Исследование потребления электрической энергии и топливных ресурсов на примере Томской области

Актуальность темы

Современное общество может развиваться при условии, что его экономическая политика имеет своим ориентиром рост уровня и качества жизни граждан, который влечет за собой увеличение потребления энергии и топливно-энергетических ресурсов. Еще в 1975 г. академик П. Л. Капица обратил внимание на сильную линейную корреляционную зависимость валового внутреннего продукта (ВВП) в отдельных странах от уровня потребления энергии в расчете на душу населения, заметив, что: «Если люди будут лишаться энергетических ресурсов, их материальное благосостояние будет падать» [50].

Исчерпание невозобновляемых природных энергетических ресурсов, которые доминируют в мировом топливно-энергетическом балансе, загрязнение окружающей среды, а в перспективе, изменение климата, другие глобальные явления, вызываемые производством и переработкой энергетических ресурсов — такая перспектива вызывает обоснованную озабоченность государственных и общественных организаций.

На заседании правительства Российской Федерации 28 августа 2003 г. была принята Энергетическая стратегия России на период до 2020 г. Основной ее целью является обеспечение потребностей страны в энергоресурсах на основе максимально эффективного их производства и использования, развития научно-технического и экономического потенциала энергетического сектора для роста экономики государства и, как следствие, повышения качества жизни населения страны [122].

Тенденции, складывающиеся в мире последние 2−3 десятилетия, показывают совершенно определенное снижение темпов прироста потребления энергоресурсов за счет повышения эффективности их использования. Особенно это заметно в промышленно развитых странах, которые не имеют своей ресурсной базы и вынуждены импортировать топливно-энергетические ресурсы (ТЭР) и в которых отсутствуют энергоемкие отрасли промышленности.

Энергоемкость ВВП в России, в том числе энергоемкость промышленного производства и сферы услуг, в силу исторических, климатических, географических и экономических факторов, настолько высока по сравнению с промышленно развитыми странами, что это делает нашу жизнь недопустимо энергорасточительной, а нашу продукцию неконкурентоспособной не только на мировом, но и на внутреннем рынке [27].

Понимая под энергосбережением реализацию системы правовых, организационных, научно-исследовательских, производственных, технических и экономических мер, направленных на эффективное использование энергетических ресурсов, вовлечение в производство возобновляемых источников энергии, укрепление энергетической безопасности государства и его регионов, необходимо принимать во внимание, что существенной составляющей государственной энергетической политики является региональное, территориальное развитие энергетики [55, 58].

Проблема энергосбережения на протяжении многих лет является приоритетным направлением деятельности исполнительной и законодательной власти Томской области. В 1996 г. разработана Программа энергосбережения Томской области, послужившая основой для разработки Законов в области энергосбережения и энергообеспечения региона [19,20,21].

Реформы, проводимые топливно-энергетическим комплексом и жилищно-коммунальным хозяйством, постепенный переход к полной оплате за потребленные электроэнергию и тепло, заострили внимание на потреблении ресурсов населением в условиях рыночной экономики.

Разработка методов оценки, исследование потребления электроэнергии на региональном уровне активно ведется с середины прошлого века в целом ряде организаций нашей страны и за рубежом, среди них: ЭНИН, ЦЭМИ, ИСЭМ, ВНИИЭ, ЦЭНЭФ, МЭИ, УГТУ-УПИ, НГТУ и многие другие.

Проблема энергосбережения — это проблема сложная и многоплановая, включающая в себя аспекты от политических до технологических и технических [2]. И без формирования в регионе, прежде всего, культуры разумного потребления на всех уровнях, во всех отраслях экономики и населением невозможна реализация всех важных и необходимых направлений энергосбережения.

Данная работа выполнена в соответствии с заданиями Федеральной целевой программы «Энергоэффективная экономика», которая рассчитана на 2002 — 2005гг. и на перспективу до 2010 г. В Томском политехническом университете диссертация выполнялась по индивидуальному гранту ТПУ на проведение научных исследований молодыми учеными.

