Фрагментарный подход к вопросам ресурсоснабжения, как одна из причин роста энергозатратности российской экономики

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 её фактиче­ски позиционировано сегодня как приоритетная цель национальной экономики. Издаётся 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 [138].

Основной причиной сложившейся ситуации является отсутствие системно­го подхода к постановке вопроса энергосбережения, которое влечёт возникно­вение целого набора противоречий. Основным противоречием является различие стратегических интересов энергопроизводящих компаний - в максимальном увеличении объёма продаж энергетических ресурсов и стратегических интере­сов потребителя - в их минимальном потреблении последних [138], что в сово­купности с заинтересованностью высшего менеджмента энергопроизводителей максимизировать объём освоенных средств за счёт внедрения наиболее доро­гостоящих технологий приводит к отсутствию ожидаемых результатов в задаче повышения энергоэффективности.

Приведём несколько примеров. В ряде городов Российской Федерации 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 годов постройки снизили потребность в отоплении после реконструкции. Однако нигде не проводилось тепловая наладка - регу­лирование распределения теплоты с учётом изменившихся потребностей. Регу­лировка преретопов 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 объём 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 ведёт к суммарному уменьшению потребления энергии. Снижение потребления тепла в ряде случа­ев восполняется ростом электропотребления за счёт 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 про­центов сегодняшнего потребления.

Представим себе район с тепловой нагрузкой 100 МВт. Потери тепловой энергии в сетях составляют, например, 15 процентов, или 15 МВт. Тепловая нагрузка непосредственно потребителя - 85 МВт. Предположим, что благода­ря различным мероприятиям по энергосбережению потребитель сэкономил 77,5 МВт (или 91 процент), тогда его тепловая нагрузка будет равна 7,5 МВт, а потери в сетях 15 МВт, т.е. 200 процентов тепловой нагрузки потребителя.

В итоге всё это приведёт к тому, что себестоимость энергии у производителя повысится, поскольку уменьшится объём её продаж. Так или иначе, в конечном счёте, эти издержки оплатит потребитель, который и так уже инвестировал немалые средства в энергосбережение, и, как выясняется, часть этих инвестиций, возможно, была напрасной [138]. Таким образом, при фрагментарном подходе к вопросам энергосбережения в результате разнонаправленности интересов производителей и потребителей энергетических ресурсов энергосбережение потребителя зачастую вызывает проблемы у производителя, которые в конечном счёте всё равно оплачивает потребитель.

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 часов (а иногда и 20 часов) выполняют 70-130 местных муниципальных автобусов, при окончании работы - 12-20 местных маршрутных такси. Очевидно, что капитальные затраты на организацию вечерних перевозок микроавтобусами близки к нулю. Для этого не нужно производить никаких инвестиционных вложений, задача имеет реш­ение только в административно-хозяйственной плоскости, однако отсутствие её 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 учёта остановок. Данный пример является иллюстрацией формирования сигналов, на основе которых ежедневно принимаются решения экономическими субъектами (пассажирами), приводящие к большему объёму расходования электроэнергии при достижении одинакового результата - в рассматриваемом случае перевозки пассажиров из городов Пушкино, Железнодорожный, Ногинска, Раменское и так далее в Москву и обратно.

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 200­400 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 потребителю экономически не выгодно будет использовать электроэнергию для частичного отопления, вопрос перехода на осветительные приборы с боль­шим световым КПД и соответственно меньшим тепловыделением является преждевременным.

Но главная проблема массового распространения энергосберегающих ламп заключается в следующем. Отсутствие системы их утилизации в ближайшее десятилетие приведёт к увеличению загрязнения грунтовых вод тяжёлыми ме­таллами.

Ещё один фактор, который должен быть решён на системном уровне, это гармонизация экологического воздействия, что было показано на примере роста выработки электроэнергии на ТЭЦ с последующей её передачей за пределы зон плотной городской застройки.

