Эффективное использование энергии в населенных пунктах

Концепция и задачи энергосбережения. Более половины населения планеты проживают сосредоточено в городах и населенных пунктах городского типа. На их развитие и функционирование в промышленноразвитых странах расходуется 70 - 80% потребляемой энергии. Тенденция роста городского населения на планете в будущем будет усиливаться. С од­ной стороны, крупнейшие города мира, такие как Мехико, Токио, Москва, Париж, Нью-Йорк и др., превращаются в городские агломераты, срастясь с городскими предместьями, с другой - будет возникать все больше маленьких комфортных городов, гармонично вписывающихся в окружающий их ландшафт. Жизнь современного города невозможна без надежно работающей энергетической инфраструктуры, включающей источники теплоэнергоресурсов, устройства из преобразования, сети их транспорта, распределение и сами энергопотребляющие системы: освещение, отопление, вен­тиляция, водоснабжение и т.д. Облик, планировка, конструкции зданий городов, развитие городских инфраструктур и организация жизни в значительной степени зависят от способов и средств их энергообеспечения. В свою очередь, на структуру систем снабжения энергетическими ресурсами и их потребление в бытовом, про­мышленном, торгово-коммерческом, транспортном и других секторах городского хозяйства, на режимы энергопотребления влияют климатические условия и геогра­фическое расположение городов, населенных пунктов, их историческое прошлое, национальные особенности и традиции, структура городского хозяйства, демогра­фический фактор и т.д.

Быстрый рост городского населения, требований к качеству жизни в условиях дефицита природных ресурсов (земли и воды) и традиционных видов органическо­го топлива (угля, нефти, газа), ужесточение требований по охране окружающей среды выдвигают на первый план проблему эффективности использования энергии в городах и населенных пунктах. Ее решение возможно лишь при комплекс­ном подходе к проектированию, строительству, реконструкции и организации жизни городов и городского хозяйства на основе единой концепции рационально­го расходования всех видов энергоресурсов.

Суть концепции заключается в следующих положениях:

■ энергосбережение рассматривается как один из основных критериев при принятии решений на всех этапах градостроительства и организации городской жизни, начиная с планировки, проектирования и кончая эксплуатацией жилищного фонда, городских инфраструктур и регулирования ритма городской жизни;

■ энергосбережение осуществляется одновременно и согласованно путем оптимизаци ииспользования энергии во всех звеньях цепи энергообеспечения города - от источников энергии до потребителей по всем видам энергоресурсов и энергоносителей;

■ максимальное использование природных возобновляемых, местных и вторичных энергоресурсов;

■ стимулирование структурного энергосбережения в промышленном и транспортном секторах городского хозяйства, внедрение в них менее энергоемких технологий и энергосберегающего оборудования;

■ установление приоритетных направлений энегосбережения на ближайший и долгосрочный периоды и мобилизация материальных, финансовых, трудовых средств и ресурсов на реализацию этих направлений.

Основой осуществления такой концепции в Беларуси служат принятые на государственном уровне социально-экономическая политика и нормативно-правовая база, стимулирующие энергосбережение. На основе концепции разработаны городские программы по энергосбережению, выполнение которых преду­сматривает широкий спектр действий и систематической работы городских мэ­рий и служб, коллективов отдельных предприятий и организаций, а также повседневных усилий каждого горожанина.

Рассмотрим приоритетные направления выполняемых в настоящее время в Беларуси городских программ энергосбережения.

Во исполнение закона Республики Беларусь «Об энергосбережении» для реализации государственной политики был принят целый ряд нормативных документов:

■ Постановление о дополнительных мерах по обеспечению эффективного использования ТЭР;

■ Положение по нормированию расхода топлива, тепловой и электрической энергии в народном хозяйстве;

■ Постановление «О порядке разработки и пересмотре норм расхода топ­лива и энергии.

Таким образом, мы с вами рассмотрели государственную программу энер­госбережения.

