|
| |
|
Главная -> Экология
Расширенная технологическая стратегия для энергии и экологии. Переработка и вывоз строительного мусораЛ.Попова, директор Центра ядерной экологиии энергетической политики СоЭС До 1995 года у России не было ни собственной энергетической программы, ни стратегии. Более того, последняя энергетическая программа Советского Союза была разработана еще в 1979, то есть намного раньше развала Советской империи. В 1995 правительство одобрило документ Новая энергетическая политика России на период до 2010 года . Основные положения этого документа соответствуют новым тенденциями во всемирном энергетическом развитии: подчеркнута важнейшая роль энергосбережения и энергоэффективности в новой экономической и политической ситуации, предполагающей реконструкцию в значительной степени милитаризованной промышленности. Однако рассмотренные в этом документе сценарии основаны на нереалистичных предположениях. В октябре 1999 Российское правительство отдало распоряжение разработать новую энергетическую стратегию на период до 2020 года. Документ Новая Российская энергетическая стратегия был представлен правительству в марте 2000. Группа экспертов, разработавших новую стратегию, состояла из сотрудников Министерства топлива и энергетики, Министерства экономики, Министерства науки и техники, Российской академии наук и других федеральных и региональных учреждений. В конце мая 2000 г. Российское Министерство атомной энергетики представило правительству проект Стратегия развития атомной энергии в России в первой половине XXI века . Помимо этих документов, в настоящее время находящиеся на рассмотрении в правительстве, энергетическая стратегия также отражена в Российском докладе План действий по проблеме изменения климата , в котором особое внимание уделено энергосбережению и энергоэффективности. Эта работа основана на анализе данных, содержащихся в вышеупомянутых документах. Бывший Советский Союз создал один из самых больших топливно-энергетических комплексов в мире. Россия играла и все еще продолжает играть наиболее важную роль в мировой энергетике вследствие того, что главные топливные и энергетические ресурсы сосредоточены в России. На территории Российской Федерации, которая занимает 10% земной поверхности, сконцентрировано 45% мировых запасов природного газа, 13% - нефти, 23% - угля и 14% урановой руды. В середине 90-х Россия обеспечивала поставки 80% от общего энергопотребления на Украине, 100% в Балтийских государствах и более чем 50% в странах Центральной и Восточной Европы. Топливно-энергетический комплекс - одна из движущих сил Российской экономики. Его доля в индустриальном производстве составляет 30%, в экспорте - 46%. Из всех налогов, которые собираются в федеральный бюджет, 42% поступает от топливно-энергетического комплекса. Новая Российская энергетическая стратегия разрабатывалась на основе принципа устойчивого развития, хотя под устойчивостью энергетической системы в данном случае подразумевается лишь принцип неисчерпаемости ресурсов, используемых для производства энергии. С нашей точки зрения, жизнеспособная энергетическая система также должна соответствовать двум основным принципам: предупредительный принцип ухода от решений, которые могут принести очень большой ущерб человечеству, даже если вероятность этого события мала или не может быть определена с полной уверенностью; принцип опоры на энергетические технологии, которые не подвергают опасности социальную и политическую стабильность. Будучи важным сектором российской экономики, энергетическая промышленность в то же самое время стала наибольшим загрязнителем: 75% вредных выбросов в атмосферу (включая токсичные газы, пыль и парниковые газы) происходит от топливно-энергетического комплекса и его производств; атомные электростанции высвобождают в атмосферу более 250 видов загрязняющих веществ, в том числе радиоактивные; 70% земли, разрушенной горной промышленностью, обусловлено добычей ископаемого топлива; сооружение больших плотин для гидроэлектростанций привело к тому, что 4,5 миллиона гектаров земли было затоплено, большинство земель были плодородными или заняты ценными лесами; потребление воды в энергетическом секторе составляет 20% от общего потребления страны; электрическая промышленность использует две трети полного количества пресной воды, используемой всей российской промышленностью; более 40% всех технологических несчастных случаев происходят в энергетической промышленности. Экономический спад начала 1990-хотрицательно повлиял на топливно-энергетическийкомплекс. В 1999 производство нефти, газа иэлектричества уменьшилось почти на 25% посравнению с 1990 годом, а потреблениеуменьшилось на 30%. Но для экономического роста необязательно увеличивать производствоэнергии. Ведение дел по-старому никак неулучшит экономическую ситуацию иокружающую среду в России. Сокращениепроизводства и потребления энергиисопровождалось более существеннымсокращением валового национальногопродукта и индустриального производства.Валовой национальный продукт упал на 40%, аиндустриальное производство - более чем на50%. Сокращение производства энергиисопровождалось увеличением энергоемкостипромышленного производства почти в 1,5 разаи увеличением энергоемкости валовогонационального продукта на 30%. Перед спадомроссийской экономики этот индикатор былуже в 2-3,3 раза выше, чем в Соединенных Штатах,и почти 6 раз выше, чем в Японии.Энергоемкость российского валовогонационального продукта также увеличиласьвследствие того, что производство в менееэнергоемких отраслях промышленности типамашиностроения, пищевой промышленности,текстильной и легкой промышленностиуменьшилось, а производство в наиболееэнергоемких отраслях промышленности типаметаллургии, очистки нефти и т.