Системные методы энергосбережения в рыночных условиях

Только самые ленивые эксперты не пишут сегодня об энергосбережении. Особое внимание при этом  обращается на  новые возобновляемые и нетрадиционные источники энергии, а также  на  сбережение энергии при ее транспортировке и у потребителя. Написано много статей, проведено  великое множество выставок (где почему-то предметом особой любви  организаторов являются всяческие электрические, водяные и газовые счетчики, не сберегшие нигде и никому ни единой  калории, а позволяющие только сделать оплату использованной энергии более справедливой), однако  что-то особых сдвигов пока нет. Попробуем, используя всемогущий системный подход, разобраться, в чем причины этого и  наметить хотя бы ориентировочно пути решения задач энергосбережения в условиях рыночной экономики.

Не имея возможности  изложить в статье  основы системного анализа, ограничусь буквально одним абзацем самых необходимых для дальнейшего изложения сведений о нем. Системный подход предполагает  иерархичность (т.е. возможность построения этакой лестницы из взаимоподчиненных уровней иерархии системы), наличие прямой и обратной связи между уровнями иерархии,  необходимость  учитывать  наличие  своих собственных характерных параметров  на каждом уровне системы,   наличие  лимитирующего  иерархического уровня в каждой системе и, наконец,   необходимость  проводить  оптимизацию системы именно на лимитирующем уровне, с использованием  средств воздействия, соизмеримых по параметрам  с  параметрами именно лимитирующего уровня. Многие положения, изложенные в этой статье, были обоснованы в нескольких статьях по энергосбережению, опубликованных в этом блоге.

Уже первые результаты системного анализа  современных подходов к энергосбережению привели к  обескураживающим выводам о том, что набор средств и методов,  стратегия и тактика энергосбережения  и  ресурсосбережения практически  идентичны. Мало того,  они совпадают и  с методами экологизации производственных объектов. Это позволяет сделать первый, на наш взгляд, очень важный вывод о том,  что энергосбережение является лишь видом оптимизации системы  и  должно проводиться  традиционными методами  с единственным отличием –   параметр оптимизации  -  не интенсивность или эффективность, не экологичность или гибкость,  не надежность и долговечность системы, а удельный  расход энергии (на единицу продукции, например). Второй, не менее важный,  вывод подсказывает  системный  анализ:  энергосбережение будет наиболее эффективным и  результативным, если его проводить одновременно и совместно  с  технологической оптимизацией и  экологизацией  объекта, ибо, прежде всего, как отмечено выше,  набор методов воздействия идентичен, а также успешно  работают эффекты  эмерджентности и  интерэктности (иногда  говорят о синергизме), которые свидетельствуют о взаимном влиянии, суммировании, усилении эффектов при  совмещении.  

И, наконец,  третий вывод заключается в том, что  максимальный эффект  энергосбережения получается  у потребителя энергии, хотя в последнее время  активизировались работы и на стадии производства  энергии. К примеру,  когенерационная станция   для совместного  производства тепла и электроэнергии, разработанная Институтом технической теплофизики, в состоянии обеспечить теплом и дешевой электроэнергией  всех жителей целого микрорайона и  представляет интерес не столько в научном  плане, сколько как положительный пример использования рыночных механизмов для решения задач энергосбережения. Действительно,  кому, как не среднему и малому бизнесу, развернуться в подобных проектах, когда электроэнергия вырабатывается на базе уже существующих тепловых генераторов - котлов, печей и т.п., ничего нового строить уже не надо, необходимо только надстроить действующий теплогенератор собственным энергетическим агрегатом. А это значит, что сооружение когенерационных установок не требует больших капиталовложений. Котельная, переоборудованная в когенерационную станцию, может снабжать электроэнергией тот же жилмассив города, который она снабжает теплом. При этом снижаются потери электроэнергии в линиях электропередач. Естественно, что  достаточно низкая стоимость и высокая эффективность  уже привлекают пристальное внимание к инвестированию строительства когенерационных установок со стороны частного капитала и собственных средств предприятий. В сложившемся экономическом поле Украины  основная  часть когенерационной энергетики, безусловно, будет сооружаться частными и акционерными компаниями. А по мере развития когенерации в теплоэнергетике  появится реальная конкурентная среда на рынке электроэнергии, тем более, что все генерирующее оборудование выпускается на украинских предприятиях  ( ЗМКБ "Прогресс", ОАО "Мотор-Сич", завод им.Малышева, ОАО "Первомайскдизельмаш", НПП "Машпроект" и десятки других). Цена отечественного оборудования существенно ниже по сравнению с аналогичным оборудованием зарубежного производства.

