Разработка методологии совершенствования промышленных и коммунальных теплоэнергетических систем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.14.04, доктор наук Гашо Евгений Геннадьевич

• Гашо Евгений Геннадьевич
• доктор наук
• 2018

Оглавление диссертации доктор наук Гашо Евгений Геннадьевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Введение

I. ПРОБЛЕМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ И КОММУНАЛЬНЫХ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

1.1 Развитие общесистемных взглядов на модернизацию 19 промышленных теплотехнологических систем

1.2 Анализ и интеграция подходов к оптимальному функционированию 31 теплоэнергетических систем городов

1.3 Пути совершенствования и развития региональных 45 теплоэнергетических систем и комплексов

1.4 Постановка задачи повышения эффективности теплоэнергетических 56 систем и комплексов

II. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ И КОММУНАЛЬНЫХ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

2.1 Особенности энергоиспользования и резервы повышения 61 эффективности в различных отраслях промышленности

2.2 Общие принципы и элементы методологии совершенствования 70 промышленых и коммунальных теплонергетических систем

2.3 Использование кластерно-типологических моделей для 79 структурного анализа энергоемкости теплоэнергетических систем

2.4 Функциональные параметры и состав информационных моделей для 91 выявления и мониторинга резервов энергоэффективности

2.5 Выводы

III. РЕЗЕРВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И МЕТОДЫ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ

3.1 Анализ энерготехнологической и экологической эффективности в 105 отраслях экономики

3.2 Комплексный анализ структуры энергоемкости промышленных 118 теплоэнергетических систем и комплексов

3.3 Оценка и выбор ключевых приоритетов совершенствования 133 промышленных теплоэнергетических систем и комплексов

3.4 Резервы совершенствования и повышения эффективности 143 энергетического комплекса металлургического производства

3.5 Выводы

IV. РЕЗЕРВЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ГОРОДОВ И ПУТИ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ

4.1 Обзор состава и особенностей развития систем теплоснабжения 158 городов, трансформации условий их функционирования

4.2 Механизмы эволюции и самоорганизации распределённых систем 169 теплоснабжения городов в разных климатических условиях

4.3 Дисбалансы энергетических параметров потребителей как резерв 180 повышения эффективности теплоэнергетических систем

4.4 Определение резервов повышения эффективности в системах 196 теплоснабжения разного масштаба

4.5 Выводы

V. ПРИОРИТЕТЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО РАЗВИТИЯ РЕГИОНОВ

5.1 Региональные различия как предпосылка формирования системно- 211 типологических (кластерных) моделей регионов

5.2 Особенности выбора базовых направлений энергоэффективного 222 развития регионов

5.3 Алгоритм формирования стратегий и целевых программ повышения 234 энергоэффективности региональных теплоэнергетических систем

5.4 Механизмы сопряжения повышения энергетической эффективности 246 регионов и мер территориального (промышленного) развития

5.5 Выводы

VI. НОВЫЕ МЕХАНИЗМЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ГОРОДОВ И РЕГИОНОВ

6.1 Переход на принципы наилучших доступных технологий как 257 ключевой механизм совершенствования промышленности

6.2 Оценки уязвимости и эффективности мер по адаптации 268 теплоэнергетических систем городов к климатическим изменениям

6.3 Определение технических и институциональных резервов 280 повышения эффективности теплоэнергетических систем городов

6.4 Комплекс мер стимулирования реализации выявленных резервов в 296 рамках территориального образования г. Москвы

6.5 Выводы

VII. ПРИМЕРЫ И СПОСОБЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ГОРОДОВ И РЕГИОНОВ

7.1 Особенности стратегий и программ энергоэффективнго развития 311 регионов в северных климатических зонах

7.2 Комплекс мер повышения эффективности теплоэнергетической 319 системы городского поселения в северных условиях

7.3 Стратегия и программы энергоэффективного развития для 326 густонаселенных регионов с благоприятными климатическими условиями

7.4 Целевая программа энергосбережения г. Москвы и Московской 334 области - ключевой элемент энергоэффективного развития макрорегиона

7.5 Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Применяемые термины и обозначения Список использованных источников ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ПРИЛОЖЕНИЕ 2 ПРИЛОЖЕНИЕ

351

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методологии совершенствования промышленных и коммунальных теплоэнергетических систем»

ВВЕДЕНИЕ

Формирование эффективных энергетических систем регионов, городов, промышленных энерготехнологических комплексов в новых экономических условиях требует всестороннего анализа динамики их развития, комплекса разнообразных условий их функционирования, разноплановых факторов их изменений. Необходимость применения системного подхода к анализу функционирования сложных технических комплексов сложно оспаривать. Методологически задача состоит в том, чтобы выбрать из многочисленных подходов наиболее целесообразный для достижения поставленных инженерных задач. Отсюда вытекает необходимость всестороннего анализа предметной области исследуемых систем, и выбор необходимого системного инструментария, соразмерного сложности выбранных объектов.

Безусловно, проблематика повышения эффективности промышленных и комунальных, территориальных систем теплоэнергоснабжения была в поле зрения специалистов, руководства отрасли и ранее. Нет сомнения в том, что до 1990-ых годов, в отличие от нынешней фрагментарной и противоречивой политики, ей была присуща определенная целостность. Но рост масштабов и сложности теплоэнергетических и теплотехнологических систем, резкое изменение условий функционирования, институционально-правовой среды, климатические изменения заставляют по-новому оценить эффективность заложенных десятилетия назад технологических решений [1,2].

Падение эффективности централизованных систем теплоэнергоснабжения, резкий рост издержек, общее кризисное состояние систем жизнеобеспечения в регионах требует адекватных и эффективных инструментов анализа, прогнозирования и принятия решений. В качестве причин системной неэффективности называются износ технической инфраструктуры, ее дезинтеграция, недостаток инвестиций, зачастую - «чрезмерная централизация», недостаток стимулов к эффективной работе [1,9,12].

Вместе с тем опыт даже ближайших соседей - Прибалтийских стран, показывает возможность эффективной (и недешёвой) модернизации существующих систем теплоснабжения. Об этом же свидетельствуют итоги реконструкции централизованных систем теплоэнергоснабжения в землях бывшей Восточной Германии, дальнейшее развитие систем централизованного теплоснабжения в крупных городах Скандинавии [4].

Очевидна необходимость более широкого, системного взгляда на проблему. Традиционная методологическая основа решения проблем энергосбережения, отличающаяся, как правило, дискретностью энергетического анализа в узких границах отдельных энергетических агрегатов, или в рамках частных мероприятий, оказывается недостаточной для исследований, нацеленных на выявление важнейших резервов энергосбережения в распределенных технологических комплексах материального производства и коммунальных систем жизнеобеспечения. Ключевой вопрос здесь - какие системы рассматривать, какие целостности мы выделяем в качестве определяющих?

Во-первых, это технологическая целостность систем теплоэнергоснабжения (конгломерат источников, распределительных сетей и различных потребителей), во-вторых, территориальная (системы энергоснабжения поселка, города, промузла, мегаполиса, региона). В третьих, речь идет о целостности в рамках жизненного цикла систем с учетом их принципиальных отличий и особенностей (стадия эксплуатации жизненного цикла энергоснабжающих систем является весьма длительной, определяющей).

Объект исследования - промышленные и коммунальные теплоэнергетические системы городов и регионов (ПКТС) возникли на базе централизованных систем с крупными источниками теплоты и электроэнергии, и являются, по сути, сложными иерархическими системами. Соответственно, крайне важно, используя современный системный инструментарий, не забывать о существенных, порой качественных, отличиях систем теплоэнергоснабжения разных городов в различных регионах страны.

Региональные теплоэнергетические системы и комплексы в основном сформировались в условиях активной индустриализации, промышленного освоения территорий страны, при этом именно промышленный «акцент» определял энергоемкость продукции, набор и профиль энергетических агрегатов, развитость промышленной или коммунальной инфраструктуры [31,238]. Именно поэтому важно понять особенности роста и становления теплоэнергетических инфраструктур в увязке с ростом и развитием городов (промышленных узлов) в разных макрорегионах страны, важнейшие ключевые фазы их жизненного цикла.

Это определенное методологическое противоречие, которое практически не учитывалось раньше, является в значительной степени ключевым при анализе эффективного функционирования ПКТС, поскольку без оценки влияния совокупности социально-экономических факторов невозможно понять важнейшие особенности функционирования, кризисные ситуации в коммунальных и промышленных систем энергоснабжения. Поэтому необходимы новые методические подходы, позволяющие оценивать ситуацию в отмеченных предметных областях без радикального упрощения ситуации и с пониманием важнейших особенностей протекающих процессов, типологизации разноплановых и «разнокачественных» элементов системы.

В целом научно-методические основы формирования эффективных энерготехнологических систем городов и регионов опираются на системный анализ их эволюции, взаимовлияния роста городов и их теплоэнергетических систем жизнеобеспечения, совокупности факторов технических, экономических и климатических изменений условий их функционирования. Для понимания ситуации на региональном уровне разработан инструментарий типологизации разнокачественных потребителей и городских поселений в целом. Идеология комплексного территориального подхода также строится на системной увязке технологических, организационно-экономических, институционально-правовых мер и решений по их совершенствованию и модернизации [120,148].

Цель работы: Разработка методологии совершенствования функционирования, повышения эффективности и снижения климатической уязвимости промышленных и коммунальных теплоэнергетических систем (ПКТС) городов, промышленных кластеров и регионов как базовых элементов промышленного и регионального развития страны.

