Основы Энергоэффективности и энергосбережения

Интерпретируя эти понятия, энергосбережение следует определять как комплекс мер или действий, предпринимаемых для обеспечения более эффективного использования энергетических ресурсов. А энергоэффективность - это отношение фактического значения показателя использования энергетических ресурсов к теоретически достижимому. Отсюда следует, что энергоэффективность - это измеряемая величина, позволяющая оценить результат процесса, а энергосбережение - это деятельность по достижению энергоэффективности.

В литературе можно встретить также трактовку этих понятий для определенных сфер деятельности. Например, для систем энергоснабжения термин энергоэффективность применяют для стадии производства энергии, а термин энергосбережение - для стадий транспорта и сбыта (потребления) [1].

Особо высокая энергоемкость в России характерна жилищно-коммунальному хозяйству [8 - 10]. По оценке специалистов Минэнерго РФ, потенциал энергосбережения и повышения энергоэффективности в ЖКХ составляет 25% всего соответствующего потенциала в РФ. Если в ЖКХ эффективно проводить программу повышения энергоэффективности и энергосбережения, то можно получить снижения затрат на услуги от 15% до 40%. При отсутствии скоординированной государственной политики по энергоэффективности и энергосбережению темпы снижения энергоемкости к 2015 г. могут резко замедлиться. Это может привести к еще более динамичному росту спроса на энергоресурсы внутри страны, а нехватка энергии может стать существенным фактором сдерживания экономического роста страны. Запасов нефти и газа в России достаточно, однако увеличение объемов добычи углеводородов и развитие транспортной инфраструктуры требуют значительных инвестиций.

Существует два пути решения возникшей проблемы:

- первый - крайне капиталоемкий путь наращивания добычи нефти и газа и строительства новых объектов генерации электроэнергии;

- второй, существенно менее затратный, связан с обеспечением экономического роста в стране за счет повышения эффективности использования топливно-энергетических ресурсов.

Следует отметить, что на практике необходимо рациональное сочетание первого и второго вариантов с несомненным приоритетом энергоэффективности и энергосбережения.

Суммарное энергопотребление России в настоящее время составляет порядка миллиарда тонн условного топлива. При доведении внедрения энергосберегающего и энергоэффективного оборудования до уровня стран-членов ЕС, энергопотребление снизилось бы до величины 650 млн. тут. Другими словами, около 35% энергии у нас теряется.

Это требует обеспечения быстрейшего освоения части потенциала энергоэффективности и энергосбережения за счет реализации малозатратных мероприятий в первую очередь в ЖКХ и бюджетной сфере. Именно здесь государство имеет наиболее благоприятные возможности управления эффективным потреблением энергоресурсов. В целом по федеральной бюджетной сфере потенциал энергосбережения оценивается в 18 - 22 млн. тут. В ЖКХ потенциал энергосбережения составляет 95 - 110 млн. тут. Ключевая проблема ЖКХ  - повышение надежности и экономичности теплоснабжения, поскольку 20% всех тепловых источников находится в этом секторе экономики, и 20 - 30% (а порой и более) расходной части бюджетов муниципальных образований используется на нужды теплоснабжения.

Как отмечалось выше, оплата услуг теплоснабжения в нашей стране большей частью производится на основе нормативов, когда все потери при транспортировке включаются в расчет за отопление.

По оценкам специалистов, до 70% тепла отечественных ТЭЦ не доходит до потребителей, из них 40% теряется в теплосетях (по данным официальных федеральных источников - 18%, ОАО «Татэнерго» - 7%, что вызывает большое сомнение) и 30% - непосредственно в домах. На первый взгляд цифры эти выглядят неправдоподобно большими. Но надо принимать во внимание тот факт, что основной объем теплотрасс был построен или реконструирован в 1970 - 80 годы. Поэтому в настоящий момент износ тепловых сетей и сопутствующих инженерных сооружений во многих регионах России приблизился к критическому уровню и составляет 50 - 75%. Это становится причиной участившихся утечек и аварий, массовых отключений теплоснабжения жилых и муниципальных зданий.

