НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ЗАГАЛЬНОЇ ЕНЕРГЕТИКИ
НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ
АГЕЄВА ТАМАРА ПЕТРІВНА
УДК 338.984.2.001.57
МЕТОДИЧНІ ОСНОВИ ОЦІНКИ ЕНЕРГОЗБЕРЕЖЕННЯ
ТА ПРОГНОЗУВАННЯ ЕНЕРГОСПОЖИВАННЯ
В СФЕРІ ЖИТЛОВОГО ТА КОМУНАЛЬНО-ПОБУТОВОГО ОБСЛУГОВУВАННЯ НАСЕЛЕННЯ УКРАЇНИ
Спеціальність 05.14.01
енергетичні системи та комплекси
А в т о р е ф е р а т
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ - 2002
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Інституті загальної енергетики Національної академії наук України, м. Київ
.
Науковий керівник | кандидат економічних наук,
Лауреат Державної премії України в галузі науки і техніки
Гнідий Микола Васильович,
Інститут загальної енергетики НАН України,
завідувач відділу;
Офіційні опоненти: | доктор технічних наук,
старший науковий співробітник
Новосельцев Олександр Вікторович,
Інститут загальної енергетики НАН України,
провідний науковий співробітник;
кандидат технічних наук,
старший науковий співробітник
Панченко Георгій Георгійович,
Агенство з раціонального використання енергії та екології, заступник виконавчого директора.
Провідна установа: |
Інститут електродинаміки НАН України,
відділ моделювання електроенергетичних об’єктів,
м. Київ.
Захист відбудеться 09.01. 2003 р., о 14 годин на засіданні спеціалізованої вченої ради Д26.233.01 в Інституті загальної енергетики НАН України
за адресою: 03680, м. Київ-57, пр. Перемоги, 56, тел. 417-01-42.
З дисертацією можна ознайомитись в Інституті загальної енергетики НАН України.
Автореферат розісланий 06.09.2002 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради
кандидат технічних наук |
Л.П. Мельничук
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. На житлові, комунальні та побутові потреби населення України витрати енергоресурсів у 2000 р. склали 52,5 млн. т у.п., що становило 26,1% енергоспоживання економіки країни. Забезпечення населення послугами житлового та комунально-побутового господарства потребує надійного та безперебійного енергопостачання, обгрунтованого прогнозування потреби в паливі та енергії на перспективний період з урахуванням ефективного їх використання.
До середини 90-х років реалізація енергозаощадження в житловому секторі та на підприємствах і установах комунально-побутового сектору практично ігнорувалася, чим пояснюється відсутність методичних робіт щодо оцінки енергозбереження у побутових споживачів. До того ж існуючі методики прогнозування витрат окремих видів енергоресурсів розроблені тільки для підприємств житлово-комунального господарства на короткостроковий період. В зв’язку з цим актуальним є створення таких методичних робіт, які були б основою розробки середньо- та довгострокових прогнозів потреби в паливі та енергії сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення з урахуванням соціально-економічного прогресу і реалізації енергозаощадження.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Здобувач – виконавець розділу по оцінці економічно доцільного та технічно можливого потенціалу енергозбереження в комунально-побутовому господарстві Комплексної державної програми енергозбереження України на період до 2010 р., а також - науковий керівник та основний виконавець проектів:
ДНТП 5.1.3. “Методи та засоби практичної реалізації пріоритетних напрямків енергозбереження в економіці України” № 05.51.03/437-93 “Розробка науково-практичних рекомендацій по енергозбереженню в житлово-комунальному господарстві України”;
ДНТП 04.09 “Економічні та технологічні перспективи розвитку енергетики” № 04.09/07694 “Розробка методів прогнозування попиту на енергоносії в соціальній сфері України”.
Метою дисертаційного дослідження є розробка методичних основ оцінки енергозбереження та методики середньо- та довгострокового прогнозування потреби сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення в котельно-пічному паливі (децентралізовані споживачі), тепловій та електричній енергії з урахуванням впливу соціально-економічних факторів, можливостей реалізації енергозбереження та взаємозамінності енергоносіїв.
Об’єкт дослідження – система енергоспоживання житлової та комунально-побутової сфери України, споживачі котельно-пічного палива (децентралізовані), електричної та теплової енергії.
Предмет дослідження – енергозбереження, обсяги споживання котельно-пічного палива, електричної та теплової енергії в сфері житлового та комунально-побутового обслуговування населення України.
Методи дослідження. Складний характер взаємозв’язків галузей житлової та комунально-побутової сфери з енергоспоживанням визначає необхідність використання системного підходу, енергетичного та техніко-економічного аналізів, методів математичного моделювання, прямих нормативних розрахунків, математичної статистики, експертних оцінок.
Відповідно до поставленої мети основна увага була приділена вирішенню наступних задач дослідження:
аналізу сучасного рівня розвитку житлового та комунально-побутового господарства України, дослідженню структури та динаміки його енергоспоживання;
виявленню закономірностей та визначенню факторів, які впливають на формування витрат котельно-пічного палива, теплової і електричної енергії (без витрат паливних ресурсів в централізованих джерелах теплопостачання);
аналізу ефективності використання палива та енергії в сфері житлового та комунально-побутового обслуговування населення;
визначенню основних напрямків підвищення ефективності використання енергоресурсів в житловому та комунально-побутовому господарстві;
розробці методичних рекомендацій по оцінці заощадження палива та енергії внаслідок впровадження енергозберігаючих заходів на різних ієрархічних рівнях управління сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення;
розробці методики середньо- та довгострокового прогнозування потреби в котельно-пічному паливі (децентралізовані споживачі), тепловій і електричній енергії з урахуванням соціального прогресу, енергозбереження та взаємозамінності енергоносіїв;
оцінці рівнів енергозбереження та прогнозування споживання котельно-пічного палива, електричної та теплової енергії на житлові, комунальні та побутові потреби населення України при різних варіантах соціального розвитку суспільства на період до 2015 р. (на основі розробленої в дисертації методики);
аналізу впливу енергозбереження в сфері житлового та комунально-побутового обслуговування населення України на обсяги шкідливих викидів в атмосферу.