Для этого были сформулированы и решались следующие задачи:

- разработать принципы, модели и методы совершенствования промышленные и коммунальные теплоэнергетических систем в целях обеспечения сбалансированного промышленного и регионального развития страны;

- оценить особенности, степень и масштабы трансформации секторов и взаимодействия элементов ПКТС разного типа;

- осуществить формализацию задач выявления приоритетов энергетической модернизации, разработать методики определения резервов энергосбережения в различных ПКТС;

- провести апробацию методик определения резервов энергосбережения и повышения энергетической эффективности в промышленных, городских и региональных ПКТС;

- разработать методы и механизмы сопряжения резервов повышения энергетической эффективности в секторах генерации, передачи и потребления энергоресурсов;

- осуществить разработку методов выбора эффективных мер по модернизации ПКТС в целях формирования комплексных программ («дорожных карт») энергосбережения и климатической адаптации с учетом требований законодательства РФ и приоритетов регионального развития;

- разработать необходимый автоматизированный информационно -аналитический инструментарий системного мониторинга и прогнозирования повышения энергетической эффективности ПКТС;

- создать сбалансированный комплекс мер нормативного, экологического и экономического стимулирования реализации выявленных резервов повышения энергетической эффективности.

Научная новизна исследования заключается в разработке методологии, состоящей из методов и подходов, использование которых обеспечивает решение крупной прикладной задачи повышения энергетической эффективности промышленных и коммунальных теплоэнергетических систем в сопряжении с промышленным и региональным развитием экономики. Разработаны научно-методологические основы совершенствования ПКТС, включая повышение энергетической и экологической эффективности, снижения климатической уязвимости теплоэнергетических систем городов, энергопромышленных кластеров и регионов:

- разработаны и апробированы методы определения различных типов резервов повышения энергетической и экологической эффективности ПКТС на базе выявленных особенностей их трансформации разного типа в условиях климатических, социально-экономических изменений, роста экологических требований;

- предложены и апробированы кластерно-типологические модели синтеза устойчивых свойств и параметров ПКТС на основе формализации задач совершенствования и выявления резервов энергосбережения с учетом изоморфизма теплоэнергетических систем разных типов и природы;

- определены методы и механизмы эволюции и самоорганизации распределённых теплоэнергетических систем городских поселений в зависимости от климатических и других важнейших параметров и региональных особенностей;

- на основе обнаруженных механизмов эволюции и развития промышленных и коммунальных теплоэнергетических систем городов и регионов в современных условиях предложены принципы и методики сопряжения схемных решений, различных резервов модернизации важнейших энергетических инфраструктур;

- разработаны и апробированы методы оценки климатической уязвимости энергетических инфраструктур городов, способы ее снижения и повышения адаптации к климатическим изменениям;

- разработаны алгоритмы определения наилучших доступных технологий (НДТ), методов и практик повышения энергоэффективности, предусматривающие поэтапный анализ решений, применимых на отраслевом и межотраслевом уровнях, с учётом критериев определения НДТ, установленных в РФ.

Практическая ценность и реализация работы

В процессе проведения промышленных экспериментов и обследований ряда предприятий энергоёмких отраслей промышленности определены приоритеты использования различных резервов повышения энергетической эффективности при производстве и потреблении энергии, мер энерготехнологического комбинирования, направленные на реализацию государственной задачи 40%-го снижения энергоёмкости ВВП к 2020 г. по сравнению с 2007 г.

Основные положения работы использованы в практической деятельности при подготовке целевых программ энергосбережения территориальных административных округов г. Москвы, целевой программы энергосбережения г. Москвы на 2009-2011 гг. и на перспективу до 2020 г., при разработке стратегий и программ энергосбережения Московской, Мурманской, Архангельской, Псковской областей, г.о. Воркуты, Уфы, Крыма и Краснодарского края, «Концепции повышения энергоэффективности муниципальных образований РФ».

Разработка и реализация комплексной региональной программы энергосбережения и энергоресурсоэффективности г. Москвы, проводимые в 2001-2006 гг. в Центральном административном округе г. Москвы, удостоены премии Правительства РФ в 2008 г.

Под руководством автора разработан и утвержден Росстандартом РФ в 2017 г. Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям ИТС 48-2017 «Повышение энергетической эффективности при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности».

Автором разработаны стандарты «Руководство по планированию показателей (индикаторов) энергоэффективности» (ГОСТ Р 54195-2010), «Руководство по идентификации всесторонних аспектов энергоэффективности» (ГОСТ Р 54196-2010), «Руководство по применению наилучших доступных технологий для повышения энергоэффективности» (ГОСТ Р 54198-2010), введенные в действие с 1.01.2012 г.

Разработки и рекомендации автора являются основой для составления «Алгоритма формирования региональных программ энергосбережения», выпущенного в 2010 г. под эгидой Всемирного банка, стратегии климатической адаптации г. Москвы.

Разработаны и апробированы универсальные информационные системы мониторинга на основе реляционных хранилищ данных со встроенными инструментами анализа и представления оценок, создающие разноплановые аналитические возможности выявления резервов повышения эффективности.

Научные и практические результаты работы используются в учебном процессе при подготовке специалистов и магистров по направлению «Теплотехника и теплоэнергетика», а также на курсах переподготовки и повышения квалификации в Национальном исследовательском университете МЭИ и Корпоративном энергетическом университете.

Достоверность и обоснованность результатов работы обеспечивается

системным подходом к промышленным и коммунальным теплоэнергетическим системам, использованием различных данных государственного статистического наблюдения, а также показаний приборов учета энергоресурсов, материалов утвержденных схем тепло-, водо-, топливо- и электроснабжения городов и городских поселений, государственных докладов по энергосбережению и теплоснабжению, сходимостью результатов моделирования при верификации моделей с теоретическими аналитическими решениями и экспериментальными исследованиями, совпадением полученных результатов с данными других авторов, применением современных информационно-аналитических инструментов обработки больших объёмов данных.

Методология и методы исследований в диссертации основаны на:

- необходимой системной комплексности посредством сопряжения аналитических и синтетических моделей и подходов (сочетании микро- и макромоделей);

- методах и способах снижения неопределенности (искажений) исходных данных, в том числе посредством интеграции расчётных моделей и фактических данных;

- расширении возможностей оценки ситуации в различных теплоэнергетических системах с помощью системных кластерно-типологических моделей, применения современных инструментов визуализации и представления полученных оценок;

- поэтапности выявления достоверной картины функционирования изучаемых систем от ядра к периферии и в системе в целом, через апробацию методологии на сложных объектах разной природы, размеров.

Автор защищает:

- научно-методологические основы совершенствования и модернизации промышленных и коммунальных теплоэнергетических систем в виде взаимоувязанных принципов, моделей и методик;

- результаты оригинальных исследований устойчивых свойств и характеристик ПКТС, в ходе которых выявлены механизмы формирования и принципы эффективного функционирования теплоэнергетических систем;

- кластерно-типологические модели и методы структурного анализа полной энергоемкости теплоэнергегических систем, относящихся к разным группам, при потреблении (диссипации) и при генерации энергии, позволяющие выявлять резервы повышения энергетической эффективности разной природы;

- алгоритмы реализации выявленных резервов повышения энергетической эффективности разного уровня при помощи программно-целевых средств, документов территориального энергетического планирования (целевых региональных программ), «дорожных карт»;

- методы оценки климатической уязвимости энергетических инфраструктур городов, способы ее снижения и повышения адаптации ПКТС к климатическим изменениям;

- систематизированные научные подходы, адаптированные к практическому применению, отраженные в разработанных стандартах по определению, идентификации и планированию показателей (индикаторов) энергоэффективности, справочнике по применению наилучших доступных технологий для повышения энергоэффективности.

Личный вклад автора заключается:

• в разработке научных основ моделей и методов совершенствования и модернизации промышленных и городских теплоэнергетических систем;

• в проведении исследования устойчивых свойств и характеристик ПКТС, выявлении механизмов формирования и принципов устойчивого функционирования промышленных энергетических систем и кластеров;

• в научном обосновании инструментария по выявлению резервов эффективности, в том числе путем разработки метода структурного анализа энергоемкости при потреблении и генерации энергии;

• в планировании и проведении комплекса разноплановых экспериментальных работ по выявлению резервов энергосбережения в коммунальных и промышленных предприятиях;

• в разработке согласованного комплекса мер стимулирования реализации резервов энергосбережения в виде стандартов (ГОСТ Р), информационно-технического справочника по наилучшим доступным технологиям ИТС 48-2017 «Повышение энергетической эффективности при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности».

В первой главе диссертации выполнен обзор отраслевых и территориальных подходов, возможностей их интеграции для совершенствования и модернизации распределенных промышленных и коммунальных теплоэнергетических систем.

На основании обзора уточнен объект исследований, сделана постановка задачи диссертации, определены направления необходимых проработок.

Во второй главе диссертации раскрыты предпосылки и основные принципы методологии определения и реализации резервов повышения энергетической эффективности тепло-энерготехнологических систем и комплексов.

К важнейшим предпосылкам создания единого методологического подхода необходимо отнести междисциплинарную проблематику энергоэффективности сложных технических систем, противоречивость, нехватку и неопределенность исходных данных, комплекс радикальных изменений условий функционирования систем, существенное разнообразие регионов и сопутствующих систем тепло-энергоснабжения. Различная природа показанных резервов обусловлена как разным типом образования систем с участием энергетических (энерготехнологических) агрегатов, так и их пространственно-временными (территориальными) масштабами. Приведенные в работе резервы энергосбережения имеют различную природу, что в значительной степени предопределяет методы и модели их выявления и дальнейшей реализации.

В третьей главе диссертации рассматриваются основные резервы повышения энергетической эффективности в промышленных теплотехнологических агрегатах и комплексах. Для выявления наиболее эффективных решений и направлений энергосбережения в энергоемких технологических комплексах автором проведены исследования на ряде предприятий энергоемких отраслей промышленности, проведена оценка энергоэкологической эффективнсти в раззных отраслях промышленности.