Можно было бы в подтверждение успехов решения задач энергосбережения на стадии производства энергии привести  и другие примеры, в частности,  использования нетрадиционных источников  энергии (например, отходов сельскохозяйственных производств, шахтного метана,  продуктов утилизации бытового мусора и  отработанного активного ила очистных сооружений и др.). Одна из основных проблем энергосбережения, которая постоянно на слуху, — переход на возобновляемые и экономически выгодные источники энергии. Здесь ситуация та же: много слов — мало дела.  Сегодня так называемых альтернативных источников энергии у нас немало. Беда в том, что мы очень нерационально их используем: в основном фотосинтез и энергию ветра, немножко — гидроэнергию. Все остальное, в буквальном смысле слова, пропадает.

Приведу несколько примеров.  Есть прекрасная разработка днепропетровского ООО «Инсолар» — гелиопрофиль ТЭПС, позволяющий использовать экологически чистую солнечную энергию. Великолепная работа, о ней знают даже за рубежом, а у нас гелиопрофили практически не применяются. Спрашивается, почему? Есть разработка, оборудование, специалисты… Или ситуация с запасами угля. Мы привыкли его сжигать. Но сегодня уголь, тем более такой некачественный, как, например, у нас в западном Донбассе, стараются не сжигать, а с успехом используют для синтеза газа, пригодного для применения взамен природного. Соответствующие установки в Украине тоже есть, но у нас такие технологии пока не востребованы. А в России их давно и вполне успешно используют. Еще пример — компактные мобильные установки непрерывного действия для переработки изношенных шин и резиновых отходов. Продукты переработки: мазут, технический углерод, сталь, тепло, горючий газ. Преимуществ множество: мобильность, энергетическая независимость, экологическая, пожарная и взрывобезопасность, безотходное производство, ликвидная продукция. Работам в этом направлении уже много лет, но они, к сожалению, тоже пока не реализованы. Как-то  притихли в последнее время сторонники  создания производств биодизеля, хотя  многое уже было сделано. Это экологически чистый вид топлива, используемый для замены, а следовательно, экономии обычного дизельного топлива. Сырье для его производства — растительные масла: рапсовое, соевое, арахисовое, пальмовое, отработанные подсолнечное и оливковое (уже использованные, к примеру, при приготовлении пищи), а также животные жиры. Биодизель может использоваться в обычных двигателях внутреннего сгорания как самостоятельно, так и в смеси с дизтопливом и некоторыми растворителями без внесения изменений в конструкцию двигателя. И при этом у него - целый ряд преимуществ: биодизель не токсичен, практически не содержит серы и канцерогенного бензола; разлагается в естественных условиях; обеспечивает значительное снижение вредных выбросов в атмосферу при сжигании; имеет высокую температуру воспламенения (более 100°С), что делает его использование относительно безопасным; его источником являются возобновляемые ресурсы. Кроме того, производство биодизеля легко организовать, в том числе в условиях небольшого фермерского хозяйства, используя при этом недорогое оборудование. Эта технология уже получила широкое распространение в Германии, Австрии, Чехии, Франции, Италии, Швеции, США. Очень серьезное, перспективное направление. А мы пока  увлеклись выращиванием рапса на украинских полях для  производства биодизеля…  на Западе. У нас есть и необходимое сырье, и разработки, и специалисты. Почему же биодизель в Украине до сих пор не работает?  Причина одна – нет серьезного, профессионального менеджмента по этому направлению, который учитывал бы его рыночные аспекты. Есть еще очень интересная разработка Днепропетровского государственного университета по эмульгированию мазутных топлив. Подобное ноу-хау успешно внедрено в Дании и многих других странах, где уже используют сотни тысяч тонн эмульгированного мазута. Такое топливо не нужно разогревать, особенно удобно его применение в зимних условиях. Но в Украине такая технология практически никому не нужна.

Или проблемы с отработанным активным илом, которого только в Днепропетровске скопилось уже сотни тысяч, если не миллионы,  тонн. Его запрещено использовать в качестве удобрения, поскольку в нем много тяжелых металлов. Но это прекрасный источник энергии. Существуют пиролизные установки, работающие на изношенных шинах, на бытовых отходах, на том же активном иле — на любой органике. Они небольшого размера, устанавливаются неподалеку от котельных, способны генерировать энергию, которой хватает для отопления целого прилегающего жилого района. Есть совершенно оригинальная, разработанная  учеными Днепропетровска и Запорожья технология  комплексной глубокой переработки  отработанного активного ила, основанная на использовании индустриально – аграрного симбиоза, позволяющая решить не только экологические проблемы, но и  достичь  существенных экономических результатов.