Наиболее эффективной мерой снижения потерь при транспортировке теплоносителя является применение при прокладке теплотрасс предизолированных труб. В этом случае стальная труба покрывается теплоизоляцией из пенополиуретана (ППУ), для защиты которого от механических повреждений используют оболочку из полиэтилена.Такие теплопроводы позволяют на 80% устранить возможность повреждения трубопроводов от наружной коррозии, сократить потери тепла через изоляцию в 2 - 3 раза, чем при использовании конструкций с армопенобетоном и битумоперлитом и в 10 раз, чем при использовании труб с минераловатной изоляцией. Они позволяют снизить в 2 - 3 раза сроки строительства, снизить в 1,2 раза капитальные затраты при прокладке теплотрасс по сравнению с канальной прокладкой Теплотрассы из таких труб не замачиваются, практически не подвержены воздействию коррозии за счет грунтовых вод и могут служить без замены не менее 30 лет [1]. Трубы с другими видами теплоизоляции имеют максимальный срок службы до 10 - 15 лет (фактически до 5 - 7 лет). Удельная повреждаемость трубопроводов тепловых сетей с ППУ почти в 10 раз ниже, а долговечность в несколько раз выше по сравнению с применяемыми в России типами бесканальных и канальных прокладок. Значительно снижаются эксплуатационные расходы по обслуживанию теплотрасс - годовые затраты на эксплуатацию теплосетей с ППУ - изоляцией в 9 - 10 раз ниже, чем обычно.

Такая же картина наблюдается и при анализе тепловых потерь в жилых и общественных зданиях. Как известно, важнейшим фактором эффективности теплоснабжения является состояние теплоизолирующих свойств отапливаемых зданий. Из-за низких цен на энергоносители в советское время действовавшие в то время СНиПы допускали сниженные параметры термического сопротивления элементов строительных конструкций. При этом предполагалось, что необходимые температурные параметры помещений могут быть достигнуты за счет отопления.

Начиная с 1995 г. в России федеральными нормами законодательно закреплено строительство зданий с обязательным утеплением стен с применением тройного остекления окон, термостатов на отопительных приборах, с оборудованием каждого здания автоматическим регулированием подачи тепла на отопление и приборами учета тепла и воды.  

Уровень теплозащиты большинства зданий существенно ниже, чем современные нормативные требования, предъявляемые к сопротивлению теплопередаче ограждающих конструкций. По официальным данным Госстроя России, фактические тепловые потери в жилых домах на 20 - 30% превышают проектные значения вследствие низкого качества строительства и эксплуатации. В основном в ранее построенных зданиях средней полосы России сопротивление теплопередаче составляет:

- для стен 0,9 - 1,1 кв.м*град./Вт;

- для окон 0,39 - 0,42 кв.м*град./Вт;

- для покрытий около 1,5 кв.м*град./Вт.

Принятые недавно нормативные требования увеличили требуемые значения сопротивления теплопередаче:

- для стен до 3,0 - 3,5 кв.м*град./Вт;

- для окон до 0,55 - 0,60 кв.м* град./Вт;

- для покрытий до 4,5 - 5,0 кв.м*град./Вт,

т. е. в 3 раза для стен и покрытий и в 1,5 раза для окон.

Однако новым требованиям пока соответствует лишь несколько процентов всего жилого фонда страны. Исследования показывают, что при эксплуатации традиционного многоэтажного жилого дома через стены теряется до 40% тепла, через окна - 18%, подвал - 10%, покрытия - 18%, вентиляцию - 14%. Причем, с увеличением этажности дома удельный вес потерь через стены и окна увеличивается и достигает соответственно 50 и 35%. Необходимо иметь ввиду также, что в любом, даже хорошо отапливаемом доме, имеется большое распределение температур в квартирах. При средней температуре в весьма благополучной квартире 21°С разброс значений температур в других может находиться в пределах от 14 - 15°С до 25°С. В среднем различие в температурах между хорошо отапливаемыми и плохо отапливаемыми квартирами составляет 5 - 7°С.

Отопление таких зданий требует больших затрат топлива и, как следствие, финансовых средств. Для достижения требуемых значений по теплозащите стен и покрытий наряду с традиционными используют новые теплоизоляционные материалы (новые виды минеральной ваты, пенопластов, пенобетонов и т.д.). Для оснащения окон используют многослойные герметичные стеклопакеты, изготавливаемые из обычного или специального стекла. Утеплить стены домов можно с помощью штукатурных или вентилируемых фасадных систем. Оба способа позволяют сделать жилой дом не только более экономичным, но и придать морально устаревшим домам советского периода определенную эстетику при их реконструкции.

Важнейшей проблемой электроэнергетики России является высокий уровень морального и физического износа основных производственных фондов. По генерирующим мощностям, согласно данным концепции технической политики РАО ЕЭС России, он остается на уровне 65 - 75% в зависимости от региона. Средний удельный расход топлива на выработку электроэнергии в России составляет 334 г условного топлива на кВт*ч, в т.ч. на газомазутных и пылеугольных КЭС, соответственно, 327 и 360 г/кВт*ч, на ТЭЦ - 330 г/ кВт*ч. Аналогичный показатель на ПГУ или ГТУ Европы составляет 210 - 250 г/кВт*ч.

