Энергетическое хозяйство страны

Энергетическое хозяйство страны – комплекс материальных устройств и процессов, предназначенных для обеспечения народного хозяйства топливом, электроэнергией, теплотой, горячей и холодной водой, сжатым и кондиционированным воздухом, кислородом и т.п.

В энергетике можно выделить два направления:

первое объединяет энергодобывающие (нефтяная, газовая, угольная, атомная и т.п.) и энергопроизводящие (электроэнергетика и теплоэнергетика) отрасли;

второе – энергопотребляющие отрасли, - потребляющие непосредственно топливо, электроэнергию и тепло, другие энергоресурсы.

Энергетическое хозяйство может рассматриваться как энергетическая цепь, включающая ряд взаимосвязанных звеньев:

1) энергетические ресурсы (топливные, ядерные, гидроресурсы, солнечная энергия, энергия ветра, геотермальные);

2) транспорт (ж/д, водный, газопроводный, нефтепроводы и др.);

3) склады (угольные, газохранилища, нефтехранилища);

4) генерирующие установки (ТЭС, ГЭС, АЭС, газотурбинные станции, воздуходувные станции, кислородные станции, котельные и др.);

5) аккумулирующие установки (электрические аккумулирующие батареи и др.);

6) трансформирующие, передающие, распределительные устройства (электрические сети, тепловые сети, воздушные сети, кислородные сети и др.);

7) потребители.

Элементы или звенья снабжения каким-либо энергоресурсом (например, углем) от добычи ресурса до его потребления представляют собой единую цепь:

Добыча → Транспорт (ж/д, автомобильный, трубопроводный, а также электрические и тепловые сети) → Хранение (склады топливных ресурсов) → Генерирующие установки → Аккумулирующие устройства → Трансформирующие, передающие, распределительные устройства → Потребитель.

Все эти системы находятся между собой во взаимосвязи и призваны обеспечивать предусмотренное энергоснабжение с достаточным уровнем надежности. Изменение в одном из звеньев приводит к изменению всех других звеньев.

Например: Снижение добычи угля на одной из шахт приводит к простою транспорта, запланированного для перевозки этой части угля, снижению выработки электроэнергии и тепла на электростанциях, работающих на этом угле, недоотпуску электроэнергии и тепла потребителю, снижению выпуска продукции промышленными и другими потребителями и т.д.

Или перебои с транспортом – вызывают затоваривание угля на шахте, снижение выработки электроэнергии и тепла на тепловой станции и т.д.

Поэтому изучение каждого звена энергетической цепи должно производиться не изолированно, а с учётом влияния рассматриваемых технических решений на другие звенья. При этом каждое из звеньев цепи энергоснабжения должно надежно обеспечивать выполнение своих функций.

В энергетике имеют место связи как внутри энергетического хозяйства, так и связи с другими хозяйственными и отраслевыми системами и структурами (внешние).

Внешние связи энергетики проявляются в двух направлениях: оперативных и обеспечивающих.

Оперативные связи осуществляются с технологическими процессами промышленности, транспорта, сельским хозяйством, коммунально-бытовым хозяйством.

Неразрывность этих связей определяется практическим совпадением во времени процессов производства, передачи и потребления электроэнергии и теплоты. Отсутствие возможности запасать энергию в практически ощутимых количествах приводит к необходимости создания резервов в генерирующих мощностях, топливе на тепловых и атомных электростанциях, воде на гидростанциях.

Обеспечивающие связи определяются необходимостью обеспечения заблаговременного согласованного развития топливной промышленности, металлургии, машиностроения, строительной индустрии, транспортных устройств.

Совокупность предприятий, установок и сооружений, обеспечивающих добычу и переработку первичных топливно-энергетических ресурсов, их преобразование и доставку потребителям в удобной для использования форме образует топливно-энергетический комплекс (ТЭК).

