Сущность понятия энергоэффективности

В соответствии со словарем русского языка эффективность ото­ждествляется со свойством быть действенным, эффективным. В свою очередь слово «эффективный» является производным от сло­ва «эффект». Если речь идет об экономике, то эффект - это, как правило, экономия, дополнительный доход и т.д., а эффективность в экономике это результативность и она выражается отношением эффекта к затратам, необходимым для получения этого эффекта. То есть, эффективность - это относительная величина, так как в чис­лителе и в знаменателе величины одной размерности, но разные по экономической природе.

В экономике существует немало экономических понятий, свя­занных с эффективностью, например эффективность инвестирова­ния, эффективность основных производственных фондов и т.д. То есть речь идет об эффективности чего-то. Если речь идет об энерго­эффективности, то в данном случае понимается эффективность в отношении использования энергии, так как энергия, подводимая к той или иной энергоустановке, может использоваться с разной сте­пенью эффективности. Например, электроэнергия, подводимая к осветительным лампам накаливания, используется с коэффициен­том полезного действия (КПД) 5-6 %, то есть только 5-6 % подво­димой энергии преобразуется в энергию света. В люминесцентных лампах этот КПД равен 40 %, а в светодиодных лампах он достига­ет 80 %. Таким образом можно говорить, что последние более энер-гоэффективны. Таким образом, из данного примера видно, что энергоэффективность выражает степень эффективности использо­вания энергетического ресурса, подводимого к установке, его по­требляющего. Следует заметить, что при этом имеется в виду не эффективность использования энергии вообще, то есть для произ­водства. Ни одно производство не может обойтись без энергии.

Речь идет о степени полноты использования подводимой энергии с целью производства той или иной продукции или выполнения ра­бот.

При изучении понятия энергоффективности необходимо делать различия между энергоустановками, которые производят энергию, потребляя энергетические ресурсы, и энергоустановками, которые потребляют энергию [4].

К первым относятся электростанции, производящие электро­энергию, и котельные, производящие тепловую энергию. В данных установках, первичная энергия, содержащаяся в энергоресурсах, может быть выражена в тех же единицах измерения энергии, кото­рая производится в этой установке. Отношение производимой энер­гии к подводимой - относительная величина, называемая коэффи­циентом полезного действия энергоустановки. Она может быть вы­ражена в процентах, если ее умножить на 100. Этот показатель характеризует энергоэффективность генерирующей установки, то есть степень полезного использования первичной энергии. Различ­ные генерирующие установки данного назначения могут сравни­ваться друг с другом по этому показателю и это дает основание су­дить о сравнительной энергоэффективности этих установок.

Ко вторым относятся энергоустановки, потребляющие энергию и преобразующие ее в другие формы и виды энергии. Наиболее ти­пичным примером таких установок являются электродвигатели, потребляющие электроэнергию, и преобразующие ее в механиче­скую энергию, которая используется для привода различных стан­ков, оборудования, механизмов и т.д. Энергоэффективность таких установок также выражается коэффициентом полезного действия. Чем ниже потери энергии в этих установках, тем выше их энерго-эфективность.

Таким образом, энергоэффективность - это степень полезного использования подводимой к той или иной энергоустановке пер­вичной энергии. Для количественной измерения ее применяются различные показатели. Одним из них является упомянутый выше коэффициент полезного действия. Могут применяться и другие по­казатели. Например, для тепловых электростанций используется такой показатель, как удельный расход топлива на отпущенную электроэнергию. Это показатель применяется для сравнения эконо­мичности, эффективности работы различных электростанций. На-40 пример, для тепловых станций с докритическими параметрами пара удельный расход составляет 365 г у.т./кВт-ч, с закритическими па­раметрами - 320 г у.т./кВт-ч, для современных парогазовых стан­ций - 260 г у.т./кВт-ч. Ясно, что эти показатели характеризуют энер­гоэффективность тепловых электростанций. Для электрических се­тей энергоэффективность определяется величиной потерь эле­ктроэнергии в сетях, которая составляет в настоящее время при­мерно 11 % от отпущенной в сеть энергосистемы энергии, и может выражаться КПД передачи и распределения электроэнергии. Для энергосистемы в целом может быть использован показатель удель­ного расхода топлива по всем электростанциям, относимый на по­лезно отпущенную потребителям электроэнергию.