Наукова новизна отриманих результатів в порівнянні з існуючими роботами в даній області визначається наступним:
·
Розроблено методичні положення дослідження ефективності взаємозамінності енергоносіїв на рівні енергетичних процесів житлової та комунально-побутової сфери, які базуються на детальному аналізі і наступній оцінці енергетичних, економічних та екологічних показників при можливих комбінованих схемах енергопостачання: газоелектротеплова (найбільш поширена); електротеплова; електропаливна (як правило, децентралізовані споживачі); електрична схема (перспективний варіант).
·
Вперше розроблено методичні основи щодо оцінки енергозаощадження в сфері житлового та комунально-побутового обслуговування населення, суть яких полягає:
-
в проведенні системного аналізу напрямів та особливостей формування енергоспоживання;
-
у визначенні ступеню ефективності використання палива та енергії;
-
у врахуванні комплексу соціально-економічних аспектів розвитку сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення та їх впливу на рівні енергоспоживання;
-
в розрахунку ефективності енергозберігаючих заходів та визначенні їх пріоритетності.
·
Запропоновано методичні положення середньо- та довгострокового прогнозування потреби в котельно-пічному паливі (децентралізовані споживачі), електричній та тепловій енергії сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення регіону, що базуються на поширених методах прогнозування, які модифіковано відповідно задачам дослідження. Основною відмінністю методичних положень є оригінальні підходи до визначення впливу підвищуючих та понижуючих факторів на величину перспективних питомих витрат палива та енергії.
·
Для дослідження особливостей та обсягів енергоспоживання в житловому секторі розроблено методичні положення кількісних оцінок впливу комплексу соціальних факторів (житла та його характеристик, схеми енергопостачання, ступеню насиченості електропобутовими приладами, наявності індивідуальних пристроїв опалення та гарячого водопостачання, вимог до умов комфортності, що відповідають досягнутим рівням розвинутих країн).
·
Розроблено новий методичний підхід до визначення величини відвернених екологічних збитків при реалізації заходів енергозбереження, які є основою формування блоку екологічних показників ефективності енергозбереження.
·
Розроблено систему інформаційного забезпечення процесу дослідження задач енергоспоживання (показники розвитку секторів сфери житлового та комунально-побутового обслуговування та їх енергетичних процесів), яка систематизована по галузевому, енергетичному, часовому та енергозберігаючому признакам.
·
На базі розроблених методичних положень та підходів було розроблені та науково обгрунтовані середньо- та довгострокові прогнози оцінки потенціалу енергозбереження та попиту на котельно-пічне паливо, електричну та теплову енергію житлового та комунально-побутового секторів економіки України.
Практичне значення отриманих результатів. Отримані результати дисертаційного дослідження були впроваджені:
-
при розробці (1996 р.) та уточненні (2000 р.) Комплексної державної програми енергозбереження України на період до 2010 р. (розділ щодо оцінки економічно доцільних та технічно можливих рівнів енергозбереження в комунально-побутовому господарстві), яка на сьогодні є основним документом в діяльності органів державної влади з питань проведення енергозберігаючої політики;
-
при проведенні “Аналізу заходів по пом’якшенню впливу на змінення клімату по проекту “Дослідження по питанням змінення клімату в Україні: розробка кадастру викидів парникових газів та аналіз заходів по їх зменшенню” (розділ “Аналіз заходів по зниженню викидів парникових газів в житловому та комунально-побутовому господарстві України”) (1996 р.), результати якого стали основою при підготовці Першого національного повідомлення України по питанню змінення клімату, офіційно представленого українським Урядом Секретаріату Рамкової Конвенції ООН про змінення клімату у лютому 1998 р.
Особистий внесок здобувача. З праць, які опубліковані у співавторстві, у дисертації використано результати, які отримано здобувачем самостійно: методика визначення потреби в паливі та енергії [6], порівняльний аналіз показників електрифікації житлового сектору України та розвинутих країн [10], аналіз використання електроенергії в міському електротранспорті України [11].
Апробація результатів дисертації була здійснена на республіканській науково-технічній конференції “Проблеми та шляхи підвищення ефективності використання паливно-енергетичних ресурсів в галузях народного господарства республіки” (1983 р.), ІУ республіканській науково-технічній конференціії “Сучасні проблеми енергетики” (1985 р.), У та УІІІ міжнародних конференціях “Ресурсоенергозбереження у ринкових відношеннях” (1998 та 2001 рр.), конференції “Політичні, економічні та екологічні проблеми енергетичної безпеки і транспортування енергоресурсів в Україні” ( 2000 р.).
Публікації. По результатах дослідження опубліковано 11 наукових праць, в тому числі 5 доповідей та тез наукових конференцій.
Структура та обсяги роботи. Дисертація складається з вступу, трьох розділів, загальних висновків, списку літературних джерел із 123 найменувань і 14 додатків. Обсяг дисертації 122 сторінки основного тексту, в тому числі 12 таблиць та 3 малюнки, і 49 сторінок додатків.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
У вступі обгрунтовується актуальність теми досліджень, формулюється мета роботи, визначається її наукова новизна, практична цінність та основні положення, які автор виносить на захист.