Цель и задачи исследования

Целью работы является разработка новых и совершенствование имеющихся методов оценки и анализа потребления электроэнергии и топливно-энергетических ресурсов на уровне региона и обеспечение повышения эффективности их использования.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Руководствуясь данными минимальной потребительской корзины, разработанной Правительством Российской Федерации для Томской области, определить объективную величину потребности в электроэнергии человека, проживающего на территории с суровыми климатическими условиями.

2. Разработать методику определения энергетической (в т.ч. электрической) составляющей минимальной потребительской корзины (энергетической корзины) в расчете на одного жителя региона и на весь регион.

3. Разработать алгоритм оценки величины электрической энергии, ввозимой в область через компоненты минимальной потребительской корзины (оценить энергию межотраслевых связей).

4. Усовершенствовать методику составления единого (сводного) топливно-энергетического баланса (ТЭБ) региона.

5. Составить единые топливно-энергетические балансы региона.

6. Оценить участие населения в формировании структуры и тенденций развития ТЭБ региона.

7. Разработать комплексный подход к составлению прогнозной модели развития электропотребления на уровне региона.

Методы исследования. Разработанные в диссертации научные положения основаны на сборе и анализе существующих в Госстатистике форм и разработке новых моделей учета топливно-энергетических ресурсов, составлении и статистической обработке опросных листов для потребителей топливно-энергетических ресурсов, использовании методов компьютерного моделирования, методов математической статистики и экспертных оценках.

На защиту выносятся следующие основные Положения, определяющие научную новизну полученных в диссертации результатов:

1. В работе предложена модель составления сводных топливно-энергетических балансов региона, охватывающая всю систему энергообеспечения региона и совмещающая баланс электрической энергии с балансами тепла и энергетических ресурсов.

2. Разработан алгоритм определения энергоемкости потребительской корзины в расчете на одного жителя региона с суровыми климатическими условиями, включающий анализ компонент минимальной потребительской корзины с оценкой прямых и косвенных затрат электрической энергии на производство каждой компоненты.

3. Разработан алгоритм определения величины электрической энергии, ввозимой в область и учитываемой через компоненты потребительской корзины (так называемая энергия межотраслевых связей). Данный показатель является индикатором экономической и энергетической безопасности региона.

4. Разработана математическая модель прогноза потребления топливно-энергетических ресурсов и электрической энергии на перспективу, основанная на расчетных данных энергетической потребительской корзины и учитывающая сложившиеся экономические условия и демографическую ситуацию в регионе.

Все исследования выполнялись с учетом прикладного значения тематики на основе реальной статистической информации и расчетных данных. В связи с этим практическая значимость работы заключается в следующем:

— Разработана методика составления сводного топливно-энергетического баланса региона. Усовершенствованная модель баланса обеспечивает учет энергоресурсов на всех этапах жизненного цикла, начиная с добычи (производства), распределения и потребления по секторам экономики и населением. На основе полученной модели уточняются изменения в структуре баланса и тенденции развития ТЭК, позволяющие дать прогнозные оценки производства и потребления электрической энергии и ресурсов.

— Составлены единые топливно-энергетические балансы региона на период с 1995;2000гг., которые позволили оценить развитие энергетики, в частности электроэнергетического комплекса.

— Определена энергоемкость потребительской корзины в расчете на одного жителя Томской области в зависимости от различных факторов: социальной структуры населения, уровня доходов населения, по средним потребностям населения. Это позволило сделать объективную оценку энергетических потребностей для города и области, находящихся в зоне отрицательных среднегодовых температур и определить область изменения величины энергопотребления населением региона.

— Дана оценка участия населения в формировании расходной части топливно-энергетического баланса региона, структура и динамика потребления ЭЭ и ТЭР населением, что позволяет планировать потребление электроэнергии с учетом демографической ситуации и сложившихся экономических условий.