ТЭК — стержень экономики страны, обеспечивающий жизнедеятельность всех отраслей национального хозяйства и населения. Роль ТЭК в развитии экономики страны всегда была очень весомой. ТЭК производит более четверти продукции России, оказывает существенное влияние на формирование бюджета страны, обеспечивает почти половину валютных поступлений государства. Основные фонды ТЭК составляют третью часть производственных фондов промышленности, на предприятиях ТЭК трудится более трех миллионов человек

Энергетические предприятия в отличие от других имеют определенные особенности. Основные из них:

1. Энергетические предприятия не только производят продукцию, но и осуществляют ее транспорт (передачу) и распределение.

2. Процесс производства представляет непрерывную цепь превращений энергии.

В этой цепи выделяется три фазы, четко отличающиеся по своим функциям и задачам:

- производство энергии или превращение энергии используемых энергоресурсов в тот вид энергии, который необходим потребителю;

- транспорт произведенной энергии и ее распределение между отдельными приемниками;

- потребление энергии, состоящее в ее преобразовании в другие виды энергии, используемые в различных приемниках или в изменении параметров энергии.

3. Процесс производства, передачи, распределения и потребления энергии протекает практически одновременно и непрерывно.

Непрерывность процесса производства энергии в свою очередь приводит к определенным особенностям:

а) В процессе имеется абсолютная соразмерность производства и потребления энергии, т.е. отсутствуют местные скопления полуфабрикатов и продукции.

В любой другой отрасли промышленности можно накапливать на складе продукты производства, в результате чего уменьшается взаимная зависимость между отдельными его звеньями. Невозможность складирования энергии обуславливает принципиальную особенность работы энергетических предприятий, которая заключается в том, что выработка энергии подчинена потребителю и изменяется в соответствии с изменением ее потребления.

б) Исключается бракование продукции и изъятие ее из потребления.

Невозможность бракования продукции (энергии) и изъятия ее из потребления накладывает на энергетические предприятия особую ответственность за постоянное качество энергии, т.е. за поддержание в определенных пределах параметров энергии, основными характеристиками которого являются:

напряжение и частота для электрической энергии;

давление и температура пара для тепловой энергии.

Это требование обусловлено тем, что снижение качества энергии приводит в ряде случаев к снижению качества продукции, выпускаемой потребителем энергии (например, колебание частоты тока при производстве бумаги, приводит к изменению скорости движения поточной линии, соответственно к изменению толщины слоя массы, поступающей на линию и толщине бумаги, т.е. к браку продукции), снижение ресурса потребляющих устройств, повышенному расходу энергии.

в) Отсутствует проблема сбыта, в виду чего невозможно затоваривание.

г) Отпадает надобность складировать продукцию, поскольку все, что производится – все потребляется в тот же момент.

4. Энергетические предприятия тесно связаны с промышленностью, транспортом, связью, коммунальным и сельским хозяйством – со всей совокупностью разнообразных приемников электрической и тепловой энергии. Это предопределяет жесткую зависимость производства энергии от режима потребления, т.е. имеет место постоянное изменение производства энергии в течение суток, недели, месяца, года. В основе этого лежат, с одной стороны, природно-климатические факторы (колебания температуры, изменения естественного освещения и т.п.), а с другой – особенности технологического процесса различных предприятий и отраслей народного хозяйства, режимов труда и отдыха, и т.д., изменения бытовой нагрузки.

5. Высокие требования к надежности объектов ТЭК

Высокие требования к надежности обусловлены целым комплексом причин.

Нарушения в энерго- и топливоснабжении могут привести не только к нарушению устойчивого развития экономики отдельного поселка, города, региона и т.п. в соответствии с масштабами аварийной ситуации и экономическим потерям, но и к серьезным социальным проблемам. Кроме того, аварийная ситуация может угрожать жизни человека, и, как правило, приводит к негативным воздействиям на окружающую среду.

В электроэнергетике технологическая взаимосвязанность отдельных элементов энергосистем является причиной практически мгновенного распространения аварийных ситуаций. Таким образом, иногда даже незначительные нарушения правил нормальной эксплуатации могут привести к техногенным катастрофам. Поэтому в целях локализации аварийных ситуаций происходит отключение аварийных участков сетей, потребителей и генерирующих источников.