Другим важнейшим документом является Республиканская Программа энергосбережения на 2001-2005 годы. Она разработана во исполнение решений Президента и Правительства Республики Беларусь в целях проведения эффективной целенаправленной энергосберегающей политики и координации дея­тельности государственных органов по повышению эффективности использова­ния топливно-энергетических ресурсов.

Настоящая программа определяет приоритетные направления реализации государственной политики в области энергосбережения с учетом имеющегося потенциала и концептуальных задач на 2001-2009 годы, а также пути и методы максимального использования резервов экономии топлива и энергии в Республике.

На данный момент создана структура управления энергосбережением. В нее входят государственный комитет по энергосбережению и энергонадзору, областное и Минское городское управление по надзору за рациональным использованием топливно-энергетических ресурсов. Значительный объем работ возло­жен на координационный межведомственный совет по энергосбережению и эффективному использованию местных топливных ресурсов.

Продолжается большая работа по созданию законодательной базы энергосбережения.

Так, в Кодекс Республики Беларусь об административных правонарушени­ях в главу 8 «Административные правонарушения в области промышленности, использования тепловой и электрической энергии» внесен целый ряд существен­ных дополнений, касающихся нерационального использования топливно-энергетических ресурсов.

Одной из многих задач Республиканской программы энергосбережения является обеспечение до 2005 года планируемого прироста валового внутренне­го продукта без увеличения потребления теплоэнергоресурсов, а также снижение в 2005 году энергоемкости ВВП относительно 2000 года на 8,7% - 15,1%. Основная роль в решении задач отводится государственному управлению, основным механизмом которого является регулирование потребления теплоэнергоресурсов посредством создания законодательной и нормативной базы, а также экономических стимулов их рациональ­ного использования.

Поговорим немного о потенциале энергосбережения. С учетом результа­тов, достигнутых в 1996-2000 годах, и планов развития экономики республики на 2001-2005 годы, потенциал энергосбережения на эти годы оценивается на уров­не 5,5 - 7.2 мл. т. условного топлива:

по отраслям - Минсельхозпрод - 450-640 тыс. тонн

Минобразование - 107- 140 тыс. тонн

Минздрав ~ 40-52 тыс. тонн

Минобороны ~ 7-9 тыс. тонн

МВД ~ 3-4 тыс. тонн

Минспорта ~ 1—2

Исходя из анализа Республиканской программы энергосбережения представляется необходимым сделать выводы о том, что основными задачами энер­госберегающей политики являются:

■ структурная перестройка отраслей;

■ повышение коэффициента полезного использования энергонасителей и увеличение доли менее дорогих видов топлива в общем топливном балансе;

■ увеличение доли местного топлива, отходов производства, нетрадиционных и возобновляемых источников энергии;

■ совершенствование законодательной базы.

Следует отметить, что энергосбережение - это организационная, научная, практическая, информационная деятельность го­сударственных органов, юридических и физических лиц, направленная на сни­жение расхода (потерь) топливно-энергетических ресурсов в процессе их добы­чи, переработки, транспортировки, хранения, производства и использования.

Градостроительство, санация жилых зданий. Эффективное энергоиспользование в городах и населенных пунктах при одновременно надежном их энергообеспечении закладывается в первую очередь на этапах планирования, проектирования и строительства. Энергосберегающие ре­шения получают приоритет при планировке жилого сектора, садово-парковой зо­ны города, его промышленных объектов, городских инженерных инфраструктур, транспортных коммуникаций. Стройиндустрия республики потребляет около 15% всех энергоресурсов. Не менее 30% расходуемого топлива идет на отопление зданий и сооружений, теплотехнические качества которых определяются строительной отраслью. Взаимное размещение зданий, их ориентация по странам света, типы зданий, виды транспорта и транспортные развязки, структура и конструк­ции систем обеспечения топливом, тепловой и электрической энергией, водо­снабжения, канализации, утилизации городских отходов, дальнейшие перспекти­вы развития города, его социально-экономическая роль - все это в совокупно­сти влияет на объем и эффективность потребления энергоресурсов, а также на воздействие энергоисполъзования города на окружающую среду. Отсюда выте­кают основные задачи энергосбережения в градостроительстве:

