Общие принципы государственного обеспечения энергетической эффективности
Российская Федерация, являясь крупной и независимой энергетической державой, последовательно вносит свой весомый вклад в обеспечение международной энергетической безопасности и стабильности, действуя при этом на прочной основе национального ресурсного суверенитета и с учетом своих собственных жизненно важных интересов. Как подчеркивается в «Энергетической стратегии России на период до 2030 г.», к ним в первую очередь относятся: создание необходимых условий для надежного топливного снабжения внутренних рынков по устойчивым и доступным ценам, активная модернизация топливно-энергетического комплекса, обрабатывающей промышленности и коммунального хозяйства, адекватное обеспечение военной и экономической безопасности, диверсификация экспорта и стабильное развитие взаимовыгодных научно-технологических и внешнеэкономических связей, как с развитыми, так и с развивающимися странами [1, 2].
Для преодоления современных сложных энергетических барьеров, стоящих на пути экономического роста, России, в первую очередь, остро необходимы: комплексное ресурсосбережение в промышленности, коммунальном хозяйстве и на транспорте; инфраструктурная модернизация ТЭК, ускоренное развитие топливно-сырьевой базы; снижение доли нефти и газа в товарной структуре внешней торговли и постепенное замещение необработанных энергоносителей наукоемкой продукцией российского производства; оптимизация внутреннего энергетического баланса, поощрение использования возобновляемых источников энергии, охрана окружающей среды; развитие диверсифицированных высококонкурентных внутренних энергетических рынков; повышение роли государственного регулирования в реализации энергетической стратегии [3].
Роль энергосбережения в повышении конкурентоспособности России
В условиях господства сырьевой ориентации хозяйственных структур удельная энергоемкость отечественного ВВП обратно пропорционально связана с конкурентоспособностью наукоемкой российской промышленной продукции на внешних рынках. К 2005 г. относительное энергопотребление в экономике России было в 2 раза выше среднемирового уровня, в 3 раза выше, чем в Западной Европе, в 2,5 раза выше, чем в США, и в 2 раза выше, чем в Китае [4].
К числу долгосрочных российских энергетических проблем общего характера относятся:
1) значительный износ основных производственных фондов, высокая аварийность технического оборудования, обусловленная превышением его ресурсов и недостаточной технологической дисциплиной;
2) большая протяженность и неравномерность размещения сетей электропередач и топливных трубопроводов, значительная разбросанность городов, поселений, а также прочих социально и промышленно значимых объектов по обширной территории страны;
3) повышенные по сравнению с зарубежными стандартами неоправданные потери при производстве и потреблении различных видов энергии, слишком высокий общий и удельный расход первичных топливных ресурсов;
4) несоответствие оснащенности основной части действующего материального производства и коммунального хозяйства современному научно-техническому уровню по показателям производительности, качества и энергоемкости;
5) низкая платежеспособность большинства потребителей и ограниченность бюджетных средств для совершенствования промышленных и муниципальных систем энергоснабжения;
6) отсутствие равномерно развитой по всей стране эффективной рыночной инфраструктуры предоставления услуг в сфере энергоснабжения;
7) растущий дефицит отечественных специалистов, имеющих профильную образовательную подготовку, необходимые профессиональные навыки, и достаточный практический опыт в сфере эффективного и рационального использования энергии.
Выдвинутые с учетом этих обстоятельств 6 направлений уже запущенной первичной президентской комплексной программы энергосбережения в российской экономике включают: стимулирование бережливой модели потребления энергоресурсов населением; замена ламп накаливания на энергоэффективные световые устройства; повышение энергоэффективности коммунального хозяйства; реализация проектов по повышению энергоэффективности бюджетных учреждений; энергосбережение за счет внедрения энергоэффективного оборудования для локальной энергетики; поиск перспективных инновационных решений в энергетической сфере [5]. Вместе с тем важно учитывать, что для достижения синергетического эффекта все эти направления требуют применения новейших методов инновационного, операционного и стратегического менеджмента, использования индикаторных статистических обратных связей, а также системной координации с проектами международного сотрудничества.
