Энергосбережение и энергоэффективность

Визиты высоких украинских чиновников в российскую столицу и вновь нахлынувшие разговоры о цене на газ затеняют вполне обоснованный вопрос: кто сказал, что достаточно высокая стоимость голубого топлива так неподъемна для нашего народного хозяйства? Больше всего жалуются по этой проблеме химики и металлурги. С одной стороны, их можно понять. Для первых газ — исходное сырье, для вторых важный энергоресурс. Но ведь точно такие же стоны мы слышали, и когда цена на газ увеличилась с 50-ти до 120-ти долларов за тысячу кубометров. И точно так же известные деятели с пеной у рта доказывали, что промышленность остановится. Не остановилась. Нынешние тяжелые времена вызваны не ценой на газ, хотя этот фактор и играет свою роль. Но далеко не главную. Возникает ощущение, что под вселенские крики о неподъемности цены на газ нас готовят к каким-то важным решениям. Причем в политической плоскости, а синий туман вокруг цены на газ так же быстро рассеется, как и возник.

Как-то выпадает из всеобщего рассмотрения совершенно иной взгляд на высокие цены на энергоресурсы. У каждой медали две стороны. Если не зацикливаться на одной, то другая дает возможность более широкого взгляда на проблему. Парадоксальная мысль: высокая цена на газ стимулирует внедрение энергосберегающих технологий. А для Украины это проблема даже не номер один, а гораздо приоритетнее. Далее: кризис и падение производства. Но в то же время это и падение потребления газа. Он дорогой, и пора, наконец, задуматься над тем, чтобы в наступившем оживлении рынка уменьшить энергопотребление, хотя бы до европейского уровня. И тогда окажется, что цена на газ для металлургов не такая уже и заоблачная. Аналогично и у химиков. Сколько газа потребляется и сколько продукции из него получается? Явно меньше, чем на аналогичных европейских или японских предприятиях. А ведь последние платят за газ гораздо больше, чем наши, и не стонут...

Газ — лишь одна и, на наш взгляд, не самая острая проблема украинской экономики. Она составная честь общего комплекса под названием энергосбережение. И не только прямое, когда уменьшаются затраты на сжигание газа в печах. Экономить энергоресурсы можно и в других сферах жизни, например, в торговле или быту. Кстати, затраты там довольно значительные и энергосбережение может сэкономить значительные средства.

Безопасные и экономичные лампы

Помните советский плакат: “Уходя, гасите свет!”? Он стал предметом шуток и анекдотов. Но это в период, когда 1 кВт/ч электроэнергии стоил для населения 4 копейки.

Сейчас к такому плакату совсем другое отношение, хотя многие продолжают по старинке тратить электроэнергию, не слишком задумываясь о ее экономии. При этом простым энергосбережением, другими словами — выключением освещения при отсутствии в помещении персонала, дело не обойдется. Хотя бы потому, что не всегда это можно сделать по техническим и технологическим причинам. Поэтому необходим переход к принципиально другим, можно сказать — революционным способам энергосбережения. И это только первый, хотя и очень важный шаг. За ним следует переход к энергоэффективности. Эти два понятия близки, но не тождественны. С 1990 г. энергоемкость производства единицы продукции в странах Евросоюза снизилась примерно на 25%, а общее потребление энергии выросло примерно на 10%. Этот странный на первый взгляд результат показывает, что энергосбережение не ведет прямо к сокращению потребления энергии, хотя и уменьшает его рост.

Энергосберегающие технологии находятся в стадии революционного развития. Современная наука, в частности физика твердого тела, принципиально изменяет подходы к этой проблеме. Рассмотрим эту проблему, имеющую прямое отношение к практически каждому. Речь пойдет об электроосвещении.

Сейчас быстро (в Украине — не так, как хотелось бы) идет переход от ламп накаливания к люминесцентным. Последние имеют более высокий коэффициент полезного действия (КПД) и поэтому при одинаковом световом потоке потребляют примерно в пять раз меньше электроэнергии, а срок их службы примерно в 10—15 раз больший. Хотя люминесцентные лампы стоят гораздо дороже, но при росте стоимости электроэнергии затраты окупаются в приемлемые сроки (все даром не дается). У люминесцентных ламп есть и недостатки. Во-первых, их включение — сложный физический процесс, связанный с электрическим разрядом в атмосфере газа. Поэтому такие лампы чувствительны к прерывистому циклу, то есть включению-отключению. Частая коммутация значительно сокращает срок службы лампы. Предпочтительно постоянное включение или редкая коммутация, что не всегда удобно, например, в быту.