— Определена величина электроэнергии межотраслевых связей. Алгоритм определения энергоемкости межотраслевых связей помогает оценить экономическую и энергетическую зависимость области от энергии и товаров из других регионов. .

— Разработан комплексный подход составления прогнозной модели потребления электрической энергии на уровне региона, позволяющий планировать развитие Томской энергосистемы и ввод генерирующих мощностей на предприятиях АО «Томскэнерго».

Реализация результатов работы.

Разработанные в диссертации методы и алгоритмы используются на кафедре Электроснабжение промышленных предприятий Томского политехнического университета в курсе «Энергосбережение на промышленных предприятиях» и при дипломировании студентов пятого курса (одна работа оценена медалью Министерства образования РФ (приказ Минобразования России от 09.03.2004 г. № 1190)).

При участии автора диссертации разработаны, согласованы и утверждены:

— Программа энергосбережения Бакчарского района Томской области, включающая анализ производства и потребления энергетических ресурсов на территории района с составлением топливно-энергетических балансов на основе статистических и расчетных данных.

— Программа энергосбережения Томскэнерго на период 2000 — 2005гг.

В составе научно-исследовательского коллектива автор участвовала в выполнении следующих госбюджетных и хоздоговорных работ:

— Анализ существующего состояния в сфере производства и потребления энергоресурсов в Томской области и разработка предложений по законодательно-правовым основам развития и функционирования энергетического рынка в Томской области, 2000;2001гг.;

— Научные основы энергоэффективности региональных и муниципальных структур, 2002;

— Проект на тему «Исследование закономерностей эволюции энергетических потребностей бюджетных структур на территориях с отрицательными среднегодовыми температурами».

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. I Всероссийской научно-практической конференции «Энергоаудит на предприятии», Екатеринбург, 22−24 февраля 2002 г.

2. VIII, IX Всероссийских научно-технических конференциях «Энергетика: экология, надежность, безопасность», Томск, 3−5 декабря 2002, 2003гг.

3. VI Международной выставке-конгрессе «Энергосбережение -2003», г. Томск, 12−13 ноября 2003 г.

4. I Международной научно-технической конференции «Электроэнергетика, электротехнические системы и комплексы», г. Томск, 3−5 сентября 2003 г.

Публикации. По теме исследования опубликовано 13 печатных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка цитируемой литературы. Объем работы составляет 169 страниц, включая 70 рисунков, 38 таблиц, 4 приложения и библиографии из 123 наименований.

Выводы.

1. На основе данных энергетической потребительской корзины разработана математическая модель баланса, позволяющая прогнозировать энергопотребление в регионе на ближайшую перспективу.

2. Учитывая тенденции, сложившиеся в регионе в последние годы, выделена доля электрической энергии в общем прогнозе потребления топливно-энергетических ресурсов, которая составила.

3. Важным в данном прогнозе является его территориальная привязка, косвенно учитывающая региональные особенности функционирования и развития экономических секторов и промышленных отраслей области, демографическую ситуацию и климатическую специфику области.

4. В силу сложившихся за последнее десятилетие экономических и демографических тенденций полученный прогноз направлен в сторону снижения электропотребления населением. 1.

5. Изменение модели возможно: в случае демографического роста, который обычно следует за ростом экономики и улучшением условий жизни населенияв случае изменения сложившейся социальной структуры населения;

— в случае изменения энергоемкости потребительской корзины.

Здесь возможны два варианта развития: первый — снижение энергоемкости при существующем наборе компонент за счет повышения эффективности использования энергии и топливно-энергетических ресурсоввторой — увеличение энергоемкости при изменении существующего набора компонент в случае экономического роста и улучшения условий жизни населения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

На основании исследований, представленных в настоящей диссертационной работе, разработаны новые и усовершенствованы имеющиеся методы оценки и анализа потребления топливно-энергетических ресурсов на уровне региона, получены результаты, способствующие решению проблем в области прогнозирования топливно-энергетических балансов.

