Библиографическое описание:

Мазурова О. В. Оценка влияния новых технологий на снижение энергоемкости промышленности [Текст] // Технические науки в России и за рубежом: материалы междунар. науч. конф. (г. Москва, май 2011 г.). — М.: Ваш полиграфический партнер, 2011. — С. 58-65.

В статье исследуются возможные направления изменения энергоемкости в отраслях промышленности. Предлагается схема долгосрочного прогнозирования динамики энергоемкости промышленности. Приводится количественная оценка возможной динамики энергоемкости российской промышленности с учетом структурных изменений и новых эффективных энергосберегающих технологий.

За последние 30 лет энергоемкость промышленности в странах Западной Европы и в Японии снизилась в 1,6-1,8 раза, а в США более чем в 2 раза в результате энергосберегающих мероприятий, совершенствования технологических процессов и прогрессивных изменений в межотраслевой структуре (в основном за счет увеличения доли машиностроения и химической промышленности, и снижения доли черной металлургии).

В перспективе, как ожидается, энергоемкость промышленности развитых стран, будет уменьшаться в основном из-за структурных изменений, однако это снижение замедляется (табл. 1). Согласно последним прогнозам международных энергетических агентств, прогнозируется снижение энергоемкости промышленности в странах Западной Европы на 35% к 2030 гг. к 2030 гг.; в США - на 25 % к 2035 г. Две трети этого снижения обусловлены изменениями в структуре производства. При этом сохраняется значительный потенциал для дополнительного энергосбережения в случае резкого удорожания стоимости топлива и энергии и других стимулирующих факторов.

Сопоставление энергопотребления в промышленности России с общемировыми тенденциями показывает ее существенное отставание по эффективности использования энергоресурсов. Ее энергоемкость в 1,5-3 раза выше, чем в развитых странах. Это объясняется, прежде всего, особенностями производственной структуры: доля в валовой продукции промышленности машиностроения, пищевой, легкой и других малоэнергоемких отраслей составляет приблизительно 37%, в то время как в европейских странах, Японии и США она превосходит 50-60% (табл. 2).

Более 50% потенциала энергоэффективности отечественной промышленности сосредоточено в ее наиболее энергоемких отраслях – черной и цветной металлургии, химической и цементной промышленности, энергоемкость которых превышает среднюю по промышленности в 1,9-3,0 раза.

Таблица 1

Среднегодовые темпы снижения энергоемкости промышленности, % [1,2]

Отрасли

Отчет

Прогноз

OECD

(1970-1997гг.)

OECD

(Европа)

(1990-2000гг.)

OECD

(Европа)

(2000-2030гг.)

США

(2008-2035г.г.)

Машиностроение

1,8

2,3

0,6

0,7

Черная металлургия

2,7

1,8

0,7

1,0

Цветная металлургия

1,3

1,6

0,8

0,3

Химическая

2,3

3,0

1,6

0,3

Деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная промышленность


1,3


-0,1


1,5


0,3

Промышленность строительных материалов


1,3


0,8


1,2


0,6

Легкая

1,6

1,5

0,4

н.д.

Пищевая

0,6

0,2

0,5

0,6

Промышленность в целом


2,3


2,7


1,0


1,0


Таблица 2

Структура обрабатывающей промышленности, % [3]

Отрасли

Россия

2007 г.

Япония

2005г.

США

2004 г.

Германия

2004 г.

Машиностроение

20,8

47,0

34,4

43,8

Черная и цветная металлургия

21,1

12,3

9,8

11,5

Химическая и нефтехимическая

9,4

13,1

16,6

13,0

Нефтепереработка

16,3

4,6

7,0

6,7

Лесная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная промышленность


5,2


5,9


8,9


6,9

Промышленность строительных материалов

6,1

2,5

2,7

2,5

Легкая

1,2

1,7

2,6

1,8

Пищевая

15,3

10,9

14,7

11,5

Прочие

4,6

2,0

7,7

4,8

Промышленность в целом

100

100

100

100


Черная металлургия считается самой энергоемкой отраслью промышленности. На ее нужды расходуется около 25% суммарного энергопотребления промышленности. Наиболее электроемкими являются производство стали и проката (около 20% от суммарного электропотребления отрасли), а топливоемким – производство чугуна (50% от общего потребления топлива в отрасли).

По уровню энергоэффективности производства черных металлов Россия отстает от основных стран-производителей (рис. 1). Это объясняется использованием устаревшей техники: на морально и физически устаревшем оборудовании производится почти 50% стали, чугуна и проката. На производство стали в России расходуется от 670 до 780 кг у.т./т., в то время как в зарубежных странах – 548-690 кг у.т./т. Лучший зарубежный показатель энергоемкости составляет 380-480 кг у.т./т., а теоретический минимум - 240 кг у.т./т. [4].