Вызывает ряд вопросов системная эффективность городской программы надстройки некоторых крупных котельных Москвы (РТС) газотурбинными установками. С одной стороны, перевод источника тепловой энергии в режим комбинированного производства тепла и электроэнергии является одним из наиболее эффективных мероприятий по энергосбережению, с другой - при пере­ходе от фрагментарного к системному рассмотрению необходимо учитывать, что 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 часов/год, и вопрос надстройки ГТУ пиковых тепловых мощностей просто бы не рассматривался.

Аналогично проведение тепловой наладки систем теплоснабжения, обслу­живающих здания, 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 «Энергоресурсоэффективность и энер­госбережение» 16.12.2010 года был приведён такой пример: в одном из сибир­ских городов построили станцию по выработке электричества на газе, идеально учитывающую изменения потребностей города, способную в цифровом режиме регулировать объёмы вырабатываемой и подаваемой энергии. А потом выясни­лось, газ можно потреблять только с одним давлением и с одним объёмом, т.е. в том объёме и под тем давлением, так, 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 [139].

Столь большое количество примеров и отсутствие их «сортировки» по ве­личине вклада в повышение энергоёмкости экономики приведено с целью пока­зать типичность разнонаправленности интересов производителя и потребителя, а также различных отдельных хозяйствующих субъектов, искусственно разоб­щённых и не образующих единый организм современной энергетики Россий­ской Федерации.

Таким образом, без системного подхода единичные мероприятия по энер­госбережению в большинстве случаев не достигают ожидаемого уровня эф­фективности. Приведённые примеры показывают, что необходим комплексный подход, основой которого является учёт особенностей как производителя, сете­вого хозяйства, так и конечного потребителя, требуется возвращение к опреде­лению энергетики, данному Г. М. Кржижановским в части учёта интересов по­требителей и формирование подходов с учётом технологических возможностей XXI века и потребностей потребителя в электроэнергии тепле, газе и прочих видах ресурсов.

Приведём пример, как отсутствие системного подхода к системе энерго­снабжения препятствует повышению эффективности использования уже суще­ствующего оборудования. Можно сколь угодно долго обсуждать термины «уста­новленная мощность», «номинальная мощность», «располагаемая мощность», «максимальная мощность», «предельная мощность», «проектная мощность», «теплофикационная мощность», «мощность при нормальных условиях по ИСО» и т.п. При этом не следует забывать одно - крайне важно, прежде всего, то, на что способен конкретный энергоблок в данный момент времени для удо­влетворения потребностей ОАО «СО ЕЭС» с точки зрения обеспечения систем­ной надёжности, поддержания частоты, участия в регулировочном диапазоне нагрузок и способности участия установки в локализации аварийных режимов в энергосистеме. Энергоблок № 2 Калининградской ТЭЦ-2 в зависимости от внешних условий (например, в зимний период) способен брать (и фактически брал) нагрузку 470 МВт, т.е., значительно превышающую номинальное значе­ние. Другие энергоблоки ПГУ в исправном состоянии способны также брать на­грузку, превышающую номинальную. С точки зрения оказания системных услуг (особенно в аварийных ситуациях) ОАО «СО ЕЭС» это как раз то, что нужно. Однако, своими действиями (ограничивая установленную мощность энергобло­ка № 2 Калининградской ГРЭС величиной 425 МВт) ОАО «СО ЕЭС» юриди­чески и административно ограничивает потенциальные возможности участия энергоблока как в обеспечении надёжности энергосистемы, так и в улучшении ТЭП энергоблоков, ТЭС и отрасли в целом.

Талица 3.14

Режимы работы гипотетических ТЭЦ

В табл. 3.14 в качестве иллюстрации приведены режимы работы гипоте­тической ТЭЦ (аналог московской ТЭЦ-27 с двумя энергоблоками ПГУ-450

(2хГТЭ-160+Т-150-7,4 в составе каждой ПГУ), пятью водогрейными котла­ми КВГМ-180 (и для удобства без 2хПТ-80-130), с нормальными по диспет­черскому графику и диаграмме режимов ПГУ-450 электрической и тепловой нагрузками и аварийным режимом при t_HB= - 25 °C, когда по условиям работы энергосистемы требуется взятие электрической нагрузки сверх номинального значения.

