В начало Написать нам Карта сайта | RSS
Уральский рынок металлов


Предлагаем Вам разместить информацию в бегущую строку - 1000 рублей в месяц - за каждые 10 слов | Ежедневно посетители сайта смогут видеть информацию о Вашем предприятии. | Минимальные затраты - максимальный результат!!!
Новости Журнал О компании Статьи Аналитика Тендеры Рекламодателям Подписчикам Форумы Бизнес-навигатор Карта сайта Мероприятия Вопросы-ответы
В начало // Журнал / Все номера / УРМ №6 (июнь 2005) / Энергопотребление и энергосбережение в российской металлургии
← оглавление номера

Экономический анализ:

Энергопотребление и энергосбережение в российской металлургии

Даниил Вышегородский 

Россия является одной из высокоэнергопотребляющих стран мира. Россия располагает значительными запасами всех видов органических топлив, ядерного топлива, а также огромным гидроэнергетическим потенциалом. 

Технически возможный энергетический потенциал России в первичном топливе можно оценить в объемах, указанных в таблице 1.

Таблица 1. Энергетический потенциал России

Вид энергетического ресурса

Технический потенциал, млрд. т у.т.*

Доля в общем потенциале, %

Невозобновляемые ресурсы

Уголь

2000

85,8

Нефть

20

0,85

Газ

60

2,5

Ядерное топливо

200

8,6

Торф

50

2,14

Всего

2330

100

Возобновляемые ресурсы

Гидроэнергия

0,8

57

Древесина и отходы полеводства

0,05

3,6

Органические отходы

0,2

14,3

Энергия ветра

0,25

17,8

Солнечная энергия

0,1

7,3

Всего

1,4

100

* - тонн условного топлива. Топливо условное – единица учета органического топлива, применяемая для сопоставления эффективности различных видов топлива и суммарного их учета. В качестве единицы т. у. принимается 1 кг топлива с теплотой сгорания 7000 ккал/кг (29,3 Мдж/кг). Соотношение между т. у. и натуральным топливом выражается формулой: Ву=Э*Вн, где Ву – масса эквивалентного количества условного топлива, кг; Вн – масса натурального топлива, кг (твёрдое и жидкое топливо) или м3 (газообразное); Э – калорийный эквивалент. Значение Э принимают: для нефти – 1,4; кокса – 0,93; торфа – 0,4; природного газа – 1,2.

Потребление энергоресурсов в России

Примерная структура потребления энергоресурсов в России выглядит следующим образом (см. рис. 1).

Всего объем потребления энергоресурсов в нашей стране составляет около 1900 т у.т. в год. При сохранении такого объема потребления энергоресурсов в России можно условно говорить, что их хватит еще на 800-1000 лет. Однако если оценивать сроки возможного запаса самых легкодоступных и удобных энергоресурсов (газ, нефть), то на сегодняшний день можно говорить о 60-70 годах. В этих условиях уже возникает настоятельная проблема увеличения и сохранения запасов легкодоступных энергоресурсов. 

В мире реализуются следующие мероприятия по энергообеспечению и энергосбережению:
– всемирная экономия и рациональное использование топлива и энергии;
– освоение возобновляемых источников энергии;– разведка и освоение новых месторождений;
– создание стратегических запасов легкодоступных энергоресурсов и др.

Рис. 1. Структура потребления энергоресурсов в России.

image3740605

Все эти направления сохраняют свою актуальность и для России. Кроме того, в нашей стране есть следующие специфические проблемы:
– чрезмерно высокая экспортная составляющая в объеме производимых энергоресурсов. Около 60% товарного экспорта составляют топливно-энергетические минеральные ресурсы, что свидетельствует об отсутствии политики сохранения природных запасов и, в частности, энергоресурсов и защиты интересов будущих поколений в нашей стране;
– в структуре промышленного производства нашей страны преобладают энергоемкие сырьевые отрасли (горнодобывающая, энергетическая, металлургическая и т.п.). Мировой опыт показывает, что путь энергетического и сырьевого доминирования в экономике разорителен и в долгосрочной перспективе неприемлем.