У першому розділі наведено результати енерго-економічного аналізу розвитку сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення України за період з 1990 по 2000 рр. та визначено напрями енергозбереження в цій сфері.
До складу сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення України, система енергоспоживання якої є об’єктом дослідження, входять житловий сектор, підприємства комунального господарства, міський електротранспорт та заклади суспільного сектору (освіта, охорона здоров’я, культура). Її териториальна організація та рівень обслуговування в багатьох випадках не повністю задовольняють потреби населення, а обсяги та якість послуг нижче європейських стандартів.
За період з 1990 по 2000 рр. витрати палива та енергії на житлові, комунальні та побутові потреби населення України зменшилися з 72,5 до 52,5 млн. т у.п., або на 27,6%. Але темпи зниження були меньшими, ніж темпи скорочення енергоспоживання в економіці країни. Тому частка енергоспоживання житлової та комунально-побутової сфери в структурі витрат енергоресурсів економіки зросла з 20,5 до 26,1% (табл. 1).
Енергоспоживання житлового сектору протягом аналізуємого періоду скоротилось з 46,4 до 40,8 млн. т у.п., або на 12,1%. Але його частка в структурі енергоспоживання країни збільшилась з 13,1 до 20,3%, а в структурі енергоспоживання житлової та комунально-побутової сфери зросла з 64,0 до 77,7% .
Централізація енергопостачання сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення по підведеним енергоносіям з 1990 по 2000 рр. зросла з 57,9 до 85,1% головним чином за рахунок зростання газифікації з 22,2 до 45,0% при збільшенні електрифікації з 9,7 до 12,3% та теплофікації - з 26,0 до 27,8%.
З середини 90-х років прослідковується підвищення уваги до ефективного використання енергоресурсів в сфері житлового та комунально-побутового обслуговування населення, яке проявилось в фінансуванні окремих енергозберігаючих заходів, обладнанні будинків пристроями обліку витрат енергоресурсів та води, підвищенні вимог до теплозахисту будинків тощо. Зокрема, в 2000 р. відносно 1995 р. в житловому секторі при зростанні числа газифікованих квартир часткове обладнання житлового сектору газовими лічильниками дозволило скоротити споживання природного газу на 1,8 млрд. м3, а підвищення тарифів на електроенергію було одним із факторів скорочення її споживання в житловому секторі на 5,6 млрд. кВт.год.
Серед основних причин нераціонального споживання слід зазначити: недостатню забезпеченість побутових споживачів пристроями обліку витрат енергоресурсів та води; понадмірну централізацію теплопостачання, що позначається на його надійності та ефективності; наявність малих неекономічних котелень; невідповідність тепловому навантаженню потужності опалювальних котлів, їх роботу не в оптимальному режимі; експлуатацію зношених теплових мереж (втрати теплоенергії при її транспортуванні до споживачів досягають 15-20%, а в окремих випадках - до 30%); недостатні теплозахисні властивості будинків, більшість з яких - будинки з одношаровими панелями без утеплювачів, відповідного теплозахисту дахів, підвалів тощо; використання недосконалих газових приладів, зокрема їх пальників; недостатню ефективність систем та джерел освітлення; в водопровідно-каналізаційному господарстві - низький технічний рівень і неоптимальні режими роботи насосних станцій, використання нерегульованих асінхронних електродвигунів тощо; низький рівень технічного стану рухомого складу міського електротранспорту; використання в житловому секторі електропобутових приладів, які по своїх експлуатаційних властивостях та економічності поступаються сучасним вітчизняним та закордонним аналогам. Ліквідація цих причин визначає напрями підвищення ефективності використання палива та енергії в житловій та комунально-побутовій сфері України.
Таблиця 1
Споживання енергоресурсів в економіці України і сфері житлового та комунально-побутового обслуговування населення
Показник |
Рік |
Економіка
України,
всього | в тому числі:
сфера житлового та комунально-побутового обслуговування населення | в тому числі
житловий сектор | комунально-побутовий сектор
Енергоспоживання,
млн. т у.п. | 1990 | 353,0 | 72,5 | 46,4 | 26,1
1995 | 226,3 | 68,7 | 49,0 | 19,7
2000 | 200,8 | 52,5 | 40,8 | 11,7
Паливоспоживання,
млн. т у.п. | 1990 | 280,6 | 38,3 | 28,0 | 10,3
1995 | 181,4 | 32,7 | 26,2 | 6,5
2000 | 132,5 | 24,2 | 22,3 | 1,9
Газоспоживання,
млрд. м3 | 1990 | 108,0 | 11,5 | 8,2 | 3,3
1995 | 72,1 | 19,5 | 16,6 | 2,9
2000 | 68,4 | 15,7 | 14,8 | 0,9
Електроспоживання,
млрд. кВт.год | 1990 | 270,0 | 46,7 | 20,1 | 26,6
1995 | 191,0 | 50,3 | 26,9 | 23,4
2000 | 167,6 | 40,3 | 21,3 | 19,0
Теплоспоживання,
млн. Гкал | 1990 | 412,7 | 108,0 | 67,5 | 40,5
1995 | 257,2 | 91,5 | 67,2 | 24,3
2000 | 202,7 | 78,7 | 58,7 | 20,0
Питома вага в споживанні економікиУкраїни, %
Енергоспоживання | 1990 | 100,0 | 20,5 | 13,1 | 7,4
1995 | 100,0 | 30,4 | 21,7 | 8,7
2000 | 100,0 | 26,1 | 20,3 | 5,8
Паливоспоживання |
1990 | 100,0 | 13,6 | 10,0 | 3,6
1995 | 100,0 | 18,0 | 14,4 | 3,6
2000 | 100,0 | 18,2 | 16,8 | 1,4
Газоспоживання | 1990 | 100,0 | 10,6 | 7,6 | 3,0
1995 | 100,0 | 24,2 | 21,6 | 2,6
2000 | 100,0 | 23,0 | 21,7 | 1,3
Електроспоживання | 1990 | 100,0 | 17,3 | 7,4 | 9,9
1995 | 100,0 | 26,3 | 14,1 | 12,2
2000 | 100,0 | 24,0 | 12,7 | 11,3
Теплоспоживання | 1990 | 100,0 | 26,2 | 16,4 | 9,8
1995 | 100,0 | 35,6 | 26,1 | 9,5
2000 | 100,0 | 38,8 | 29,0 | 9,8
У другому розділі визначено напрями формування енергоспоживання, розглянуто показники ефективності впровадження енергозберігаючих заходів, представлено методичні положення визначення рівнів енергозбереження, методику середньо- та довгострокового прогнозування енергоспоживання житлової та комунально-побутової сфери з урахуванням соціально-економічного прогресу, енергозбереження та взаємозамінності енергоресурсів.