д.увеличилось. Многие из этих отраслейпромышленности используют устаревшиенеэффективные технологии. Российская экономика в основномполагается на такие традиционные источникиэнергии, как ископаемое топливо и атомнаяэнергия. Энергоэффективность - самыйнеиспользуемый ресурс в России. Весьма маловероятно, что индустриипроизводства ископаемого топлива и атомнойэнергии могут дать стимул экономическомуросту в ближайшей и среднесрочнойперспективе по следующим причинам: Угольная промышленность в России - третий по объему субсидий сектор, впереди него только военная промышленность и сельское хозяйство. Устаревшие технологии, используемые в угольной отрасли, делают ее неэффективной и опасной для окружающей среды и рабочих. В нефтяной промышленности только 6% нефти производится с использованием современных технологий. Хотя нефть и далее будет играть важную роль, ее добыча продолжит снижаться, и в 2020 году ее доля ожидается менее чем 25%. Новая энергетическая политика России, одобренная правительством в 1995 году, объявила о газовой паузе в течение периода перехода и реконструкции российской экономики. С 1980 по 1999 год доля природного газа в суммарном потреблении энергии постепенно увеличивалась до 50%. Это больше чем в любой из стран Большой семерки. Хотя природный газ в общей структуре энергетических ресурсов все еще будет доминировать, инвестиции в нефтяные и газовые отрасли промышленности не приведут к существенному увеличению добычи нефти и газа в ближайшем будущем, поскольку наиболее перспективные области расположены на Баренцевом шельфе на Севере и на Сахалинском шельфе на Дальнем Востоке. Развитие атомной энергии, основанной на современных технологиях, таких как легководные реакторы на урановом топливе, не эффективно. Помимо этого порядок получения лицензии и конструкция новых атомных электростанций займет довольно продолжительное время. Предлагаемые газовой паузой возможности для реструктурированияроссийской экономики и энергетическогосектора, в частности, не были использованы вполном объеме. Как в энергетическом секторе,так и в экономике в целом не было созданоблагоприятного инвестиционного климата. Износ оборудования в энергетическомсекторе достиг критического уровня - 30%электростанций уже превысилопредусмотренную проектамипродолжительность жизни. Энергетическоеоборудование, используемое в газовойпромышленности и в производствеэлектричества, устарело и неэффективно.Топливно-энергетический комплекс отчаяннонуждается в инвестициях. Существующиебарьеры, главным образом, политические -отсутствие норм права и регулирования нанеустановившемся российскомэнергетическом рынке, недостаток довериямежду партнерами и отсутствие прозрачностифинансирования в энергетических компанияхи энергоснабжении - делают поток инвестицийвесьма проблематичным. Более 40% энергии в России тратится впустую.Развитие энергоэффективности - вотдолгосрочная и основная цель новойэнергетической стратегии. Реализация мерэнергосбережения и энергоэффективностипоможет: ввести современные технологии в энергетическом секторе, отраслях промышленности и жилых домах; сделать российские товары конкурентоспособными как на внутреннем, так и на международном уровне; сохранить природные ресурсы, которые иначе будут растрачены при неэффективном производстве энергии, и распределить их для экспортирования; уменьшить нагрузку на окружающую среду и улучшить образ жизни людей; создать новые рабочие места; выполнить российские международные обязательства по уменьшению последствий изменения климата. Хотя важность энергоэффективности былапризнана, она не получила широкогораспространения как источник энергии. Темвременем, осуществление мерэнергосбережения и энергоэффективностимогло привести к сокращению потребленияэнергетических ресурсов на 40-50%, или 360-430 млн.тон угольного эквивалента, до 2020 года.Третья часть этого сокращения может бытьдостигнута в топливно-энергетическомкомплексе, треть - в промышленности, болеечетверти - в жилых домах, 6-7% в транспорте, и 3%в сельскохозяйственном секторе. Нопотребуются организационные итехнологические меры. Для достижения целейэнергосбережения могут быть реализованытри вида мер: наиболее дешевые меры типа введения измерительного и учитывающего оборудования, замены оборудования с избыточной мощностью, предотвращения потерь в процессе транспортировки, хранения и использования топлива и энергии; выполнение более дорогостоящих мер энергоэффективности при условии, что срок окупаемости относительно мал; технологическое обновление промышленности, которое будет сопровождаться ростом энергоэффективности и повлечет структурные изменения на всех стадиях технологического процесса, включая сырьевую. Реализация более 600 конкретных мер итехнологий энергосбережения, которыедоступны на внутреннем и глобальном рынках,может обернуться 20-ю процентамисохраненной энергии, что эквивалентносбережению 70-85 млн. тонн угольногоэквивалента ежегодно, при затратах $15 за 1тонну. Наиболее дорогостоящие меры, свыше $60на 1 тонну угольного эквивалента,составляют 15%, а две трети потенциалаэнергосбережения (220-280 млн. тонн угольногоэквивалента) могут быть реализованы состоимостью на 10-30% меньше, чемкапиталовложение в существующеепроизводство энергии, что удовлетворяетсовременным требованиям. Выполнение мерэнергоэффективности, начиная с оченьпростых технологий до наиболее сложных,высокотехнических, может обеспечить работулюдям различных профессий. Наиболее важным и самым чистым источникомэнергии считается электричество.