Для промышленных предприятий в качестве показателя энерго­эффективности их функционирования используется показатель удельного расхода энергии на производимую продукцию, или, ина­че называемый, показатель энергоемкости. Он показывает, сколько энергоресурсов или энергии затрачивается на производство едини­цы продукции предприятия. Сравнивая эти показатели для различ­ных предприятий, выпускающих однородную продукцию, можно сделать вывод об сравнительной их энергоэффективности. Чем ни­же расход энергии на единицу продукции, тем энергоэффективнее функционирует предприятие. Следует заметить, что энергоэффек­тивность при этом зависит не только от коэффициента полезного действия используемых на предприятии энергоустановок, но и от применяемой технологии, которая может быть как расточительной в части использования энергии, так и энергосберегающей. В по­следнем случае эффект от использования энергии, выражаемый в объеме произведенной продукции, будет гораздо больше, чем для устаревшей технологии, потребляющей то же количество энергии.

Исходя из вышесказанного, можно дать более широкое опреде­ление энергоэффективности. Энергоэффективность - это степень полезного использования подводимой к той или иной энергоуста­новке первичной энергии и зависящая от применяемой технологии для производства продукции, выполнения работ и оказания услуг.

Следует заметить, что энергоэффективность не следует отожде­ствлять с экономической эффективностью энергопотребления. Са­мая энергоэффективная установка не всегда может оказаться самой экономически эффективной, так как для достижения высокой энер­гоэффективности могут потребоваться значительные инвестиции, окупаемость которых в приемлемые сроки не всегда может быть обеспечена получаемой экономией энергии. Достижение высокой энергоэффективности, как правило требует значительных инвести­ционных затрат и получаемая экономия энергии должна быть со­поставлена с соответствующими инвестиционными затратами. Та­ким образом, можно говорить об оптимальной энергоэффективно­сти.

Показатель энергоемкости, используемый для измерения энер­гоэффективности, может принимать различные формы, в зависимо­сти от того, по какому виду энергоносителей выполняется расчет. Можно выделить следующие показатели [5]:

Электроемкость продукции, определяемая отношением величи­ны потребляемой электроэнергии Э к размеру выпуска продукции

П,

эу = Э / П.

 

Теплоемкость продукции, определяемая отношением величины потребляемой тепловой энергии Q к размеру выпуска продукции П,

 

= Q / П.

Топливоемкость продукции, определяемая отношением величи­ны потребляемого топлива B к размеру выпуска продукции П,

 

Ьу = B / П.

 

Топливоемкость может дифференцироваться по видам топлива (природный газ, жидкое топливо, уголь), а тепловая энергия может дифференцироваться по видам тепла (пар, горячая вода).

Обобщающая характеристика энергоэффективности выражается показателем энергоемкости, рассчитанном для всех видов потреб­ляемой энергии, и определяется по формуле:

 

Э = ( Э-к + Q-к + B) / П,

 

где к₁ и к₂ - коэффициенты, переводящие соответственно электро­энергию и тепловую энергию в топливные единицы измерения, на-

42

пример в тонны условного топлива. Числитель может быть выра­жен также в единицах измерения электрической или тепловой энер­гии.

Возможны различные подходы к определению указанных ко­эффициентов. Один из них - это на основе топливного эквивалента. Так например, если числитель выражается в топливе, то топливный эквивалент для электроэнергии определится как k₁ = 860 ккал/кВт-ч : 7000 ккал/кг у.т. = 0,123 кг у.т./кВт-ч, для тепловой энергии k₂ = 1/7000 кг/ккал = 0,0001428 кг у.т./ккал = 142 кг у.т./Гкал.

Второй подход основан на использовании коэффициентов топ-ливоиспользования при производстве энергии. Например, в качест­ве коэффициента k₁ может быть использована величина удельного расхода топлива в энергосистеме на производство электроэнергии. Для каждой конкретной энергосистемы это может быть своя вели­чина, например 0,3 кг у.т./кВт-ч. Этот коэффициент будет всегда больше, чем значение его, найденное по топливному эквиваленту. Для коэффициента k2 это будет удельный расход топлива на произ­водство тепловой энергии. Если тепловая энергия производится в котельной с КПД 90 %, то получаем k2 = 142: 0,9 = 158 кг у.т./Гкал.

Энергоемкость может определяться для отдельных предприятий, отраслей промышленности, для всей промышленности и для стра­ны в целом. Если расчет ведется для предприятия, промышленно­сти или отрасли промышленности, то в качестве показателя П при­нимается объем выпущенной продукции. Если же расчет ведется для страны в целом, то в качестве П принимается валовой внутрен­ний продукт.

Многие промышленные предприятия характеризуются значи­тельной номенклатурой выпускаемой продукции, которая может измеряться в различных натуральных единицах измерения. При этом могут применяться два метода измерения энергоемкости. Пер­вый метод основывается на расчете энергоемкости для каждого ви­да продукции. Сложность такого подхода состоит в том, что в этом случае возникает необходимость разделения общих энергетических затрат предприятия между всеми видами продукции, что не всегда может быть осуществлено достаточно однозначно. Второй подход основывается на приведении всех видов и типоразмеров продукции к одной и той же единице измерения. Такой подход вызывает также определенные сложности, особенно тогда, когда в качестве такой единицы выбирается денежная.