Формування обсягів енергоспоживання здійснюється під впливом як зовнішніх, так і внутрішніх факторів.
Специфічною особливістю системи енергоспоживання сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення є його велика залежність від попиту населення на різноманітні послуги підприємств та закладів різного підпорядкування, тобто обсяги використання палива та енергії залежать від устою життя населення, його чисельності і структури та інших демографічних особливостей. Крім того, на енергоспоживання впливають такі зовнішні фактори як кліматичні та регіональні умови, благоустрій міст, селищ міського типу та населених пунктів сільської місцевості, їх планування та забудова, інженерне обладнання будинків. Технічний стан житлових будинків, підприємств комунально-побутового господарства залежить від розвитку невиробничого будівництва та окремих галузей машинобудування (електролампової промисловості, виробництва пристроїв контролю та регулювання, санітарно-технічного і газового обладнання, будівельно-дорожного та комунального машинобудування тощо).
До внутрішніх факторів, які впливають на споживання енергоресурсів, відносяться особливості енерговикористання в секторах житлової та комунально-побутової сфери, вплив на енергоспоживання соціальних, економічних та екологічних показників її розвитку, обсяги і структура послуг, рівень енергоефективності та можливість реалізації резервів економії палива та енергії, характеристика енерговикористовуючих установок, обладнання та приладів, їх режими роботи тощо.
В свою чергу зовнішні та внутрішні фактори можна класифікувати на понижуючі та підвищуючі енергоспоживання фактори. Понижуючі фактори це, головним чином, - енергозберігаючі заходи, впровадження яких впливає на організаційні та технологічні аспекти житлової та комунально-побутової сфери, а в окремих випадках досягнення заощадження палива та енергії приводить до якісної перебудови надання послуг (наприклад, використання термостатів для регулювання параметрів мікроклімату в приміщеннях повністю задовольняє вимоги кожного споживача). Серед підвищуючих факторів є такі, вплив яких на енерговикористання поступово можна скоротити за рахунок реалізації енергозберігаючої політики (недостатній технічний рівень обладнання, нераціональні витрати, втрати палива та енергії тощо). Фактори, які визначаються соціальним прогресом, збільшують попит на енергоресурси, перш за все на перетворенні енергоносії та природний газ (комфортність у побуті, розширенння використання електропобутових приладів, газифікація і електрифікація високо- та низькотемпературних процесів тощо).
Вирішення питань про впровадження енергозберігаючих заходів та їх ефективність потребує оцінки комплексу енергетичних, економічних та екологічних показників.
Метод енергетичного аналізу дозволяє визначити енергетичні показники, з допомогою яких оцінюються можлива економія палива та енергії, масштабність реалізації заходу (питомі витрати енергоресурсів на послуги, коефіцієнти корисної дії та корисного використання енергоресурсів, енергетичні характеристики установок тощо).
Для визначення економічної ефективності впровадження енергозберігаючого заходу модифіковано поширену у світовій практиці методику розрахунку ефективності інвестуємих проектів UNIDO, у відповідності з якою різночасові економічні показники порівнюються шляхом їх приведення (дисконтування) до якогось певного моменту часу. Оцінка ефективності проводиться з використанням економічних показників - чистого дисконтного прибутку, строку окупності, індексу прибутковості, а енергозберігаючий захід вважається економічно ефективним при наявності прибутку від його реалізації.
На сьогодні існують різні методичні підходи до визначення величини відвернених збитків від забруднення навколишнього середовища, проте поки в цьому питанні нема одностайності. Тому в роботі на основі систематизації та модифікації визначених вище методичних підходів розроблено новий метод визначення відвернених збитків з урахуванням особливостей впровадження енергозберігаючих заходів в сферу житлового та комунально-побутового обслуговування населення. Загальна величина відвернених збитків від забруднення навколишнього середовища визначається як різниця між розрахунковими сумами величин збитків до і після впровадження енергозберігаючого заходу в об’єкти житлово-комунальної сфери регіону – певної екологічної зони (втрати природних ресурсів, побічні комунальні та господарські втрати, втрати на підтримання та експлуатацію основних фондів, соціальні виплати, втрати в охороні здоров’я, особисті втрати населення, які обумовлені забрудненням навколишнього середовища).