■ снижение энергоемкости строительной продукции (материалов и конструкций) - за счет более эффективных технологий их изготовления;

■ разработка и внедрение архитектурно-градостроительных и конструктивно-технологических решений при проектировании, строительстве, реконструкции жилых домов, общественных зданий и объектов производственного назначения, обеспечивающих снижение энергопотребления, в том числе новых типов энергоэффективных зданий массового строительства;

■ снижение энергоемкости, повышение качества строительно-монтажных и ремонтных работ за счет совершенствования их технологии;

■ комплекс мер по тепловой модернизации (термореабилитации, санации) существующего жилого фонда, зданий и сооружений с целью повышения теплоза­щитных свойств ограждающих конструкций зданий и совершенствования систем их теплоснабжения;

■ внедрение энергоэффективных инженерного оборудования и систем жизнеобеспечения (отопления, вентиляции, освещения и т. д.), современных приборов контроля и учета ТЭР.

Согласно современной концепции, с точки зрения энергопотребления, проектирование, строительство и использование здания рассматриваются как единая технологическая цепь, имеющая своей целью минимизировать энергоматериальные, трудовые затраты и воздействие на окружающую сре­ду. Из общего объема тепловой энергии, потребляемой при строительстве и эксплуатации зданий сегодня, только 10% расходуется на производство строитель­ных материалов и изделий, а также на сам процесс строительства, а 90% идет на отопление и горячее водоснабжение, что в 2 раза больше, чем в западноевро­пейских странах. Поэтому в Беларуси с 1994 г. были введены новые нормати­вы на термические сопротивления строительных ограждающих конструкций (стен, крыш, перекрытий, окон, дверей и т.д.) зданий и сооружений. Исследования показали, что существенную экономию - до 14% - тепловой энергии в здании можно получить при увеличении термосопротивления наружных стен в 2 - 2,5 раза. Дальнейшее его увеличение, а также увеличение термосопротивления оконных, дверных проемов для зданий с естественной вентиляцией, которая характерна для жилого фонда республики, экономически неоправданны: значи­тельно возрастают энергозатраты на вентиляцию, горячее водоснабжение тепло­вые потери через окна, балконные двери, нарушаются санитарно-гигиенические нормы воздухообмена. Потребление тепловой энергии зданием зависит от его геометрических размеров, этажности, площади остекления наружной поверхно­сти, теплофизических характеристик и размеров строительных и инженерных конструкций.

В настоящее время в республике пересмотрены подходы к объемно-планировочным решениям возводимых зданий и сооружений с целью сокраще­ния энергопотерь во время эксплуатации. Новые жилые здания с повышенным термосопротивлением наружных стен и проемов должны оборудоваться сбалан­сированной вентиляцией, установками утилизации тепла отработанного воздуха и горячей воды, контрольно-регулировочной аппаратурой потребления тепла и воды.

В белорусских городах осуществляются работы по реконструкции, модернизации, капитальному ремонту и термической реабилитации, т.е. санации ранее вы­строенных зданий жилого и нежилого фонда. Санация в части термореабилитации означает повышение теплозащиты зданий путем теплоизоляции стен минеральной ватой и пенопластом, утепление крыш, полов, замену оконных блоков, остекление балконов, модернизацию систем вентиляции, реконструкцию и автоматизацию теплоузлов, установку индивидуальных регуляторов тепла в квартирах и комна­тах, экономичных осветительных приборов, счетчиков тепла и воды.

