Формирование вариантов развития теплоэнергетики страны с учетом комплексной характеристики ее состояния (на примере Казахстана)

Введение

В современном обществе энергетика играет системообразующую роль как в развитии мировой экономики в целом, так и в развитии каждой страны, и даже в жизнедеятельности каждого человека [1]. Важная часть энергетики любой страны – электроэнергетика (в состав которой включается теплоэнергетика), обеспечивает функционирование всех без исключения отраслей экономики, условия для деятельности ее непроизводственных отраслей и социальных структур, населения во всех странах мира. Необходимо отметить, что в настоящее время наблюдается рост производства и потребления энергии во многих странах мира, с одной стороны, а с другой стороны общепризнанным стали угрозы окружающей среде, связанные с энергетикой, поэтому уже поставлен вопрос обеспечения снижения ее негативного влияния, связанный с актуализацией вопроса выбора обоснования вариантов развития теплоэнергетики каждой страны [2, 3, 4].

Целью настоящего исследования является определение современных тенденций в теплоснабжении объектов, которые позволят на уровне страны, ее отдельных территорий сформировать стратегические планы развития теплоснабжения в современных условиях.

В рамках достижения поставленной цели, были сформулированы следующие задачи:

1. Проанализировать показатели, характеризующие состояние и динамику процессов в теплоэнергетике страны на примере Казахстана (период 2014-2020 гг.).

2. Сформировать сравнительные оценки развития теплоэнергетики Казахстана в сопоставлении с динамикой продвижения его экономики в целом.

3. Провести анализ возможных вариантов развития теплоэнергетики страны с учетом имеющихся технических решений его организации.

4. Разработать методические положения по выбору вариантов развития теплоэнергетики страны и ее отдельных территорий.

Объектом исследования является теплоэнергетика страны, характеризующаяся многоплановостью вариантов организации теплоснабжения объектов.

Предметом исследования выступили процессы организации и развития теплоснабжения в современных условиях.

Новизна исследования заключается в разработке подхода к анализу состояния и динамики процессов в теплоэнергетике страны на основе использования которого разработаны методические положения по выбору вариантов развития теплоэнергетики страны, применимые и к ее отдельным территориям.

В исследовании использованы общетеоретические методы, а также статистический анализ данных, методы изучения и систематизации нормативных документов и информационно-аналитических материалов из репрезентативных источников.

Информационной базой исследования послужили работы отечественных и зарубежных ученых по проблемам экономики и управления в энергетике, профильных структур и аналитиков, специализирующихся на мониторинге и анализе состояния теплоэнергетики стран, а также официальные статистические данные.

Практическая значимость исследования: результаты работы могут быть использованы субъектами экономической деятельности сферы теплоснабжения всех уровней при решении ими вопросов обоснования варианта развития теплоснабжения на определенной территории.

Основная часть

Общеизвестно, что электроэнергетика (в том числе и теплоэнергетика) пока функционирует преимущественно потребляя невозобновляемые первичные энергетические ресурсы, вносит «свой вклад» в загрязнение атмосферы, выделяя газы и пыль, гидросферы – выбросами загрязняющих веществ, тепловыми выбросами, почв – утечками теплоносителей и нагревом прилегающих к инженерным сооружениям грунтов и др. Экспертами в области энергетики уже многократно обсуждены направления обеспечения компромиссных решений между ростом потребления энергетических ресурсов всех видов и негативным влиянием энергетики на окружающую среду, среди которых выделяются два ведущих [3, 5-8].

- разработка и внедрение энергосберегающих технологий при производстве, транспортировке, распределении и потреблении энергии. Отмечаются значительные резервы, которые имеются в мире в этом направлении и могут быть реализованы в оцениваемой перспективе;

- применение экологически чистых энергетических ресурсов (в том числе и ВИЭ), которые перспективны, но еще требуют проведения исследований и опытно-конструкторских работ для расширения возможностей использования такого рода источников.

Эти направления являются актуальными и для современной теплоэнергетики страны, выбранной для настоящего исследования - Казахстана, для которой были определены характерные тенденции в теплоэнергетике на основе значительного массива статистической информации. В работах, опубликованных автором ранее, было дано обоснование выбора для исследования референтной группы стран постсоветского пространства (Казахстан, Кыргызстан, Таджикистан, Туркменистан, Узбекистан) и изучении их теплоэнергетики в силу сходной истории их формирования в один исторический период [9-13]. В работе [14] была дана развернутая характеристика теплоэнергетики этих стран, которая в настоящем исследовании была продолжена в новой постановке вопроса.