В якості екологічного показника ефективності енергозаощадження в цілому по житловій та комунально-побутовій сфері країни, на нашу думку, можна використовувати показник зміни обсягів шкідливих викидів по відношенню до 1990 року, на рівні якого Конвенцією ООН про змінення клімату встановлені квоти країн на шкідливі викиди.
В ході дисертаційного дослідження розроблено методику щодо оцінки рівнів енергозбереження та його впливу на споживання котельно-пічного палива (децентраізовані споживачі), електричної та теплової енергії для задоволення житлових, комунальних та побутових потреб населення регіону.
Основними положеннями методики є:
·
системний аналіз напрямів формування енергоспоживання та його структури;
·
визначення ступеню ефективності енерговикористання та обсягів впровадження енергозберігаючих заходів на всіх рівнях управління сфери житлового і комунально-побутового обслуговування населення;
·
врахування комплексу соціально-економічних аспектів функціонування сфери житлового та комунально-побутового обслуговування, які впливають на формурованння обсягів та структури енергоспоживання;
·
визначення можливості та оцінка взаємозамінності енергоносіїв в енергетичних процесах;
·
розробка економіко-математичної моделі як інструменту реалізації положень методики;
·
створення системи показників, які характеризують витрати палива і енергії у споживачів, та алгоритмів їх визначення з метою підвищення адекватності отриманих результатів прогнозування.
Масовість та різнорідність побутових споживачів визначила необхідність їх об’єднанння по напрямах використання енергоресурсів у 4 групи: освітлювальні процеси; електропривід побутових приладів та установок; високотемпературні процеси (температура понад 400 оС) і низькотемпературні процеси (температура до 100 оС). У перших двох групах процесів енергоносієм є електроенергія, у третій – паливні ресурси та електроенергія, у четвертій групі - паливні ресурси, теплова та електрична енергія.
Енергоспоживання житлової та комунально-побутової сфери розглядається як єдина система і представлено ієрархічною структурою, кожній вершині якої відповідає конкретна енергоспоживаюча підсистема, яку характеризують різні рівні технічного оснащення та витрати паливно-енергетичних ресурсів.
При дослідженні задачі енергозбереження та енергоспоживання з позицій системного підходу до енергоспоживання сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення виділяються наступні рівні їх вирішення (рис. 1):
-
регіональний, на якому будуть прийматися всі рішення;
-
галузевий, на якому розглядається енергоспоживання житлового та комунально-побутового секторів;
-
ряд підгалузевих рівнів, сукупність яких визначає специфіку енергоспоживання аналізуємого сектору;
-
рівень енергетичних процесів, на яких досліджується споживання палива та енергії.
Для прогнозування енергозбереження та енергоспоживання розроблено економіко-математичну модель, яка передбачує поетапну ітерацію показників по вершинах представленої вище ієрархічної структури. При цьому розглядається фрагмент: вихідна енергоспоживаюча система та підсистеми, які безпосередньо їй підпорядковані. Значення показаника у найвищій веpшині є сумою значень показників споживання конкретного виду енергоресурсу в підпорядкованих вершинах.
Потреба в j-ому виді енергоресурсу в k-ій вершині структури енергоспоживання в t-ому році - Wkjt – досліджується як залежна змінна величина від показників соціально-економічного розвитку k-ої вершини - Пkt , питомої витрати j-ого виду енергоресурсу в базовому році - wkjб, впровадження набору енергозберігаючих заходів - Іkt, а також враховується часткове збереження технічного рівня базового року - kt та кліматичні умови - kt:
Wkjt = f ( Пkt, wkjб, Іkt, kt, kt ). | (1)
І
ІІ | ІІІ
ІУ | У | УІ | УІІ | УІІІ
1.1 | 2.1 | 3.1 | 4.1 | 1.1 | 2.1 | 3.1 | 4.1.2 | 1.3 | 2.4 | 2.5 | 3.2 | 2.3.1 | 2.3.2 | 2.3.3
ІХ | Х
4.1.1 | 4.1.2 | 1.2 | 2.2 | 4.2 | 1.2 | 2.2 | 4.2.2
4.2.1 | 4.2.2
Вершини структури:
Регіональний рівень | Сфера житлового та комунально-побутового обслуговування населення (І).
Галузевий рівень | Житловий сектор (ІІ) міст та селищ міського типу (ІУ) і населених пунктів сільської місцевості (У). Комунально-побутовий сектор (ІІІ).
Підгалузевий рівень | Комунальне господарство (УІ), міський (ІХ) та сільський (Х) громадський сектор (УІІ), міський електротранспорт (УІІІ).
Рівень
енергетичних процесів | Освітлювальні процеси (1): освітлення житлових (1.1) та адміністративних (1.2) приміщень, зовнішнє освітлення міст (1.3).
Електропривід (2) побутових приладів домашнього вжитку (2.1), установок та обладнання громадського сектору (2.2), міського електротранспорту (2.3) – трамваїв (2.3.1), тролейбусів (2.3.2). метрополітену (2.3.3), водопровідно-каналізаційного господарства (2.4), інших комунальних споживачів (2.5).
Високотемпературні (3) процеси: приготування їжи (3.1) та комунальні котельні теплопродуктивністю до 20 Гкал/год (3.2).
Низькотемпературні процеси (4): централізоване (4.1.1, 4.2.1) та децентралізоване (4.1.2, 4.2.2) теплопостачання житлових (4.1) та адміністративних (4.2) будинків.