Российская энергетическая стратегияпредусматривает увеличение объемапроизводства электроэнергии до 40,8 ГВт к 2020году. Министерство атомной энергиипредложило увеличить мощность атомныхэлектростанций до 15,8 ГВт, что составляет 40%от всего увеличения объема производстваэлектричества. По оценкам РоссийскогоМинистерства экономики, c 2001 по 2015предложенная атомная программа обошлась быпо крайней мере в 13,2 миллиарда долларов.Причем сюда уже включены затраты назакрытие пяти приостановленных реакторов имодернизацию реакторов, находящихся вдействии, удовлетворяющих современнымтребования безопасности, а также затраты настроительство пяти новых реакторов, но неучтены затраты на прекращение эксплуатации13 реакторов мощностью 6,76 ГВт. Завершение строительства пятиприостановленных реакторов мощностью 5 ГВти сооружение новых мощностью 5 ГВт каждыйстоило бы приблизительно $8,5 миллиардов.Ежегодное производство электричества наэтих 10-ти станциях будет равно в лучшемслучае 70 ТВт/ч. Выполнение мерэнергоэффективности в индустриипроизводства электричества сможетсохранить количество энергии, равное 220-260ТВт/ч (27-32 млн. тонн угольного эквивалента),причем самые дешевые меры потребуют затратна 400-480 миллионов долларов, а для внедрениясамых дорогих мер понадобится $1,6-1,9миллиардов. Дешевле экономно расходовать энергию, чемстроить новые электростанции.Энергоэффективность - лучший выбор, еслизатраты на меры энергоэффективности изатраты на постройку новых электростанцийвообще сопоставимы. Энергоэффективность -лучший выбор, так как мерыэнергоэффективности дешевле, чемсооружение новых электростанций; крометого, меры энергоэффективности являютсябезопасными для окружающей среды, в товремя как любая другая технологияпроизводства энергии оказываетотрицательное воздействие на среду, вбольшей или меньшей степени. Хорошие результаты могут быть достигнутывнедрением учета расхода энергии иприменением некоторых простых, довольнонедорогих мер, без использования сложныхтехнологий. Таких, как, например, заменаламп накаливания эффективными компактнымилампами дневного света, применение взданиях изоляционных материалов,позволяющих уменьшить теплопотери,использование тепловых насосов икогенерирующих турбин в промышленности и т.д.- все эти технологии существуют в России. Стратегия энергосбережения иэнергоэффективности также окажетпозитивное воздействие на образ жизнинаселения России: это проявится в болеекомфортабельных условиях жизни, улучшитместную воздушную среду и уменьшит расходына восстановление здоровья. В России люди свысокими доходами начинают ремонт квартири дач с улучшения теплоизоляции здания,устанавливают новые окна и лампы освещенияс более эффективными колбами, несмотря натот факт, что цены на энергию для этойкатегории населения не так уж и важны. После конференции UNCED в Рио-де-Жанейро в 1992Российская Федерация взяла обязательствапо уменьшению последствий измененияклимата. Россия подписала и в 1994ратифицировала Рамочную конвенцию поизменению климата, а в 1997 Россия подписалаКиотский протокол. Энергоэффективность -это выигрышная стратегия для решенияпроблемы изменения климата. Выбросы CO2 вРоссии уже уменьшились на 162 млн. т. углеродапо сравнению с уровнем 1990 года. По оценкеЦентра энергоэффективности, приэффективном использованием энергииэмиссия CO2 к 2010 году может быть даже нижеуровня 1990 года, а валовой национальныйпродукт может быть на 90% выше, чем в 1990 году (И.Башмаков, Усиление Российской экономикипосредством политики изменения климата .Документ представлен на конференции UNEP/IPCC вМоскве, 14 октября 1997). В 1995 российскими городами было выброшенов атмосферу более чем 21 миллион тоннзагрязняющих веществ. Все это вызвалоотрицательное воздействие на здоровьенаселения, увеличило расходы намедицинские услуги и затраты на меры позащите окружающей среды и сделало городаменее привлекательными для инвесторов.Модернизация котельных, электростанций иплавильных печей, усовершенствованиеработы транспортного сектора и сокращениеавтомобильных выбросов могло бы бытьрешением проблемы. Из-за тех огромных возможностей, которымиобладают энергоэффективность иэнергосбережение, они находились в зоневнимания правительства в течение последнихнескольких лет. Федеральная программа Энергосбережениев России. 1998-2005 была одобренаправительством в начале 1998 г. Чтобызаставить эту программу работать, следуетне только увеличить цену на энергетическиересурсы, как предлагают производителиэнергии и топлива, но и разработатьразличные экономические и финансовыемеханизмы. Высокие цены на энергию вызовутнеоплату счетов за электричество.Механизмы, которые надо разработать, чтобыдостичь целей Программы энергосбережения,должны включать: Установку контрольно-измерительного оборудования, использующего лизинговые схемы с задержкой платежей. Выпуск ценных бумаг. Формирование региональных фондов энергосбережения, базирующихся на основе увеличенной инвестиционной части тарифов на энергию. Стимулирование покупки контрольно-измерительных приборов путем привилегированных налогов. Стимулирование установки измерительного оборудования с помощью дифференцированных тарифов для потребителей. Другая финансовая возможностьосуществлять проекты энергоэффективностив России - совместное осуществлениеобязательств и торговля эмиссиями, которыеявляются гибкими механизмами реализацииКиотского протокола в целях уменьшенияпоследствий изменения климата. Развитие ипрактическое выполнение этих механизмовнаходятся в центре внимания международныхпереговоров по изменению климата.