Таким образом, энергоемкость определяется как отношение объ­ема израсходованной энергии к объему произведенной продукции и может рассчитываться по каждому виду энергоносителей и каждо­му виду продукции, выраженной в натуральных единицах, и в це­лом по всей их совокупности. Для предприятий, имеющих много­номенклатурное производство, применяется система условных и приведенных единиц, обеспечивающих приведение различных ви­дов продукции к одинаковой единице измерения. Рассмотрим это на конкретных примерах.

Пример условных единиц:

Производство различных типов станков характеризуется расхо­дом различного количества энергии : станок № 1 - 200 кВт-ч, ста­нок № 3 - 500 кВт-ч, станок № 7 - 900 кВт-ч. В качестве условной единицы можно принять любой станок или даже условный станок. Для данного примера принимаем за условную единицу станок № 1 с удельным расходом Ь_у = 200 кВт-ч/у.е. Все остальные станки пе­реводим в условные единицы исходя из их энергоемкости. Тогда получаем: станок № 3 - 500 : 200 = 2,5 у.е., станок № 7 - 900:200 =

4,5 у.е.

Предположим, что на предприятии произведено станков: № 1 - 10 шт, № 3 - 5 шт, № 7 - 15 шт.

Переводим все эти станки в условные единицы: У = 10-1 + 5 - 2,5 + 15 - 4,5 = 90 у.е.

Тогда потребление электроэнергии на производство всех произ­веденных станков будет равно Э = Ь_у - У = 200 - 90 = 18 000 кВт-ч.

Пример приведенных единиц:

Предположим, что производство на предприятии пряжи харак­теризуется следующими значениями удельного расхода энергии: № 2 - 68,4 кВт-ч/т, № 5 - 170 кВт-ч/т, № 12 - 411,4 кВт-ч/т.

В качестве приведенной единицы принимаем тонно-номер пря­жи.

Определяем удельные расходы: 68,4 : 2 = 34,2, 170 : 5 = 34,1, 411,4 : 12 = 34,3. Рассчитываем среднее значение удельного расхода как Ь_ср = (34,2 + 34,1 + 34,3) : 3 = 34,1 кВт-ч/т • номер.

Предположим, что произведено: № 1 - 200 т, № 6 - 30 т, № 14 -20 т. Всего произведено в приведенных единицах (тонно-номеров) - П_р = 1 • 200 + 6 • 30 + 14 • 20 = 660 тонно-номеров. Потребность в электроэнергии определяем как Э = Ь_ср • П_р = 34,1 • 660 = 22550 кВтч.

Важным требованием к формированию системы условных и приведенных единиц является то, что за основу при приведении всех видов продукции должна применяться их энергоемкость, а не какой либо другой показатель. Наиболее универсальной единицей измерения и соизмерения различных видов продукции является де­нежная единица, выражающая стоимость продукции. Можно отда­вать предпочтение этой единице измерения, если она адекватно от­ражает энергоемкость каждого вида продукции. Под адекватностью имеется в виду то, что энергоемкость каждого вида продукции должна быть прямо пропорциональна ее стоимости, то есть если один вид продукции стоит в два раза больше по сравнению с дру­гим видом продукции, то и энергоемкость его должна быть в два раза больше.

При определении показателя энергоемкости для промышленного предприятия следует учитывать возможный весьма диверсифици­рованный характер поступающих на предприятие энергоресурсов и энергии. Предприятие может потреблять не один, а несколько ви­дов топлива, например природный газ, жидкое топливо, твердое топливо в виде каменного угля, а также местное топливо, например древесное. Эти виды топлива имеют различное энергосодержание и различный характер использования на предприятии: либо для непо­средственного использования в качестве конечного энергоносителя, например в промышленных печах для плавки металла, либо в каче­стве первичного энергоресурса для производства того или иного энергоносителя, например, электрической или тепловой энергии. Энергия, электрическая и тепловая, может поступать как извне, на­пример, от централизованной системы энергоснабжения, или от собственного источника, чаще всего от когенерационной энергоус­тановки. При наличии на предприятии собственной электрогенери-рующей установки предприятие может не только получать электро­энергию от этой установки, но и извне, а в периоды избытка элек­трической мощности выдавать ее в энергосистему. Если числитель обобщенного показателя энергоемкости предприятия выражать в виде объема потребляемых энергоресурсов, то весьма важным яв­ляется выбор способа приведения всех видов энергии и энергоре­сурсов к одной единице измерения, например к кг у.т.