В табл. 2 приведены основные сферы использования энергии в различных странах мира.

Таблица 2. Структура потребления энергии в некоторых странах мира

Страна

Направление использования энергии, %


Транспорт

Промышленность

Выработка электроэнергии

Быт

Россия

8

45

25

24

США

27

23

37

13

Великобритания

20

34

30

15

Китай

3

69

18

10

Япония

20

49

20

9

Как видно из табл. 2, Россия отличается от ряда промышленно развитых стран существенно меньшим расходованием энергии на транспорт и, наоборот, существенно большим расходованием ее на бытовые нужды.

Более детализированные данные по отраслям промышленности и сферам хозяйствования в России приведены в табл. 3. Для сравнения представлены данные по Свердловской области.

Из промышленных отраслей в среднем по России наибольшая доля потребления и использования энергоресурсов и природного газа приходится на металлургию, на втором месте находится машиностроение и приближается к нему химическая промышленность.

Для Свердловской области характерно еще большее использование энергоресурсов и, в частности, природного газа в металлургии, соответственно 35 и 55%. На долю металлургии в России приходится 40,4% использования энергоресурсов от всех энергоресурсов, используемых в промышленности, и 43,8% использования природного газа. Для Свердловской области эти цифры более значительны и соответственно составляют 60,0% и 61,1%. Почти треть всех энергоресурсов как в целом по России, так и на примере Свердловской области, используется в коммунальном хозяйстве.

В Свердловской области три предприятия черной и два предприятия цветной металлургии (НТМК, ПНТЗ, Качканарский ГОК, БАЗ и УАЗ СУАЛ) потребляют более 50% всех энергоресурсов металлургической промышленности области.

В мире вследствие относительно низкой стоимости энергии предполагают, что промышленность не старается эффективно использовать энергию в производственных процессах. По данным фирмы Corus, менее 50% всей энергии, расходуемой во всем мире, используется эффективно, а остальную часть составляют потери энергии при превращениях, на тепловое излучение, с охлаждающей водой и пр. Около 55% энергии, используемой в черной металлургии, расходуется эффективно. Это означает, что теряются 45% энергии. Электроэнергетика использует около 30% энергии, содержащейся в ископаемом топливе, в связи с чем теряется почти 70% этой энергии. На транспорте положение обстоит даже хуже: только 25% поступающей этому потребителю энергии расходуется эффективно, в то время как 75% теряются. В других отраслях промышленности, в которых энергия используется не в первичной, а во вторичной форме, для приведения в действие машинного оборудования достигаются лучшие показатели, и по оценкам коэффициент использования энергии в них достигает 75%.

Экономический кризис, охвативший Россию после развала Советского Союза, сопровождался ростом и без того высокой энергоемкости экономики. Обусловлено это было целым рядом факторов, главными среди которых были крайне слабый учет, контроль и регулирование расходования энергетических ресурсов во всех сферах потребления, искусственно заниженные тарифы на электроэнергию и цены на другие энергоносители, отсутствие заинтересованности энергопотребителей в рациональном использовании и экономном расходовании энергоресурсов, практически полное отсутствие национального производства энергоэффективного оборудования, преобладание монопольной системы энергоснабжения и т.д. В итоге к началу экономических реформ в стране энергоемкость российской экономики в два-три раза превышала аналогичный показатель во многих других индустриально развитых странах.

Нельзя, однако, не учитывать тот факт, что относительно более высокий уровень энергоемкости экономики по сравнению с другими индустриальными странами мира в определенной мере может быть объяснен объективными причинами, главные среди которых – высокая доля энергоемких отраслей в общем промышленном производстве, более суровые климатические условия, огромные масштабы территории страны.