Необходимо разработать методологиюсовместного сокращения выбросов углерода,в которой учитывались бы реальныерезультаты проектов. Прежде чем начнутсяпроекты по совместному осуществлению,необходимо провести инвентаризациювыбросов парниковых газов и уточнитьпроцедуры верификации. В России эта работав настоящее время находится на стадииразработки. Прибыль от торговли эмиссиями исовместного осуществления обязательствмогла бы быть использована для созданияспециального фонда, поддерживающегопроекты по энергоэффективности, ведущие куменьшению выбросов. Наряду с энергоэффективностью следуетразвивать возобновляемые источникиэнергии, потенциал которых в Россиидовольно велик. В некоторых отдаленныхобластях возобновляемые источники могутзаменять до 30% привозного топлива. Внастоящее время объем энергии,произведенной возобновляемыми источниками,составляет только 0,3%. В будущем, ресурсвозобновляемых источников должен бытьувеличен до 1%, или до 20 миллионов тоннугольного эквивалента (для сравнения, вЕвропейском Союзе планируется довести долювозобновляемых источников до 12% к 2010 году). В начале XXI столетия Россия не должнаповторять те же самые ошибки, которыезападные индустриальные страны прошлипрежде, чем пришли к пониманию, что ресурсыпланеты ограничены. Россия должнаиспользовать исторический момент перехода,чтобы вывести свою экономику на новыйуровень роста и благосостояния,основанного на парадигме окружающей среды.
Перевод выполнен энергосервисной компанией "Экологические системы" Расширенная технологическая стратегия для энергии и экологии Рикардо Риверо, глава "Exergy Group", Роберто дель Рио, ведущий менеджер "Technology Strategy", An advanced Technological Strategy for Energy and the Environment, Ricardo Rivero, Ph.d., Head Exergy Group;Instituto Mexicano del Petroleo, Roberto Del Rio, Assistant Manager, Technology Strategy, PEMEX-REFINATION В этой статье обсуждаются сущность концепции эксергии (т.е. Второго Закона Термодинамики*), так же, как и основанных на эксергии инструментальных средств, типа эксерго-экономического учета, обобщенного "пинч"-метода и эксерго-экологической оценки в промышленной технологической стратегии. Приводится результат экономических и экологических влияний на концепцию эксергии, которая рассматривает модель "3 Э" (Энергия-Экономика-Экология) в технологических исследованиях, используемых в существующих и будущих промышленных предприятиях. Баланс между этими тремя составляющими, в долгосрочной перспективе, должен способствовать непрерывному развитию промышленности. * * имеются многочисленные примеры применения эксергического анализа в исследовательских проектах, описанные в технической литературе, но очень мало случаев их реального применения в промышленности. Возможно, это является следствием изобилия терминов и подходов, что ограничивает оценку потенциального применения Второго Закона Термодинамики у менеджеров, не знакомых с техникой. Соответственным образом, преобразование энергии ОБЯЗАНО ОСНОВЫВАТЬСЯ на эффективном использовании технологических новшеств. Промышленная экология также ДОЛЖНА учитываться при непрерывном развитии. Одновременно экономика ДОЛЖНА быть направлена на увеличение прибыли. В этой статье представлено описание исследовательских проектов (в прошлом и настоящем) проводимых в промышленности рафинирования нефти. Целью этой статьи является выделить существо и некоторые из достижений промышленности в использовании эксергического анализа, и его вклада в определение технологической стратегии и развитие промышленной компании. Старая парадигма Хорошо известно, что промышленный процесс состоит из ряда операций на переделах (модулях, участках и так далее). Поэтому работа промышленного предприятия должна учитывать следующие факторы: а) управление потоками материалов (сырья); б) управление потоками промежуточных продуктов (полуфабрикатов); в) управление потоками конечных продуктов (товаров); г) управление потоками энергии. Таким образом, основной обязанностью инженеров в промышленности являлось производство (в рамках инструкций и спецификаций) продуктов, требуемых рынком. Иногда вопрос о том, как много выбросов происходит при этом в атмосферу, ручей, реку, море или почву, вообще не рассматривался. В функции инженеров не входили исследования того, что происходит на конечном переделе предприятия или того, что "спускается" в воду. Часто промышленность просто производила продукты, побивая рекорды производительности, поскольку исполнители усердно показывали свою техническую квалификацию, не учитывая экологический вред, экономические затраты или рентабельность. Считалось, что нет никаких прямых взаимосвязей между применениями технологии преобразования сырья и энергии с использованием технологических новинок для предотвращения выбросов в экологическую систему. Производство и экология рассматривались, как совершенно различные, не связанные понятия. И что тогда говорить о взаимосвязях между экологией и экономикой - в разных масштабах (местном, региональном и глобальном)? С другой точки зрения, какие связи были между промышленностью и внешним миром? Промышленность ориентировалась на удовлетворение нужд своих потребителей, которое рассматривалось, как краеугольный камень их бизнеса. Промышленное развитие менее всего занималось оценкой долгосрочных последствий. Например, жизненной необходимостью "вчера" было увеличение производства пищи посредством удобрения почвы. "Вчерашнее" решение заключалось в использовании азотных и фосфатных удобрений. "Сегодня" же возникла проблема загрязнения рек и озер этими удобрениями и последствия этого загрязнения. Важно отметить, что такого типа связи не являлись результатом недооценки промышленностью внешнего мира. Наоборот, многие из предложенных решений давали большие преимущества, которые повышали жизненный уровень. Однако что бы случилось, если бы была учтена взаимосвязь между технологией (направленной на удовлетворение нужд клиентов) и необходимыми технологическими