Предприятия топливодобывающих отраслей и производство энергии с использованием традиционных технологий существенно воздействуют на состояние окружающей среды. Недостаточное внимание к проблемам надежности может привести к необратимым последствиям для окружающей среды и национальной экономики вследствие техногенных катастроф. Все это делает проблему надежности функционирования ТЭК наиболее значимой при решении задач развития входящих в него отраслей.

Необходимая надежность может быть обеспечена только при комплексном подходе к решению этой проблемы. Требования к надежности должны учитываться при принятии инженерных решений в ходе разработки оборудования, выборе схем соединения элементов, создании автоматизированных систем управления, а также при подготовке кадров. На этапе производства оборудования должны действовать современные системы управления качеством. В процессе эксплуатации должен обеспечиваться мониторинг технического состояния оборудования, функционировать эффективная система повышения квалификации персонала.

Особенности энергетического хозяйства привели к необходимости применения системного метода экономического исследования.

Важность оптимизационных технико-экономических расчетов в энергетике особенно велика в связи с широкой взаимозаменяемостью отдельных энергетических установок, видов энергетической продукции и сравнительно высокой капиталоемкостью энергоустановок. Так, для производства электроэнергии могут быть использованы конденсационные электростанции (КЭС), теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), гидростанции (ГЭС), атомные электростанции (АЭС) и др. Для производства теплоты используются ТЭЦ, котельные, утилизационные установки. На них могут быть установлены агрегаты различных типов, работающие на разных параметрах пара и использующие различные виды органического топлива, газа, угля, мазута и т.п., нетрадиционные источники энергии. Большое количество вариантов имеется также и на стадиях транспорта энергии и использовании ее у потребителей.

Взаимозаменяемость видов продукции определяется возможностью использования различных энергоносителей в данных установках. Например, использование природного газа или электроэнергии в нагревательных печах, использование парового или электрического привода компрессора и др.

Существенную роль может иметь энергетический фактор при решении задачи по размещению предприятий в районах страны. Размещение электростанций, особенно крупных гидроэлектростанций, нередко оказывает большое влияние на формирование вокруг них промышленных комплексов.

Экономика энергетики изучает вопросы выбора оптимального направления развития энергетического производства, оптимальной эксплуатации оборудования, эффективного использования всех видов ресурсов.

К экономическим особенностям отраслей топливно-энергетического комплекса относятся следующие.

1. Естественный монополизм.

Технологические особенности и особая роль в экономике создают предпосылки для формирования естественного монополизма в отраслях ТЭК. Факторы естественного монополизма: централизация транспорта и высокие издержки переключения на другие виды бизнеса.

В наибольшей степени монополизм выражен в электроэнергетике как следствие технологических особенностей и в газовой как следствие организационной структуры. За ними в соответствии с убыванием выраженности черт естественного монополизма следуют нефтяная и угольная отрасли.

2. Капиталоемкость.

Отрасли ТЭК относятся к числу так называемых базовых отраслей промышленности. Технологические основы ТЭК сложились на рубеже XIX―ХХ веков. В дальнейшем основные технологии производства энергии и ее передачи модернизировались, подвергались механизации и автоматизации, но физические основы и принципы их организации при этом практически не изменились до наших дней и связаны со значительными капиталовложениями в промышленную инфраструктуру (например, сооружение плотин для гидростанций или очистных сооружений для теплоэлектростанций и т.п.). Добыча топливных ресурсов сопряжена либо с подземными работами, либо требует бурения на большую глубину, к тому же связана с отчуждением земель и т.д., поэтому также всегда требует больших капиталовложений в геологоразведочные и подготовительные работы.

3. Высокие барьеры входа в отрасль. К таковым относятся:

• большой первоначальный капитал;
• сложности адаптации из-за особенностей структуры отрасли (преобладание крупных предприятий) и сложившейся системы хозяйственных связей;
• сложности создания высокоорганизованного коллектива профессионально подготовленных работников за короткое время из-за большого значения опыта работы в этой отрасли.

4. Эффект масштаба.

Эффект масштаба существенно проявляется только в электроэнергетике. Во-первых, в этой отрасли, капиталовложения носят единовременный характер. Во-вторых, из-за большой капиталоемкости производства и передачи энергии значительна доля условно-постоянных затрат в себестоимости продукции.