Обсле­дование состояния зданий и сооружений позволяет выявить потен­циал энергосбережения. В жилом фонде он составляет 30-76%, т.е. ны­нешнее годовое потребление энергии может быть сокращено наполовину. В нежилом фонде (административные, общественные, культурного назначения здания, школы, больницы и т.д.) может быть сэкономлено около половины годового объема потребления энергии. Наработаны и применяются технологии термореаби­литации зданий путем наружного утепления их фасадов. Первый опыт санации жилого фонда показал, что возводящиеся и санируемые здания необходимо обору­довать системами принудительной управляемой вентиляции. При применяемой до сегодняшнего дня естественной вентиляции в результате утепления ограж­дающих наружных конструкций происходит перераспределение теплопотерь: резко возрастают потери тепла на нагрев поступающего в помещение воздуха и, кроме того, относительная влажность воздуха оказывается выше нормативной. Таким образом, сокращение теплопотерь на 20-30% и нормальный воздухооб­мен в помещениях можно получить только в результате совместного примене­ния в здании теплоизоляции ограждающих конструкций и современных систем принудительной вентиляции.

К наиболее эффективным системам «утепления» зданий из числа отечественных относятся системы «ПСЛ» и «термошуба». Они представляют собой многослойные конструкции из плиты-утеплителя, прикрепленной к подготовлен­ной поверхности стен специальным клеящим составом и анкерами, защитного по­крытия из клеящего состава, армированного одним-двумя слоями сетки в соче­тании с металлическими профилями и отделочного покрытия из тонкослойной штукатурки. Утеплитель может крепиться к стене механическим способом, а жест­кая облицовка устраивается на специальных каркасах с образованием воздушной прослойки между плитой утеплителя и облицовкой. В качестве теплоизоляци­онных материалов в этих конструкциях применяются жесткая минераловатная плита и пенополистирол.

Внутригородской транспорт. Жизнь современного города немыслима без транспорта, потребляющего зна­чительное количество теплоэнергоресурсов, включая высококачественные нефтепродукты. Транспорт других отраслей экономики более чувствителен к перебоям в снабжении энергией Однако именно в этом секторе экономики имеются широкие воз­можности для повышения эффективности использования энергии. Следует раз­личать краткосрочные и долгосрочные программы мероприятий по эффективному энергоиспользованию в транспортном секторе.

Краткосрочные программы направлены на производство и распространение транспортных средств, потребляющих минимальное количество энергии, требующих меньших расходов на их содержание и эксплуатацию. Причем, транс­порт - это та область общественной деятельности, в которой может быть наи­более успешно использовано правовое нормативное регулирование для повыше­ния энергоэффективности. Это объясняется значительным числом производителей взаимозаменяемых видов транспорта и еще большим числом его потребителей - владельцев транспортных средств, каждое из которых потребляет относительно небольшое количество энергии. Опыт европейских стран показывает эффективные способы стимулирования энергосбережения на транспорте. Краткосрочные про­граммы включают также комплекс мер по улучшению организации движения в городе.

Долгосрочные программы имеют стратегическую направленность, учитывают перспективы развития города, ожидаемые изменения в структуре источников энергии в будущем и наиболее прогрессивные тенденции в области разработки транс­порта. В частности, речь идет о создании транспортных средств, работающих на во­зобновляемых энергоресурсах, которые могут переключаться при эксплуатации с одного вида энергии на другой, о создании современных подземных или надземных видов городского транспорта. Такие тенденции диктуются, с одной стороны, целями энергосбережения, с другой - экологическими требованиями по сохранению чисто­ты воздушной среды и дефицитом земли в городах.

Рассмотрим возможности энергосбережения на транспорте посредством изменений его структуры и видов потребляемого топлива. В этой связи проектиров­щик городских транспортных систем может руководствоваться тремя принципа­ми:

■ выбирать наиболее функционально подходящие виды транспорта;

■ использовать облегченные транспортные средства;

■ обеспечивать максимальное увеличение полезной нагрузки транспортных средств.