дополнениями (направленными на предотвращение любых возможных экологических последствий в короткий или длительный срок?) Ведь жизненный уровень человечества, уровень экономики и культуры, которые непрерывно развиваются, неотъемлемо связаны со способами, какими мы используем, обрабатываем, распределяем, восстанавливаем или утилизируем материалы, ресурсы, энергию и производим бесчисленные продукты. Очевидно, что вся планета и ее население еще далеки от достижения устойчивого состояния, но, так же ясно и то, что общество находится в состоянии непрерывного развития. Промышленная революция сегодня уже невозможна. Невозможно продолжать бездумную трату материалов, ресурсов и энергии [1]. На рис. 1 предлагается новая модель, которая гарантирует непрерывное развитие человечества в течение будущего. Она основана на гармонии и внутренних взаимосвязях, которые существуют внутри модели "Энергия-Экономия-Экология" (3 Э), поддерживаемой 4-м "О" (Образованием, на английском языке - модель"4 Е" = Energy-Economy-Ecology-Education). Сущность ее заключается в том, что энергия и экология связаны соответствующим использованием технологических новшеств. В предлагаемой парадигме, концепция энергии символизирует одновременно эффективное, рациональное и этическое преобразование возобновляемой и невозобновляемой энергий; а также преобразование материалов, которое предназначено для ответственного, обдуманного и обязывающего промышленного развития не только потребителей энергии, но и внешней экологической среды и общества, неотъемлемым элементом которого является промышленность. Должно быть ясно, что под промышленной экологией понимается среда, в которой человечество может обдуманно и рационально реализовать и эксплуатировать непрерывное развитие, соответственно учитывая экономическую, социальную, культурную и технологическую эволюции. Эта концепция требует того, чтобы промышленная система анализировалась не изолированно от внешнего мира, окружающего ее, а в согласии и взаимосвязи со всем этим окружающим миром. Для экономики, концепция должна интерпретировать основные макроэкономические отношения между технологией (автоматически включающей энергию и экологию) и ростом непрерывного развития нации. Основные инвестиции могут увеличить общую производительность и, следовательно, экономическое процветание, двояким образом. Первое, они могут способствовать более быстрой диффузии и адаптации новых технологий и методов производства. Второе, так называемые "новые" теории роста способствуют тому, чтобы основные инвестиции, как в финансовые, так и в человеческие капиталы, добавляли эффекты общего экономического роста к внешнему окружению. Новые теории подчеркивают роль инвестиций в экономику через Исследования и Развитие (R&D), формирование человеческого капитала и промежуточную роль инвестиций в технологические новшества. Говоря о технологических новшествах, которые должны поддерживать промышленное и экологическое развитие, можно сказать, что эти понятия резко изменились в последнее время. Интерактивные модели, которые значительно отличаются от предыдущих линейных подходов, теперь определяют роль промышленных разработок, и учитывают эффекты обратной связи между различными фазами реализации новшества: R&D, разработкой, инжинирингом, производством, торговлей, финансированием, рынком, поставщиками и потребителями. Все это выделяет многочисленные взаимодействия между наукой, технологией, и иными сопутствующими действиями по реализации новшеств внутри и вне организаций. И, наконец, говоря об образовании, концепция должна включать не только наилучшее формирование человеческих ресурсов, но и также быть краеугольным камнем построения человеческого бытия, которое учитывает этическое использование энергии, бережное отношение к экологии и передачу новейшей экономики для различных рас и наций нашего мира в целях достижения на самом деле непрерывного развития. К тому же, образование должно являться надежной основой технологических новшеств, позволяющих осуществлять оптимальные решения этического использования энергии без вреда для экологии [3]. Концепция эксергии Увеличение энергетической эффективности в промышленности всегда рассматривалось как одна из научно-технических задач менеджеров, инженеров и ученых, но только сейчас эта проблема приобрела первоочередной приоритет. Опыт последних трех десятилетий реализации энергосберегающих программ показал, что возможно получить до 15% сбережений от мероприятий первого уровня, т.е. "сохранения энергии", снижения потерь, эффективной эксплуатации, увеличения осознания необходимости сбережения энергии и так далее. Однако, нужны еще мероприятия 2-го и 3-го уровня, обычно требующие дополнительных инвестиций и более того, необходимо ответить на два следующих вопроса [4]: Где и как энергия уменьшает свою ценность в промышленности? Как избежать уменьшения ценности энергии? Как все великолепно знают, энергия не создается и не разрушается, а только преобразуется (Первый Закон Термодинамики). Однако во всех реальных процессах ее качество ухудшается, т.