Это эквивалентно дополнительному потреблению российскими энергетическими компаниями до 40 млрд. куб. м природного газа в год. Таким образом, технический уровень оборудования, установленного на ТЭС России, существенно ниже современного, и последствия этого выражаются в ухудшении экономических показателей ТЭС (табл. 3.1).

В связи с этим ставится задача о скорейшей коренной модернизации и переводе отрасли на новый технологический уровень на базе разработки (лицензионного освоения) и внедрения новых энергетических технологий:

- в газовой генерации на высокоэффективные ПГУ с КПД до 60%;

- в угольной генерации переход на параметры с КПД до 46%,

а также снижение до 8% уровня потерь в электрических сетях.

Среди других технических мероприятий по энергосбережению и повышению энергоэффективности необходимо выделить такие, как:

1. Установка приборов учета тепла, горячей воды и газа. Она позволяет контролировать потребление ресурсов и обеспечивает возможность оплаты только фактически потребленного, а не нормативного их количества. Это создает стимулы для сокращения неэффективных потерь ресурсов. Величина достигаемой экономии составляет 25 - 50% в зависимости от вида энергоресурсов и конкретных условий. Учет потребления ресурсов возможен на двух уровнях - измерение потребления в целом по зданию при установке домовых приборов учета и в отдельных квартирах при установке квартирных приборов учета. Учет ресурсов в здании позволяет оплачивать их поставку по факту потребления, в то же время установление доли каждого потребителя в здании в оплате ресурсов возможно только при измерении потребления в каждой отдельной квартире. Стоит принимать во внимание, что в большинстве многоквартирных домов возможен учет только горячей воды и невозможен учет тепловой энергии в отопительных приборах. Это связано с вертикальной разводкой стояков отопления, где учет технологически не осуществим. В современных домах с горизонтальной разводкой отопления учет тепловой энергии возможен.

Домовой учет и регулирование тепла и горячей воды производится с установкой в домах индивидуальных тепловых пунктов (ИТП). При устройстве ИТП целесообразно их изготовление с использованием пластинчатых теплообменников. Пластинчатые теплообменники имеют малую металлоемкость, компактны, их можно установить в небольшом помещении, они просты в обслуживании.

2. Регулирование расхода тепловой энергии на отдельном отопительном приборе. Важное место среди устройств систем отопления занимают терморегуляторы или радиаторные термостаты. Термостаты легко устанавливаются как в новых, так и в существующих системах отопления. Они долговечны и не требуют профилактического обслуживания. Их можно применять как с приборами учета, так и без них. Оснащение отопительных приборов индивидуальными автоматическими термостатами позволяет, уменьшить расход тепловой энергии на отопление на 10 - 20%.

3. Применение энергосберегающих и светодиодных ламп. Они позволяют экономить до 80% потребляемой электроэнергии. Однако с учетом их высокой стоимости расчетные затраты получаются в среднем в три раза ниже, чем при применении обычных ламп накаливания. На практике этот показатель может быть как выше, так и ниже.

Считается, что применение терморегуляторов, современных радиаторов, пластиковых окон и энергосберегающих лампочек способно снизить затраты в среднем на 30 - 40%.

В перспективе более высокие результаты энергоэффективности и энергосбережения позволит получить применение в жилищном строительстве высоких технологий, как интеллектуальные компоненты жизнеобеспечения (контроллеры и процессоры, блоки интеграции, комплекс управления и т.д.). Такие технологии, в частности, используются в проекте «Умный дом».

В качестве экономических и организационных факторов энергосбережения и повышения энергоэффективности можно назвать:

- совершенствование тарифной политики;

- совершенствование форм адресной поддержки части населения;

- совершенствование организационных форм управления коммунальной энергетикой;

- правовая поддержка мероприятий по энергосбережению и повышению энергоэффективности в коммунальной энергетике.

Первые три фактора следует отнести к факторам косвенного воздействия на энергоэффективность и энергосбережение, в отличие от вышеперечисленных технических мероприятий прямого воздействия. Эти факторы были достаточно полно рассмотрены в соответствующих главах учебного пособия. Поэтому представляет интерес изучение последнего фактора - правовую поддержку мероприятий по энергосбережению и повышению энергоэффективности в коммунальной энергетике.

Контрольные вопросы к главе 3.1

1. Понятия энергоэффективность и энергосбережение.