Таблица 3. Структура энергопотребления в России, %

ОтраслиРоссияСвердловская область
 Общее энергопотреблениеДоля использования газаОбщее энергопотреблениеДоля использования газа
Промышленность, всего42805590
Металлургия17353355
Машиностроение612,51017
Химическая51023,5
Газовая2,55--
Стройматериалы2,84610
Энергетика4,71144,5
Нефтяная и нефтехимическая промышленность42,5--
Транспорт13,51,5110,5
Сельское хозяйство12,56,53,81,5
Коммунальное хозяйство3212318
Итого100100100100

С сожалением приходится констатировать, что Россия на рубеже ХХ-ХХI веков остается страной расточительной. Энергоемкость экономики России в три раза выше энергоемкости мировой экономики, в семь раз больше, чем в Японии, в 4,5 раза больше, чем в США.

В жилищно-коммунальной сфере российские нормы расхода тепла и воды в три раза (а по фактическим расходам – в четыре-пять раз) выше, чем у наших «северных» соседей – Финляндии и Норвегии.

Нерациональное использование энергоресурсов (особенно газа, угля, мазута) оценивается в 500 млн. т у.т. или порядка двух третей всего объема потребления первичных энергетических ресурсов. 

Превышение расходов ТЭР на единицу продукции в России по сравнению со среднемировыми показателями: стальной прокат – полтора-два раза; полимеры – полтора-три раза; алюминиевый прокат – 1,3 раза; медный прокат – до двух раз; огнеупоры – два раза.

В «Энергетической стратегии России на период до 2020 г.» в числе основных проблем энергоэффективности в сфере потребления выделены следующие направления:
– устойчивое обеспечение населения и экономики страны энергоносителями;
– повышение эффективности использования ТЭР и создание необходимых условий для перевода экономики страны на энергосберегающий путь развития;
– уменьшение негативного воздействия энергетики на окружающую среду, ТЭК России выбрасывает в атмосферу страны около половины всех вредных веществ, 27% сточных вод, до 70% парниковых газов;
– обеспечение энергетической безопасности страны и ее регионов;
– устранение несоответствий в топливно-энергетическом балансе страны, вызванных провозглашенной в 80-е гг. «газовой паузой». Наметившийся дефицит в топливе, особенно в районах Сибири и Дальнего Востока, может быть успешно компенсирован ростом добычи и глубины переработки угля.lamp10605

Решение данных проблем возможно только за счет реализации программных мероприятий, базирующихся на системном и комплексном подходе к их разработке и осуществлению. В их числе следующие административные и экономические меры, направленные на эффективное использование энергии:
– приоритетность энергосбережения перед наращиванием объемов добычи и производства энергоресурсов;
– включение в топливно-энергетические балансы страны и регионов заданий по экономии ТЭР, использованию местных видов топлива и нетрадиционных источников энергии в качестве реального энергетического ресурса;
– возвратность и самоокупаемость средств на энергосбережение;
– установление в составе стандартов норм, регулирующих энергопотребление, введение штрафных санкций за невыполнение правил учета и правил энергопотребления;
– развитие системы лимитирования потребителей федерального и региональных бюджетов, обязательных энергетических обследований и энергоаудита и включение в бюджеты отдельной статьей средств для финансирования проектов энергосбережения;
– стимулирование создания специализированных энергосервисных организаций;
– проведение ценовой политики, в том числе ликвидация диспропорции цен на природный газ и уголь.

В «Энергетической стратегии России до 2020 г.» при предполагаемых благоприятных условиях развития энергетики зафиксировано увеличение производства электроэнергии до 1125 млрд. кВт-ч к 2010 г., а к 2020 г. – 1585 млрд. кВт-ч, то есть в 1,8 раза. Там же определяются темпы необходимого роста добычи топлива: газа – на 12% к 2010 г. и 27% к 2020 г., нефти – на 10 и 15%, и особенно заметный подъем добычи угля на 28 и 60% соответственно.