Приведенные примеры иллюстрируют: сегодня нам есть из чего выбирать. Между тем,  запасы угля, нефти, газа, сырья для выработки атомной энергии — так называемых невозобновляемых источников — уменьшаются из года в год.  Это должно приводить к увеличению энергетического «вклада» возобновляемых: ветра, воды, солнца….  Дело за менеджментом.

Серьезный менеджмент  в реализации  программ энергосбережения у нас в стране давно крайне необходим.  Многие специалисты всерьез сомневаются в  правильности расходования огромных средств на развитие ветроэнергетики (под “авторитетных”  инициаторов проектов) с использованием ветроагрегатов высокой единичной мощности, строительство  сооружений, использующих солнечное тепло, также огромной мощности. Может, стоит учесть опыт развитых стран по  созданию и использованию в индивидуальных  жилых строениях  ветроагрегатов малой мощности, по использованию  солнечных батарей также малой мощности, рассчитанных на потребности одной… квартиры.  Может быть,  попридержать  сланцевые аппетиты наших бизнесменов в пользу использования шахтного метана, о котором вообще молчат в последние годы.  Этих ”может”  можно назвать  еще десятки,  но   “судьбоносные” решения в области энергосбережения  по-прежнему принимаются властью  кулуарно без  серьезного обсуждения  в обществе, прежде всего, с участием независимых от бизнеса экспертов.

Источники энергии и того, и другого вида имеют свои положительные и отрицательные стороны. Их необходимо учитывать, используя системный анализ, подбирая технологии в соответствии со свойствами объекта, который мы рассматриваем. Всегда можно четко определить, когда и какие источники рациональнее применять. Современный энерготехнологический и экологический инжиниринг основан не только и не столько на дизайне современной технологии, сколько на искусстве выбора оптимального оборудования и методов воздействия на систему. Делать это необходимо на базе системного анализа, концепции устойчивого развития и использования современных информационных технологий. А решить тот или иной конкретный вопрос только за счет технологии — даже самой передовой — попросту невозможно.

Сегодня мы потребляем в 5 - 8 раз больше энергии на единицу ВВП, чем в среднем по Европе. Энергию мы теряем при ее производстве и транспортировке, но наиболее расточительным ее потребителем является сфера промышленного производства. К сожалению,  реструктуризация и приватизация в промышленности отнюдь не способствовали пока переходу на энергосберегающие технологии. Не сказала своего слова по этим вопросам и  украинская наука, хотя  она уже много сделала и разработала для этого - методы системного анализа,   концепцию устойчивого развития и использования современных информационных технологий. По крайней мере, можно уже  сформулировать следующие  научные подходы к энергосбережению:

• системный анализ,
• совмещение  технологических стадий с противоположными тепловыми эффектами,
• рециркуляция материальных и энергетических потоков, индустриально - аграрный симбиоз,
• глубокое малоотходное превращение различных видов энергии и  вещества в пригодные для использования  виды энергии,
• повышение энергетического потенциала   низкопотенциальных энергоисточников и др.
  

Остановимся на стадии потребления, где, чаще всего, ввиду низкой эффективности технологии теряется основное количество энергии, используя для этого формат своеобразной экскурсии по методам энергосберегающего потребления. С позиций системного анализа рассмотрим   некоторые  новые принципы  энергосбережения, вошедшие в практику  сравнительно недавно.

 

1. Наиболее эффективным приемом энергосбережения, уже получившим значительное распространение на Западе, является принцип индустриального симбиоза - совмещения якобы несовместимых объектов, материальных и энергетических потоков в единый энерготехнологический комплекс, связанный материальными и энергетическими потоками в сложную многоуровневую систему, где «работают»  практически все  отходы  (энергетические и материальные) одних производств в качестве вторичного сырья техногенного происхождения для других производств.
   

2. При таком симбиозе появляется возможность реализовать также известный принцип рециркуляции, когда не добиваются полного использования исходного сырья или энергии, а обеспечивают наиболее выгодные режимы переработки при экономически оптимальной конверсии (так называют специалисты полноту превращения сырья в целевой продукт) — обычно 20—30 процентов, выделяя после этого готовый продукт (вещество или энергию) и возвращая неиспользованные ресурсы в начало процесса.
   

3. Существует еще концепция обеспечения энергетической малоотходности не только за счет утилизации энергетических отходов, но и путем повышения селективности — выхода высокопотенциального целевого продукта. Главное в том, что эта концепция сводится не к стремлению бороться с энергетическими низкопотенциальными отходами, а требует вести процесс так, чтобы минимизировать их образование.
   