е. энергия уменьшает свою ценность (Второй Закон Термодинамики) и увеличивающийся вес этого Закона является результатом двух значимых изменений, проведенных на международном уровне в энергетической политике [2] (рис.2). Первое изменение касается необходимости рассмотрения не только количества энергии, когда ее потребление оптимизируется, но также и ее качества. Это изменение было инициировано энергетическим кризисом 70-х годов, когда была выявлена связь энергия-экономика и были созданы первые Программы Сбережения Энергии. Второе изменение относится к необходимости прекращения экологического ухудшения, вызванного увеличением потребления ископаемого топлива при гарантированном обеспечении непрерывного развития. Это изменение было инициировано распознанием связи энергия-экология. Концепция эксергии способна удовлетворить модель "3Э" поскольку она реализуется не только в энергетических, но и в экономических и экологических понятиях. Энергию можно рассчитать, используя следующее общее уравнение, связывающее энтальпию Н , энтропию S и температуру T : Ex = (H - H0 ) - T0 * (S - S0) {1} где индекс 0 указывает на температуру, давление, состав и так далее окружающей среды. Экономический смысл эксергии выводится из факта, что эксергия является мерой качества энергии, ее способности выполнять работу, путем назначенных затрат. Первый член в уравнении (1) представляет общую энергию, энтальпию, из которой вычитается второй член, произведение общей энтропии на температуру окружающей среды, в результате имеется чистая потребленняя энергия, за которую платят деньги. Второй член, T0 (S - S0), представляет непотребленную энергию, анергию, неспособную выполнять работу. Экологический смысл эксергии выводится из факта, что эксергия является мерой отклонения от окружающей среды, выражаемой разницей (дифференциалом) температур, давлений, составов и так далее от условий окружающей среды, таким образом являясь путем измерения эффектов, которые могут влиять на окружающую среду. Энтальпия, энтропия и температура в уравнении (1) явно соответствуют условиям окружающей среды {dE = dH - TdS}. Принимая это за базу, покажем в таблице 1 основные аспекты смысла Интегральной Программы Сбережения Энергии [5] Требуемые шаги для капитализации результатов 2-го и 3-го уровня исследований таковы: (1)технико-экономический анализ осуществимости мероприятий улучшения эффективности; (2)основной и подробный инжиниринг мероприятий; (3)физическая реализация мероприятий на предприятии; и, (4)квантификация (количественный анализ) полученной реальной экономической прибыли и получение подтверждений. Таблица 1. Реализация Интегральной Энергетической Программы 1.Проведение эксергооптимизирующего обследования промышленных предприятий. 2.Физическая реализация мероприятий, генерированных такими обследованиями. 3.Мониторинг и оценка полученных выгод. 4.Технологическое развитие методологий проведения таких обследований, касающихся одновременно энергии, экономики и экологии (эксергии). 5.Исследования, технологическое развитие, внедрение, мониторинг и оценка определенных процессов и оборудования, интегрально оптимальных. Последний шаг является особенно существенным, так как разница в потреблении энергии (как количественно, так и качественно) до и после внедрения мероприятий, может быть использована для капитализации экономических и экологических выгод. Опыт развитых стран в этой области, где энергетические программы были начаты более 30 лет назад, является великолепным примером достижений, которые могут быть получены в энергетических, экономических и экологических аспектах, так же, как и в технологическом развитии. История: технологическаястратегия В промышленности хорошо известны программы сбережения энергии. Во многих случаях предлагаемые экономические выгоды соответствуют наибольшим сбережениям энергии на промышленных объектах, и организуются семинары по энергетической эффективности, во время которых выпускаются материалы, предлагающие инженерные, исследовательские проекты и проекты технологического развития [6,7]. Обычно проводятся подробные пересмотры существующих энергетических программ, к которым добавляются политика и стратегии для максимизации рентабельности компаний. К тому же добавляются обучающие программы. Технологическая стратегия промышленности может быть поддержана исследованием и развитием в двух общих направлениях: ПЕРВОЕ, технологическое развитие методологий посредством включения эксергического анализа в существующие средства моделирования, анализа и оптимизации в целях: проведения эксергоэкономического и эксергоэкологического исследований для установления неэффективностей и определения их экономических последствий, определения реальных затрат продукции процессов, и оценки их экологического влияния. ВТОРОЕ, технологическое развитие расширенных эксергических систем, таких как: процессы дистилляции [8], тепловые насосы и системы теплообменников [9], и блоки "кипящего слоя" [10], электростанции [11]. Промышленная работа в области эксергии начиная с 80-х годов реализовала проекты в следующих направлениях: (1)методологии, (2)инфраструктура, (3)исследования, и (4)технические и человеческие ресурсы. Направления исследования прикладного процесса показаны на рис.3. Приведем некоторые примеры прошлых проектов в области эксергии [13,14]. Разработка и оптимизация оборудования сгорания и нагревателей нефтехимических процессов; Развитие эксергически-расширенного программного обеспечения REFIMP для оценки и разработки нагревателей прямого горения с системами предварительного нагрева воздуха, парогенерации и перегрева; Расширение программного обеспечения моделирования SIMPROC с включением расчета физической эксергии всех потоков процесса; Развитие подпрограмм, подключенных к ПО моделирования AspenPlus, для расчета физического, химического и общего эксергического значений процесса, потоков и параметров эксергического выполнения всех видов оборудования; Эксергическая оптимизация модулей рафинирования и нефтехимического процесса: комбинированной дистилляции, гидродесульфуризации нефти, риформинга нефти, промежуточной гидродесульфуризации дистиллата, каталитического крекинга, производства смазочных материалов, производств аммония и метанола; Эксергоэкономический анализ процесса и блоков "кипящего слоя" (комбинированного