Важными участниками электроснабжения страны являются атомные и гидростанции. Атомная энергетика в 1999 г. обеспечила 14% электроэнергии за счет повышения коэффициента использования оборудования (КИО) – до 65%. И это еще не предел (например, в японской атомной промышленности КИО равен 84%). Но даже при 75-80% (что, кстати, запланировано в программе развития атомной энергетики России Министерством по атомной энергии) уровень потребления электроэнергии в стране за счет АЭС поднять на 80% невозможно. Необходим ввод в действие ранее заложенных станций, а это еще около 10 ГВт новых мощностей. Все эти меры заложены в планах Минатома России и «Энергетической стратегии России до 2020 г.», что даст в итоге до 170-205 млрд. кВт-ч (15-18% от общей выработки) в 2010 г. и до 330 млрд. кВт-ч (21%) в 2020 г.

Гидроресурсы страны велики. Современная гидроэнергетика страны способна увеличить свой вклад в надежность энергетической системы при условии начала функционирования высоковольтной линии из Сибири на Урал.

Развитие местного энергообеспечения за счет возобновляемых источников энергии – ветряных, солнечных, геотермальных, малых ГЭС и АЭС – не принесет более 1% в общий энергобаланс.

Доля электроэнергетики на органических топливах в 2010 и в 2020 г. сохранится и составит около 70%. Вместе с тем современная мощность тепловых электростанций не превышает 150 ГВт при коэффициенте использования оборудования всего 45%. Поэтому увеличение коэффициента использования оборудования ТЭС до 70% могло бы обеспечить выработку 1125 млрд. кВт-ч в 2010 г., что было бы хорошо, но в 2020 г. только 1300 млрд. кВт-ч (с недобором 300 млрд. кВт-ч). Для обеспечения роста выработки необходимо повысить затраты топлива на 14% в 2010 г. и 27% в 2020 г. Без подобного увеличения расхода топлива не будет нужного прироста производства электроэнергии. Значит, даже при сохранении 25 млн. т у.т. мазута и повышении до 95 млн. т у.т. в 2010 г. и 120 млн. т у.т. в 2020 г. использования угля установленные стратегией показатели производства электроэнергии нельзя обеспечить без увеличения потребления газа со 132 до 146 и 162 млрд. м3 в год на 2010 и 2020 гг. соответственно, что расходится с требованиями Газпрома по сокращению газа в электроэнергетике.

При использовании обычной энергетики на органическом топливе у нас лишь 45% КИО. Этот коэффициент на обычной энергетике, конечно, можно повышать, и повышать солидно. Но она старая, с плохим на сегодня уровнем коэффициента полезного действия, она пожирает очень много топлива. Мы колоссально отстаем в эффективности использования топлива. В России в среднем КПД – 25%, тогда как в Америке – 37%, а в той же Японии – 42%, в Англии – 38%. Таким образом, видно, что без существенного повышения тепловой эффективности ТЭС (КПД) снижение расхода газа невозможно.

gorod0605Энергосбережение в металлургии

Металлургия является одной из наиболее энергоемких отраслей промышленности. При этом характерной особенностью металлургических процессов является то, что наиболее значительная часть (до 80-90%) энергетических ресурсов тратится не на процессы нагрева и отопления, а именно на реализацию собственно технологий.

Во всем мире ресурсы высококачественных руд металлов сокращаются. Поэтому заметно растет расход энергии на добычу бедной руды, ее очистку, обогащение с целью получения концентратов с достаточно богатым содержанием необходимого металла. В настоящее время это особенно характерно в производстве трех основных конструкционных металлов – железа, алюминия и меди. Для подготовки исходной руды к плавке (железная руда, глинозем, медные руды) необходимо наличие ресурсов дешевой электрической энергии.