Во-вторых, люминесцентные лампы очень чувствительны к скачкам напряжения. Особенно неблагоприятно на них действует повышение напряжения в сети свыше номинального. При броске напряжения, даже кратковременном, лампа выходит из строя. При низком напряжении она просто не включается. Поэтому реальный срок службы люминесцентных ламп гораздо меньше заявленного производителем.

В-третьих, и это особенно важно, в них используется ртуть, хотя и в малых количествах. Поэтому они требуют особых условий утилизации, что стоит не очень дешево. В России затраты на утилизацию люминесцентных ламп оцениваются в 700 тыс. долларов в год. И это при том, что так же, как и у нас, они пока не очень широко применяются в быту и для целей коммерческого освещения.

Это иллюстрирует то обстоятельство, что прямое энергосбережение в одном секторе вызывает проблемы уже в других областях. В нашем случае — экологические. Кстати, пока об этом в нашей стране не задумываются и специальных мер по утилизации люминесцентных ламп практически не предусматривают. Это в будущем может породить весьма сложные проблемы. Ведь ртуть в некоторых отношениях более опасна, чем, например, выбросы в атмосферу серы и фосфора, хотя и от них радости никакой.

Революционным прорывом является использование для освещения светодиодов (light-emitting diodes, LEDs). До недавнего времени они использовались как индикаторы, например, красная точка на панели управления телевизором или там, где не нужна большая яркость, — для подсвечивания дисплея в мобильном телефоне. Однако успехи физики твердого тела и новой отрасли техники — оптоэлектроники, а также нанотехнологий сделали возможным использовать светодиоды для освещения.

Уже при нынешнем уровне производства светодиодов они показывают весьма высокую эффективность. КПД лампы накаливания около 3—4%: почти 95% затраченной электроэнергии превращается в бесполезное тепло. У люминесцентной лампы КПД достигает 10%, а у светодиодной — около 40%. Уже получены образцы с КПД более 60%, и это не предел. Соответственно расход электроэнергии у светодиодной лампы примерно в 10—12 раз меньший, чем у лампы накаливания, в ближайшее время он уменьшится в 20—25 раз. Последняя мощностью 100 Вт производит световой поток 1500 люменов. То же количество света будет произведено люминесцентной лампой мощностью 20 Вт и светодиодной мощностью 8—10 Вт. Во что это выливается для нашей страны, красноречиво говорят следующие цифры.

На освещение расходуется около 20% произведенной электроэнергии, что для Украины составляет около 40 млрд кВт/ч. Переход на освещение светодиодными лампами позволит уменьшить эту величину минимум в десять раз. Экономия составит примерно 36 млрд кВт/ч или 8,8 млрд грн при стоимости 24,36 коп. за 1 кВт/ч. Такая экономия электроэнергии эквивалентна уменьшению потребления угля на 5,14 млн т, добываемого на восьми средних шахтах. К этому следует добавить дополнительный эффект, особенно в коммерческом секторе. Уменьшение теплового излучения от светодиодных ламп позволит сократить расходы на охлаждение помещений, что, например, для большого магазина, где ламп много и горят они практически круглые сутки, весьма существенно.

Но это арифметические показатели. Светодиодные лампы более удобны в эксплуатации. Они нечувствительны к скачкам напряжения, допускают частые переключения, и это не сказывается на сроке их службы. Уже сейчас для выпускаемых светодиодных ламп он составляет 40 тыс. часов и непрерывно возрастает. В ближайшие два года он увеличится в 2—2,5 раза. Есть и другие преимущества.

Светодиодные лампы не дают ультрафиолетового излучения. Их свет практически идентичен естественному, что улучшает здоровье людей и, соответственно, дает экономию затрат на здравоохранение. Световой поток легко регулируется не только по величине, но и по направлению. Есть еще целый ряд преимуществ, которые мы не перечисляем за недостатком места. Но самое важное — светодиодные лампы совершенно безопасны. Они не требуют особых условий утилизации. Отработавшие лампы имеет смысл собирать для вторичного использования полупроводниковых элементов, точно так же, как собирается макулатура или стеклянная тара.

