 2002 г. в Приморском крае  возможно было предотвратить образование: СО – на 22,84%;  SO2 – на 44,12%;  NOх – на 47,73%; золошлаковых отходов – на 30,74% от согласованных объемов.
Возможное снижение себестоимости некоторых товаров и услуг оценено на примерах:  строительных материалов и изделий (цемент, керамзит, известь, железобетон, шифер) - на 1,38-43,4%; продуктов питания (хлеб, сахар, пиво, квас, дрожжи, плодоовощные консервы) - на 1,25-17,70%; экспортных товаров (клинкер, флюорит, борат кальция, борная и серная кислота) - на 2,35-14,48%;  теплоснабжения от ведомственных котельных - на 1,23-34,25%; тарифа на электроэнергию от электростанций на 4,6-6,25%.
Принцип дифференцированной ответственности энергопотребляющих объектов ЭПТС за образование загрязняющих веществ от сжигания топлив энергоисточниками пропорционально потенциалам энергосбережения в объектных технологиях сформулирован на основе анализа структуры ежегодных потенциалов энергосбережения Приморского края, полученных в ходе энергетических обследований в течение 1999-2003 гг. более 1100 предприятий и организаций.
Из приведенной на рис. 3 диаграммы следует, что доля электростанций составляла 45,2%. Остальные потери принадлежат другим объектам и подсистемам региональной ЭПТС. Эти потери были компенсированы сжиганием топлива в топливопотребляющих технологиях и на энергоисточниках, связанных с подключенными к ним объектами договорными обязательствами по энергоснабжению. Во всех этих случаях образование загрязняющих веществ было больше, чем должно было быть при нормативном потреблении ТЭР (см. рис. 5).
Поэтому для получения максимально полезных результатов необходимо, во-первых, предусматривать повышение эффективности потребления ТЭР во всех объектах ЭПТС всех уровней. Во-вторых, необходимо устанавливать ответственность за образование загрязняющих веществ каждого объекта ЭПТС. И, в-третьих, такой системно-дифференцированный подход должен предусматривать меры воздействия не только на энергоисточники, но и на потребителей, у которых в течение их жизненного цикла будет обнаруживаться потенциал энергосбережения.
Идея системно-дифференцированной ответственности за загрязнение природной среды в известной степени совпадает с принципами Киотского протокола, реализуемого в рамках планетарной ЭПТС. Некоторые страны (США) подобный подход реализуют на селитебно-террито-риальном и на других уровнях природно-технических систем, так как все элементы какого-либо производственного комплекса солидарно ответственны за загрязнение природной среды на соответствующей территории, поскольку связаны единым производственным процессом.
Раздел теоретической и практической деятельности представлен шестью методами.
Метод действия (энергосберегающая учётная политика) является научно-технической основой методологии. Он предназначен для непрерывного изучения состояния (мониторинг) природно-технических систем и оценки эффективности потребления ТЭР (диагностика).
Метод разработан по результатам исследования причин кризиса в ЭПТС теплоснабжения Приморского края. Исследования проведены с использованием принципа центрального доминирования энергосбережения в системном подходе.
В ходе анализа установлено, что устойчивое развитие кризиса стало возможным вследствие действия ряда антропогенных факторов, которые можно объединить в следующие группы:
- энергозатратная политика региона;
- констатация фактов загрязнения природной среды с незначительным экономическим воздействием за превышение согласованных объёмов образования загрязняющих веществ от сжигания топлив;
- уставная цель служб ЖКХ и промышленных предприятий «получение прибыли» вместо создания качественных условий жизнедеятельности и выпуска энергоэффективной продукции ;
- заинтересованность владельцев капитала в развитии топливно-сырьевого бизнеса, несмотря на негативные последствия для природной среды;
- поощряемая на этапе проектирования минимизация стоимости строительства в ущерб снижению эксплуатационного энергопотребления;
- обсуждение в энергетических, экономических и политических кругах реструктуризации ТЭК вместо ликвидации всех известных и практически доступных источников потерь и нерационального использования энергоресурсов;
- инерция потребителей, многие из которых не знают о пользе, которая может быть получена средствами энергосбережения, или стеснены в средствах для достижения этой пользы.
Для устранения технических и ряда организационных аспектов, порожденных антропогенными факторами, предложен алгоритм метода действия. Ключевым элементом алгоритма является анализ топливно-энергетического баланса ЭПТС всех уровней с периодичностью, которая доступна компьютерным технологиям. Наличие в алгоритме энергоэкологического блока, для оценки влияния каждого объекта на природную среду, а также системный подход (т. е. во всех элементах системы) к совершенствованию топливно-энергетического баланса, повышает эффективность предлагаемого метода в сравнении с действующими методами защиты ЭПТС.
Для оценки предотвращения образования загрязняющих веществ за счёт энергосбережения предлагается метод «Ретроспективной пропорции» (метод прогноза), основанный на  применении к согласованным объёмам образования загрязняющих веществ на энергоисточнике коэффициента топливной пропорции, исчисляемого как отношение топлива, эквивалентного потерям ТЭР у обследуемого потребителя в отчетном году, к годовому расходу топлива, сожжённого энергоисточником, снабжавшим энергоресурсами обследуемого потребителя в базовом году.
Реализация метода «Энергосберегающая учётная политика» с включённым в него методом «Ретроспективной пропорции» отвечает требованиям Международного стандарта ИСО 9001:2000 (см. таблицу)           
                                                              Таблица
        Соответствие метода действия требованиям  ИСО 9001:2000
№ п/п Требования п. 8.5.3   ИСО 9001:2000 «Предупреждающие
действия» Действия потребителей ТЭР в рамках
энергосберегающей учётной политики
1       Установление потенциальных несоответствий и их причин Оценка потенциала энергосбережения
и прогноз защиты природной среды
2 Оценивание необходимых действий с целью предупреждения появления несоответствия Разработка рекомендаций по энергосбережению с целью предотвращения образования загрязняющих веществ
3 Определение и осуществление необходимых действий Выбор и реализация мер, приводящих
к максимально полезным результатам
4 Записи результатов предпринятых действий Мониторинг энергосбережения
5 Анализ предпринятых предупреждающих действий Диагностика природоохранной эффективности реализованных энергосберегающих мер