Подход ОАО «СО ЕЭС» по занижению установленной мощности ПГУ подталкивает техническое руководство ТЭС к самоустранению и безразличию в обеспечении системной надёжности и экономичности работы оборудова­ния. Так, например, если по условиям обеспечения системной надежности по­требуется хотя бы на несколько минут увеличить нагрузку энергоблока сверх номинального значения, главный инженер и/или начальник смены электростан­ции могут отказать системному оператору в этом требовании и при этом фор­мально и юридически будут правы. Таким образом, действия ОАО «СО ЕЭС» идут вразрез с его же функциональными обязанностями по обеспечению си­стемной надёжности [120].

Рассмотренные примеры доказывают утверждение: в России в резуль­тате постепенного размывания системного подхода при построении энер­гообеспечения сформировалась среда, повышающая риски и замедляющая развитие экономики. Единичные мероприятия с целью повышения энерго­эффективности не достигают поставленных целей. Возможности снизить потребление топливно-энергетических ресурсов без капитальных вложений не реализуются. Анализ эффективности завершённых мероприятий по энергосбережению в большинстве случаев указывает на их результативность, как правило, при оценке в узковедомственном аспекте потребления одного типа ресурса. Очевидно, что ведомство, которое является заказчиком мероприятия по энергосбережению, интересует минимизация потребления только тех ресурсов, которые входят в круг его полномочий. В итоге при учёте совокупности потребляемых ресурсов на системном уровне эффективность реализованного мероприятия может оказаться кратно ниже, чем при соблюдении интересов всех участников единой технологической цепочки производство­потребление, а в ряде случаев фактически имеет отрицательный системный эффект. В качестве примеров можно привести ряд работ А. А. Богданова [140] и А. А. Салихова [80], 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 отдаётся 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 тяжёлом положении. Более того, именно совершенствование этих структур является не только фактором снижения социальной напряжённости в обществе, но и основным резервом повышения эффективности российской энергетики. Другими словами, только системно-комплексный подход к её развитию может обеспечить необходимые результаты, включая и решение острейшей инвестиционной проблемы [54].

С точки зрения такого подхода эффективность описанной выше программы реконструкции жилого фонда с увеличением теплоизоляционных параметров зданий была бы значительно выше при её 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 объёме круглогодичной тепловой нагрузки горячего водоснабжения. Вместе с тем надстройка РТС, находящих­ся в зоне действия ТЭЦ, газотурбинными установками привели не к экономии энергоресурсов, а к дальнейшему вытеснению работы ТЭЦ из теплофикаци­онного в конденсационный режим производства электроэнергии и так далее. Неоднозначен системный эффект от повышения теплоизоляционных характе­ристик домов, расположенных в зоне теплоснабжения ТЭЦ, приведший к росту нагрузки на энергосистему в связи с увеличившейся установкой кондиционеров и росту летнего пика электропотребления, особенно в условиях отсутствия теп­ловой наладки микрорайонов с реконструированными домами.

Из ловушки, созданной на системном уровне, можно искать выход только на системном уровне и начинать необходимо с самых энергоёмких потребите­лей. Наибольшее внимание необходимо сконцентрировать на группах потреби­телей с максимальным объёмом потребления и особенностях, определяемыми климатическими условиями России, учитывая, что на её долю в 2005 году при­ходилось 44 процента мирового централизованного производства тепла [97].