цикла); Экспериментальное исследование диабатической (неадиабатической) дистилляции: Развитие тепловых насосов и теплообменников; Эксергический анализ систем реактивной дистилляции; Развитие методологии определения эксергоэкологического потенциала улучшения промышленных блоков. Технологические стратегии включают следующие области исследований и развития: Исследовалась полная схема рафинирования чистой нефти [10]. Основной целью проекта является интегральная (энергетически-экономически-экологическая) оптимизация промышленного комплекса посредством проведения подробного эксергического анализа размещения включенных расширенных блоков процесса, определение денежных потоков во всех точках процессов и адекватное распределение общих затрат производства по различным продуктам рафинирования, бензину, керосину, дизельному топливу, нефтяным сырым продуктам и так далее, и сере, пару и электричеству, так же, как и сгенерированным потокам, учитывая не только их количество, но и, в основном, их качество и экологическое влияние. Проект разделяется на три части: моделирование, эксергический анализ и эксергоэкономический анализ, которые проводятся для участков рафинирования (очистки нефти), перечисленным в таблице 2. Таблица 2. Участки рафинирования, рассматриваемые в проекте эксергоэкономического анализа Участок комбинированной дистилляции Участок гидродесульфуризации нефти Участок изомеризации Участок гидродесульфуризации реактивного топлива Участок кислородной обработки реактивного топлива Участок гидродесульфуризации керосина Участок глубокой гидродесульфуризации дизельного топлива Участок ожижаемого каталитического крекинга Участок пропана-пропилена Участок МТВЕ Участок ТАМЕ Участок выщелачивания Участок фракционирования и гидрокарбонатной обработки Участок кислородной обработки Участок восстановления серы Участок производства водорода Участок задержанного коксования Участок гидродесульфуризации нефтяных газов Участок разделения воздуха Участок газификации кокса Участок когенерации комбинированного цикла Другой важный проект связан с исследованием и развитием (R&D) новых процессов дистилляции для промышленных участков, на которых эксергические потери систем дистилляции составляют 30-60% общих эксергических потерь во многих случаях. Например, предварительная оценка системы диабатической дистилляции для нефтяной стабилизационной башни показывает, что система производит 65% эксергических потерь, потребляет 16% охлаждающей воды и сохраняет 6% избыточного тепла системы адиабатической дистилляции. Исследовательские работы в этой области направлены на диабатизацию существующих башен и на оценку пилотного предприятия с другой геометрией паро-жидкостных контактных устройств при теплообмене [14]. В области тепловых насосов исследуются 4 применения [15]: (1)водоочистка; (2)восстановление конденсируемых газов; (3)сопутствующая очистка; и (4)системы тригенерации. Разработка пилотного предприятия для системы насосной дистилляции с поглощением тепла ожидается в начале будущего года. Будет определяться потенциал для использования отходящего тепла и проводиться предварительная оценка водяно-литиевого бромидного преобразователя тепла связанного с системой дистилляции нового участка изомеризации (показывающая оценочно 45% сбережения энергии по тепловой нагрузке предварительного подогрева). И, наконец, в области генерации тепла, рассматриваются две стратегии: комбинированных циклов интегрированной газификации (IGCC = Integrated Gasification Combined Cycles, у нас эта технология носит название "технология кипящего слоя") и топливные элементы (Fuel Cells). На некоторых промышленных объектах устанавливаются новые улучшенные блоки задержанного коксования сырой нефти для увеличения производства газойля при ожиженном каталитическом крекинге бензиновой фракции [16]. Эти объекты будут производить значительные количества нефтяного кокса, который можно подвергнуть газификации и использовать в комбинированном цикле когенерации [10]. Эксергоэкономический анализ этого процесса обеспечит подробную информацию о затратах на производство электричества, серы и пара различных уровней давления схем рафинирования. Технология топливных элементов развивается очень быстро и в ближайшие годы ожидается создание рентабельных широкомасштабных систем [11]. На предприятиях очистки сырой нефти и нефтехимических предприятиях имеются участки производства водорода и участки потребления водорода. Участки производства являются в основном блоками риформинга сырой нефти, риформинга BTX, и FCC, а участки потребления - блоками сырой нефти, газойля, реактивного топлива, керосина и дизельной гидродесульфуризации. В течении ряда лет водородный баланс на нефтеочистительных предприятиях был положительным, т.е. имелся избыток водорода, который к сожалению поступал в коллектор топливного газа и сжигался. В последние годы требования к новым блокам водородопереработки вынудили включение блоков риформинга паров метана в схемах нефтеочистки. Как и в случае коксование-"кипящий слой", техника эксергоэкономического учета будет обеспечивать требуемую информацию для оптимизации водородного баланса и внедрения блоков генерации электричества (и тепла) топливных ячеек на твердых оксидах в схемах нефтеочистки. Выводы Промышленная революция позволяет промышленным странам достичь непрерывного экономического и технологического развития, которое позволяет достичь более высоких стандартов жизни населения. К сожалению, такой экономический и технологический рост вызывает незапланированное истощение невосстановимых ресурсов природы и приводит к значительным загрязнениям экосистем, ставя высокий экологический барьер для нынешних и будущих поколений человечества на этой планете. Должно существовать равновесие между энергетическим развитием и экологическим развитием, основанное на эффективном использовании технологических новшеств, при достижении непрерывного экономического развития всех наций. Лишь это обеспечит непрерывное развитие на длительный период времени. Концепция "эксергии" (т.