В процессе проведения промышленного эксперимента по охлаждению горячего проката с утилизацией тепла произведена оценка эффективности использования вторичных энергоресурсов (ВЭР) для отопительно-вентиляционных целей, определены приоритеты использования ВЭР разного потенциала металлургического производства.

Разработана система утилизации тепла горячего проката, позволяющая регулировать теплоотвод от горячего металла и тем самым согласовывать выход вторичной энергии и её потребление. Сопряжение технологических вопросов с энергоэффективностью существенно повышает шансы на реализацию мер, направленных на их совместное решение, поскольку приводит к росту экономической окупаемости проекта за счет косвенных и системных эффектов энерго- и ресурсосбережения.

В четвертой главе рассмотрены различные резервы повышения энергоэффективности в коммунальных теплоэнергетических системах и комплексах: для их определения автор использовал как различные расчетные модели, так и комплекс экспериментальных работ. В результате масштабных работ по установке систем учета ресурсов, систем регулирования, получены реальные данные о фактическом потреблении ресурсов коммунальным хозяйством городов, значительных «перетопах» зданий. Совокупность фактических замеров позволила уточнить структуру энергетических потребностей коммунального фонда, определить существенные расхождения расчетных, договорных и фактических значений энергопотребления, как низовых объектов, так и территорий в целом.

При этом особенности развития городов разного размера рассматривались с точки зрения взаимосвязи с эволюцией соответствующих теплоэнергетических систем жизнеобеспечения. Развитие городов представляет собой сложный эволюционный процесс, в котором функции жизнеобеспечения способствуют этому развитию как необходимый каркас нового городского строительства и реконструкции существующего жилищного фонда. Каждой стадии территориального развития населенных пунктов для разных климатических зон соответствует набор оптимальных энергоэффективных схем жизнеобеспечения, реализация которых обеспечивает надежное функционирование городского хозяйства и его перспективное развитие. Предложена методика сравнения фактических источников с идельными для данного типа и структуры потребителей.

В пятой главе рассмотрен следующий, еще более сложный уровень теплоэнергетических систем - региональный, и показано, как к ним применяются предлагаемые принципы и подходы. Актуальность такой задачи обусловлена тем, что экономический и социальный комплекс имеет четкую территориальную привязку, административное деление и управленческие воздействия реализуются по территориальному признаку, именно в территориальных административных единицах генерируются и распределяются бюджеты.

При этом необходимо учитывать, что города и регионы как системы более высокого уровня распределенности имеют и более высокий потенциал системного повышения энергоэффективности. Для отображения системных региональных различий в контексте данного исследования автором предложена модель типологического распределения регионов РФ по двум ключевым показателям энергоэффективности: по удельному душевому энергопотреблению и по энергоемкости ВРП. В каждом регионе сочетание разных составляющих снижения энергоемкости является индивидуальным и определяется местными условиями.

Вместе с тем анализ действующих региональных целевых программ энергосбережения показывает их недостаточную проработанность: только в четверти программ разработан топливно-энергетический баланс, выявлены соответствующие резервы энергосбережения. Для устранения отмеченных недостатков под руководством автора в 2010 г. разработан «Алгоритм формирования региональных программ энергосбережения». Указанный документ был выпущен под эгидой Всемирного банка для рекомендаций странам и регионам с различным уровнем развития. Комплекс взаимоувязанных мер и мероприятий иллюстрируется конкретными программами энергосбережения ряда крупных городов и регионов страны, анализируются проблемы, возникающие на пути реализации таких междисциплинарных проектов и программ.

В шестой главе диссертации рассмотрены общесистемные меры и механизмы поддержки реализации выявленных резервов повышения энергетической эффективности различных ПКТС.

Проводится анализ возможностей использования различных справочников наилучших доступных технологий энергосбережения для решения задач повышения энергоэффективности. Отмечена важная роль технического регулирования в осуществлении последовательной политики энерго- и ресурсосбережения, приводятся разработанные автором ГОСТы «Руководство по планированию показателей (индикаторов) энергоэффективности» (ГОСТ Р 541952010), «Руководство по идентификации всесторонних аспектов энергоэффективности» (ГОСТ Р 54196-2010), «Руководство по применению наилучших доступных технологий для повышения энергоэффективности» (ГОСТ Р 54198-2010) как элементы предложенной методологии.

В седьмой главе представлены примеры и результаты реализации разработанных методик. Как уже отмечалось выше, масштабную государственную задачу 40% снижения энергоемкости ВВП к 2020 г. возможно обеспечить только путем сочетания политики интенсивного энергосбережения в промышленно развитых регионах, повышения энергоэффективности во всех секторах экономики крупных и средних городов, роста экономики на местных и возобновляемых энергоресурсах в регионах с недостаточным удельным энергопотреблением.

Реализация предложенных принципов в комплексной целевой программе энергосбережения г. Москвы на 2009-2011 гг. и на перспективу до 2020 г. позволила при росте экономики города за 9 лет добиться существенного роста энергетической эффективности с сокращением суммарного расхода топлива на 12-13%, снижению выбросов в атмосферу, снижению пиковых нагрузок, повышению надежности и климатической устойчивости функционирования систем теплоэнергоснабжения мегаполиса.

В приложениях приведены результаты анализа фактических режимов эксплуатации элементов систем теплоэнергоснабжения и потребителей. Приведены структура и основные функциональные возможности информационно-аналитической оболочки - основы для создания комплекса поддержки принятия решений в развитии теплоэнергетической системы региона.

Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов, библиографического списка из 543 наименований, трех приложений и изложена на 448 страницах машинописного текста, содержит 111 рисунков и 119 таблиц.

Список литературы диссертационного исследования доктор наук Гашо Евгений Геннадьевич, 2018 год

источники,

кислородное

окисление,

электрообжиг, СВЧ,

плазма

Рост для сжигания, снижение РЛ/ для отопления, пороги

эффективности городов

Рисунок 2.5. Резервы повышения энергетической эффективности в промышленных теплоэнергетических системах и комплексах

Аппарат изучения функционирования сложных технических систем сам по себе должен строиться на системных принципах, включая в себя различные типы моделей, их иерархию, поэтапность получения и верификации информации о протекающих процессах. Безусловно, общесистемные подходы должны опираться или интегрировать в себя, как синтез - т.е «взгляд сверху», так и набор аналитических моделей и подходов «снизу», интегрировать расчетные модели и активно формируемые базы данных фактического состояния распределенных энергетических систем и комплексов. В зависимости от особенностей функционирующих в них энерготехнологических и теплоэнергетических агрегатов набор соответствующих моделей и методик анализа и синтеза формируются как методологический ответ на комплекс проблем и реальное положение дел, реальные ситуации, что соответственно характеризует особенности их применения (рисунок 2.6).

Энергоэффективность

Качество

производства

(потребит.)

V. ___/

7

/

Качество генераций

Реальные связи структурные

/ ч

ЖКХ

Качество трансформаций

Резервы

Требования к сопряженным секторам ПКТС и эффекты их совершенствования

Рост «природо-подобности» ПКТС и энергопромышлен ных кластеров

Сопряжение мер энергосбережения и повышения энергетической эффективности на источниках и у потребителей

Использование всего потенциала ТЭР

Повышение безотходности ПКТС

Использование НВИЭ с

низким EROEI

36

Высвобождение мощности энергоисточников

Экономия топлива выбросов в атмосферу

Рост доступности инфраструктур

Рисунок 2.6. Механизмы сопряжения параметров процессов и показателей совершенствования ПКТС (энергоэффективность, эковлияние и безотходность)

36 EROEI - energy returned on energy invested - энергетическая рентабельность разных видов топлива

Механизмы сопряжения различных резервов энергосбережения и повышения энергетической эффективности (рисунок 2.6) являются ключевыми мерами увязки энергоэффективности и промышленного (территориального) роста и развития страны.

Общие методические принципы

Рисунок 2.7. Общие принципы методологического подхода

Общие принципы разработанной методологии (рисунок 2.7):

- последовательное сочетание методов анализа и синтеза, т.е. взаимоувязанное и согласованное использование, как частных (балансовых), так и общесистемных (кластерно-типологических) моделей исследуемых энергетических систем и комплексов;

- согласование статических и динамических параметров объектов, или взаимоувязка расчетно-теоретических и эмпирических показателей и моделей;

- универсальность применения разработанных принципов и подходов для различных типов ПКТС (что обеспечиваетсяв том числе разработкой современных информационно-аналитических комплексов с паритетным набором расчетных моделей и фактических баз данных (приборов учета и мониторинга потребления энергоресурсов).

Для успешной интеграции аналитических моделей и объектов в соответствующие системные агрегаты автором введено понятие и детально разработаны специальные кластерно-типологические модели синтеза, опирающиеся на принципиальные особенности (таблица 2.5) предметной области совершенствования энергетических систем и кластеров, и реализованные для разных видов ПКТС (промышленных, городских и региональных).

Таблица 2.5. Принципы создания кластерно-типологических моделей синтеза

Особенности предметной области Особенности представления данных синтеза

Устойчивость показателей генерации/ диссипации энергии Визуализация разнообразия объектов (в том числе системного характера)

Дискретность («квантованность») состояний и показателей генерации/ диссипации Возможность сборки (синтеза) систем более высокого уровня из мелких составляющих (компонентов)

Выбор ключевых координатных осей (показателей генерации/диссипации) Точки и области на диаграммах - не отражение зависимостей У от X, а расположение объекта в выбранных системных координатах

Кластерно-типологические модели синтеза реализуются посредством двухмерных (объемных) типологических диаграмм, при этом в качестве осей координат выбираются наиболее устойчивые параметры, прямо или косвенно характеризующие процессы генерации и диссипации энергии в основных узлах и агрегатах ПКТС.