Любой процесс обогащения связан с дроблением, измельчением руды с последующей флотацией. Для ряда железных руд возможно использование магнитных средств. В последние 20-30 лет в мировой практике шел интенсивный поиск методов обогащения руд с целью снижения расхода энергии. В черной металлургии из этих методов можно назвать:
– катионную флотацию кремнезема из руды;
– флокуляцию окислов железа перед флотацией;
– обжиг немагнитных руд с целью превращения в магнитные;
– замену железорудного агломерата на окатыши и пр.

В алюминиевой промышленности, кроме традиционных методов, пытаются использовать выщелачивание глинозема соляной кислотой, азотной кислотой, хлорирование, использование электротермических процессов и т.д. 

Для металлургической промышленности индустриально развитых стран характерно то, что в этих странах существует неуклонное снижение удельных расходов энергии на 1 т произведенной продукции, примерно по 1-1,5% в год.

За последние двадцать лет удалось добиться сокращения расхода энергии нетто в мировой металлургии свыше 30%. Показатель энергопотребления в главных европейских металлургических заводах полного цикла в настоящее время составляет менее 20 ГДж (682 кг т у.т.) на тонну жидкого металла, причем почти 100% потребности в паре, тепле и электроэнергии могут покрываться за счет их выработки на базе металлургических газов.

В настоящее время полная энергоемкость металлургической промышленности в среднемировом измерении примерно составляет (в кг у.т. на тонну продукции): медь – 5000; сталь – 750-850; алюминий – 7000; огнеупоры – 220.

Другая очень характерная особенность в развитии металлургической промышленности западных стран – это массовое использование передовых энергосберегающих технологий. Широкое развитие в западных странах получили:
– непрерывная разливка стали дает снижение удельного расхода энергии на производство стали на 20%;
– сухое тушение кокса. В зарубежной практике мокрое тушение кокса практически отсутствует;
– испарительное охлаждение металлургических агрегатов. Снижает расход энергии в два-три раза по сравнению с оборотной (открытой) схемой охлаждения.

Необходимость проведения активной политики энергосбережения в российской металлургии обосновывается в основном тем, что в настоящее время на производство и обработку металлов в нашей промышленности приходится более половины энергозатрат из общего их потребления. 

Одна из определяющих причин такой тенденции – повышенные расходы топливно-энергетических ресурсов на единицу продукции для большинства металлургических переделов на отечественных заводах по сравнению со среднемировыми показателями, %:
– производство стали – 50;
– производство стального проката – 80-100;
– производство меди – 200-250;
– плавка алюминия – 30;
– производство огнеупоров – 200.

Такое состояние с энергоемкостью продукции диктует необходимость целенаправленной энергосберегающей политики. Стратегические подходы связаны, как правило, с реконструкцией производства, внедрением новых энергосберегающих технологических процессов. В этом плане следует отметить ряд мероприятий.

Наибольшие резервы экономии энергоресурсов в металлургии в общем плане заключены в реализации или дальнейшем развитии следующих направлений:
1. Комплексное использование сырья, что, в частности, особенно актуально для Урала. Это реальный путь снижения энергозатрат в горнодобывающем переделе.
2. Более широкое использование техногенных ресурсов, в первую очередь, отходов.
3. Повышение качества металла (установка агрегатов «печь-ковш», вакууматоров, развитие четвертого передела).
4. Дальнейшее увеличение производства проката с улучшенными прочностными и защитными свойствами. В то же время за счет более широкого применения прогрессивных конструкционных материалов, пластмасс, клееных деревянных конструкций возможно снижение объема производства проката, оцениваемое на уровне 13-15 млн. т с экономией 17-20 млн. т у.т.
5. Более полное использование ресурсов лома и вторичного сырья.
6. Перевод существующих производственных заводских котельных на комбинированную выработку тепловой и электрической энергии.
7. Развитие рекуперативного теплообмена в топливопотребляющих технологических установках.
8. Снижение тепловых потерь при производстве преобразованных видов энергии, в том числе за счет использования вторичных энергоресурсов.