Есть и проблемы. Светодиодные лампы требуют более сложного светотехнического оборудования, и это мешает их широкому применению в быту. Вторая проблема — более высокая стоимость. На сегодняшний день светодиодные лампы примерно в 20 раз дороже ламп накаливания. Но это факторы временные. В Японии за последний год стоимость светодиодных ламп упала в четыре—пять раз. По прогнозам примерно через два года она приблизится к люминесцентным. Инженерные проблемы со светотехническим оборудованием будут решены таким же образом, как и в случае с люминесцентными лампами.

Умные счётчики

Как видим, проблема энергосбережения не исчерпывает всего комплекса вопросов, связанных с эффективным использованием энергии. Необходим переход к более оптимальным путям ее использования.

В электроэнергетике есть одна весьма сложная проблема — пиковые нагрузки. Связана она с неравномерным потреблением в течение суток. Днем и вечером она достигает максимума, а ночью — минимума. Это вызывает большие сложности со вводом дополнительных генерирующих мощностей для перекрывания максимума потребления, при этом передающие и распределительные сети работают с большими перегрузками, а затем, при спаде нагрузки, неиспользуемые мощности нужно из системы выводить. Это в свою очередь связано с техническими проблемами и, как следствие, экономическими потерями. Выход давно известен. Он состоит в выравнивании графика нагрузки. Экономическим стимулом являются более льготные тарифы на электроэнергию в ночное время. Причем чем более дробным во времени является тариф, тем он более предпочтителен для потребителя. Однако тариф должен регулироваться не только во времени, но и в зависимости от загрузки энергосистемы. Это многофакторная проблема, связь со временем суток есть, но не жесткая.

Одним из способов частичного решения проблемы является интеллектуализация счетчиков электрической энергии. Новая технология учета позволит энергетическим компаниям и потребителям детально отслеживать динамику потребления электричества. Лидером в этом направлении является Италия. В 2001 г. там началась реализация программы замены обыкновенных счетчиков их интеллектуальными аналогами. За десять лет они установлены в 85% квартир, домов и предприятий. Цель программы — более эффективное использование электроэнергии потребителями и конец воровства электроэнергии. Таким образом удалось выявить 2,5 млн злостных неплательщиков — проблема и нам знакомая. Счетчики автоматически передают данные о потребляемой электроэнергии в диспетчерскую электрокомпании, одновременно отображая тариф. При этом появляется возможность применять тариф не только в зависимости от времени суток, а с учетом реальной загрузки сетей и генераторов.

Проект по установке новых систем был завершен в 2006 г. Он обошелся в 2—3 млрд. долларов и окупился за четыре года. Поставляющая электроэнергию компания может собирать показания электросчетчиков дистанционно, вместо того чтобы тратить немалые средства на выезд технических специалистов или на обход квартир и домов для сверки показаний.

Потребители тоже не остались в накладе. Более точный учет и гибкое использование тарифов позволили в среднем уменьшить счета за электроэнергию в два раза. В первую очередь за счет того, что предприятия изменили график работы оборудования и согласовали некоторые технологические операции с учетом загрузки сетей. Частные потребители стали изменять свои привычки энергопотребления в зависимости от тарифов. И это сказалось на их расходах в сторону уменьшения.

По данным исследовательской компании ABI Research, с 2008 по 2014 г. количество интеллектуальных электросчетчиков, установленных по всему миру, возрастет более чем в три раза, достигнув 180 млн единиц, доля европейских стран в общем показателе составит 64%, или 115 млн интеллектуальных электросчетчиков. Второе место занимает Северная Америка с 45 млн счетчиков; Азиатско-Тихоокеанский регион и Латинская Америка — третье и четвертое места соответственно.

В сложившихся условиях система энергоснабжения Украины требует коренной реконструкции. И делать это необходимо комплексно. Дело не в наращивании мощностей по производству энергии, хотя и без этого не обойтись. В основу нужно положить достижение максимальной энергоэффективности, составной частью которой будет освоение революционных технологий на основе самых передовых достижений науки.

Впереди переход на электроавтомобильный транспорт. Он принципиально изменит требования к генерированию и передаче электроэнергии. Нужны совершенно иные сети, отвечающие таким задачам. Именно с учетом этих факторов необходимо подойти к проблеме реконструкции украинских энергосистем. А цена на газ станет составной и не самой важной проблемой. Пока же наши чиновники явно занимаются не тем. Не понимают проблемы — или здесь что-то другое...

Юрий РАЙХЕЛЬ