Максимальную результативность методологии в моделировании развития территорий обеспечивают производственный (кординации) и управленческие (цели и мотиваций) методы (см. рис. 1). Эти методы преобразуют методологию из «совокупности методов» в завершённый процесс, объединенный сквозной целью получения максимально полезных результатов.
Метод координации (карта антропогенных факторов) представлен горизонтально ранжированными факторами, определяющими степень техногенного воздействия на природную среду. По вертикали они сгруппированы по направлениям: энергетическая политика; организация энергосбережения; учётная политика; нормирование расходов ТЭР; мотивации; инвестиции.
На трех нижних уровнях Карты систематизированы наиболее распространённые факторы, сформулированные в виде действующих форм организации работ в сфере потребления ТЭР. На двух верхних уровнях размещены предлагаемые формулировки конечных целей организации работ, отвечающие принципам и методам повышения объективности  мониторинга и адекватности моделирования энергопотребляющих природно-технических систем.
Реализация метода заключается в поступательном движении от нижних уровней к верхним.
Метод цели (формирование энергоэффективных основных фондов) объединяет теоретические и практические принципы и методы за счёт проектирования и эксплуатации энергоэкономичных элементарных ЭПТС (зданий, энергоисточников, сетей, технологий и оборудования), формирующих ЭПТС высших иерархических уровней.
По методу цели построена модель восстановления ЭПТС депрессивного островного поселка Рейнеке, входящего в состав Владивостока. При допустимом количестве постоянно проживающего населения 200 чел. фактически проживают около 30 чел.
Согласно модели, для электроснабжения поселка предлагается ветрогенератор с подпиткой аккумуляторной станции генератором, работающим на биогазе, выработанном из твердых бытовых отходов. Такой вариант электроснабжения предотвращает сжигание на ближайшей электростанции около 407 тут/год. Теплоснабжение посёлка предлагается от гео- или гидротермальных тепловых насосов в сочетании с солнечными коллекторами.
Максимальная полезность результатов этого сценария обеспечивается снижением энергоемкости зданий и повышением качества электро- и теплоснабжения, развитием рекреационно-экологического и технологического (оригинальная энергосистема) туризма, производством марикультуры, развитием инфраструктуры, создающими условия для занятости населения.
Многие полезные результаты в развитии островного поселка достижимы и при электроснабжении острова от материковой энергосистемы. Однако их нельзя считать максимальными, так как: исключается технологический туризм (нет оригинальной энергосистемы); потребуется сжигать топливо на электростанциях с образованием загрязняющих веществ; энерготарифы будут зависеть от цены на топливо.
Метод согласования интересов (метод мотиваций) направлен на урегулирование конфликтов между населением, представителями энергетического бизнеса и органами власти в связи со снижением отчислений в бюджеты от продажи энергоресурсов вследствие уменьшения объемов их потребления за счет реализации энергосберегающих проектов. Он предусматривает развитие правовой базы в сферах стимулирования энергосбережения как бизнеса, администрирования в природоохранной сфере, а также другие действия, ставящие целью получения максимально полезных результатов в длительной перспективе. В качестве новой административной меры предлагается устанавливать для хозяйствующих субъектов прогрессивную плату за провоцирование энергоисточников на загрязнение природной среды неэффективным и нерациональным использованием ТЭР в субъектных технологиях, для компенсации которого требуется дополнительное сжигание топлив с образованием загрязняющих веществ.
Метод образования имеет целью обучение основам энергосбережения и формулировке общественно полезных конечных целей специалистов и широких слоёв населения.

Заключение
Все ЭПТС являются техногенными системами, в которых воздействие инженерно-техни-ческих объектов на природную среду определяется антропогенными факторами – объективностью мониторинга, эффективностью управления, качеством и энергоемкостью производственных процессов, эксплуатационной энергоэкономичностью объектов и др.
О соответствии состояния ЭПТС высшего уровня требованиям нормативно-технических и природоохранных документов невозможно судить достоверно, если не установлено, что этим требованиям соответствуют элементарные ЭПТС, входящие в состав систем более высокого уровня. Получение максимально полезных результатов от модернизации региональных ЭПТС (ТЭК, ЖКХ и т. п.) не представляется возможным, если не обеспечивается получение таких результатов в элементарных системах, являющихся составной частью больших систем.
Предлагаемая методология позволяет вести мониторинг и диагностику ЭПТС различного уровня, получать оценки природоохранной эффективности энергосберегающих проектов, реализуемых на их объектах, и снижать техногенное воздействие энергоисточников на природную среду за счет модернизации ЭПТС в течение их жизненного цикла.
Использование предлагаемой методологии позволяет интегрировать требования ИСО 9001:2000 по качеству ЭПТС, являющимся продукцией различных отраслей строительства, с  требованиями ИСО 1400 по экологически эффективному управлению этими системами.




<< Содержание номера
<< Архив

Дата последнего обновления: 12:29:36/20.11.21
   
     
       
 
ИАА "Информ-Экология"


   
     
 
       
 
Министерство природных ресурсов Российской Федерации


   
     
 
       
 
Счётчик


   
     
 
© Designed&Powered by 77mo.ru. 2007. All rights Reserved.