Чем меньше масса автомобиля, тем меньше расходуемая им энергия. В некоторых европейских странах в течение ограниченных периодов времени применялись субсидии или налоговые скидки для улучшения структуры транспортных средств. Так, в Греции была введена налоговая скидка на новые небольшие ав­томобили с низким уровнем выбросов при условии вывода из обращения старых машин. Регулированием налогов на покупку, импорт автомобилей, ежегодной по­шлины на них можно стимулировать спрос потребителей на машины с высоко­эффективным использованием топлива, что косвенно ориентирует производителя на выпуск таких машин. Для информирования потребителей в ряде стран приме­няется маркировка новых автомобилей по расходу топлива, к примеру, она обяза­тельна в Великобритании.

Распространенным инструментом влияния на конъюнктуру автомобилей служат также налоги на топливо для двигателей. Цены на топливо влияют на решение потребителя о выборе того или иного типа автомобиля и, в свою очередь, стимулируют производителя на выпуск соответствующих машин. Известно, что транспортные средства на дизельном топливе имеют меньший расход топлива, чем транспортные средства на бензине, особенно при работе в городском режиме. Для их большего распространения в Европе было применено дифференцирован­ное налогообложение на бензин и дизельное топливо. Имели значение и более низкие цены на дизельные автомобили.

В городах все большее развитие будет получать электрифицированный транспорт как более экологически чистый. Перспективными с точки зрения сбережения нефтепродуктов и экологии являются электромобили, использующие электрическую энергию, которая может быть получена как от аккумуляторов, так и в результате прямого преобразования возобновляемых видов энергии, например, солнечной. КПД тяговой установки электромобиля составляет 25-30%, в то время как КПД двигателя внутреннего сгорания - 15-20%. Научно-экспериментальные изыскания по разработке электромобилей активно проводят­ся во многих странах.

Проблемы ценности городской земли и загрязнение воздуха выбросами автомобилей при сжигании органического топлива заставляют думать о развитии подземного транспорта. На его создание требуется 10-20 лет, начиная с этапа технико-экономического анализа до начала эксплуатации, и еще 10-20 лет необходимо для выхода транспортной системы на полную проектную мощность. Поэтому оценка эффективности использования энергии при принятии решений о сооружении по­добных крупнозатратных транспортных систем должна производиться в страте­гическом контексте с учетом располагаемых городом в перспективе видов энер­горесурсов, роста их потребления и дальнейшего развития города. В качестве меж- и внутригородского вида современного транспорта может рассматриваться вертолетное движение.

Значительный потенциал энергосбережения содержится в организации движения транспорта в городе, в ее оптимизации. Объем потребления энергии на транспорте непосредственно связан с планировкой города, его компактностью, расположением его районов, объектов наибольшего посещения. Поэтому важно оптимально организовать систему магистралей, главных и второстепенных дорог, транспортных развязок, регулирования скоростей с помощью светофоров и дорожных знаков, предусмотреть возможности рациональных проездов, хорошее со­стояние дорог, качественное техническое обслуживание транспортных средств.

Ограничения скорости существуют во всех странах практически для всех типов дорог. Они нужны по условиям безопасности, но, кроме того, позволяют экономить топливо. С учетом максимальной экономии топлива должны организовываться в современных городах системы стоянок транспортных средств, гаражей, маршрутов и остановок городскою общественного транспорта, станций техниче­ского обслуживания и бензозаправочных станций.

Энергоэффективность использования транспортного средства в городских условиях сильно зависит от индивидуального умения и навыков вождения с наименьшим расходом топлива. В некоторых европейских странах при проведении экзамена на получение водительских прав осуществляется проверка качества вож­дения с позиций эффективного использования топлива. Важно, чтобы каждый во­дитель регулярно наблюдал и вел учет потребления топлива. Это позволяет ему оценить возможную экономию денежных средств и стимулирует на рациональное пользование транспортным средством.

Директива ЕС требует ежегодной проверки состояния транспортных средств, в том числе определения характеристик выбросов. В некоторых случаях нацио­нальные требования включают и оценку качества и эффективности использова­ния топлива.