Комплекс методологических подходов апробирован в трех энергоемких секторах народного хозяйства: промышленности, системах теплоснабжения городов и региональных энергопромышленных комплексах. Применение общих методических принципов в столь разноплановых секторах позволило, с одной стороны, выявить принципиальные различия формируемых системных целостностей, и общие характеристики и свойства - с другой.

2.3. Использование кластерно-типологических моделей для структурного анализа энергоемкости теплоэнергетических систем

Как уже отмечалось выше в п.2.2, ключевой показатель, который может быть использован для сравнительного анализа эффективности разнородных процессов, агрегатов и теплотехнологических систем - это энергоемкость. С одной стороны, энергоемкость продукции - это как бы фотография застывшей диссипации энергии в материале, результат завершенного теплотехнологического или энерготехнологического процесса. И с этой точки зрения «плоская фотография» порой не даёт нам полного впечатления о ключевых резервах повышения эффективности диссипативных процессов, утилизации тепла или других вторичных энергоресурсов.

С другой стороны, энергоемкость более сложной системы, включающей в себя источники и потребителей энергии, вполне может стать объемным, «голографическим» снимком, демонстрирующим самые разные стороны протекающих как в источниках, так и у потребителей, процессов. Говоря, более строгим языком, энергоёмкость - величина потребления энергии и (или) топлива на основные и вспомогательные технологические процессы изготовления продукции, выполнение работ, оказание услуг на базе заданной технологической системы. Численным выражением энергоёмкости системы является показатель, представляющий собой отношение энергии, потребляемой системой, к величине, характеризующей результат функционирования данной

37

системы37.

Таблица 2.6 - Условная типовая структура энергоемкости продукции

Нагрев сырья Термообработка Транспорт Утилизация ВЭР

Q1=c1xДt1xG1 Q2=cxДt2xG2 N1=ДpxG3 Qз=ДtзxG4

37 ГОСТ Р 51387-99. "Энергосбережение. Нормативно-методическое обеспечение. Основные положения"

ЬЕ = (91+92)/Ьусл1 + МЬуСЛ2 - Оэ/ЬуслЭ, кг у.т. (1)

где Ь^ - суммарная энергоемкость, Q1 и Q2 - тепло на нагрев сырья и термообработку, Q3 -тепло вторичных ресурсов, Д^ и Д^ - температуры нагрева и термообработки, G1, G2, G3 и G4 -расход сырья, продукции, отходящих газов соответственно, Дp - сопротивление перемещению, Ьусл1, Ьусл2 и Ьусл3 - удельные расходы топлива при нагреве, получения электроэнергии и использования ВЭР.

Понятие энергоемкости показывает и определяет показатели расходов разных ТЭР на проведение различных теплотехнологических процессов (нагрева, плавления, испарения, термообработки, спекания материалов и др.) и совершение работы (транспорт грузов, преобразование и транспорт ТЭР). При этом энергоемкость, или удельный расход ТЭР может определяться в пересчете - как на единицу продукции, так и на другие показатели - по функциональным показателям применяемых агрегатов (таблица 2. 7).

Таблица 2.7

Различия агрегатов и системы оценок эффективности

Тип агрегатов Функции Система оценок эффективности (энергоемкости)

Высокотемператур-ныеэнерго-технологические агрегаты Нагрев, спекание, термообработка и др. 3 2 Удельная (на м3 или м2) производительность агрегатов, КИТ, энергоемкость на единицу продукции [402,466]

Энергоисточники общего пользования Выработка электрической и тепловой энергии Удельные расходы топлива (энергоемкость) на выработку тепловой и электрической энергии, КИТ [305,307]

Системы теплоснабжения городов Обеспечение тепловой энергией потребителей Удельные расходы тепловой энергии на отопление, удельные расходы ТЭР на передачу, потери при транспорте тепла (совокупная энергоемкость системы энергоснабжения) [50,308]

При анализе энергоемкости процессов в энерготехнологических агрегатах правомерно воспользоваться методами сквозного энергетического анализа, расчетом «технологических топливных чисел» [446].

В определенной степени, это возможно для анализа энергоемкости промышленных ПКТС, в которую кроме прямых энергозатрат, входят косвенные, вспомогательные расходы ресурсов, содержащиеся на предыдущих стадиях обработки и переделах. Тогда мы можем представить совокупную энергоемкость системы (источник + потребитель) как простое произведение частных энергоемкостей ее составляющих (с учетом затрат на передачу энергоресурсов). Но этого, как показывает представленный в таблице 2.8 краткий анализ особенностей процессов генерации и диссипации энергии в разных ПКТС, явно недостаточно для выявления всех возможных резервов повышения эффективности (или снижения полной энергоемкости системы).

Соответственно, в простом суммировании частных энергоемкостей элементов и агрегатов системы мы можем не увидеть, как общесистемные возможности повышения эффективности, так и приоритеты выбора сокращения энергоемкости ключевых секторов и элементов, взаимодействующих на разных системных уровнях. И эта взаимообусловленность относится как к элементам одного типа (к примеру, потребителям энергии), так и к взаимодействию между источником и потребителем, причем по разным видам энергоресурсов (теплота, электроэнергия, сжатые газы).

Ясно, что для такого перехода от процессов и агрегатов к системам (теплотехнологическим промышленным узлам, системам тепло-энергоснабжения городов и регионов) целесообразно использовать возможности векторного представления энергоемкости (по абсолютной величине, структуре и соотнесенности источника и потребителей энергии). Тогда системное рассмотрение полной энергоемкости предполагает анализ теплового (топливного) и электрического потребления во взаимоувязке потребителя с энергоисточником и учетом ключевых региональных особенностей и факторов (таблица 2.8). вместе с тем немало случаев, когда источник и потребитель ТЭР разнесен не только в пределах цеха (предприятия), но и в большем территориальном масштабе или пространстве.

Таблица 2.8 Особенности энергопроцессов в секторах ПКТС и общие пути повышения их эффективности

№ Вид (сектор) ПКТС Особенности процессов генерации, диссипации энергии Пути и резервы повышения эффективности генерации и диссипации энергии

1. Промышленные тепло-(энерго-) технологические установки Сосредоточенная генерация (горелка, форсунка), сосредоточенная (в сырье и обрабатываемых материалах) диссипация Повышение КПД процессов термообработки, пространственная оптимизация рабочей камеры, рост производительности, регенерация и полная утилизация вторичных ресурсов

2. Теплоэнергетические системы промышленных предприятий Сосредоточенная в нескольких агрегатах генерация (ВТУ, КУ, ЭТА, ТЭЦ ПВС), сосредоточенная в нескольких агрегатах диссипация. Более полное использование всех видов вторичных ресурсов (химические, избыточное давление, температура потоков), оптимальное построение тепловой схемы предприятия

3. Системы теплоэнерго-снабжения городских поселений и промышленных узлов Сосредоточенная в нескольких точках (котельные, ТЭЦ) генерация, рассредоточенная диссипация (сети, тепловые пункты, здания). Автономные энергоисточники. Использование нетрадиционных видов топлива, переход к более эффективным энергоисточникам (теплофикация, тригенерация), оптимизация доставки и распределения энергоресурсов, использование отходов

4. Региональные теплоэнергетические и энерготехнологические системы Рассредоточенная по территории региона и поселениям генерация, существенно распределенная диссипация. Дополнительно к вышеназванным резервам -структурная оптимизация и переход к малоэнергоемким видам производства для опережающего роста экономики (снижения энергоемкости ВРП)

В этом случае выявление структуры и вектора комплексной энергоемкости системы «источник-потребитель» дает нам представление о функциональной эффективности всей цепочки. Это важно для выявления различных резервов повышения эффективности системы и для методики выбора оптимальных источников покрытия энергетических нагрузок территориально распределенных объектов. Такое «объемное» представление полной энергоемкости требует применения специальных пространственных диаграмм, а важным методическим вопросом становится выбор координатных осей и их содержания, т.е. ключевых определяющих параметров энергоемкости системы.

В первом приближении для выявления резервов мы можем воспользоваться представлением простых случаев в диаграммах «генерация-диссипация» [111]. Уже такой переход от простых чисел и значений к условно-объемной картине дает нам более отчетливое видение общей картины, понимание качественных и количественных различий по отдельным элементам (потребителям) и всему сообществу элементов в целом. Собственно, именно устойчивость положения объектов на таких дипольных или объемных диаграммах подводит нас к мысли о выделении базовых параметров, определяющих разные типы объектов и систем по диссипативным (или иным) особенностям и характеристикам.

Для зданий таким инструментом являются д-Я диаграммы «генерации-диссипации» [114,130], ярко демонстрирующие ключевые особенности зданий как потребителей тепловой энергии и способности систем энергоснабжения покрывать возникающие в разных климатических условиях нагрузки. Необходимо отметить, что положение здания в такой «типологической», дипольной диаграмме является весьма устойчивым по своим диссипативным параметрам, и в существенной степени определяет большинство его эксплуатационных характеристик (требуемую мощность отопления, годовые

38

расходы тепла, «недотопы» и «перетопы»)38.

38 Примеры типологизации зданий с разными диссипативными параметрами приведены в следующей главе и в приложении 2 к диссертации.

Если к «тепловой энергоемкости» объекта добавить «электрическую», то на такой диаграмме мы можем разместить основные сектора и элементы ПКТС разного вида и размера (рисунки 2.8- 2.9).