Предположим, что предприятие получает тепловую энергию от собственной котельной и от внешнего источника. Для перевода собственной тепловой энергии в топливо необходимо просто изме­рить или рассчитать расход топлива котельной. Для перевода в то­пливо приемной тепловой энергии возможно два подхода: первый -принять за основу удельный расход топлива в централизованной системе теплоснабжения; второй - пересчитать данный объем теп­ловой энергии в топливо исходя из топливного эквивалента тепло­вой энергии (0,143 г у.т./ккал). Аналогично и с электрической энер­гией: либо принимается за основу удельный расход топлива в энер­госистеме, либо топливный эквивалент электрической энергии (0,123 кг у.т./кВт-ч). Какой из указанных подходов является наибо­лее приемлемым? Заметим, что показатели удельного расхода топ­лива на электрическую и тепловую энергию являются весьма неоп­ределенными, прежде всего потому, что они зависят от принятого способа разделения затрат топлива между электрической и тепло­вой энергией при комбинированном способе их производства. При физическом методе вся экономия от комбинированного производ­ства относится на электрическую энергию, в результате чего вели­чина удельного расхода топлива на электроэнергию получается равной 145 - 150 г у.т./кВт-ч, а на тепловую энергию - 160 - 170 кг у.т./Гкал. При принятом сейчас для целей ценообразования так на­зываемом «экономическом» методе, вся экономия относится к теп­ловой энергии, в результате чего величина удельного расхода топ­лива на электроэнергию в энергосистеме получается равной 330­335 г у.т./кВт^ч, а на тепловую энергию - 70-80 кг у.т./Гкал. Кроме того, удельный расход топлива в энергосистеме надо брать не отно­сительно отпущенной в сеть энергии, а относительно полезно от­пущенной потребителям. Сравнивая два предприятия друг с другом по энергоемкости, одно из которых получает электроэнергию и те­пло от собственной когенерационной установки с общим КПД 90 %, а второе получает электроэнергию и тепло от централизованного источника с раздельной схемой энергоснабжения, мы придем к вы­воду о том, что второе предприятие имеет более высокий показа­тель энергоемкости, так как общий КПД для раздельной схемы бу­дет существенно ниже. Но этот вывод будет не вполне корректным, так как мы в оценку показателя энергоемкости второго предпри­ятия включаем затраты на производство энергии за пределами дан­ного предприятия. Если энергия поступила извне, то в показателе энергоемкости мы должны учитывать эффективность использова­ния этой энергии на предприятии. Перевод этой энергии в топлив­ную единицу измерения по показателю удельного расхода топлива в централизованной системе энергоснабжения за пределами пред­приятия окажет искажающее влияние на измерение эффективности использования энергии на данном предприятии. Таким образом, перевод в топливо энергии, поступающей на предприятие извне, следует осуществлять на базе топливного эквивалента этой энер­гии. Однако, при увеличении объема производства энергии на соб­ственной энергоустановке и тем самым снижения объема покупае­мой энергии извне, такой подход приведет в этом случае к ухудше­нию показателя энергоемкости предприятия, хотя это мероприятие будет экономически выгодным. Следует отметить, что энергоем­кость при этом понизится, если ее измерять по удельному расходу топлива в энергосистеме на отпущенную энергию. Нельзя смеши­вать энергоемкость, как физический показатель, с экономическим показателем, выражающим энергетическую составляющую себе­стоимости производства продукции. Деятельность предприятия по повышению его эффективности работы следует подчинять в пер­вую очередь снижению энергетической составляющей себестоимо­сти производства продукции.

В доперестроечный период расходы на энергию на предприяти­ях в бывшем СССР составляли не более 5 % издержек производства в большинстве отраслей промышленности. Это объяснялось деше­визной их добычи и, тем самым, низкой стоимостью. В этих усло­виях предприятия были слабо заинтересованы во вложении денеж­ных средств в экономию энергии. В настоящее время добыча энер­горесурсов обходится все дороже и дороже и доля энергетической составляющей в себестоимости промышленной продукции повы­силась до 15-20 %, а на наиболее энергоемких предприятиях и того больше. В отдельных отраслях промышленности (металлургическая промышленность, промышленность строительных материалов, хи­мическая и нефтехимическая промышленность и др.) эта величина выше. На предприятиях алюминиевой промышленности, медепла­вильных предприятиях удельный вес энергетической составляющей в себестоимости продукции достигает 90 %. В условиях рыночно формируемых цен промышленность стала проявлять больший ин­терес к снижению издержек производства за счет экономии энер­гии, как основы конкурентоспособности предприятия. Благодаря этому появились экономические стимулы у предприятий к энерго­сбережению. Необходимо отметить, что затраты на экономию еди­ницы энергии в несколько раз меньше затрат на ее производство. Поэтому энергосбережение может рассматриваться как дешевый дополнительный источник энергии.