е. 2-го закона термодинамики) играет очень важную роль в достижении такого непрерывного развития благодаря своему смыслу, не только энергетическому, но экономическому и экологическому. Эта концепция особенно важна для потребления в энергоинтенсивном секторе, например, в промышленности нефтеочистки. Литература. Del Rio, R., "Technologia y Desarrollo Suistentable - Nuevo Paradigma", Boletin Monitec, vol.3., No. 10, Enero 1997, pp. 6-9. Rivero, R., Situacion Actual y Tendencias Technologicas en Conservation y Ahorro de Energia, en Memorias de la II Reunion de Trabajo para la Determination del Programa de investigacion y Desarrollo Technologico a Mediano y Largo Plazos, Pemex-Refination, Mexico 1995, 13 pp. Del Rio, R., New Paradigm to Interwine Energy, Ecology, Economics and Education Toward a Sustainable Development, 7th International Conference on Management of Technology, Orlando, Florida, USA, Feb. 1998. Le Goff, P. Energetique Industrielle, tome 1, ISBN 2-85206-053-1, Technique et Documentation, Paris, 1979. Rivero, R., Programas Integrales de Ahorro de Energia (exergia) en la Industria Petrolera, Revista del IMIQ, ISSN 0188-7319, Ano XXXVII, vol 3-4, Marzo-Abril 1996, pp.26-30. Pemex, Memorias del Seminario de Aplicaciones Factibles de Conservacion y Ahorro de Energia en Fase de Proyecto, Pemex, Mexico, 1986. Rivero, R., coordinator technico, Optimization de las Instalaciones Existentes en la Refineria de Tula, Hidalgo, Utilizando el Metodo de Exergia, Reporto Final del Proyecto E-2277, Grupo de Exergia- Instituto Mexicano del Petroleo, Mexico, 1988, 713 pp. Rivero, R.; Cachot, T.; Ramadane, A; Le Goff, P., Diabatic or Quasi-Reversible Distillation - Exergy Analysis - Industrial Applications, in: "Analysis of Thermal and Energy Systems", D.A. Kouremenos, G. Tsatsaronis & C.D. Rakopoulos, editors, Greg. Foundas Technical and Scientific Editions - American Society of Mechanical Engineers, Athens, pp. 129-140. Le Goff, P; Matsuda, H; Rivero, R., "Advances in Chemical Heat Pumps and Heat Transformers", in: Heat Pumps, Solving Energy and Environmental Challenges (ISBN - 0 - 08040193-7), T. Saito & Y. Igarashi, editors, Pergamon Press, Tokyo 1990, pp. 117-126. Rivero, R., investigator en jefe, Optimizacion Exergica de un Esquema de Refinacion, Proyecto P.00257, Pemex-Refinacion / Grupo de Exergia - Instituto Mexicano del Petroleo, proyecto en desarrollo. Rivero, R., Las Seldas de Combustible y sus Persptectivas de Aplicacion en Procesos de Refinacion de Petroleo, Revista del IMIQ, ISSN 0188-7319, Ano XXXVIII, Vol. 11-12, Nov-Dic, 1997, pp. 18-26. .Pemex-Refinacion, "Plan Technologico de Pemex-Refinacion", Boletin Monitec, Vol. 4, No.3, Jun. 1997, pp. 7-13. Del Rio R.; Rivero, R., "The Role of Exergy in the Technological Strategy of a Petroleum Refining Company. Towards a Sustainable Development", Efficiency, Costs, Optimisation, Simulation and Environmental Aspects of Energy Systems and Processes, Vol, I, (ISBN: 2-905267-29-1), A.Bejan, M.Feidt, M.J.Moran & G.Tsatsaronis, editors, Institut National Polytechnique de Lorraine, Nancy, 1998, pp.349-356. Rivero, R., Application of the Exergy Concept in the Petrochemical Industry. Keynote Lecture presented at the ECOS '99 International conference, published in: "Proceedings of ECOS '99" (ISBN: 4-9980762-0-5), M.Ishida, G.Tsatsaronis, M.J.Moran & H.Kataoka, editors, Tokyo Institute of Technology- ASUE, Tokyo 1999, pp.76-83. Rivero, R.; Best, r., coordinadores, "Bombas de Calor por Absorcion en los Procesos de Destilacion del Petroleo", Informe Final del Petroleo FIES-96-3 3-11, Grupo de Exergia -Instituto Mexicano del Petroleo / Centro de Investigacion en Energtia - Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Mexico 1999, 33 pp. Willars, J.M., Reconfiguracion del Sistema Nacional de Refinacion, Revista del IMIQ, ISBN 0188-7319, Ano XXXIX, Vol. 11-12, Nov-Dic, 1998, pp. 31-36. Авторы статьи Д-р философии Рикардо Риверо, получил степень бакалавра в Мексиканском Университете (UNAM), а степень доктора в Политехническом Институте Нанси, Франция. Работает в Мексиканском Нефтяном Институте (IMP) с 1982 года. Профессор UNAM с 1995 года. Главный редактор Журнала Мексиканского Института Инженеров-Химиков (Revista del IMIQ). Глава Эксергической группы в IMP. Направления исследований Эксергической группы: эксергоэкономический и эксергоэкологический анализы, диабатическая (неадиабатическая) дистилляция, тепловые насосы поглощения, комбинированный цикл интегрированной газификации, топливные элементы. Dr. Ing. Prof Ricardo RIVERO Jefe del Grupo de Exergia INSTITUTO MEXICANO DEL PETROLEO Eje Central Lazaro Cardenas 152 07730 Mexico D/F MEXICO Tel/Fax: (52) 53/33-60.00 ext. 21.851 Fax: (52)55-67.60.47 e-mail: ; ; Роберто Дель Рио - ведущий менеджер по технологической стратегии отделения R&D фирмы PEMEX REFINACION с 1993 года. Срок работы в нефтехимической промышленности 22 года. Получил степени бакалавра и магистра в университете Гвадалахара и магистра в университете Сассекс, Англия. Представлена диссертация на степень доктора философии. Roberto Del Rio Soto PEMEX REFINACION Uxmal No 413 Col. Narvarte 03020 Mexico, D.F. - Mexico e-mail: (525)722.25.00, ext. 272.21 y 219.38 fax: (525)722.25.00 ext. 249.31 Глава_11. 2. 5. Глава_7. Эско №1,2002 - энергокомплекс в г. зеленограде. Главная -> Экология 
|