В среднесрочном и долгосрочном тактическом плане перед нашей страной стоят сложные задачи, требующие использования как собственных научных разработок, так и модифицированного к отечественным условиям зарубежного опыта. В их числе: снижение удельных энергетических затрат в расчете на единицу стоимости национального продукта; ресурсная транспарентность и международная сопоставимость национальных статистических данных; обеспечение экологической безопасности; совершенствование технологий энергетических преобразований; государственное стимулирование перехода к возобновляемым энергетическим источникам; создание информационных систем для международного мониторинга уровней энергетической безопасности; выплаты социальных компенсаций негативных последствий энергетических реформ для населения. Особое место в системе данных приоритетов занимает борьба с нелегальными трансграничными денежными потоками энергетического происхождения, с системной коррупцией, организованной преступностью, внутренним и международным терроризмом, нацеленными на энергетические объекты.
Энергосбережение является важнейшей составляющей обширного комплекса задач по обеспечению энергетической безопасности Российской Федерации.
Системы статистического учета энергоэффективности и состояния энергетической безопасности
Специфика современного периода мирового хозяйственного развития определяется такими общепризнанными многосторонними факторами, как: быстрые кардинальные изменения в промышленных технологиях; сложность и наукоемкость материального производства; глобализация производства и рынков сбыта; внедрение информационных систем новых поколений; многообразие потребительского спроса; ускоренное освоение альтернативных источников энергии.При этом одним из ключевых условий успешного формирования государственной системы управления энергетической эффективностью и безопасностью становится правильный выбор унифицированных макроэкономических показателей режима устойчивого энергетического развития (sustainable energy development) для координации функционирования взаимосвязанных региональных, национальных и международных систем мониторинга. Под макроэкономической устойчивостью в данном случае, в первую очередь, понимается долгосрочное динамичное равновесие между эксплуатацией первичных природных ресурсов и развитием человеческого общества.
До недавнего времени в практике США и других зарубежных экономически развитых стран для определения и контроля текущего уровня энергетической безопасности обычно использовалось не более 5 – 6 основных сводных количественных параметров и производных расчетных индексов. К ним обычно относятся: удельная физическая и стоимостная энергоемкость ВВП, уровень удовлетворения текущего спроса на базе внутреннего энергетического производства, процентная доля импорта в структуре потребления, соотношение между текущими активными запасами топлива, импортом и потреблением, а также относительные доли основных и резервных источников импортных поставок в общем объеме импорта и потребления. Тем не менее, многократные и, как правило, неожиданные кризисные ситуации последних лет выявили настоятельную необходимость в более сложном и комплексном подходе. В расширенный набор таких показателей, соответствующих современным условиям и целевым требованиям нового энергетического законодательства России, по оценкам автора, было бы целесообразно включить не менее 16 основных индикаторов, распределяющихся по следующим 4 тематическим группам:
а) группа ресурсных показателей
1) разведанные извлекаемые запасы всех видов минерального топлива, с расчетом ожидаемого периода их исчерпания по уровням текущего и прогнозного потребления;
2) абсолютный и относительный потенциал мощности доступных для рентабельного и технически возможного применения возобновляемых источников энергии;
3) внутренняя структура энергетического баланса с учетом поставок первичных энергоресурсов, производства электроэнергии и полного энергопотребления с разбивкой по видам конечного целевого использования;
4) показатели динамики зависимости отечественной экономики от объемов чистого энергетического импорта и экспорта по видам первичного топливного сырья;
б) группа стоимостных показателей
5) удельная стоимость конечного использования всех видов энергии в расчете на единицу стоимости реализованной продукции, с учетом налогов и субсидий, в текущих и фиксируемых ценах;
6) общая и удельная добавленная стоимость в обрабатывающей промышленности по отдельным энергоемким отраслям и динамика ее энергетической составляющей;
7) совокупные расходы на энергетику, включая базисные инфраструктурные инвестиции, затраты на разведку и освоение месторождений топливного сырья, охрану окружающей среды, профильные НИОКР, внедренческую деятельность, чистые затраты на энергетический импорт и экспорт;
8) относительные доли чистого национального и индивидуального дохода, приходящегося на оплату совокупного личного энергопотребления в расчете на душу населения;
в) группа показателей эффективности потребления
9) валовая и удельная энергоемкость обрабатывающей промышленности, транспорта, сельского хозяйства, торговли и жилищного сектора в стоимостных и физических показателях;
10) конечная удельная энергоемкость набора наиболее энергозатратных видов отечественной товарной продукции;
11) эффективность потребления основных видов первичного энергетического сырья для производства электроэнергии в удельных стоимостных и физических показателях;
12) долгосрочные тренды удельного совокупного расхода энергии по теплотворной способности в расчете на единицу ВВП;
13) динамика полного удельного энергетического потребления в стране в расчете на душу населения;
14) сводные коэффициенты промежуточных и конечных непроизводительных потерь в энергосистемах;
г) группа экологических показателей
15) объемы выбросов в окружающую среду загрязняющих веществ энергетического происхождения в грунт, водную и воздушную среды, с дополнительным выделением группы «парниковых газов»;
16) накопленное количество радиоактивных отходов внешнего и внутреннего происхождения, требующих дезактивации, специальной переработки и длительного хранения.