Утилизация мусора. Городской мусор, твердые бытовые и промышленные отходы - неизбежный спутник существования городов. В среднем на одного жителя в год в городах Рос­сии, Беларуси накапливается 200-300 кг мусора, а в США, Швеции, других запад­ных странах - 480-700 кг. Резко растут площади отчуждения под санкционирован­ные и несанкционированные свалки. Природные системы уже не способны по­глощать естественным образом городские отходы. Появились международные от­ношения купли-продажи отходов, в том числе токсичных и радиоактивных, что чревато не только экономическими, но и политическими осложнениями. Обычное сжигание и вывоз отходов в отвалы, хвостохранилища, на свалки - опасный ис­точник загрязнения атмосферного воздуха, почв, поверхностных и подземных вод, растений, угроза инфекционных заболеваний. Это угроза здоровью как на­стоящего, так и будущих поколений. Во всех странах стараются решить проблему утилизации мусора. На международном уровне усиливается движение за устой­чивое развитие окружающей среды. Решение проблемы осуществляется по сле­дующим направлениям:

■ минимизация образования отходов по количеству и вредности, т. е. создание малоотходных и безотходных технологий;

■ разработка и внедрение эффективных технологий обезвреживания и переработки отходов, включая их утилизацию для производства топлива, тепловой и электрической энергии;

■ организация контроля и мониторинга влияния отходов на состояние окружающей среды и здоровье населения.

Это задачи, которые решают ученые и инженеры, городские власти, власти отдельных государств на законодательном и исполнительном уровнях. Это задачи, требующие согласованных действий на международном уровне.

Процессы переработки городских отходов начинаются с организации их сбора и сортировки. Здесь представляют практический интерес домашние мусоросборники с отделением органических отходов и мусоропровод с сортиров­кой и уплотнением мусора, герметичные устройства для сжигания мусора в домашних условиях с последующим уплотнением золы, вакуумные системы, автоматически удаляющие отходы из отдельных зданий в центральные приемные пункты.

Предлагается двухступенчатая система сбора, переработки отходов: доставка на расположенные в черте города перерабатывающие заводы (производительно­стью 25-30 тыс. т мусора в год на 300 тыс. жителей), где отходы сортируются, измельчаются, прессуются, из них извлекаются полезные продукты, остатки отходов отправляются на свалки или последующую утилизацию.

Утилизация отходов для энергетических целей может осуществляться в установках по получению биогаза (в результате анаэробного разложения органиче­ских) и последующего его сжигания для производства тепловой и электрической энергии непосредственно на свалках городских отходов или на специальных за­водах. Так, 1 тонна твердых бытовых отходов (ТБО) может дать городу около 1 Гкал тепловой энергии, т.е. сэкономить 150 кг топлива. Объем остатков после сжи­гания не превышает 5% первоначального объема мусора.

Разработано много отече­ственных и зарубежных технологий термической переработки ТБО: слоевое сжи­гание, сжигание в топке с кипящим слоем, сжигание при высокой температуре, гидрогенизация, пиролиз. Однако стоимость сжигания городского мусора с учетом очистки отходящих газов и утилизации их тепла пока обходится весьма дорого, что затрудняет внедрение этих технологий.

На сегодня наиболее экономичным признано сжигание отходов в топках котлов ТЭС в качестве присадки к основно­му топливу (предпочтительна доставка в спрессованном виде из близко располо­женных заводов по переработке мусора) и в городских теплофикационных ко­тельных для выработки низкотемпературного пара, непосредственного обогрева зданий и кондиционирования воздуха. На части мусороперерабатывающих заво­дов основное производство заключается в переработке ТБО в органическое сель­скохозяйственное удобрение (компост), попутно крупная фракция ТБО сжигается в котлах как топливо для получения тепловой энергии и используется теплота уходящих дымовых газов.