N „„„„ .Кт*и Энергоёмкость предприятий

8

6 4 2 О

О

Рисунок 2.8. Представление отдельных предприятий в дипольной диаграмме

энергоемкости в координатах - тепло- (топливо) емкость и электроемкость

На диаграмме 2.8 в координатах «тепло- (топливо)емкости» и «электроемкости» наглядно представлены ряд крупных предприятий, на рисунке 2.9 - крупные сектора в структуре экономики мегаполиса. Таким образом, имея при прочих равных условиях, одинаковые значения удельного потребления энергоресурсов Ь, мы можем иметь весьма существенные структурные различия в соотношении топливо-, тепло- и электропотребления внутри общего энергопотребления. Выявление этих соотношений дает нам более глубокую картину того, как расходуются разные виды энергоресурсов в различных секторах экономики города (региона). Такое пространственное, векторно-дипольное представление энергопотребления (и энергетических мощностей) дает общую картину структуры Ь по всем потребителям, их соотношение с точки зрения выбора оптимальных источников (или систем генерации и выработки разных видов ТЭР).

Энергоёмкость городского хозяйства (Москва)

ГЧ, млрд.кВт*ч

Пром-ть (<Я) ^ -—Пот ® а Экспорт ери // \)У/ Ндсел( ;ние

ТР //Г\ ШШ) Бюд>к^ Автрс зтранспор

Тирг

О 2 4 6 8 10 12

С1,млн.т.у.т,

Рисунок 2.9. Представление ряда секторов городского хозяйства в дипольной диаграмме в координатах - тепло- (топливо) емкость и электроемкость

Такие типологические модели показывают нам не зависимости ряда функций и параметров от других значений, а демонстрируют устойчивое распределение сложившихся системных объектов, являются В ТОМ ЧИСЛЕ методологическим средством интеграции расчетно-теоретических моделей с выявленными фактическими данными о состоянии системных объектов и комплексов. При этом ключевым является определение устойчивых параметров, характеризующих целостность возникающих системных образований, выявление не прямых, а косвенных корреляционных зависимостей на основе выбранных типологических моделей и анализа фактических данных.

Типологические диаграммы являются методологическим средством систематизации, структурирования системной проблематики, снижения неопределенности (и искажения) исходных данных, в том числе за счет интеграции расчетных моделей и фактических данных. Таким образом, типологические диаграммы отражают не зависимости параметров У от X, Ъ и др., показывают распределение ключевых параметров фактических объектов в поле их возможных состояний (значений).

Именно целостность является главным параметром, характеризующим возникновения и определенную трансформацию системы [385]. Технические целостности систем энергоснабжения в первую очередь характеризуются общим объемом: числом потребителей, протяженностью распределительных сетей, мощностью источников. Для энерготехнологических процессов, объектов более чем резонно выбирать в качестве этих параметров показатели интенсивности генерации и диссипации энергопотоков. Для распределенных систем городов (промышленных узлов) это - суммарная мощность и численность населения (и других потребителей). Кроме того, важнейшим параметром окружающей среды, характеризующим необходимые потребности в энергии, являются климатические параметры (расчетные температуры самого холодного и самого жаркого месяца, ГСОП). Эти параметры являются в значительной степени устойчивыми.

Соответственно, мы вправе использовать такие типологические параметры ПКТС, как общую тепловую мощность, размер города, градусо-сутки отопительного периода, а расположение объектов в координатах «ГСОП -мощность (размер города)» характеризует его устойчивое состояние как с точки зрения потребления, так и в генерации. Такие типологические диаграммы дают нам наглядное представление об отнесении объектов к определенному «типу» (сочетающему уникальное соотношение «генерации-потребления»). Такие же типологические диаграммы в координатах «генерация-диссипация» применимы для ряда других объектов разного пространственного масштаба и разной степени распределенности. Этот метод позволяет выявлять резервы разной природы для систем разного масштаба и состава. Это достаточно трудоемкая аналитическая процедура в сложных теплотехнологических системах, тем не менее, наличие значительного количества автоматизированных приборов учета, баз данных дает возможность поэтапно накапливать необходимые для анализа данные.

Для систем теплоснабжения городов - как систем более серьезного масштаба, могут быть использованы несколько типологических диаграмм разной степени обобщения (детализации).

При этом в качестве типологических параметров выбираем размер города, градусо-сутки отопительного периода, базовые и пиковые мощности энергоисточников, энергоемкость системы энергообеспечения. При этом комплекс других городских объектов может быть дополнительно отражен на соответствующих типологических диаграммах меньшего масштаба (таблица 2.9).

Таблица 2.9

Алгоритм определения полной (векторной) энергоемкости ПКТС

Этапы Наименование этапа Содержание этапа

1 Определение частных составляющих энергоемкости Уточнение значений тепло-, топливо-, электроемкости продукции тепло-технологических агрегатов

2 Построение общего вектора энергоемкости продукции Определение полей (векторов) полной энергоемкости продукции в координатах топливо(тепло)-емкости и электроемкости

3 Переход от частных установок к агрегатам, территориальным объектам Отражение векторов полной энергоемкости системных объектов в полях Q и N энергоемкости (правый верхний квадрант номограммы)

4 Учет потерь тепла и электроэнергии при транспорте Добавление полей значений Q и N энергоемкости в дополнительных квадрантах (левый верхний и правый нижний) номограмм

5 Переход к полной энергоемкости ПКТС на энергоисточниках Уточнение полей полной энергоемкости фактических энергоисточников и сравнение с оптимальными (левый нижний квадрант)

Безусловно, выбор соответствующих типологических диаграмм с необходимыми параметрами обусловлен в первую очередь задачами, стоящими перед исследователями, масштабами объекта, уровнем неопределенности (недостаточности) исходной информации (см. в частности рисунок 4.21). Именно такой наглядный типологический инструментарий позволяет в значительной степени нивелировать, нейтрализовать факторы неопределенности и недостаточности исходной информации, т.к. они оперируют с параметрами целостности возникающих систем разного масштаба.

Для иллюстрации качественных различий используется понятие типологических моделей, предложены критерии выделения устойчивых типов объектов и систем на основании энергетических параметров генерации-диссипации энергоресурсов и способов возникновения технологических целостностей разного уровня (теплотехнологических, теплоэнергетических систем, региональных энерготехнологических комплексов). Типология помогает глубже понять объект исследования, уточнить выполняемые им функции во всем многообразии его связей, обозначить основные средства, обеспечивающие достижение поставленных целей.

Один из возможных подходов к исследованию сложных систем - это переход от детальных моделей к упрощенному феноменологическому, макроскопическому, агрегированному описанию (как поступают в термодинамике или макроэкономике). Такой подход не всегда позволяет получить точные количественные оценки, но по крайней мере гарантирует надежность качественных выводов [289]. Если типовые модели лежат в основе научных парадигм, и практическое представление типовой модели состоит в выявлении ключевых факторов, определяющих эффективность функционирования объекта, то типологию мы связываем с пониманием типа как особого методологического средства, с помощью которого строится теоретическая картина действительности [384].

В этом случае тип может выступать в качестве особого идеального объекта, а не прямого заместителя эмпирически данного множества объектов. При этом понятие типа выступает не как непосредственное взятое из реальности, а как результат сложной работы научного мышления, которое теоретически реконструирует наиболее существенные характеристики исследуемого множества объектов и отношения между ними, и объединяет их в понятии типа39.

Истолкование типологии как методологического средства имеет три важных для решения практических задач следствия.

39 Типология. Яндекс-словари. https: /М. slovari .yandex.ru/article .xml ?

Во-первых, это способствует отказу от трактовки типа как полного и однозначного отображения системы: множеству конкретных типологических процедур фиксации отношений между элементами системы соответствует и множество различных типологий для данной системы [313]. Поэтому построение типологии предполагает использование совокупности типологических понятий и их обоснование. Такой подход открывает путь к построению абстрактных многомерных типологий, в которых тип понимается как сложная конструкция, размещенная в многоуровневом таксономическом пространстве.

Во-вторых, это позволяет связать типологию с переходом от классификационных понятий к измерительным. Следовательно, если использовать разработанные для данного типа систем определенные принципы их организации и функционирования, то это повлияет на результаты деятельности конкретных энерготехнологических систем.

И в-третьих, это допускает рассмотрение множества объектов определенного типа в качестве эквивалентных (изоморфных) классов. В рамках множества объектов определенного типа может быть выделен некоторый определенный объект, который по ряду причин рассматривается в качестве представителя всего множества объектов. Поэтому возможно исследование проблем развития ПКТС и на примере конкретных объектов -теплоэнергетических систем определенных городов и регионов (таблица 2.10).

Еще раз отметим важнейший функционал и преимущества кластерно-типологических моделей:

- формализация качественного состояния/положения объекта в ключевых координатах генерации-диссипации энергии;

- визуализация качественных различий объектов, элементов и систем в целом в пространстве выбранных координат:

- наглядное представление векторов реализации состояния реализации резервов.

Таблица 2.10

Элементы и составляющие части методологии во взаимоувязке

№ Составляющий элемент Назначение и функция Что создано нового

1. Методы системной диагностики теплоэнергетических систем и комплексов Диагностика особенностей развития технических систем в пространстве городов, промузлов и во времени (по стадиям жизненного цикла) Методы выявления ключевых параметров технологических систем (целостностей) и комплексов: дисбалансов в их развитии (структурных, режимных)

2. Методы предъявления (представления) полученных оценок и диагностики Наглядное представление иерархии проблем эффективного развития технических систем для понимания и принятия решений Многомерные диаграммы состояния (ключевых параметров) систем: ГСОП-размер (нагрузка); q-R; технические/экономические резервы

3. Методы термоэкономического анализа условий функционирования систем Анализ организационно-правовых и социально-экономических диспропорций функционирования социо-технических систем Методика анализа устойчивости отклонений («патологий») системных параметров, выявления институциональных «ловушек» и подбора мер их устранения

4. Методы формирования и отбора комплекса мер повышения эффективности Механизм выбора оптимальных векторов развития, отбора ключевых сценариев повышения эффективности систем Методика увязки технологических и организационно-правовых мер и мероприятий в сценарии повышения эффективности («дорожная карта»)

5. Методы моделирования, управления и мониторинга развитием технических систем Метод поэтапного имитационного моделирования и прогнозирования развития энерготехнологических систем с помощью оптимальных системных конфигураторов Технология поэтапного накопления статической и динамической информации в реляционных хранилищах данных для достоверного анализа (OLAP40), мониторинга и поддержки принятия решений

40OLAP- (On-Line Analytical Processing), технология многомерного анализа данных в режиме реального времени.