Выводы

Размытие системного подхода к построению систем жизнеобеспечения на­селённых пунктов, реализация фрагментарных решений в тепло-, водо-, газо-, электроснабжении стали одной из причин роста энергоёмкости российской эко­номики. Большинство единичных мероприятия, даже объединённые в целевые, городские, региональные и т.п. программы энергосбережения, позволяя достичь локальных улучшений показателей ресурсоснабжения, как правило, не дают возможности получения синергического эффекта, который может быть реали­зован только при системном подходе к построению систем жизнеобеспечения. Стремление к выгоде каждого приводит к исчезновению синергии и снижению выгоды от работы системы в целом. Поэтому необходимо формирование нового системного подхода, в рамках которого возможно снижение рисков и гармони­зация интересов участников неразрывной технологической цепочки производ­ство-потребление энергетических ресурсов.

Одним из путей выхода из сложившейся ситуации может быть переход на новые технологические решения с целью снижения издержек. При их развитии необходимо учитывать следующие основные закономерности в изменении структуры энергопотребления:

1. В электропотреблении:

- рост доли потребления коммунально-бытовым сектором и сферой услуг. Более половины роста (58 процентов для Московской области) потребления электроэнергии будет обеспечено за счёт жилищно-коммунального сектора;

- при отсутствии изменений в государственной энергетической политике в дальнейшем будет происходить разуплотнение графика потребления одно- и двухсменных промышленных предприятий, так как система нормирования потребления плановой экономики ушла в прошлое, а рыночные механизмы, регулирующие потребление электроэнергии в разное время суток, работают недостаточно эффективно.

2. В потреблении тепловой энергии:

- отсутствуют предпосылки для суммарного роста потребления тепловой энергии. Прекращение увеличения потребления тепла при росте отапливаемых помещений за счёт повышения эффективности использования тепловой энергии делает маловероятным формирование зон теплоснабжения в городской застрой­ке крупных городов, необходимых для строительства ТЭЦ с суммарной присо­единённой тепловой нагрузкой более 1000 Гкал/час;

- доля электроэнергии, произведённой в комбинированном режиме на ТЭЦ, снижается в результате фиксированного объёма выработки тепла и роста производства электроэнергии, что ведёт к росту удельного расхода топлива на производство электроэнергии и ухудшению удельных показателей существую­щих теплофикационных систем. Для оптимизации удельного расхода топлива и снижения издержек необходим новый подход, позволяющий в период жизнен­ного цикла системы энергоснабжения (который в большинстве случаев превы­шает 50-70 лет), менять соотношение производимой электрической и тепловой энергии.

Поэтому, как ещё более 10 лет назад показал академик Шейндлин А. Е., следует самым серьёзным образом рассмотреть вопрос о прекращении строи­тельства крупных теплоэлектроцентралей и обратить внимание на широкое вне­дрение малых электростанций, работающих по комбинированному циклу. При этом прекратить массовое строительство трудно ремонтируемых и практически незаменяемых (в крупных населённых пунктах) тепловых сетей [73].

В качестве частных выводов можно отметить:

В общем потреблении тепла и электроэнергии населёнными пунктами Российской Федерации доля энергии на цели теплоснабжения, включая электроэнергию на функционирования систем теплоснабжения, превышает 80 процентов. В связи с этим в Российской Федерации затраты на теплоснабжение в структуре энергообеспечения населения являются наибольшими в мире. В среднем платежи населения за тепло в три раза выше, чем за электроэнергию и определяют не только комфортность, но и доступность проживания в муниципальных образованиях. На примере Краснодарского края - региона, где роль теплоснабжения не столь значима по сравнению с более северными регионами, показано, что отношение максимальной и минимальной величины тарифа на теплоснабжение различается в 27 и более раз в пределах одного субъекта Российской Федерации. Характер распределения ресурсоснабжающих организаций как по величине тарифа для различных населённых пунктов Российской Федерации, так и по объёму предоставляемых услуг не зависит от профиля деятельности и имеет одинаковый характер для услуг теплоснабжения, водоснабжения, водоотведения. Величина тарифов на услуги водоотведения различается более чем в сто раз в пределах одного региона.