4. Современная энергетическая оптимизация технологии предусматривает также локальную обработку выбросов по возможности как можно ближе к источнику их образования. Это своеобразная альтернатива принятому у нас принципу создания глобальных сооружений для утилизации отходов энергии. При современном подходе установки утилизации энергетических отходов должны быть составной частью промышленного объекта, включенной в основную технологическую линию.
   

5. Еще один достаточно эффективный принцип — комплексность в решении задач уменьшения энергопотребления промышленными установками. При этом подразумевается, прежде всего, решение комплексной задачи по созданию энергетической техники как единства технологии и оборудования.
   

6. Наряду с  комплексностью необходимые требования энерго - ресурсосберегающих  технологий обеспечиваются достаточным уровнем гибкости. Под гибкостью  при этом подразумевается количественный показатель, отражающий возможность работы технологии и оборудования в  широком диапазоне изменения  внешних  и  внутренних параметров установки с заданными значениями уровня образования  побочных   продуктов и энергетических выбросов.
   

Кроме принципов  энерго- ресурсосбережения  в промышленных установках,  определены также наиболее употребительные приемы  для их реализации,  в частности,  применительно к перерабатывающим отраслям производства. Среди них следует разграничить  две  тесно связанные между собой группы методов - режимно - технологические и аппаратурно-конструктивные.  Наряду с традиционными для  любой области техники методами (замкнутость структуры и многофункциональность оборудования, интенсификация) особенности перерабатывающих отраслей предопределяют использование некоторых специальных методов энергосбережения.   Среди них:

·     минимизация времени обработки и избыток одного из реагентов, приводящие чаще всего к повышению селективности и уменьшению образования побочных потоков вещества и энергии,

·     рекуперация, замкнутость потоков вещества и энергии,  приводящие к "идеализации" режимов синтеза и значительному уменьшению скорости побочных  процессов,

·     совмещение синтеза и разделения в сочетании с   гетерогенизацией, позволяющее существенно уменьшить образование побочных продуктов  за  счет отвода целевого  продукта из реакционной зоны в момент его образования,

·     адаптивность технологии и оборудования,  позволяющая обеспечить надежную работу технической системы за счет "внутренних"  резервов (гибкости)  установки,  что  уменьшает возможность залповых выбросов энергии или вредных веществ или получения некондиционного продукта.

Современная  методология энергосбережения у потребителя  основана на системном анализе и позволяет  сформулировать основные стратегические принципы и определить тактические приемы их реализации. Именно системность в качестве  основного принципа энергосбережения  положена в основу приведенного далее  алгоритма энергосбережения. Главное, необходимо двигаться по вертикали уровней иерархии снизу вверх и решать комплексную задачу энергосбережения путем  создания техники  с позиций единства технологии и оборудования. Таким образом, принцип комплексности в этой трактовке подразумевает одновременное решение вопросов оптимизации (улучшения энергетических характеристик) аппаратурного и технологического оформления процессов.

Ниже приводится алгоритм энергосбережения у потребителя с некоторыми пояснениями, опирающимися на изложенные выше соображения.

1. Декомпозиция системы . Анализ исходной информации, включающий обследование производства, с целью декомпозиции производства по типовым уровням иерархии (например, производство - цех - установка - аппарат - контактная ступень - молекулярный уровень).

2. Идентификация исходного уровня. Выявление лимитирующего нижнего уровня иерархии с точки зрения энергосбережения.

3.   Повышение селективности   собственно технологических стадий переработки на лимитирующем уровне иерархии. Этот этап является одним из наиболее трудоемких, требующих определенного уровня профессионализма. Кроме производственников, работников энергоаудитных служб и т.п., для его выполнения необходимо привлекать экспертов, специалистов научно-исследовательских и проектных организаций, освоивших методы оптимизации на основе системного подхода. При выборе таких методов воздействия на систему на лимитирующем уровне, которые соответствуют по режимным и геометрическим параметрам масштабу лимитирующего уровня, предполагается использование так называемого принципа соответствия, согласно которому необходимо подбирать такие методы воздействия с такими параметрами, которые  соответствуют, например,  определяющим амплитудно-частотным характеристикам на лимитирующем уровне.

4.   Предотвращение низкопотенциальных   выбросов энергии      ( Pollution Prevention ). Современное энергосбережение предусматривает не обезвреживание выбросов "вообще" в смешанном жидком или газовом сбрасываемом потоке, а локальную утилизацию или повышение энергопотенциала  выбросов во-первых по возможности для каждого потока, а во-вторых, как можно ближе к источнику их образования.