Врезка1




Основными технологическими сдвигами на современном этапе и в перспективе являются переход от мартеновских печей к кислородным конверторам и электродуговым печам, а также рост удельного веса непрерывной разливки стали. По оценкам специалистов, электродуговой способ выплавки стали (с учетом затрат энергии на производство передельного чугуна) является вдвое менее энергоемким, чем мартеновский, и более чем в 2 раза эффективным по сравнению с кислородно-конверторным. Применение технологии непрерывной разливки стали позволяет устранить ряд промежуточных стадий в производстве черных металлов и сократить расход материалов и энергоресурсов в 3-4 раза.

В 2001-2008 гг. структура производства стали в России заметно улучшилась: доля стали, произведенной в кислородных конверторах и электродуговых печах выросла в 1,9 раза. Также увеличился до 68% удельный вес стали, разлитой на машинах непрерывного литья. В Японии этот показатель составляет 98%, США - 97%, Германии – 96%.

На долю цветной металлургии приходится около 30% электроэнергии и 14% энергоресурсов, потребляемых в промышленности. Основное количество электроэнергии расходуется на электролиз алюминия (более 70% отраслевого потребления электроэнергии), никеля, магния и на электротермические процессы.

Сравнение российских показателей с зарубежными показывает, что в процессах производства алюминия имеется достаточный потенциал для повышения энергетической эффективности (рис. 2): cредняя электроемкость производства первичного алюминия на российских предприятиях составляет приблизительно 16 тыс. кВт.ч/т., а в других странах она варьируется в интервале 14,3-15,6 тыс. кВт.ч/т., в США - 15,2 тыс.кВт.ч/т. Лучший зарубежный показатель энергоемкости составляет 12-13 тыс. кВт.ч/т.[4].

Врезка2



Россия отстает от передовых стран по использованию новых технологий, в частности электролизеров с обожженными анодами, а также модернизации уже имеющихся технологий и оборудования; по производству металлов из вторичного сырья. Доля вторичных цветных металлов в России составляет не более пяти процентов от общего выпуска продукции и в основном это вторичный алюминий. В 2006 г. в США 30-37% алюминия производилось из вторичного сырья, в европейских странах OECD — 30-33%, в Японии — 90-97%.

УВрезка3дельные расходы энергии в цементной промышленности России в среднем выше в 1,2-1,6 раза по сравнению с развитыми странами (рис. 3). На производство цемента в России расходуется приблизительно 152-169 кг у.т./т., в то время как наилучшие мировые показатели энергоемкости находятся в следующих пределах 95-120 кг у.т./т.

Основная причина высокой энергоемкости производства клинкера и цемента в нашей стране – низкая доля сухого способа производства. Он применяется только на 16% российских предприятиях, в то время как в Японии – на 100% предприятий, США – 65%, Западной Европы – на 58%. Быстрое вытеснение мокрого способа сухим обеспечило в развитых странах существенное снижение расхода энергии на производство цемента и, следовательно, энергоемкости всей отрасли. В 1980-1990 гг. энергоемкость цемента сократилась в США на 29%, Японии – на 18%, Канаде – на 9%.

Отечественная химическая промышленность характеризуется энергоемкой отраслевой структурой, в которой преобладают продукты с невысокой добавленной стоимостью, а также полупродукты низкой степени обработки (до 40%), в основном идущие на экспорт в качестве сырья (табл. 3). Отсталые технологии и высокий износ основного оборудования ведут к нерациональному использованию энергоресурсов в химическом комплексе. Ее энергоемкость в 3-4 раза выше уровня развитых стран. В период 1970-1993 гг. под влиянием сдвигов в продуктовой и технологической структуре отрасли энергоемкость химической промышленности сократилась в США в 1,4 раза и в Японии - почти в 3 раза.

Таблица 3

Удельные расходы энергии на производство отдельных видов химической продукции в России, 2008 г. [3,6]

Вид продукции

Доля в производстве, %

(2007 г.)

Электроем-кость, кВт.ч/т

Теплоемкость, Мкал/т

Топливоем-кость,

кг у.т./т

Каучук синтетический

10,3

2435,4

13964

521,9

Химические волокна

1,5

3659,9

7433,8

77,5

Удобрения

32,0

247,7

877,1

30,9

Сода кальцинированная

н.д.