Система учета данных показателей должна быть ориентирована на стратегию технологического прорыва, на переход к инновационной экономике, на активную государственную поддержку базисных нововведений по приоритетным направлениям. При такой стратегии у России пока еще остается шанс совершить инновационно-технологический скачок на волне ускоренного перехода к VI технологическому укладу в рамках очередного Кондратьевского цикла 2018 – 2060 гг.
Интегрированная система государственного управления энергосбережением и контроля энергетической безопасности
Поддержание стабильного уровня энергетической безопасности является одним из важнейших условий обеспечения устойчивости комплексной системы экономических, социальных и экологических условий; такой режим во многом определяет качество жизни населения и одновременно является итоговым показателем эффективности государственного управления.Как показано на схеме 1, имеющиеся экономические условия непосредственно влияют на жизненный уровень населения и одновременно создают пропорциональный диапазон неравенства доходов и средних уровней энергетического потребления для различных социальных групп. В свою очередь, население в собственных интересах формулирует свои потребности в адекватных уровнях доходов и материального снабжения для нормального воспроизводства трудовых ресурсов, что задает целевые направления общего экономического роста и промышленного развития.
Схема 1. Модель взаимосвязей между энергетической безопасностью, энергопотреблением и стабильностью экономических систем в условиях устойчивого развития
Составлено автором с учетом рекомендаций Программы ООН по экономическим показателям устойчивого развития [6]
Составлено автором с учетом рекомендаций Программы ООН по экономическим показателям устойчивого развития [6]
В ходе реализации предлагаемой интегрированной самообновляющейся системы мер по государственному обеспечению энергетической эффективности, энергосбережения и безопасности, как показано на схеме 2, производится анализ всех имеющихся данных о наиболее вероятных аварийных ситуациях, вызываемых неполадками в работе технологических систем, ошибками обслуживающего персонала и возможными террористическими действиями. Текущий процедурный план действий включает задание регулярно обновляемых лимитов энергопотребления и норм энергосбережения. Результаты такого непрерывного ситуационного анализа желательно применять для оценки возникающих при этом рисков по двум направлениям: состав и вероятность компонентов прогнозируемых террористических и техногенных угроз для регионов и на конкретных предприятиях, а также ожидаемый перечень возможных дальнейших негативных последствий и связанный с ними материальный ущерб [7].
Схема 2. Элементы государственной системы управления энергосбережением и контроля энергетической безопасности
Составлено автором
Составлено автором
С целью сведения к минимуму неизбежных затрат на обновление основных производственных фондов, установку дополнительного оборудования и изменение организационной структуры управления производством, в отраслевых министерствах и на предприятиях в обязательном порядке создаются специальные службы управления последовательным развитием систем безопасности и ресурсосбережения.