В топливодобывающих отраслях эффект масштаба не проявляется несмотря на капиталоемкость вследствие того, что капиталовложения носят практически непрерывный характер из-за необходимости перемещения места добычи. Особенно это выражено в угольной отрасли.

5. Особенности издержек производства и сходство структуры себестоимости продукции.

Специфической особенностью экономики отраслей ТЭК является большое различие величины себестоимости производимой продукции. В электроэнергетике это связано с применением различных технологий и первичных энергоресурсов при производстве электроэнергии и тепла. Так, электроэнергия, вырабатываемая ГЭС и АЭС в несколько раз дешевле электроэнергии, производимой тепловыми электростанциями. Продукция предприятий топливодобывающих отраслей существенно различается не только по величине себестоимости, но и по качеству. Например, в угольной отрасли уголь, добываемый подземным способом в 1,5―2 раза дороже добываемого открытым способом; коксующиеся угли дороже энергетических в 1,5―2 раза и более.

Сходство структуры себестоимости продукции различных отраслей ТЭК проявляется в большом удельном весе транспортной составляющей издержек и относительно небольшом (по сравнению с высокотехнологичными отраслями) — заработной платы.

6. Сходство факторов инвестиционной привлекательности.

Важнейшим фактором инвестиционной привлекательности отраслей ТЭК является устойчивый спрос на ТЭР. Периодическое снижение деловой активности, как естественное явление для стран рыночной экономики в наименьшей степени затрагивает отрасли ТЭК. На достаточно отдаленную перспективу ученые прогнозируют дальнейшее повышение спроса на ТЭР. По этой причине инвестирование в ТЭК считается наименее рискованным.

7. Влияние географического фактора на конкурентоспособность отраслей и экономические показатели производства.

Размещение предприятий топливодобывающих отраслей определяется географией расположения месторождений. Это имеет два важных следствия.

Во-первых, в основном они находятся в труднодоступных и плохо освоенных районах. Это существенно влияет на увеличение капиталовложений в геологоразведочные работы и строительство предприятий.

Во-вторых, это приводит к тому, что в себестоимости продукции топливных отраслей, например, угольной, транспортная составляющая достигает 50 %.

Генерирующие мощности в электроэнергетике, которые используют возобновляемые и нетрадиционные источники энергоресурсов, также жестко привязаны к определенным географическим районам. Этот фактор наряду с удаленностью основных угольных бассейнов от промышленно развитых районов европейской части России существенно влияет на конфигурацию электроэнергетики.

В основе энергетического хозяйства имеются два направления: теплофикация и электрификация.

Особенно большое значение имеет электрификация. Это определяется ее особыми свойствами: легкостью превращение в другие виды (тепловую, механическую, световую); возможностью обеспечить необходимые параметры протекания производственных процессов; комплексностью механизации и автоматизации производства; повышение производительности труда. Электроэнергия допускает расщепление на отдельные потоки и передачу на значительные расстояния. Без применения электроэнергии невозможны электрохимические и электрофизические процессы, а также привод станков-автоматов, манипуляторов, роботов и другие производственные процессы.

Требуемая установленная мощность электростанций России определяется максимальными электрическими нагрузками потребителей, экспортом мощности за пределы России, потерям мощности в электрических сетях и расчетным резервом мощности.

В настоящее время промышленность остается основным потребителем электроэнергии в народном хозяйстве.

Для характеристики уровня электрификации используется система показателей, выраженных в стоимостной или натуральной форме.

Один из основных показателей – электроемкость продукции, определяемая отношением потребляемой электроэнергии к объему выпускаемой продукции за одинаковый период времени. Динамика показателя указывает, что темпы роста потребления электроэнергии опережает темпы роста производства продукции. Несовершенство этого показателя определяется условностью расчета объема продукции в стоимостном выражении.

Важный показатель – электровооруженность труда, которая может быть подсчитана в натуральных единицах по мощности или энергии.

В качестве обобщающего показателя часто используется показатель электропотребления на душу населения по стране в целом или по крупному региону.

Система показателей электрификации в определенной мере может рассматриваться как инструмент анализа динамики энергетического и экономического использования энергии.