2.4. Функциональные параметры и состав информационных моделей для выявления и мониторинга резервов энергоэффективности

Как было отмечено выше в п. 2.1-2.2, важнейшими особенностями существующего положения в системах энергообеспечения городов и промузлов является нехватка и противоречивость данных о реальном состоянии и режимах энергоиспользования разных элементов системы. Значительное количество разнородных потребителей существенно затрудняет сбор сопоставимых данных и тем более их анализ. Нет нужды повторять, что получить достоверные прогнозы функционирования систем невозможно как без динамических параметров (режимных характеристик), так и не представляя фактический состав ее элементов (источников, сетей, потребителей).

Моделирование идеальных абстрактных теплоэнергетических агрегатов и комплексов, оторванных от конкретных территориальных особенностей и фактических режимов, не дает возможности оценивать их эффективность, обеспечивать надежное функционирование и адекватно управлять сложной технологической системой. Поскольку энергия, как субстанция с повышенной работоспособностью (эксергией), может циркулировать безопасно только между источником и потребителями, и крайне сложно аккумулируется («складируется»), ключевым параметром таких целостностей (систем) является необходимость как можно более полного согласования режимов выработки и потребления энергии, и появление дисбалансов является проявлением неоптимальных режимов функционирования систем. Соответственно, в модели мы выделяем целостную территориальную систему в виде комплекса устройств от источников до потребителей энергоресурсов, потому что процессы потребления энергии неотделимы от генерации (и наоборот).

Модель должна наглядно показывать все важнейшие параметры, характеризующие целостность систем (ее размер, архитектуру, состав), режимные параметры и взаимодействия, также определяющие эффективность функционирования системы [178].

В такой постановке задачи модельный комплекс представляет из себя инструмент системного анализа и поддержки принятия решений по развитию ПКТС городов, промузлов, регионов, снабженный разнообразными аналитическими приложениями (технология многомерного анализа данных), опирающимися на достоверные исходные данные фактических режимов и параметров системы (таблица 2.11).

Таблица 2.11

Задачи и функции системы мониторинга и прогнозирования энергопотребления

Характеристики распределенных ПКТС Средства для поддержки процедур анализа и принятия решений: функции и возможности [450]

Значительная распределенность ПКТС; Иерархическое построение систем доставки энергоресурсов; Значительное количество конечных потребителей; Существенный разброс тарифов на энергоресурсы для разных групп потребителей; Значительный разброс параметров объектов учета относительно их проектных характеристик; Изменчивость во времени и от параметров окружающей среды. Строить и развивать модель учета поставки энергоресурсов в масштабах от конечного потребителя до района, города; Производить накопление фактографической информации о состоянии систем учета поставки энергоресурсов во временных масштабах от месяца до нескольких лет, на основании показаний приборов учета; Осуществлять контроль корректности ввода первичных данных на основании заданных критериев и самоподобия; Производить оперативный анализ хранимой информации разной степени агрегации по уровням иерархии поставки, видам ресурсов, группам потребителей и их потребностям, периодам времени и т.д.; Производить имитационный эксперимент (влияние температуры окружающей среды на потребление энергоресурсов); Производить оценку реального количества потребляемых энергоресурсов в т.ч. в натуральных показателях; Давать прогноз «истинных» затрат потребителей и поставщиков на энергоресурсы, а также затрат на потери (транзакционные издержки); Использовать географическую информацию для представления модели.

Для решения этих задач необходим особый инструментарий, обладающий необходимыми системными характеристиками и опирающийся, по возможности, на максимально приближенное к реальности состояние (состав и режимы) системы. В качестве модели мы можем использовать «черный ящик», модель состава (элементные модели), модель структуры (сети, графы, «деревья»), модель конструкции (организационные модели). Сетевое построение систем теплоэнергоснабжения наталкивает нас на необходимость использования возможностей моделей состава и структуры систем в виде иерархических графов («деревьев») [126].

В числе важнейших принципов созданной методологии помимо различия применяемых моделей и методик, необходимо упомянуть междисциплинарность и поэтапность снятия неопределенности исходных данных. Соответственно, для выявления ключевых резервов распределенных теплотехнологических систем в составе методологии реализованы разнопрофильные и разноуровневые модели состава, структуры и динамики систем (рисунок 2.10), увязывающие в единое ядро теоретические и эмпирические данные (таблица 2.12).

Таблица 2.12

Основные и вспомогательные параметры распределенных теплоэнергетических систем

для мониторинга

Статические параметры Динамические (эмпирические) параметры

Общая мощность теплоисточников, состав оборудования, сроки сооружения Параметры участков тепловых сетей (диаметр, длина, изоляция, состояние) Тепловые пункты, их привязка к адресам Расчетная тепловая мощности ЦТП Нагрузки основных потребителей Динамика поставки тепловой энергии Потери тепловой энергии и теплоносителя Количество теплоты через ЦТП по счетчикам тепловой энергии

Удельная мощность на 1 чел Материальная характеристика тепловых сетей Удельные расходы тепловой энергии, 2 3 теплоносителя на 1 чел, 1 м , 1м .

Уровень моделирования

Состав

(элементные модели): состав источников, ЦТП, потребителей

Представление модели

Структура

(структурные модели): выявление типов объектов, типов свойств и

параметров, взаимосвязей и соответствий

"Объекты' ЭКК

Свойства объектов

-idObj

«metaclass» Objs

idObj : Long #ObjName : String #idObjType : Long #Note : String #idParent : Long #isClass : Boolean

-idObj

-idObj

0..* -idParent

ObjFt

-idObjFt : Long -idObj : Long -idObjFtType : Long +Value : String + idMU : Long -idParent : Long

-idObjFt

¡Ft

idObjType idObjType

г к Тип объекта ObjType

-idOdjType : Long = 1 -ObjType : Long = 1 -Note

idObjFtType

ObjFtType

-idObjFtType : Long + FtTypeCode : String + FtType : String + Notes : String + idMU : Long

idObjFtType

Msrs

-idMsr : Long -idObjFt : Long + period : Long +v-1 : Double +t-1 : Date +v0 : Double +t0 : Date -idMsrType : Long

Тип свойства объекта

-idOb

-idPatent

-idOb

Динамика

(модели системного мониторинга):

параметры фактического потребления энергоресурсов разного вида и потенциала

Рисунок 2.10. Иерархия моделей системных объектов

Программная реализация математической модели ПКТС содержит41:

^ - описание структурной схемы, в том числе каждого ее элемента;

^ - описание связей между элементами - материальных и энергетических потоков;

^ - методы обработки данных, обеспечивающие определение:

• - параметров материальных и энергетических потоков, связанных с элементом любого иерархического уровня системы;

• - дисбалансов на любом иерархическом уровне системы;

• - теоретического минимума энергопотребления для элементов -терминальных вершин;

• - максимального резерва энерго- и ресурсосбережения для всех элементов (как терминальных, так и внутренних вершин).

Для наглядного представления (и моделирования) подобных структурных схем, как в статическом, так и в динамическом плане, воспользуемся понятием «конфигуратора» - то есть агрегата, состоящий из минимально возможного количества качественно различных языков описания системы, необходимых для заданной цели. При решении этой задачи недостаточно использовать только одно системное представление, то есть одно членение целого на элементы (источники-сети-потребители). Задачу оказывается возможным решить только при использовании разных системных представлений, связанных друг с другом.

Элементы, на которые расчленяется целое, принципиально разные в различных системных представлениях (технологическая, потоковая и территориальная целостность). При этом объект (система) как бы проецируется на несколько экранов, а каждый экран задает свое собственное членение на элементы, порождая тем самым определенную структуру объекта. Экраны связаны друг с другом таким образом, что мы имеем возможность соотносить различные картины, минуя сам объект.

41Гашо Е.Г., Попов С.К. О комплексной рационализации распределенных систем теплоэнергоснабжения промышленных комплексов с предельным энергосбережением энерготехнологических агрегатов. // Вестник МЭИ. 2005. № 1, С.21-27.

Подобное «устройство», синтезирующее различные системные представления, называют конфигуратором42. Только особый синтез разных членений дает необходимое знание о предмете. При этом оказывается невозможным ответить на такой, казалось бы, простой вопрос, из каких элементов состоит предметная область, если не указать, каким системным представлением следует воспользоваться.

Соответственно, программная среда организована как набор различных иерархий («деревьев»), отражающий разные структуры и состав систем, иерархию потоков разных ресурсов. При этом окно конфигуратора в интерфейсе состоит из двух частей: левой, содержащей общую иерархию потоков, справочников и настроек и правой, содержащей информацию, соответствующую выбранному элементу в иерархии (рисунок 2.11).

Рисунок 2.11. Общий вид окна модели-конфигуратора

Редактирование иерархии системных объектов показано на рисунке 2.12, где выделены три панели А, В и С. Панель А - отображает общую иерархию системных объектов, структурированную по выбранным признакам.