Перспективные направления НИОКР и международного научно-технологического сотрудничества в энергетической сфере
Прежде всего следует отметить важность перспективного участия России в деятельности целевых международных партнерств, учрежденных по инициативе государств–членов «Большой восьмерки», в рамках реализации международного плана действий, принятого на саммите в Санкт-Петербурге в июле 2006 г. для обеспечения устойчивого развития мировой энергетики.В их состав входят: Международное партнерство по водородной экономике (The International Partnership for Hydrogen and Fuel Cells in the Economy – IPHE), Международное партнерство по коммерческому использованию нетрадиционных ресурсов метана (Methane to Markets Partnership, М2М), Международный форум по секвестру углерода (Carbon Sequestration Leadership Forum – CSLF), Глобальное партнерство по биоэнергетике (The Global Bioenergy Partnership – GBEP) и инициативы правительства Японии по проблеме комплексного использования вторичных ресурсов и отходов («Plan to Reduce Waste, Encourage Recycling, Reduce Barriers to Trade» – 3R Plan).
В мае 2009 г. министры энергетики «Группы восьми», включая Россию, а также представители Китая, Южной Кореи, Бразилии и Индии подписали меморандум о создании Международного партнерства по сотрудничеству в области энергоэффективности (The International Partnership for Cooperation in the Field of Energy Efficiency – IPEEC). Для России также может быть весьма перспективным участие в работе нового Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (The International Renewable Energy Agency – IRENA), созданного в январе 2009 г. в ходе учредительной конференции в Бонне [8].
Рациональная рыночная среда непосредственно влияет на реализацию политики энергосбережения и включает следующие приоритетные направления: ценовую политику и создание институтов торговли топливно-энергетическими ресурсами; развитие конкурентных отношений в электроэнергетике; создание институтов ресурсо- и энергосбережения. При этом главным результатом должно стать формирование новых субъектов рынка и новых стимулов их хозяйственной деятельности, способствующих экономически целесообразному использованию потенциала роста энергоэффективности.
В указанном контексте положительное значение имеют решения Правительства РФ о планомерной корректировке в период до 2012 г. цен на природный газ [9] для внутренних потребителей до уровня равнодоходных с экспортными ценами, об осуществлении мер по ликвидации перекрестного субсидирования в электроэнергетике, а также по развитию биржевой торговли газом.
Так же как в современной практике использования атомной энергии и освоения космоса, максимальные тактические преимущества для России смогут обеспечить такие направления международной энергетической кооперации с максимальным применением все еще имеющихся в нашей стране фундаментальных научных разработок и технических решений, для которых в других странах пока отсутствуют собственные высокорентабельные аналоги.
По опубликованным оценкам Центра проблем энергетической безопасности Института США и Канады РАН, такие конкретные области технологического сотрудничества прикладного характера с уже имеющимися российскими практическими заделами в первую очередь могли бы включать [10]:
– компактные газотурбинные электрогенераторы, криогенные энергетические технологии, высокоэффективные турбодетандеры для производства сжиженного природного газа и водорода, твердотельные полупроводниковые контрольно-измерительные приборы для низких температур;
– диффузионно-мембранные установки для высокопроизводительного разделения фракций воздуха и природного газа, металлогидридные системы безопасного хранения топливного водорода, методы получения сверхплотных композитов на основе фуллереновых порошков;
– солнечные батареи и аккумуляторы новых поколений на базе когерентных эффектов в гетероэлектриках; литий-железо-фосфатные аккумуляторы; карбонатные и металлооксидные топливные элементы повышенной производительности;
– оборудование для беспроводной передачи электроэнергии с помощью объемного высокочастотного электромагнитного резонанса;
– технологии транспортного использования бороводородного и различных видов мелкодисперсного металлизированного и эмульсионного топлива; активизация сжигания моно- и многокомпонентных топливных смесей в кипящем слое; применение ионизированного водоугольного топлива;
– ядерные реакторы на расплавленных солях с использованием надтепловых нейтронов; ториевые энергетические реакторы; новые системы термоядерных энергетических установок на основе гелия-3;
– методы разведки, добычи и переработки подводных запасов метановых гидратов; авиационное и спутниковое дистанционное радарное зондирование разнородных месторождений полезных ископаемых;
– модульные ветровые электрогенераторы с повышенным сроком службы; системы использования энергии вертикальных океанических термоградиентов; приливные электростанции; электрогенерации на основе прибрежных градиентов солености;
– каталитические энергосберегающие методы вторичной переработки резино-пластиковых отходов, включая автомобильные и авиационные шины; стабилизация и безопасное захоронение углеродных соединений, комплексная дезактивация и вторичное использование зольных выбросов тепловых электростанций.