212,5

1940,2

89,0


Снижение энергоемкости в отраслях промышленности в значительной степени обеспечивается внедрением новых технологий. Перспективная динамика изменения энергоемкости российской промышленности будет зависеть от темпов модернизации производства и ввода новых производственных мощностей с передовыми технологиями. Прирост производства осуществляется в основном на новых мощностях с более высокой энергоэффективностью (табл. 4.). Очевидно, что чем выше темпы развития промышленного производства, тем меньше доля старых мощностей и выше возможность структурных изменений как в отдельных отраслях, так и промышленности в целом. Соответственно больше потенциал энергосбережения.

Для исследования влияния темпов экономического роста, а также структурных изменений на энергоемкость промышленности в ИСЭМ СО РАН используется система моделей, включающая динамическую модель межотраслевых связей и модель энергопотребления (рис. 4). Первая определяет взаимосвязанное развитие 25 отраслей экономики с учетом задаваемого экспорта и импорта и изменения во времени коэффициентов материалоемкости и капиталоемкости. Вторая модель позволяет оценить спрос на энергоносители для четырнадцати отраслей промышленности и экономики в целом на долгосрочную перспективу [8].

Таблица 4

Прогнозная энергоемкость новых технологий в США

(в процентах к существующим) [7]

Отрасли,

процессы производства

2035 г.

Базовый сценарий

Высокотехнологичный сценарий

Черная металлургия

Производство стали:

кислородно-конверторным способом

в электродуговых печах

Прокатное производство (горячее и холодное)



99

83


43-63



89

66


40-48

Алюминиевая

Производство

первичного алюминия

вторичного алюминия



78

74



55

62

Основная химия

78

71

Цементная

81

54

Перспективная оценка динамики энергоемкости промышленности России на период до 2030 г., выполненная автором, проводилась с учетом влияния на ее динамику темпов развития отраслей, а также вероятных изменений в ее производственной и технологической структуре (табл. 5). При этом рассматривались два сценария развития экономики России: инерционный со среднегодовыми темпами роста ВВП 3,5% и инновационный со среднегодовыми темпами роста ВВП 6,5%.

В инерционном сценарии остается высокой доля энергоемких производств – ТЭК, черной и цветной металлургии (до 42% к 2030 г.). Темпы роста промышленного производства составляют 2,8%. В инновационном сценарии предполагается интенсивное изменение структуры производства: двукратный рост доли наукоемких отраслей – машиностроения и химической промышленности (с 22% до 45%) и снижение удельного веса металлургии и ТЭК (с 55 до 34%). Темпы роста промышленного производства составляют 5,2%.


Полотно 120

РВрезка4ис. 4. Схема долгосрочного прогнозирования динамики энергоемкости отдельной

отрасли промышленности

Учитывались следующие структурно-технологические изменения в отдельных отраслях:

  • в черной металлургии - вытеснение мартеновской плавки кислородно-конверторной и электроплавкой, рост удельного веса технологии прямого восстановления железа, непрерывной разливки стали;

  • в цветной металлургии - расширение использования электролизеров с обожженными анодами в производстве алюминия и автогенных процессов в выплавке меди, никеля, свинца, цинка;

  • увеличение доли лома и вторичного сырья в черной и цветной металлургии;

  • увеличение доли новых материалов и прогрессивных видов проката в машиностроении ;

  • расширение применения сухого способа производства цемента;

  • повышение доли малоэнергоемких видов продукции в химической промышленности и машиностроении.

Таблица 5

Основные характеристики сценариев развития экономики России


Годы


2015

2020

2025

2030

Темпы роста ВВП, %

Инерционный

3,4

3,7

3,5

3,4

Инновационный

6,2

7,7

7,1

5,5

ВВП на душу населения, тыс. долл. 2005 г./чел.

Инерционный

14,5

16,9

20,6

23,8

Инновационный

19,1

25,2

33,6

44,3

Численность населения, млн. чел.

Инерционный

140

139

137

135

Инновационный

142

143

144

145

Темпы роста промышленного производства, %

Инерционный

2,7

4,1

2,5

1,9

Инновационный

5,3

6,8

4,7

3,9

Доля машиностроительного и химического комплексов, %

Инерционный

25

28

30

33

Инновационный

30

37

42

45


Долгосрочная динамика удельных расходов топлива и энергии определялась отдельно на новых и существующих мощностях. Энергоемкость на новых мощностях принималась на основе анализа глобальных тенденций, зарубежных аналогов, стимулирующего влияния на энергосбережение ожидаемого роста стоимости энергоносителей. Предусматривалось также снижение удельных расходов топлива и энергии на существующих мощностях под влиянием модернизации, оптимизации режимов работы оборудования и энергосберегающих мероприятий.