42Лефевр В.А. О способах представления объектов как систем. Тезисы докладов симпозиума «Логика научного исследования» и семинара логиков. Издание КГУ. Киев, 1962.

Рисунок 2.12. Вид интерфейса для отображения статических и динамических

параметров объектов в базе данных

Панель В - представляет статические (достаточно медленно меняющиеся) свойства выделенного объекта, панель С - показывает динамические (достаточно быстро меняющиеся) свойства выделенного объекта (соответственно - левая и правая части таблицы 2.11).

Система может осуществлять массовый ввод данных из предварительно подготовленных файлов электронных таблиц. При этом могут быть введены одновременно:

- необходимое количество однотипных объектов с их паспортами;

- имеющиеся динамические свойства объектов (временные ряды);

- дополнительные данные по состоянию объектов.

Созданная программная среда поддерживает взаимодействие и взаимопроверку статических и динамических параметров моделей как предпосылку снижения неопределенности исходных данных и повышения достоверности сложных систем.

Архитектура системы, допускающая реализацию перечисленных возможностей и ограничений, включает в себя набор необходимых функциональных блоков:

Интерфейс, позволяющий работать с некоторым классом объектов, представляющим предметную область ПКТС

Реляционная база данных со структурой, допускающей манипулирование конкретными объектами ПКТС

Стандартные средства анализа и представления многомерных данных

Интерфейс, позволяющий развивать модель (без модификации структуры хранилища объектов), и имитационный эксперимент

Геоинформационная система, позволяющая единообразно объединить различные иерархии объектов блока 2

Пример реализации интерфейса для отображения статических (общие сведения об элементе системы) и динамических данных (фактическое потребление ресурсов в различные промежутки времени) показан на рисунке 2.13.

Блок 1 Блок 2 Блок 3 Блок 4 Блок 5

Рисунок. 2.13. Вид интерфейса для отображения статических и динамических

параметров объектов в базе данных

Комплекс ИАС содержит следующие основные наборы данных (таблица

2.13):

Таблица 2.13

Перечень наборов (таблиц) данных разных типов

№ Название таблицы Назначение Описаны

1. Objs Список экземпляров объектов предметной области панель А

2. ObjType Список типов объектов

3. ObjFt Список свойств объектов панель В

4. ObjFtType Список типов свойств объектов

5. MU Список единиц измерений

6. Msrl Список замеров значений свойств объектов (в т.ч. изменяющихся во времени - динамические свойства) панель С

7. MsrType Список типов замеров

8. Periods Список периодов (задает периодичность замеров величин свойств объектов, изменяющихся во времени)

9. Imgs Список представлений, ассоциированных с объектами

10. ObjTypelmg Список пиктограмм типов объектов в визуальной иерархии

На рисунке 2.14 показаны структура и связи наборов данных из таблицы 2.13 в сводной реляционной базе данных. Информационный паспорт - образ объекта в базе данных, он определяет признаки (свойства) которые необходимы и достаточны для обеспечения управления объектом на данном уровне. Паспорта объектов дополняют существующие информационные системы (статистику и прочее), содержат статистику изменения параметров (свойств).

Совокупность первичных объектов определяет объект более высокого уровня, но не является его паспортом, так как переход на вышестоящий уровень иерархии приводит к появлению новых качеств объекта.

ObjTypelmg

ObjTypeToFttype

MU

idObjTypelmg int identity

Img (O) image

<t m

I ill

is ¡of is ¡ofis |ofs ¡of

I III

I III

I III I I I

of

ObjTyp

idObjType (FK) idFtType (FK) int int

У

idObjType int identity

ObjTypelDI (O) varchar(50)

Notes (O) varchar(50)

has map point bit

idObjTypelmgOO (O) (FK) int

idObjTypelmglO (O) (FK) int

idObjTypelmgOl (O) (FK) int

idObjTypelmgl 1 (O) (FK) int

i i is ¡of

Objs ^

Obj

of

tType

idFtType int identity

FtTypeCode (O) FtType (O) Notes (O) idMU (O) (FK) varchar(8) varchar(50) varchar(99) int

idMU int identity

MUlD1 (O) varchar(50)

MUC (O) float

MUCsng (O) varchar(50)

Notes (O) varchar(254)

str num (O) bit

■ 1 с is ¡of

é

idObj int identity

idParent int

idObjType (FK) int

ObjName varchar(50)

Notes (O) varchar(50)

CX real

CY real

is_template bit

ObjFt

is ¡of

I I I

-•ie-of--ie -ef-

idObjFt int identity

idObj (FK) idFtType (FK) Ft_str (O) idParentObj (O) (FK) flags int int varchar(99) int tinyint

i is ¡of lmgs 1 ObjFtExRef i is ¡of i *

idlmg int identity idObjFtExRef int identity

idObj (FK) Url (O) Notes (O) int varchar(255) varchar(50) idObjFt (FK) ExRef (O) CashVallue (O) int varchar(255) varchar(255)

is ¡of

msrl ^

idMsr int identity

idObjFt (FK) int

idMsrType (O) (FK) int

v 1 (O) float

t 1 (O) datetime

vO (O) float

tO (O) datetime

idPeriod (O) (FK) int

flags tinyint

is of

I

is of

MsrType

4

periods

idMsrType int identity

MsrTypelDI (O) PF (O) CODE_mt (O) varchar(50) char(1) char(3)

idPeriod int identity

pName (O) pM (O) pQ (O) pY (O) pB (O) pE (O) varchar(5O) varchar(50) varchar(50) varchar(5O) datetime datetime

s

s

Рисунок 2.14. Структура и связи элементов в реляционной базе данных

Для обеспечения регулярного периодического обновления информации следует разработать организационную структуру сбора информации, формы паспортов, порядок сбора данных и ведения паспортов, степень ответственности участвующих лиц. Периодичность обновления данных - годовая (на базе годовых отчетов); квартальная, ежемесячная, еженедельная и т.д. Информация об объектах мониторинга обычно проходит несколько стадий обработки прежде, чем станет свойствами объекта в базе данных, как показано в таблице 2.1 4.

Таблица 2.14

Описание стадий обработки информации в ИАС

Стадии обработки информации Содержание стадий обработки информации Источники информации

Стадия 0 Первичная информация, содержащаяся в различных документах (бухгалтерских, кадастровых и проч.) Комплекс разнородных исходных документов

Стадия 1 Предварительно собранная информация в виде неструктурированных файлов текстовых документов и электронных таблиц для нужд лиц принимающих решения уровня непосредственного управления объектом, потребляющим энергию Заполняются информацией полученной на Стадии 0 в ручном режиме

Стадия 2 Агрегированная информация в виде заданным образом структурированных файлов текстовых документов и электронных таблиц вышестоящего уровня управления Заполняются информацией полученной на Стадии 1 в ручном режиме

Стадия 3 Промежуточная информационная структура в базе данных Заполняется информацией полученной на Стадии 2 в полуавтоматическом режиме

Стадия 4 Объекты мониторинга с набором статических и динамических свойств, помещенные в базу данных Заполняются информацией полученной на Стадии 3 в автоматическом режиме

Данные о функционировании и изменении объектов собираются в базу данных по нескольким каналам:

- отчеты органов государственной статистики;

- отчеты о периодических обследованиях (сплошных и выборочных);

- показания различных приборов учета и мониторинга;

- другие (ведомственные) источники.

Таким образом, общий алгоритм поэтапной реализации комплекса функций ИАС можно представить следующим образом.

1. Уточнение конфигурации предметной области (объекта анализа) и необходимых иерархий.

2. Ввод данных по объектам (статических параметров), взаимосвязей, общей структуры системы.

3. Сбор и наполнение разнородных динамических данных (узлы учета и мониторинга).

4. Уточнение параметров, сведение балансов по контурам, коррекция первичных данных.

5. Получение необходимых аналитических данных, их обработка и верификация.

6. Сравнение показателей для выявления расхождений, дисбалансов, потерь, резервов.

7. Мониторинг происходящих изменений (модернизации, реконструкции объектов, дополнительные взаимосвязи).

Конкретная реализация и наполнение данными разработанного моделирующего комплекса [131] на примере городской и региональной теплоэнергетической системы представлены в приложениях.

2.4. Выводы

Во второй главе диссертации сформулированы основные предпосылки формирования единой методологии выявления разнообразных резервов повышения энергетической эффективности теплотехнологических и теплоэнергетических систем. Для этого введено и раскрыто понятие разных типов и разной природы резервов повышения энергоэффективности теплоэнергетических систем: термодинамической природы, резервы масштаба и топологии систем, возвращения системы в расчетно-оптимальные режимы функционирования.

Ключевыми принципами нового методологического подхода, позволяющего осуществлять выявление резервов разного типа в условиях искажений и неопределенности исходных данных, являются: сочетание микро- и макромоделей (моделей анализа и синтеза распределенных систем), статических и динамических характеристик; согласование расчетно-теоретических и экспериментальных данных. Разработаны методики определения резервов энергосбережения и повышения энергетической эффективности разной природы, принципы согласования резервов и схемных решений, механизмы стимулирования их реализации.

Автором введено и обосновано понятие кластерно-типологических моделей, выявлены их различия для разных типов систем. Сформулированы общие подходы и различия в алгоритме выявления резервов повышении эффективности: единая методология выявления системных резервов разной природы сформирована на основе синтеза разных моделей и методов выявления резервов. Предложена методика структурного (векторного) анализа полной энергоемкости производства, позволяющая видеть резервы взаимозаменяемости разных видов энергии при осуществлении энергоемких технологических процессов, соотношение потребления энергоресурсов разных видов и потенциалов.

Для адекватного анализа эффективности, мониторинга и выявления резервов совершенствования ПКТС городов и промышленных узлов создана информационно-аналитическая система, включающая в себя комплекс иерархических моделей состава и режимов разнородных потребителей, реляционные базы данных и аналитические инструменты с применением OLAP-технологий многомерного анализа.