– сейсмическому геологическому картированию – технологии, позволяющей использовать волновое зондирование в звуковом диапазоне для создания объемных изображений полигенных подземных образований, упрощающей обнаружение залежей нефти и газа;
– дистанционному геологическому картированию методом измерения локальных внутренних сопротивлений – способам определения разнородных зон проводящих участков земных недр, при которых используются электромагнитные волны ультранизкой частоты для выявления расположения нефтегазоносных пластов;
– глубоководной добыче топливного сырья – получению нефти и газа из новых морских месторождений на глубинах свыше 1500 м с использованием крупных автономных плавучих динамически позиционируемых систем добычи, хранения и отгрузки топливного сырья;
– активной интенсификации добычи нефти и газа – технологии закачки в продуктивные пласты рабочих жидкостей или газообразных реагентов для замедления или обращения процессов естественного истощения действующего месторождения с учетом его геологической структуры;
– горизонтальному и наклонно-направленному бурению – методам проводки наклонных или горизонтальных скважин повышенной протяженности с учетом переменной плотности горных пород и с применением активных контролируемых отклонителей, устанавливаемых между дистанционно управляемым турбобуром и бурильной колонной;
– внедрению специальных методов интенсивной очистки нефтепродуктов с использованием абсорбционно-газофракционирующих установок, термическому крекингу общего назначения, висбрекингу в жидкой фазе, коксованию, пиролизу, пекованию, термоокислительной и адсорбционной очистке;
– строительству и эксплуатации автономных плавучих и платформенных морских заводов по производству сжиженного природного газа в открытом море с последующей перегрузкой на криогенные танкеры;
– дистанционному мониторингу состояния нефтегазовых трубопроводов – проектированию, монтажу и эксплуатации электронных автоматизированных систем для отслеживания режимов работы насосных станций, состоянию заслонок и вентилей, локализации возникновения неполадок, врезок, пробоин и утечек;
– расширенному внедрению когенерации – процесса совместной выработки электрической и тепловой энергии, при котором теплообменная среда после использования в выработке электроэнергии применяется для нужд теплоснабжения;
– газожидкостной конверсии – промышленному производству жидкого топлива для транспортных средств на базе промежуточного получения синтез-газа, синтезу средних дистиллятов и выделению тяжелых предельных углеводородов без примесей серы и полиароматических веществ;
– использованию сайклинг-процесса при добыче газового конденсата – способа продленной разработки месторождений, содержащих газовый конденсат, при поддержании достаточно высокого внутрипластового давления посредством обратной закачки деэтанизированного конденсата, получаемого из ранее извлеченного природного газа после отделения от него жидких углеводородов;
– внедрению мультифазных насосов и трубопроводов, обеспечивающих безопасную одновременную транспортировку газа и конденсата, снижению давления на устье скважины, уменьшению вредного воздействия на окружающую среду, эффективному использованию попутного газа, исключающего его факельное сжигание;
– промышленной добыче метана угольных пластов – совершенствованию методов извлечения и очистки природного газа, образующегося в результате подземных биохимических и физических процессов в ходе преобразования растительного материала в уголь, с применением локального горизонтального бурения, а также пневмо- и гидродинамического воздействия на продуктивные пласты;
– повышению эффективности методов разведки и добычи сланцевого газа – дистанционному сейсмическому зондированию, компьютерному многомерному анализу и расчетному графическому моделированию, направленному многовекторному наклонному бурению, гидравлическому разрыву пластов, закачиванию активизирующих и консолидирующих химических препаратов;
– расширению применения жаропрочных суперсплавов для более эффективной электрогенерации, связанному с увеличением производства новых металлических конструкционных материалов на алюминиевой, титановой, железной, медной, кобальтовой и никелевой основах с добавками вольфрама, ниобия, тантала, рения и гафния, обладающих высоким сопротивлением пластической деформации и разрушению при действии высоких температур и окислительных сред, что позволяет увеличить КПД турбин и генераторов.