Рис. 1. Структура енергоспоживання сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення
Набір енергозберігаючих заходів - Іkt, перспективна питома витрата j-ого вида енергоресурсу з урахуванням впровадження набору i-тих енергозбеpігаючих заходів - wkjt, а також розмір економії j-ого виду енергоресурсу в k-ій вершині структури енергоспоживання - Wkjt – визначаються із рішення наступної задачі, критерієм якої є максимум економії j-ого виду енергоресурсу:
Wkjt = Пkt ( wkjб - wkjt ) max. |
(2)
При цьому враховуються наступні обмеження:
обмеження по групі взаємозамінних енергозберігаючих заходів –
I’
ik t = 1, 0 ,
і=1 |
(3)
де
ik t | -
признак впровадження i-ого енергозберігаючого заходу з набору взаємозамінних заходів (і є І’, де І’ – множина взаємозамінних заходів) в k-ій вершині в t-ом році,
ik t = 0; ik t = 1.
обмеження по теоретично можливій питомій витраті j-ого виду енергоресурсу -
I’
wkjt = wkjб ( 1 - q ij k t ik t kik t ) wkjтеор.
і=1 |
(4)
де
I’ | - множина взаємозамінних заходів;
q ij k t | - частка скорочення питомої витрати j-ого виду енергоресурсу в k-ій вершині внаслідок впровадження i-ого заходу в t-ому році;
kik t | -
коефіцієнт обсягу впровадження i-ого енергозберігаючого заходу в k-ій вершині в t-ом році, 0 kik t 1.
Економія j-ого виду енергоресурсу в житловій та комунально-побутовій сфері визначається як сума економії j-ого виду енергоресурсу по всіх вершинах структури енергоспоживання, в яких використовується j-ий вид енергоресурсу:
К
Wjt = Wkjt.
k=1 |
(5)
Потреба в j-ому виді енергоресурсу в k-ій вершині структури енергоспоживання в t-ому році розраховується по формулі:
Wkjt = Пkt wkjб - Wkjt . | (6)
З проведених розрахунків потреби в j-ому виді енергоресурсу в k-ій вершині структури енергоспоживання в t-ому році по варіантах розвитку k-ого енергоспоживача та варіантах наборів енергозберігаючих заходів вибирається оптимальний відповідно можливостям енергопостачання.
Потреба сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення регіону в j-ому виді енергоресурсу в t-ому році перспективного періоду Т років - Wjt - буде дорівнювати сумі потреб в j-ому енергоресурсі по напрямах його використання:
Wееt = W1ееt + W2ееt + W3ееt + W4ееt , | (7)
Wкппt = W3кппt + W4кппt , | (8)
Wтеt = W4теt , | (9)
де |
індекси:
ее | (j = ее) – індекс електроенергії,
кпп | (j = кпп) - індекс котельно-пічного палива,
те | (j = те) – індекс теплоенергії;
W1jt | - потреба в енергоресурсах (електроенергія) на освітлювальні процеси в t-ому році;
W2jt | -
потреба в енергоресурсах (електроенергія) на електропривід побутових приладів та установок в t-ому році;
W3jt | -
потреба в енергоресурсах (електроенергія, котельно-пічне паливо) на високотемпературні процеси в t-ому році;
W4jt | -
потреба в енергоресурсах (електроенергія, котельно-пічне паливо, теплоенергія) на низькотемпературні процеси в t-ому році.
При цьому враховуються такі обмеження:
в освітлювальних процесах - по насиченості k-ого споживача m-им видом освітлювальної техніки в t-ому році - qmkt :
М
qmkt = 1 ;
m =1 |
(10)
у високотемпературних процесах - по структурі обладнання у k-ого споживача, яке використовує j-тий вид енергоресурсу в t-ому році:
J
f jkt = 1 ,
j=1 |
(11)
у низькотемпературних процесах - по структурі енергопостачання k-ого споживача j-тим видом енергоресурсу в t-ому році:
J
d jkt = 1 .
j=1 | (12)
Кінцевою метою є побудова системи рівнянь, яка дозволяє адекватно описувати змінення потреби житлової та комунально-побутової сфери регіону в паливно-енергетичних ресурсах з урахуванням досягнень соціального прогресу, енергозбереження та взаємозамінності енергоносіїв. Об’єднання рівнянь в систему забезпечить більш точне і детальне виконання прогнозів енергозбереження і потреби в енергоресурсах з урахуванням впливу внутрішніх та зовнішніх факторів, тенденцій та закономірностей як у цілому по сфері житлового та комунально-побутового обслуговування населення, так і зокрема по окремих її енергоспоживачах.
В роботі наведено розроблені автором алгоритми прогнозування енергоспоживання по кожній вершині структури енергоспоживання сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення (рис. 1) та модифіковані відомі алгоритми визначення потреби в електроенергії на освітлювальні процеси та в теплоенергії - на опалення та гаряче водопостачання.
Розроблений методичний підхід до прогнозування споживання палива та енергії дозволяє проводити дослідження змінення рівнів електрифікації енергоспоживання сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення внаслідок розширення використання електроенергії в низько- та високотемпературних процесах.
Для проведення досліджень проблеми енергозбереження та енергоспоживання розроблено систему показників за роки ретроспективного та перспективного періодів, в якій інформація систематизована по галузевому, енергетичному, часовому та енергозберігаючому аспектах. До цієї системи поряд з показниками, які розробляються в прогнозах розвитку галузей сфери обслуговування населення (чисельність та структура населення, його забезпеченість послугами, обсяги та структура нового будівництва, реконструкція існуючого фонду тощо), представлені показники, які характеризують як специфіку окремих галузей (забезпеченість місцями в закладах громадського сектору, середня дальність поїздки одного пасажира, його транспортна рухомість тощо), так і енергетичні процеси (норми освітлювання по джерелах світла, питомі потужності освітлювальної техніки, побутових електроприладів, тривалість опалювального сезону по областях України тощо).