К числу других более конкретных, но не менее важных направлений энергосбережения в металлургии следует отнести:
– использование тепла охлаждения агломерата в технологическом процессе;
– выполнение комплекса мероприятий по совершенствованию схем газовоздушных потоков технологического и теплового режима обжига окатышей;
– проведение реконструкции тепловой схемы обжиговых машин и установок «решетка-трубчатая печь», модернизация обжиговых машин;
– увеличение выплавки стали кислородно-конвертерным и электросталеплавильным способами (экономия порядка 2,4-3,0 млн. т у.т.);
– увеличение объема непрерывной разливки стали (экономия 2-3 млн. т у.т.);– организацию горячего посада заготовок в нагревательные печи прокатного производства;
– внедрение АСУ нагревом слитков;
– установку рекуператоров;
– внедрение низкотемпературного нагрева металла под обычную и контролируемую прокатку;
– установку газогорелочных устройств повышенной экономичности.

В производстве алюминия реально снижение удельных расходов электроэнергии на электролиз до 13,2 тыс. кВт-ч/т за счет создания мощных электролизеров, модернизации оборудования, оптимизации технологических параметров на базе использования вычислительной техники. Повышенные расходы тепла в российской алюминиевой промышленности связаны с использованием устаревших тепловых схем выщелачивания, имеющих малый внутренний теплообменный КПД, не превышающий 60% вместо 80-85% на современных установках, работающих с подогревом пульпы путем барботирования греющего пара в автоклавах.

В металлургии для технологических нужд широко используются также такие виды энергоресурсов, как кокс, электроэнергия, тепловая энергия, вторичные энергоресурсы (коксовый и доменный газ), а также природный газ. В связи с дефицитом кокса и относительной высокой стоимостью электроэнергии многие проблемы энергосбережения в металлургии связаны именно с рациональным применением природного газа.

При этом применительно к металлургии наиболее общими путями улучшения использования энергоресурсов являются: 1) разработка и выбор наименее энергоемкой до конечного продукта технологической цепочки; 2) экономия наиболее дефицитных видов топлива и электроэнергии; 3) интенсификация тепловой работы и теплообмена; 4) улучшение экологической обстановки и условий труда. Металлургия является отраслью промышленности, для которой открываются возможности реализации резервов энергосбережения на всех этих четырех магистральных направлениях, в дальнейшем при рассмотрении тех или иных металлургических переделов будут сделаны акценты на наиболее характерные и перспективные для этих переделов направления рационального использования энергоресурсов. При этом необходимо подчеркнуть, что на современном этапе в процессе проектирования и реконструкции агрегатов и совершенствования технологических процессов в металлургии существенная роль в отработке рациональных конструкций и тепловых режимов, создании систем автоматического управления тепловыми режимами принадлежит методам математического моделирования с использованием ЭВМ при проведении расчетно-теоретического анализа. Это объясняется, с одной стороны, сложностью протекающих процессов и трудностями организации экспериментов на действующих печах, а с другой – расширившимися возможностями в использовании вычислительной техники.

Журнал

   
Ваше имя:  
Пароль:     
  запомнить меня
  Регистрация  Забыли пароль?

Бизнес-навигатор

   Меткомплекс
   Наука и образование
   Органы власти
   Отраслевые союзы
   Смежные отрасли


Атомстрой комплекс
ЛитМаш
ЗаводЭкоТехнологий
 
Отраслевая наука 


 
        ООО «УралИнфо»
   Телефон/факс: (343) 350 71 71
   г.Екатеринбург, ул.Мамина-Сибиряка, 58, офис 601        
            urm@urm.ru
пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ пїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅпїЅ
«РЎСѓРјРјР° технологий» «Сумма технологий»
продвижение сайта