Кроме перечисленных преимущественно прикладных НИОКР дополнительными полезными направлениями энергетически ориентированного фундаментального научного сотрудничества с участием российских и зарубежных специалистов могли бы стать:
– совместные программы исследований в области физики конденсированного состояния, включая квантовую микро- и макрофизику, физику сложных наноструктур, спинтронику, теорию сверхпроводимости; теории с нетривиальной топологией, описывающие «дираковские» фермионы в графене и поверхности топологических изоляторов, теории локализационных переходов в неупорядоченных системах, статистические свойства волновых функций, описание электронных систем с помощью коллективных конформационных степеней свободы;
– физическое материаловедение: получение новых физических материалов и структур, в том числе фуллеренов, конструкций из нанотрубок, фторо-графеновых пленок, других конструкционных наноматериалов, а также многокомпонентных композитных метаматериалов;
– актуальные проблемы оптики и лазерной физики, в том числе способы достижения предельных концентраций мощности и потоков энергии во времени, пространстве и в различных спектральных диапазонах;
– освоение новых частотных диапазонов; спектроскопия сверхвысокого разрешения и стабильные частотные стандарты; прецизионные оптические измерения; проблемы квантовой и атомной оптики; изучение процессов глубокого взаимодействия излучений с веществом;
– фундаментальные основы лазерных производственных технологий, включая обработку и глубокую модификацию материалов, оптическую информатику, лазерную нелинейную оптику, обратимые и необратимые модификации проводящих сред;
– изучение нелинейных волновых явлений; фундаментальные основы радиофизических и акустических методов связи, локации и диагностики стабильности состояния физико-химических сред;
– фундаментальные проблемы физической электроники, разработка методов генерации, приема и преобразования электромагнитных волн с помощью твердотельных устройств; акустоэлектроника, релятивистская СВЧ-электроника больших мощностей, физика интенсивных пучков заряженных частиц;
– современные проблемы физики плазмы, включая физику астрофизической высокотемпературной плазмы и управляемого термоядерного синтеза, физику низкотемпературной плазмы и основы ее применения в технологических процессах.
При решении комплексных задач энергосбережения и роста топливной эффективности потребуются многие дополнительные хорошо развитые в зарубежных странах с активным участием ранее покинувших по известным причинам Россию ученых такие области знаний, как: синергетика, общие теории игр, динамических систем, разрешения конфликтов и принятия решений, стратегический менеджмент, прогностические технологии «промышленного форсайта».
Исторический парадокс переменной экономической ценности фундаментальных научных исследований заключается в том, что самые абстрактные теории и закономерности, первоначально не имеющие никаких практических приложений, рано или поздно становятся основой для новых, неожиданных и высокоэффективных технологических решений, входящих в повседневную жизнь.
Именно так, например, произошло с основным законом гидростатики Б. Паскаля, с кинетической теорией газов, базисными термодинамическими соотношениями, закономерностями фазовых переходов и уравнениями классической электродинамики Д.К. Максвелла, постепенно ставших теоретическими основами создания современных систем трубопроводного транспорта и дистанционных методов глубинной разведки нефтегазовых месторождений. То же самое случилось и с релятивистской квантовой теорией физических систем, квантовой теорией поля и математическим аппаратом гильбертова пространства состояний квантового поля, которые в период разработки единогласно считались безнадежно далекими от любых практических нужд начала прошлого века. Спустя сто лет оказалось, что более трети современной конечной товарной стоимости мировой высокотехнологичной продукции, включая средства связи и энергетическое оборудование, уже непосредственно связано с прямым производственным использованием разнообразных квантовых эффектов.
Таким образом, имеются достаточно весомые основания полагать, что при благоприятных последующих условиях, намеченные в рамках рекомендаций Комиссии Российской Федерации по модернизации и технологическому развитию экономики ускоренная реализация «Государственной программы энергосбережения и повышения энергетической эффективности на период до 2020 г.», координированное развитие собственных перспективных энергетических исследований и разработок, а также взаимовыгодное многопрофильное международное сотрудничество смогут заметно ускорить продвижение нашей страны к успешному решению закономерно поставленных временем сложных задач глубокой инновационной модернизации.