В третьому розділі з метою ефективного та своєчасного вирішення задачі енергопостачання побутових споживачів наведено результати оцінок енергозбереження та прогнозування попиту на енергоносії житлової та комунально-побутової сфери України по трьох варіантах її розвитку на період до 2015 р., які отримані з використанням розробленої методики.
Перспективний розвиток житлового сектору, підприємств комунального господарства та закладів громадського сектору буде залежити від реструктуризації економіки України та її соціальної переорієнтації, необхідних інвестицій на створення нових та реконструкцію діючих основних фондів. Негативні тенденції в демографічній ситуації України неможливо подолати протягом короткого часу. По деяких оцінках демографів в 2015 р. чисельність населення знизиться до 44,0 млн. чол. Але для визначення максимального попиту на енергоносії в 2015 р. чисельність населення була прийнята у межах від 49,5 до 52,0 млн. чол. (по масимальному варіанту – на рівні 1990 р.).
Було проведено дослідження можливості скорочення централізованого теплопостачання міських споживачів за рахунок впровадження децентралізованого теплопостачання від будинкових котелень та розширення використання електроенергії для гарячого водопостачання житлового сектору. В 2015 р. структура теплопостачання прогнозувалась відповідно до варіантів: опалення - від централізованих установок – 88, 74 і 64%, від будинкових котелень – 6, 20 і 30%; гаряче водопостачання - від централізованих установок – 88, 64 і 54%, від будинкових котелень – 6, 20 і 30%, від електроустановок - І варіант –3%, ІІ та ІІІ варіанти - по 16%.
По ІІ і ІІІ варіантах досліджувалось розширення використання електроенергії в процесі приготування їжі житлового сектору. Якщо по І варіанту в 2015 р. питома вага стаціонарних електроплит в структурі міського парку плит прогнозувалася 18,2% (в 2000 р. – в містах – 4,8%, в сільській місцевості – 0,1%), то по ІІ і ІІІ варіантах частка електроплит приймалась в міському житловому секторі 35 і 45% та сільському – 15 і 20%, відповідно варіантам. Додаткова потреба в електроенергії на процеси приготування їжи та гарячого водопостачання буде перекриватися її заощадженням за рахунок удосконалення джерел освітлювання та їх структури, оновлення набору електропобутових приладів домашньго вжитку тощо.
В залежності від обсягів впровадження енергозберігаючих заходів протягом 2001-2015 рр. економія котельно-пічного палива оціюється в 2015 р. по варіантах у межах 5,1-8,7 млн. т у.п., електроенергії – 1,1-6,3 млрд. кВт.год і теплоенергії – 22,2-32,9 млн. Гкал. Відносно споживання енергоресурсів в базовому 1995 р. заощадження паливних ресурсів в 2015 р. складе 15,7-26,5%, електроенергії – 2,1-12,5%, теплоенергіі – 24,3-36,0%.
Економія паливних ресурсів дозволить скоротити обсяги шкідливих викидів протягом всього аналізуємого періоду і в 2015 р. в порівнянні з 1990 р. (відносно якого встановлені квоти країн на шкідливі викиди Конвенцією ООН про змінення клімату) викиди вуглекислого газу повинні зменшитись на 17,6-21,7%, оксиду вуглецю - на 34,6-37,8%, метану – на 38,5-41,6% тощо.
В табл. 2 наведено результати прогнозу споживання енергоресурсів на задоволення житлових та комунально-побутових потреб населення в 2015 р.
Таблиця 2
Потреба в паливі та енергії сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення України в 2015 р. та її змінення відносно споживання палива та енергії в 1995 р.
Вид енергоресурсу | І варіант | ІІ варіант | ІІІ варіант
Потреба в паливно-енергетичних ресурсах
Котельно-пічне паливо, млн. т у.п. | 31,5 | 29,9 | 30,6
у тому числі -
природний газ, млрд. м3 | 23,6 | 22,3 | 23,0
Електроенергія, млрд. кВт.год | 48,1 | 67,6 | 75,7
Теплоенергія, млн. Гкал | 94,0 | 77,5 | 70,4
Разом паливо та енергія, млн. т у.п. | 64,1 | 66,6 | 68,9
Зміна споживання енергоресурсів по відношенню до 1995 р., (1995 р. = 100)
Котельно-пічне паливо | 96,3 | 91,4 | 93,6
Природний газ | 121,0 | 114,4 | 117,9
Електроенергія | 95,6 | 134,4 | 150,5
Теплоенергія | 102,7 | 84,7 | 76,9
Разом паливо та енергія | 93,2 | 96,8 | 100,1
При суттєвому зростанні ступеню задоволення житлових, комунальних та побутових потреб населення України питомі витрати палива та енергії в 2015 р. складуть 1296-1326 кг у.п./чол., або відносно 1995 р. зменьшаться на 1,2-3,5%, що свідчить про підвищення ефективності використання енергоресурсів.
При зростанні забезпеченості населення житловою площею, електропобутовими приладами домашнього вжитку, скороченні трудовитрат по веденню домашнього господарства та підвищенні комфортності житла питомі витрати паливно-енергетичних ресурсів на житлові потреби населення в 2015 р. складуть 923-967 кг у.п./чол. і по відношенню до 1995 р. по І та ІІ варіантах знизяться на 1,8 и 3,5%, відповідно, по ІІІ варіанту зростуть лише на 1,1%.