Величина тарифа определяется издержками производства соответствую­щей услуги, а существующая система тарифообразования не стимулирует их снижение. В малых населённых пунктах такие удельные показатели, как длина сетей, количество сотрудников ресурсоснабжающего предприятия на тысячу жителей, расход первичных энергоресурсов на единицу отпускаемой продук­ции (Гкал, м³ воды и т.д.) выше, чем в крупных городах. В результате величины тарифов в среднем имеют более высокие значения в малых городах, посёлках городского типа и сельских поселениях, чем в крупных городах. Дополнитель­ный вклад в снижение стоимости энергоснабжения в крупных городах вносит уменьшение издержек в результате комбинированного производства тепловой и электрической энергии на ТЭЦ. Тарифы на тепло, отпускаемое ТЭЦ, значи­тельно ниже, чем на вырабатываемое котельными. Как правило, тарифы на услуги, представляемые специализированными предприятиями (теплосетями, водоканалами), выше тарифов ведомственных предприятий.

Анализ деятельности систем тепло и водоснабжения, а также водоотведе­ния населённых пунктов Российской Федерации показал, что существующая сегодня система тарифообразования ЖКУ оказывает существенное влияние на долгосрочное развитие страны. Одной из причин перераспределения человече­ских ресурсов из малых городов, посёлков городского типа, сельских поселений в крупные мегаполисы является более высокая стоимость оплаты ЖКУ в ма­лых населённых пунктах. Существующая система перерасчёта тарифов мето­дом индексации с течением времени ведёт к более высокой дифференциации стоимости проживания в малых и крупных населённых пунктах в абсолютных величинах.

По доле платежей за ЖКУ в структуре расходов населения Россия вышла на лидирующие позиции, обогнав не только страны с тёплым климатом и мень­шими потребностями в топливно-энергетических ресурсах, но и скандинавские страны. Если принять во внимание более высокие в среднем тарифы в совокуп­ности с более низкими доходами в малых городах, посёлках городского типа и сельских поселениях, то можно сделать утверждение о значительно большей доле затрат на ЖКУ в структуре расходов жителя российской глубинки, чем в европейских странах. Помимо этого, использование менее экологичных энер­гоносителей в малых населённых пунктах ведёт к значительным социальным издержкам. Это требует поиска новых подходов, в том числе использования опыта развития энергетики западных стран с условием учёта особенностей Рос­сийской Федерации.

Утверждения о целесообразности перевода существующих ТЭЦ в режим ПГУ и строительства новых ПГУ ТЭЦ рядом с крупными городами (например, Хуадянь-Тенинской ПГУ ТЭЦ 450 МВт под Ярославлем) требуют корректиров­ки. Как показывает практика, в результате снижения потребления промышлен­ными предприятиями, выработка электроэнергии в крупных городах на ТЭЦ даже без учёта ПГУ избыточна. В каждом конкретном случае необходимо про­водить анализ соотношения потребления электроэнергии в пределах города, где расположена ТЭЦ, и объёма производства электроэнергии на ТЭЦ. Нецелесо­образно производить экологически чистый продукт в районах с максимальной плотностью населения для последующей его передачи в районы с меньшей плотностью населения. Увеличение производства электроэнергии в Российской Федерации по возможности необходимо обеспечивать без увеличения экологи­ческой нагрузки на крупные города и мегаполисы, в которых расположены ТЭЦ. Установка ПГУ на КЭС приводит к большей эффективности использования топ­лива для производства электроэнергии по сравнению с ТЭЦ за счёт лучших па­раметров термодинамического цикла, которые обеспечиваются на КЭС.

Требуется на системном уровне провести сопоставление влияния вклада в замедление экономического развития в результате роста стоимости энерго­снабжения на протяжении всего года и снижения деловой активности и умень­шения пикового потребления в период пятидневного прохождения максимума потребления за счёт кратного роста стоимости пиковой электроэнергии на этот период.