5.    Промышленный  межотраслевой симбиоз. Менеджмент энергетическими отходами . Дороговизна методов энергосбережения  оказывается кажущейся, если принять во внимание затраты не только на производство продукции, но и на  природоохранные мероприятия, связанные с необходимостью утилизации энерговыбросов с целью, хотя бы, предотвращения ущерба окружающей среде.

6. Технико-экономический анализ выбранных направлений и методов энергосбережения с составлением расчетов, учитывающих не только затраты на энергосбережение и его результаты в сфере производства, но и платежи за ресурсы, платежи за сверхнормативные выбросы и другие экономические показатели, выполняется совместно специалистами предприятия и экспертами, способными комплексно оценить все результаты энергосбережения. Цель расчетов - определить приоритеты в области инвестиций в энергосбережение на всех этапах жизненного цикла объекта и на всех иерархических уровнях объекта.

 

Анализ структуры  энергопотребления показывает, что  одним из наиболее   энергорасточительным  сегментом рынка  энергопотребления является жилищно -  коммунальное хозяйство (ЖКХ).  К сожалению, пока почти все специалисты по энергосбережению  экономят энергию  преимущественно у потребителей (борются с открытыми  форточками, пропагандируют cтеклопакеты, применяют экономные лампочки, увлекаются заменой электросчетчиков, установкой счетчиков газа и горячей воды и т.п.). Все это, конечно, важно и необходимо, но  есть  более  важные, глобальные  проблемы и задачи энергосбережения  в ЖКХ,  которые  сформулированы ниже.

1. Переход на возобновляемые  и экономически выгодные  источники энергии

2. Освоение и использование  концепции устойчивого развития.
3. Имплементация  системного подхода при  решении проблем энергосбережения в ЖКХ

Основной стратегической задачей системного энергосбережения является  обеспечение устойчивого развития  страны на всех иерархических уровнях. Наиболее эффективные тактические приемы реализации  системного подхода:

• Программно – целевое планирование энергосберегающего проекта,
• системный анализ на различных уровнях иерархии,
• совмещение  технологических стадий с противоположными тепловыми эффектами,
• рециркуляция материальных, энергетических и информационных потоков, индустриально - аграрный симбиоз энерготехнологических процессов в пространстве и времени,
• глубокое малоотходное превращение  различных видов энергии и  вещества в пригодные для использования  виды энергии,
• повышение энергетического потенциала    низкопотенциальных энергоисточников и др.
• использование реакционно - разделительных процессов,
• использование  современных режимно-технологических и аппаратурно – конструктивных  методов оптимизации,
• использование  принципа соответствия методов воздействия на систему амплитудно – частотным характеристикам уровня, на котором это воздействие осуществляется.

4. Использование  современных информационных технологий, использование которых позволяет решить проблему информационного голода

5. Использование при решении задач энергосбережения в ЖКХ рыночных механизмов,  привлечение  предпринимателей и  субъектов  среднего и малого бизнеса.

 6. Создание  инфраструктуры для  реализации современных подходов к энергосбережению в ЖКХ.

 7. Решение финансово – организационных вопросов  энергосбережения в ЖКХ

(к примеру, использование  механизмов грантового финансирования,  возможностей  центров  инновационных технологий,  бизнес – инкубаторов, служб бизнес – ангелов и др.  При использовании  концепции современного  технологического бизнеса инновационный алгоритм атакующего бизнеса в области энергосбережения имеет вид:

• Создание информационного поля  о проекте (чаще всего сайт в корпоративных сетях) и предприятии (к примеру, сайт в американской сети www.ukrainebiz.com или на портале  инкубатора ВТБИ).
• Поиск потенциальных партнеров и инвесторов с использованием оригинальных и эффективных метапоисковых систем и методик.
• Бизнес планирование ( оплачивает инвестор).
• Фандрайзинг и менеджмент проекта.

 8. Повышение профессионального уровня  субъектов энергорынка ЖКХ.

Активные тренинги Приднепровского центра чистых производств уже зарекомендовали себя  как  наиболее динамичная,  активная  форма  повышения профессионализма в области энергосбережения. Наиболее популярны в настоящее время три тренинга в области энергосбережения:

• Менеджмент энерго -  ресурсосбережением.
• Энергобизнес на основе информационных технологий.
• Работа  на рынке инвестиций на основе информационных технологий.

Пора перейти от бесплодных разговоров  и от нашей обычной созерцательности и пассивности к активной работе по энергосбережению. Основой для этого должны стать системный анализ и современные информационные технологии,  а реализовать эту концепцию смогут  специалисты,  овладевшие ими.