Для исследования была принята следующая последовательность анализа показателей, характеризующих динамику процессов в теплоэнергетике Казахстана [15] и референтных стран Центральной Азии (период 2014-2020 гг.):

- сравнительный анализ установленной мощности энергетического комплекса страны по группе референтных стран и динамика изменения этого показателя за последние годы;

- определение наличия взаимосвязи между динамикой развития энергетики отдельно рассматриваемой страны и динамикой показателей ее развития в целом (на примере изменения ВВП);

- детализация структуры потребления тепловой энергии по видам потребителей в стране и динамика изменения их потребностей.

Перейдем к количественным показателям, полученным в исследовании. Установленная мощность энергетического комплекса в группе референтных стран отличается существенно – на порядок: лидирует Казахстан с показателем 23965 МВт, а замыкает этот ряд Кыргызстан - 3869 МВт [1, 9-12, 15]. Интересны также и различия и в удельном весе ТЭЦ, составлявших основу централизованной теплоэнергетики этих стран, в общей установленной мощности электростанций рис. 1.

Рисунок 1. Доля ТЭЦ в общей установленной мощности по группе референтных стран, % (составлено автором)

Данные, представленные на рис. 1 свидетельствуют о наличии трех стран-лидеров, среди которых на сопоставимых по количественным показателям позициях, находится Казахстан. Динамика изменения мощности за постсоветский период (с 1992 г.), когда эти страны отошли от общих, централизованно устанавливаемых принципов управления теплоэнергетикой, и начали осуществлять самостоятельный выбор направлений обеспечения потребителей тепловой энергией, весьма различна (рис. 2).

Рисунок 2. Установленная мощность ТЭС по референтной группе стран, МВт. (составлено автором)

На графике наглядно видна разница в динамике исследуемого показателя, которая проявляется как в значения абсолютных величин, так и в значениях их изменения по годам. В период с 1992 г. по 2019 г. в Казахстане, Узбекистане и Туркменистане наблюдается рост установленной нетто-мощности, связанный с реализацией инвестиционных проектов в строительство новых энергетических объектов и реконструкцию старых, в то время как в этот же период в Кыргызстане и Таджикистане данный показатель находится на постоянном уровне. При этом необходимо отметить снижение нетто-мощности ТЭС в Казахстане, наблюдаемое в 2019 г., что можно объяснить выводом из эксплуатации старых ТЭЦ, уже выработавших свой ресурс. В этой связи можно сделать вывод о постепенном изменении роли централизованного теплоснабжения в энергетике этих стран, которое ранее на протяжении десятилетий доминировало в этих странах. Это становится основанием для поиска и выбора альтернативных вариантов его развития [16-22].

На следующем шаге исследования были сформированы данные, позволяющие оценить взаимосвязь между динамикой развития энергетики страны и динамикой показателей ее развития в целом (на примере изменения ВВП) за выбранный для сравнения период (1992 г. -2019 г.) [23, 24]. В целом, представленные на рис. 3. данные свидетельствуют о том, что общая динамика развития исследуемой группы стран в анализируемом периоде характеризуется положительными трендами.

Рисунок 3. Динамика ВВП на душу населения по паритету покупательной способности по данным МВФ, долл. (составлено автором)

На протяжении почти трех десятков лет в Казахстане и во всех других странах наблюдался достаточно стабильный рост ВВП на душу населения. Среднегодовой темп роста составил: в Казахстане – 105,0%, в Кыргызстане – 103,6%, в Таджикистане – 104,1%, в Туркменистане – 105,1%, в Узбекистане – 104,8% [1, 9-12, 15]. Но при этом установлено, что имеется слабая корреляция роста ВВП с инвестициями в строительство новых энергетических объектов и реконструкцию старых, представленных выше, на рис. 2. Эта динамика позволяет сделать вывод о необходимости в настоящее время активизации деятельности на уровне государств, в том числе и Казахстана, в направлении развития энергетики с учетом возможных альтернатив и имеющихся технических решений его организации.

Учитывая полученные ранее результаты, свидетельствующие о значительной доле централизованного теплоснабжения в теплоэнергетике Казахстана, равно как и наличие определенной его доли в референтной группе стран, была оценена динамика производства тепловой энергии, вырабатываемой на ТЭЦ в режиме когенерации, которые в настоящее время попали в «проблемную зону» теплоэнергетики исследуемых стран в силу наколенного износа и низких темпов обновления этого вида источников тепловой энергии. Результаты представлены на рис. 4.

Рисунок 4. Производство тепловой энергии на базе централизованных источников в референтной группе стран, ТДж (составлено автором)

На рис 4. видно, что Казахстан лидирует с существенным отрывом от других стран референтной группы, при этом его динамика не отличается стабильностью. В Казахстане динамика производства тепловой энергии на ТЭЦ в период 1994 г.- 2001 г. характеризуется спадом, и лишь с 2001 г. наблюдается увеличение выработки тепловой энергии, что, тем не менее, не позволило достигнуть уровня 1992 г. