//Электрика. – 2009. – № 6.– С. 3–7.
ОБ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИИ И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ
С. А. Цырук
Московский энергетический институт (технический университет)
Разработка стратегии развития Российской Федерации на период 2020–2030–2050 гг. требует принципиально нового подхода к управлению проблемами, поставленными происходящей глобализацией. За последние десятилетие изменилась материальная часть действительности. Актуализировалась необходимость ценологического рассмотрения большинства объектов экономики (включая предприятия и города) как сообществ различного рода технических изделий. Наука и практика потребовали введения ряда понятий, формулирования новых определений и терминов, описывающих реальности цивилизации XXI века (речь идёт о понятиях, которые хотя и вошли в отраслевые, общетехнические и международные словари, но всё ещё остаются малоизвестными широкому кругу инженерно-технических работников, а из-за необычности плохо воспринимаются научным сообществом). Без ценологического подхода трудно ожидать правильного решения как локальных технических, экономических, социальных проблем, так и проблем, требующих разрешения на уровне законодательной и исполнительной властей.
Проблемы энергообеспечения постиндустриального мира в целом, включая, прежде всего, полное и надёжное обеспечение электрической энергией любого и каждого потребителя, с началом XXI в. обострились и на обозримое время будут лишь углубляться. Энергетическая безопасность России требует разработки и реализации долговременной стратегии, варианты которой уже несколько лет рассматриваются и переутверждаются. Несомненно, что в 2010 г. придётся обсуждать концептуально иной вариант стратегии и проекта развития электроэнергетики до 2030 и 2050 гг. – принципиально отличающийся от Энергетической стратегии до 2020 г., утверждённой распоряжением Правительства РФ от 17 ноября 2008 г. № 1662-р.
Действующая Энергетическая стратегия предлагает решение вопросов генерации электрической энергии, её передачи и распределения, ориентируясь на интересы и развитие электроэнергетики и оставляя в стороне проблемы потребителя электрической энергии и электротехнической продукции. Федеральный закон от 26 марта 2003 г. № 35-ФЗ "Об электроэнергетике" выделил субъектов электроэнергетики, осуществляющих деятельность в сфере электроэнергетики, в том числе производство электрической и тепловой энергии, поставки (продажу), энергоснабжение потребителей, предоставление услуг по передаче электрической энергии, оперативно-диспетчерскому управлению в электроэнергетике, сбыт электрической энергии, организацию купли-продажи электрической энергии. Им противопоставляются потребители – лица, приобретающие электрическую энергию для собственных и (или) производственных нужд. На тех же принципах базируются и Федеральный закон № 36-ФЗ "Об особенностях функционирования электроэнергетики в переходный период и о внесении изменений в некоторые законодательные акты РФ и признании утратившими силу некоторых законодательных актов РФ в связи с принятием закона «Об электроэнергетике»", и вся нормативно-правовая база в этой области деятельности.
Законы 35-ФЗ и 36-ФЗ обостряют ситуацию, которая возникла много ранее в связи с разработкой концепции и реализацией плана ГОЭЛРО. Как только энергетика приобрела государственный статус, потребителю пришлось ей подчиняться. Подчинённость усугубилась качественно, когда Наркомат электростанций преобразовался в Министерство энергетики и электрификации, и под обязательство завершить "электрификацию всей страны" в 1960-е годы получил право выдавать технические условия на присоединение к электрическим сетям и подстанциям энергосистемы. В конечном счёте это привело к полному монополизму электроэнергетики и несоответствию интересов государства (общества) инвестиционным и рыночным требованиям.
В новых условиях, руководствуясь Гражданским Кодексом РФ, важно критически рассмотреть, научно обосновать и законодательно выверить взаимоотношения потребителя с субъектами электроэнергетики, с разработчиками и поставщиками электротехнической продукции. Принятая Энергетическая стратегия до 2020 г. нацелена на удовлетворение потребностей в энергии страны в целом. Однако следует понимать, что главным стратегическим направлением должно стать не наращивание мощностей электростанций, а качественное снижение энергоёмкости ВВП. А этого можно достичь только повышением эффективности конечного потребления – в первую очередь, в промышленности.
Понимание ключевой роли потребителя в повышении энергоэффективности возникло ещё в 40-е годы ХХ в. Постановление Государственного комитета обороны от 18 мая 1944 г. определило экономию электрической энергии как важнейшую народнохозяйственную задачу и установило порядок, при котором все наркоматы представляли на утверждение в Госплан при СНК СССР технически обоснованные удельные нормы расхода электрической и тепловой энергии на основные виды своей продукции. При этом "энергетиками предприятий должно быть твёрдо усвоено, что методология составления удельных норм должна базироваться только на аналитически расчётной и экспериментальной основе при всестороннем учёте всех факторов, влияющих на электропотребление, и решительно должен быть отвергнут, как порочный, так называемый "статистический" метод" [1]. Государственный комитет обороны установил, что на всех промышленных предприятиях, потребляющих электрическую мощность от 1000 кВт и выше, создаются отделы главного энергетика, непосредственно подчинённые главному инженеру, а на предприятиях и в трестах, потребляющих электрическую мощность от 3000 кВт и выше, главный энергетик впредь должен был являться заместителем главного инженера предприятия или треста.
Заметим, что в вопросе о главном энергетике на первое место ставили электроэнергетику, оговаривая граничную электрическую мощность. С этого времени стала фактически выделяться промышленная энергетика как материальный и документальный (информационный) объект, как область человеческой (инженерной) деятельности, наконец, как наука со своим печатным органом – журналом "Промышленная энергетика". Однако электрическую часть (при проектировании её называют электротехнической), по воспоминаниям проф. Николая Федотовича Ильинского, представляло несколько дисциплин, мало связанных между собой: электропривод, высоковольтное и цеховое электроснабжение, электротермия, электроосвещение, монтаж и эксплуатация, электроремонт. Исторически это вполне объяснимо: в 40-е годы электродвигатели в цехах были единичны, все трансформаторы и сети принадлежали электростанциям. Издаваемые "большой энергетикой" нормативные документы были обязательны для всех потребителей.
Как самостоятельная наука и объект менеджмента промышленная электроэнергетика выделилась в начале 60-х, когда на смену совнархозам пришли министерства, в каждом из которых было образовано Главэнерго. К этому времени были достигнуты исключительно высокие темпы роста электрификации: валовая продукция промышленности возросла в 1955 г. по сравнению с 1913 г. в 27,3 раза, а потребление электроэнергии в промышленности возросло за тот же период в 78,1 раза [2].
В связи с резким ростом объёмов капитального строительства, начавшегося с 50-х годов и достигших пика в 60–70-е годы, обострилась проблема проектирования и монтажа объектов электрического хозяйства. Были разработаны указания Тяжпроэлектропроекта и Электропроекта. Центральным стало обсуждение методов определения электрических нагрузок при проектировании и правильности классификации потребителей по степени требуемой для них надёжности электроснабжения. Накапливался опыт применения комплектных устройств, нового оборудования, упрощённых схем внутреннего и внешнего электроснабжения, опыт блочного, скоростного и индустриального монтажа. В конце 70-х годов были разработаны отраслевые нормы по электроснабжению, электрооборудованию, электроремонту.
Таким образом, следует понять, что потребитель – не единичное электротехническое изделие, не отдельное решение для электроснабжения, электротранспорта, электропривода, электротермии, электроосвещения, а целостное сообщество всего, использующего электричество и составляющего, с точки зрения управления, единый объект – электрическое хозяйство, электрику (этот термин используется в промышленности и строительстве с 60-х годов, введён в научный оборот в 70-е, массово освоен бизнесом в 90-е, обычен для Интернета и журнальной практики с начала ХХI в.* [3]).
Электрическое хозяйство есть совокупность (сообщество – технический ценоз; от греч. – coenose; фр. – ćenose; англ. – сеnosis): установленных и резервных электротехнических установок, электрических и неэлектрических изделий, не являющихся частью электрической сети (цепи), но обеспечивающих её функционирование (эксплуатацию и ремонт); электротехнических и других помещений, зданий, сооружений, конструкций, которые эксплуатируются электротехническим или подчинённым ему персоналом; людских, вещественных и энергетических ресурсов, организационного и информационного обеспечения, которые необходимы для жизнедеятельности электрического хозяйства как выделенной целостности – электрики. Для преодоления кратного отставания по энергоэффективности неизбежен переход от оптимизации единичного электрооборудования и отдельных электротехнических комплексов к оптимизации системы (сообщества) в целом.
Введение термина электрика даёт возможность отказаться, наконец, от синонимии: промышленная электроэнергетика; промышленное электроснабжение; внутризаводское электроснабжение; электрификация (по отраслям); электрическое хозяйство объектов промышленности, сферы услуг и быта, малого бизнеса, транспорта и строительства, сельского хозяйства, объектов культуры, науки, спорта, ВПК; множество электротехнических комплексов как целостность; электрохозяйство и электрооборудование предприятий, организаций и учреждений. Крайне неудачны термины пользователь устройств и пользователь помещений, использованные в проекте Федерального закона "Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности" (см. дискуссию [4]).
В современных условиях возрастает актуальность рассмотрения потребителя как объекта капитального строительства производственного и непроизводственного назначения, для которого обязателен и определён постановлением Правительства РФ от 16 февраля 2008 г. № 87 подраздел "Система электроснабжения". В этом подразделе требуется обоснование принятой схемы электроснабжения в соответствии с техническими условиями на подключение объекта к сетям электроснабжения общего пользования. Принятие упомянутого постановления – важный юридический шаг для потребителей электроэнергии, сравнимый по значимости с вышеупомянутым постановлением 1944 г.
Необходимо рассматривать электрическое хозяйство максимально широко и при решении всех вопросов, касающихся энергосбережения и энергоэффективности. Здесь существует определённая иерархичность, стадийность, возникающая при инвестиционном проектировании – подготовке проектной документации в отношении отдельных этапов строительства и капитального ремонта объектов капитального строительства; при внедрении инноваций; при обеспечении функционирования основных и вспомогательных технологических процессов, информационного и организационного сопровождения всех сторон жизнедеятельности предприятия, организации, учреждения путём оказания услуг электрическим хозяйством.
Важную роль в снижении общей энергоёмкости ВВП должна играть нормативно-правовая база. Однако следует с сожалением констатировать, что упомянутый выше и рассмотренный Государственной думой в конце 2008 г. проект Федерального закона "Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности" базируется на устаревших подходах – концептуально он не отличается от методики, изложенной в первых номерах "Промышленной энергетики" в 40-х годах прошлого века [1, 5].
Основные положения той методики нормирования удельных расходов электроэнергии сформулировал А. Тайц [5], подчеркнув, что необходимы ценностные показатели, т. е. расход электроэнергии на условную единицу стоимости выпущенной продукции (1000 руб.); нормированные человеко-часы; нормированные станко-часы. "Ценностное выражение единицы продукции отражает не только объём работы, выполненной в пределах данного предприятия, но и все затраты по предшествующим стадиям обработки. При одинаковой конечной стоимости продукции у двух предприятий они могут иметь разные* фактические удельные расходы. Изменения стоимости сырья, материалов, оплаты труда изменяют стоимость продукции, не влияя на изменения фактических удельных расходов электроэнергии" [4]. Тайц предполагал, что в основу нормирования должен быть положен фактор, влияние которого на удельный расход является превалирующим.
Использовали три основных метода определения удельных расходов электроэнергии: экспериментальный, расчётный и смешанный. Экспериментально удельный расход предлагалось определять одним из трёх способов:
1) на основе характеристик P=f(Q) для каждой из рабочих машин, входящих в технологический цикл, по которым строятся кривые W0=f(Q) – удельного расхода электроэнергии в функции производительности;
2) по каждой операции в зависимости от производительности агрегата W0=f(Q) или других величин, характеризующих режим процесса (подачи, величины обжатия и др.);
3) путём замеров расхода электроэнергии на каждый сорт продукции или на каждую операцию при установленном технологическом режиме, вне зависимости от производительности агрегатов, но за определённый промежуток времени (час, смену, сутки).
При расчётном методе подсчитывалась сумма двух составляющих: а) полезной работы или энергии, затрачиваемой на снятие стружки, на обжатие металла валками и др.; б) на покрытие потерь (в подшипниках, промежуточных передачах, в электродвигателе), холостой ход и др. Использовали и аналитические методы определения удельных расходов электроэнергии.
Практически тот же подход, но в ещё более упрощённом виде, сводящемся к бумажной отчётности, использован в предлагаемом к утверждению и ныне обсуждаемом специалистами законопроекте. И здесь возникает главный вопрос: как определить, экономится ли электроэнергия, где и сколько? Все советские годы говорили об экономии, которая составляла ежегодно 2–3 % [4], проводились соревнования, конкурсы и др. По "отчётной" экономии мы обогнали всех, придя сейчас к плачевным результатам по реальной энергоёмкости (известно, что в 2006 г. энергоёмкость ВВП России в три раза превышала энергоёмкость ВВП европейских стран, более чем вдвое – мира в целом). Десятилетиями в отчётах так и указывается расход электроэнергии на двигательную силу, электротермию, освещение, потери... Но ведь все эти цифры не являются результатом измерения, они "взяты с потолка" – а взрослые люди ими пользуются, не отдавая себе отчёта в недопустимости такого подхода.
Отсюда главный вывод – только приборный контроль и учёт должны быть положены в основу определения энергоэффективности. Ошибочна концепция "всё рассчитать" по операциям, станкам, участкам, помещениям. Расчёты энергопотребления, основанные на законах физики, химии, других точных наук, необходимы на стадии НИОКР. Расчётные (паспортные) параметры, проверяемые при приёмо-сдаточных испытаниях готовой продукции, приближённо подчиняются нормальному распределению. Но каждое изделие, попав в сообщество других (цех, производство, завод), встречается с таким большим количеством внутренних и внешних факторов, что ведёт себя уже негауссово: среднее теоретически исчезает (или теряет смысл как "средняя температура по больнице"), а ошибка в точке может быть сколь угодно велика (дисперсия бесконечна). Это означает, что не действуют закон больших чисел и центральная предельная теорема, которая составляет основу всей математической статистики и вероятностных представлений, используемых специалистами технических дисциплин. Подчеркнём необычность: увеличение выборки не повышает точность (достоверность) принимаемого решения. И это – ключевое положение ценологической теории.
Тогда решение проблемы оценки результатов энергосбережения сводится к следующим операциям [4]:
1) выделение объектов (зданий, сооружений, территорий), которые административно закреплены, физически представимы и охвачены инструментальным учётом электроэнергии (счётчиками); субабоненты не подлежат обязательной идентификации;
2) определение технологических или иных показателей, которые количественно (или словесно) характеризуют каждый объект; определение удельных расходов электроэнергии за иерархически выделенный временнóй интервал (час, смена, сутки, неделя, месяц, год);
3) осуществление ранжирования по исследуемому параметру, структурно-топологическое оценивание объёма энергосбережения и энергоэффективности объекта во времени, опираясь на кластер-анализ, анализ ценологических выбросов и отклонений.
Возвращаясь к Энергетической стратегии России в свете проблемы энергосбережения и энергоэффективности, подчеркнём принципиальное различие концепции ГОЭЛРО (1920 г.) и "Целевого видения электроэнергетики России до 2030 года" [6]. Ранее всегда требовали и разрабатывали электрификацию всей страны; взаимоувязывая строительство крупных предприятий и городов. Сейчас "речь идёт лишь о расчётных сценариях развития электроэнергетики" [6]. Целью новой энергетической политики является немедленная и долгосрочная активизация инвестиций в энергетику России.
Но, строя планы на 20 и более лет вперёд, необходимо обращать внимание на ценологические ограничения, важнейшие из которых – запрет на бесполезный экспоненциальный рост траты энергоресурсов и необходимость выдерживания соотношения "крупное–мелкое". Когда в 1960 г. ставили цель создать к 1980 г. материально-техническую базу коммунизма, предполагалось, что промышленность должна увеличить объёем промышленной продукции не менее чем в шесть раз. Это требовало повышения производительности труда в промышленности в течение 10 лет примерно в два раза, за 20 лет – более чем в четыре раза. Ожидался рост электровооружённости труда за 10 лет в три раза! Увеличение выработки электроэнергии к 1970 г. планировалось до 900–1000 млрд кВтч (уровень, на который по России вышли только в 1990 г.).
Предусматривали повышение единичных мощностей электростанций до 1200–2400 МВт с установкой на них агрегатов мощностью по 150–200 и 300 МВт (что сокращало примерно в два раза удельные капиталовложения по сравнению с электростанциями мощностью по 400–600 МВт с агрегатами 50 и 100 МВт). Полагалось (что принципиально противоречит ценологическим ограничениям) отказаться от строительства мелких котельных и мелких электростанций для отдельных предприятий и переходить на централизованное снабжение групп предприятий и отдельных районов электроэнергией и теплом от энергосистем, крупных ТЭЦ, районных котельных. Действующие мелкие отопительные котельные должны были постепенно ликвидировать.
Жизнь показала ошибочность таких планов. Невозможно идти по пути постоянного увеличения как единичной, так и общей мощности электростанций. Увеличение мощности не устранило, а ещё более усугубило проблемы электроснабжения потребителей, и в современных условиях новые нормативные документы практически сняли с субъектов электроэнергетики ответственность за надёжное электрообеспечение. Поэтому расширяется строительство потребителями собственных генерирующих мощностей, обеспечивающих снижение затрат при работе на оптовом рынке; малых мощностей, использующих вторичные и возобновляемые ресурсы; актуальны исследования, направленные на повышение качества электроэнергии, включая последствия АВР и провалов напряжения. Необходима и государственная поддержка малой энергетики на основе использования возобновляемых источников энергии [7].
Главным же направлением государственной политики должна стать всемерная поддержка инвестиций в объекты электрики потребителя, которые должны быть целевым образом направлены на энергосбережение, ориентируясь на работающую энергоэффективную технику, энергосберегающие технологии, неэнергоёмкие материалы таким образом, чтобы конечная продукция потребления не вела к энергозатратам (паспортным) бóльшим, чем у видов-аналогов, и не требовала чрезмерных средств для экологической защиты. Только такое стратегическое направление может обеспечить энергоэффективность экономики и энергетическую безопасность России на обозримую перспективу.
Список литературы
1. Карасёв И. П. Экономия электрической энергии – важнейшая народнохозяйственная задача военного времени // Промышленная энергетика. 1944. № 1. С. 1–3.
2. Константинов Б. А. Основные вопросы рационального использования электрической энергии в промышленности // Промышленная энергетика. 1958. № 5. С. 1–3.
3. Кудрин Б. И. Электрика: вступая в тысячелетие // Электрика. 2001. № 1. С. 2–5.
4. О проекте Федерального закона "Об энергосбережении". Дискуссия. М.: Технетика, 2009. 52 с.
5. Тайц А. А. К вопросу о методике нормирования удельных расходов электроэнергии // Промышленная энергетика. 1944. №4. С. 1–3.
6. Электроэнергетика России в период до 2030 года: контуры желаемого будущего. М.: ИНЭМ РАН, 2007. 192 с.
7. Кудрин Б. И. О государственном плане рыночной электрификации России / Матер. открытого семинара ИНП РАН. М.: Изд-во ИНП, 2005. 206 с.