Темпы снижения энергоемкости различаются по отраслям, что объясняется их технологическими особенностями, разной эффективностью электрификации и характером изменения внутриотраслевой структуры. Из таблицы 6 видно, что снижение энергоемкости, как правило, значительнее в отраслях, развивающихся наиболее высокими темпами.

Таблица 6

Среднегодовые темпы изменения валовой продукции и энергоемкости промышленности (2011-2030 гг.)


Инерционный

Инновационный


продукция

энергоем-кость

продукция

энергоем-кость

Машиностроение

6,0

-2,5

8,7

-3,2

Нефтедобывающая

0,4

-0,5

1,4

-0,7

Нефтеперерабатывающая

1,7

-2,1

3,6

-2,5

Газовая

1,6

-0,9

2,8

-1,3

Угольная

1,4

-1,9

3,0

-2,2

Черная металлургия

1,8

-2,1

3,3

-2,9

Цветная металлургия

2,3

-2,0

3,4

-2,3

Химическая, нефтехимическая

2,6

-2,3

6,5

-3,0

Лесная, деревообрабатывающая, целлюлозно-бумажная

2,3

-2,3

4,9

-2,7

Промышленность стройматериалов

3,6

-2,2

4,8

-2,5

Легкая

2,0

-2,9

5,0

-3,6

Пищевая

2,7

-2,4

4,5

-2,9

Промышленность в целом

2,8

-2,2

5,2

-3,0


В случае развития экономики России по инновационному сценарию структура перспективного энергопотребления промышленности существенно меняется: доля малоэнергоемких отраслей (неэлектроемкого машиностроения, легкой и пищевой промышленности) возрастает с 19 до 29%, а энергоемких соответственно снижается с 81 до 71. Такие изменения соответствуют общемировым тенденциям и в частности, европейскому прогнозу. Так, за период с 1995 по 2005 гг. в странах Западной Европы доля малоэнергоемких производств увеличилась с 32 до 34% и в соответствии с прогнозом ожидается ее дальнейший рост до 39% к 2030 г. [2].

В случае развития экономики России по инерционному сценарию низкие темпы ввода новых производственных мощностей, прогрессивных изменений в структуре экономики и в технологических процессах замедлят снижение энергоемкости как в отдельных отраслях, так и промышленности в целом по сравнению с инновационным сценарием.

Согласно прогнозу, энергоемкость промышленности России (на единицу ВВП) будет снижаться быстрее (с темпом 1,6-2,5% в год), чем прогнозируется в странах OECD. Можно ожидать, что к 2030 гг. отставание России от развитых стран по этому показателю будет минимальным. Уменьшатся различия между странами по электро- и энергоемкости по мере роста душевого ВВП (рис. 5,6). При этом энергоемкость отечественной промышленности будет выше, чем в развитых странах в частности из-за особенностей структуры промышленного производства и более холодного климата.

Врезка5

Врезка6

Рис. 6. Зависимость электроемкости промышленности от душевого ВВП

Россия - инновационный сценарий, Европа (OECD), США, Япония, Германия – базовый сценарий

Рассматриваемый период для России 2000-2008 гг., для других стран 1990- 2030 гг.

Источники: [5,9,10] и оценка автора



Литература:

  1. Annual Energy Outlook 2010. U.S. Energy Information Administration, Washington, December 2009. [http://www.eia.doe.gov/neic/speeches/newell121409.pdf]

  2. European Energy and Transport - trends to 2030. – European Commission, Directorate General for Energy and Transport. Greece, 2003.

  3. Промышленность России - 2008. Стат. Сб. М.: Росстат, 2008.
  4. Worrel E., Neelis M., Price L., Galitsky C., Nan Z. World Best Practice Energy Intensity Values for Selected Industrial Sectors / Ernest Orlando Lawrence, Berkeley National Laboratory. USA, 2007.

  5. Curbing Global Energy Demand Growth: The Energy Productivity Opportunity. McKinsey Global Institute/ San Francisco, 2007.

  6. Росстат. Ф. 11-ТЭР, 2008.

  7. Energy Information Administration, Model Documentation Report, Industrial Sector Demand Module of National Energy Modeling System (NEMS), DOE/ EIA, Washington, DC, 2009.

  8. Методы и модели прогнозных исследований взаимосвязей энергетики и экономики / Кононов Ю.Д., Мазурова О.В. и др. – Новосибирск: Наука, 2009.
  9. World Energy Outlook 2009. ОЭСР/ IEA, Paris, 2009.

  10. International Energy Agency. World Energy Outlook 2009. OECD/ IEA, Paris, 2009.


Обсуждение

Социальные комментарии Cackle