В числе требуемых моделей представлены модели структуры, связей и состава систем, разработана универсальная информационно-аналитическая оболочка для их реализации. Информационная система разработана на основе модели-конфигуратора, сочетающей статические и динамические параметры, расчетные характеристики объектов и комплекс фактических данных о режимах и параметрах их функционирования.

III. РЕЗЕРВЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И МЕТОДЫ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ

3.1 Анализ энерготехнологической и экологической эффективности в отраслях экономики

Для определения наиболее эффективных решений и направлений энергосбережения автором проведен разноплановый анализ статистических данных и практические исследования на ряде предприятий энергоемких отраслей промышленности. Как уже отмечалось в первой главе диссертации, в 2012-2017 гг. под руководством автора были проведены масштабные опросы предприятий43 для выявления и анализа барьеров в энергосбережении, по специально разработанным анкетам. Непосредственное энергетическое обследование ряда предприятий металлургии, химии, промышленности стройматериалов и др. дало возможность получить полную картину, необходимую для законченного методологического анализа [162,168].

Дополнительным источником информации об энергетической эффективности в промышленности стал анализ макротенденций электропотребления отраслевыми комплексами за последние 5-7 лет. Некоторые данные удалось найти в государственной и региональных целевых программах энергосбережения. Важным источником достаточно оперативной информации о реальном состоянии дел становятся рейтинги эколого-энергетической эффективности значительного количества предприятий, составляемые на протяжении последних 8-10 лет специалистами эколого-энергетического рейтингового агентства «Интерфакс-ЭРА44«. Общий перечень различных источников информации о состоянии энерго- и ресурсоэффективности в промышленности представлен в таблице 3.1.

43Гашо Е.Г., Зайцев В.В, Приоритеты промышленной политики с точки зрения энергосбережения. // Энергия: экономика, техника, экология. 2015. №6. С.2-9.

44http: //interfax-era.ru/ reitingi -predpriyatii

Таблица 3.1

Основные источники информации о ситуации с эффективностью энергоиспользования в ПТС [176]

Аналитические и обзорные материалы Информационные системы (ГИС, ИАС), обязательные программные документы Данные о фактическом потреблении ресурсов

Отраслевые обзоры ГИС «Энергоэффективность» Архивы и показания приборов учета

Опросы предприятий ГИС «ТЭК» ГИС «ЖКХ» Системы мониторинга потребления ресурсов АСКУЭ, АСУ ТЭР, АСКУТЭ

Научно-технические журналы ГИС «Промышленность» Результаты обязательных энергетических обследований

Материалы отраслевых и научно -практических конференций Схемы теплоснабжения городов, схемы водоснабжения и водоотведения городов Энергетические паспорта предприятий разных лет (система «Е-пасс»)

Издания профессиональных исследовательских организаций Схемы газоснабжения городов, регионов Программы энергосбережения предприятий в открытом доступе

Специализированные отраслевые сайты Схемы электроснабжения, СИПР Энергетические декларации предприятий и организаций

Материалы государственного статистического учета и наблюдения Программы энергосбережения и повышения энергетической эффективности регионов Открытые данные по энергопотреблению предприятий и ведомств

Справочники по энергосбережению и повышению энергетической эффективности последних лет Инвестиционные проекты по энергосбережению и повышению энергоэффективности Базы данных ряда ведомств (ФАС, Ростехнадзор, жилищная инспекция)

Выявленные в процессе анализа указанных источников информации тенденции можно разбить на несколько групп (таблица 3.2):

- тенденции в энергопотреблении энергоемких отраслей промышленности;

- тенденции в энергетической инфраструктуре;

- тенденции энергоэкологического характера.

Таблица 3.2

Ключевые факторы и тенденции последних лет в энергообеспечении и энергоэффективности предприятий

Ключевые факторы и тенденции Последствия

Закрытие, перепрофилирование ряда энергоемких и экологически небезопасных производств Снижение энергетических нагрузок промышленного профиля (пара, электроэнергии высокого и среднего напряжения)

Последовательное снижение энергоемкости ключевых энергонасыщенных отраслей промышленности (кроме нефтедобычи) Повышение энергетической эффективности и экологической безопасности основных энергоемких производств

Рост электроворуженности основных энергоемких отраслей Увеличение доли потребляемой электроэнергии в общей энергоемкости

Рост распределенной генерации и собственной генерации промышленных предприятий (до 8-9 ГВт за последние 25 лет) Снижение прямой зависимости предприятий от централизованных систем энергоснабжения

Масштабный ввод новых электрических и тепловых мощностей по инвестиционным обязательствам ДПМ Значительное количество введенных мощностей работает неэффективно и в нерасчетных режимах

Снижение тепловой и рост электрической нагрузки городов Повышение востребованности электрических мощностей в городах

Введение государственного экологического регулирования с помощью наилучших доступных технологий (НДТ) Разработка нормативов энергетической и экологической эффективности в различных отраслевых справочниках по НДТ

Для сравнительного анализа эффективности различных отраслей автором на основании различных данных выполнено системное «картирование» отраслевых энерготехнологических комплексов. В качестве показателя энерготехнологической эффективности взято отношение суммарного расхода топлива предприятием к сумме вредных воздействий на окружающую среду (выбросы в воду, атмосферу, отходы и выведение почв из оборота). Если говорить об отраслях в целом, то их общее распределение в данном рейтинге на три группы показано на рисунке 3.1 [176].

Рисунок 3.1. Распределение отраслей по энерготехнологической эффективности

Наиболее интересно распределение предприятий разных отраслей относительно средних отраслевых значений и средних по всем предприятиям. В целом в рассматриваемом рейтинге учтено 4500 предприятий всех отраслей экономики, с более представительными данными наиболее энергоемких и ресурсопотребляющих отраслей. Топливные отрасли, ТЭК и металлургия представлены на 81-95%, нефтепереработка и химия - на 52%, машиностроение

- на 25%, лесопереработка, прочая и пищевая промышленность, ЖКХ и транспорт - в диапазоне 11,5-18%, отрасль строительства и сельское хозяйство

- 2,5-5,9%.

Анализ этих данных позволяет выявить определенные тенденции и проблемы современного состояния технологического и энергопотребляющего оборудования предприятий разных отраслей. Отраслевые комплексы, представленные на диаграмме, разделены на три сектора (снизу-вверх): «менее средних», «средние» и «выше средних» по критерию технологической эффективности. Общий размер секторов пропорционален средней экономической активности предприятий (представляющей собой среднегеометрическое значение от произведения количества занятых на предприятиях, совокупных финансовых показателей и суммарного потребления ТЭР). Построенный таким образом условный картоид на рисунке 3.2, таким образом, охватывает совокупность крупных предприятий всех отраслей промышленности и наглядно демонстрирует различные качественные пропорции:

- попадание ядра различных отраслевых комплексов в области менее или более эффективных значений;

- сравнительные пропорции технологической и энергетической эффективности разных отраслей;

- значительный «перекос» экономики в сторону сырьевых отраслей, ТЭК и отраслей первого передела (свыше 50%).

Очевидно, что целью политики энергосбережения и повышения энергетической эффективности (т.е. снижения общей энергоемкости) является максимальный переход предприятий в верхнюю (более эффективную) зону. По количеству предприятий, группа «выше средних» самая немногочисленная -около 20%, что корреспондируется с данными опроса 2015 года (около 20% предприятий последовательно занимаются политикой энергосбережения). В целом на рисунке 3.2 можно наблюдать довольно сильный разброс в показателях у разных отраслей. В ресурсодобывающей группе - угольная отрасль и нефтедобыча - практически полностью в зоне «ниже средних», газовая отрасль - в основном в зоне «средних» показателей, нефтепереработка вышла в зону «выше средних» показателей.

транспорт

Рисунок 3.2. Картирование базовых отраслей экономики РФ по энерготехнологическому совершенству основного технологического и

энергетического оборудования

В группе ТЭК (включающей в себя все энергоисточники и сетевое хозяйство) - тоже весьма разнообразная картина: около четверти ГРЭС остались в зоне «ниже средних», такая же четвертая часть ГРЭС, половина ТЭЦ и пятая часть электросетей - в зоне «средних» показателей эффективности. В зоне «выше средней» эффективности оставшаяся половина ТЭЦ, половина ГРЭС, все АЭС, электросетевое хозяйство и теплоснабжение.

Достаточно четкая картина в наиболее топливоемких, «тяжелых» отраслях (черная, цветная металлургия и химия): они в своем составе имеют весь набор предприятий с разной эффективностью, однако «ядро» цветной металлургии (по большей части добыча руд) - в зоне с «низкой» эффективностью, ядро черной металлургии - в средней зоне, ядро химических отраслей вырвалось в передовики к зоне «выше средних» показателей.

В группе базовых электропотребляющих отраслей (машиностроение, транспорт) свыше 75% предприятий машиностроения занимают устойчивую «среднюю» позицию, в транспорте около половины (в основном это железные дороги) - в отстающей зоне, около 12% - в середине, и оставшиеся 40% (трубопроводный и авиатранспорт) - в «передовиках». Остальные отрасли представлены в значительно меньшей степени, но и по имеющимся данным видно, что пищевая и лесоперерабатывающая отрасли в целом - в группе «середняков», производство стройматериалов - между «средней» и «выше средней», а строительство, ЖКХ и сельское хозяйство устойчиво отстают.

Как уже отмечалось в п. 1.1 первой главы, опросы предприятий 2015 года выявили существенно большее внимание предприятий к электропотребляемому оборудованию (насосы, компрессоры, электродвигатели), что интегрально