Основу прогноза составляют расчёты потребностей в энергоресурсах, построенные на сопоставлении данных фактического топливно-энергетического баланса региона с расчетными данными энергетических потребительских корзин для населения Томской области, которые учитывают суммарные затраты энергии по всей цепочке межотраслевых связей при производстве соответствующих продуктов и услуг, уровень доходов населения и изменение социальной структуры населения в регионе.

Также наиболее ценными и существенными результатами работы являются:

1. Усовершенствованная модель статистической отчетности, предложенная в работе, позволяет свести воедино все топливно-энергетические ресурсы, используемые на территории области. Это позволило оценить развитие энергетики, в частности электроэнергетического комплекса. Подробное изучение системы энергообеспечения региона, производства и потребления электрической энергии и ТЭР на территории области помогло наметить приоритетные мероприятия в целях повышения эффективности использования ТЭР. Наглядное представление динамики и тенденций развития топливно-энергетического баланса региона облегчило создание прогнозной модели потребления ЭЭ и ТЭР на ближайшую перспективу.

2. Основываясь на данных ТЭБ, определена доля участия населения в формировании структуры расходной части баланса, составившая в 1995 г. — 30% от общего потребления энергоресурсов, 34% в 1998 г., 29% в 1999 г., 22% в.

2000 г., потреблении электрической (от 32 до 21% за рассматриваемый период) и тепловой энергии (от 58 до 55%).

3. Разработана методика определения энергетической составляющей потребительской корзины (энергетической корзины) для г. Томска и Томской области в расчете на одного жителя региона и на весь регион. Величина ее энергоемкости составляет 6,3 т у.т. на 1 человека и является основой построения прогнозной модели топливно-энергетического баланса региона.

4. Разработан алгоритм оценки величины электрической энергии, ввозимой в область через компоненты потребительской корзины и определена энергоемкость межотраслевых связей, составившая 307 тыс. т у.т. или 984 млн. кВт*ч, или 10% от энергетической корзины в расчете на население области. Этот параметр показывает значительную зависимость области от поставок из соседних регионов, недостаточное развитие собственных отраслей промышленности. В этом аспекте энергетическая корзина является интегральной характеристикой экономической и энергетической безопасности региона.

5. Сделана оценка энергоемкости межтерриториальных связей, в основе определения которых лежит внешнеэкономическая деятельность Томской области, включающая экспорт и импорт из стран дальнего и ближнего зарубежья.

6. На основе данных энергетической потребительской корзины разработан комплексный подход к составлению прогнозной математической модели ТЭБ региона. Прогноз сделан на основе расчетных моделей потребления топливно-энергетических ресурсов и представляет собой область, которая снизу имеет границу, определенную по потребностям «среднего» человека, а сверху — границу, зависящую от социальной структуры населения. Прогнозная область, представленная в относительных единицах, ограничена уравнениями: Y = 0,1443 — 0,0004х и Y = 0,1441 — 0,0003х. Прогнозная область, представленная в именованных единицах, ограничена уравнениями: Y = 6812,6 — 17,368х и Y = 7166,9−15,318х.

В силу сложившихся за последнее десятилетие экономических и демографических тенденций полученный прогноз направлен в сторону снижения энергопотребления.

Разработанная методика прогнозирования, основанная на учете энергоресурсов на всех этапах их жизненного цикла и интегральном представлении в виде энергетической потребительской корзины, использована для составления и анализа топливно-энергетического баланса Бакчарского района Томской области, что впервые сделано для муниципального образования, как элемента административной и социально-экономической структуры (см. прил. 3).

Апробация и внедрение полученных результатов также осуществлены в Томском политехническом университете на кафедре Электроснабжения промышленных предприятий в курсе «Энергосбережение на промышленных предприятиях» для специальности 100 400 и в Региональном центре управления энергосбережением Томской области при выполнении ряда работ научно-исследовательского и прикладного характера для топливно-энергетического комплекса области (см. прил. 3).