Питомі витрати енергоресурсів на комунальні та побутові потреби прогнозуються на 2015 р. у розмірах 360-373 кг у.п./чол., що нижче показника 1995 р. на 3,3-6,8%.
ВИСНОВКИ
У дисертації наведене теоретичне узагальнення і нове вирішення наукової задачі прогнозування енергоспоживання, що виявляється в розробці нових методичних положень оцінки енергозбереження та методики середньо- та довгострокового прогнозування потреби в паливі та енергії сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення регіону:
1.
Проведено аналіз розвитку житлової та комунально-побутової сфери економіки України, динаміки та структури її енергоспоживання за період з 1990 по 2000 рр., що дозволило виявити та кількісно оцінити закономірності формування енергоспоживання, які проявилися за період з 1995 по 2000 рр. (в окремих випадках - з 1990 р.). До цих закономірностей слід віднести: підвищення ступеню забезпеченності побутових споживачів пристроями обліку витрат енергоресурсів; вплив цінового фактору на заощадження окремих видів енергоресурсів у більшості споживачів; розширення газифікації та електрификації енергоспоживання даної сфери; прагнення споживачів щодо використання більш економічних видів обладнання та приладів тощо.
2.
Дана кількісна оцінка комплексу зовнішніх та внутрішніх факторів, які визначають енергозаощадження та формують енергоспоживання сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення України. Серед зовнішніх факторів слід відзначити демографічні, кліматичні, регіональні особливості, взаємозв’язки з економікою, будівництвом та галузями машинобудування, місце в системах споживання і виробництва паливно-енергетичних ресурсів та інші. До внутрішніх факторів відносяться показники соціально-економічного розвитку, особливості енерговикористання та рівень енергоефективності у споживачів, експлуатаційні характеристики обладнання, їх режими роботи тощо.
3.
Вперше в Україні була поставлена та вирішена задача створення методичних основ щодо оцінки енергозбереження в сфері житлового та комунально-побутового обслуговування населення на основі проведення системного аналізу напрямів та особливостей формування енергоспоживання, визначення ступеню ефективності енерговикористання, ефективності та пріоритетності впровадження енергозберігаючих заходів.
4.
Вперше запропоновано методичні положення середньо- та довгострокового прогнозування потреби в котельно-пічному паливі (децентралізовані споживачі), електричній та тепловій енергії по напрямках їх використання в сфері житлового та комунально-побутового обслуговування населення регіону, що базуються на показниках соціально-економічного розвитку та перспективних питомих витратах палива та енергії, які враховують вплив підвищуючих та понижуючих факторів. Розроблена методика забезпечує системність проведення досліджень, їх варіантність в залежності від напрямків соціально-економічного розвитку та обсягів впровадження енергозберігаючих заходів при різних схемах енергопостачання (газоелектротеплова, електротеплова, електропаливна, електрична схеми).
5.
На базі розроблених методичних положень вперше науково обгрунтовано оцінка потенціалу енергозбереження та прогнози потреби в котельно-пічному паливі, електричній та тепловій енергії на період до 2015 року сфери економіки, функціонування якої спрямовано на задоволення житлових, комунальних та побутових потреб населення України. Встановлено:
-
в залежності від обсягів впровадження енергозберігаючих заходів в 2015 р. економія котельно-пічного палива оцінюється в межах 5,1-8,7 млн. т у.п., електроенергії – 1,1-6,3 млрд. кВт.год та теплоенергії – 22,2-32,9 млн. Гкал, або від споживання котельно-пічного палива в базовому 1995 р. 15,7-26,5%, електроенергії –2,1-12,5%, теплоенергії – 24,3-36,0%;
-
енергоспоживання сфери житлового та комунально-побутового обслуговування населення в 2015 р. може скласти від 64,1 до 68,9 млн. т у.п. і не перевищить рівень енергоспоживання в 1990 р., в порівнянні з енергоспоживанням в 1995 р. використання палива та енергії скоротиться по І і ІІ варіантах відповідно на 6,7 та 3,1%, а по ІІІ варіанту зросте на 2,5%.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ:
1.
Агеева Т.П. Использование энергоресурсов и направления энергосбережения в жилом секторе Украины // Праці Міжнар. наук.-практ. конф. “Політичні, економічні та екологічні проблеми енергетичної безпеки і транспортування енергоресурсів в Україні”. – К.: РВПС України НАН України, 2001. – С. 210-214.
2.
Агеева Т.П. Использование отходов сферы обслуживания населения - дополнительный источник энергоснабжения экономики Украины. – // Проблеми загальної енергетики. - 1999. - № 1. - С. 58-61.
3.
Господарство у столиці – приклад для України. Напрями енергозбереження в житлово-комунальному комплексі / Гнідий М.В., Усик А.П., Агеєва Т.П., Осика В.Г., Бахарєв В.М. - Міське господарство. – 1999. - № 3. - С. 2-9.
4.
Агеева Т.П., Терещук Д.А. Анализ влияния межотраслевых сдвигов в общественном производстве на электропотребление Украинской ССР // Оптимизация больших систем энергетики и энергосбережение: Сб. науч. трудов. – К.: АН УССР Ин-т пробл. энергосбережения, 1989. - С. 109-117.
5.
Агеева Т.П. Методический подход к определению потребности региона в электроэнергии // Проблемы энергосбережения. – 1989. - Вып.
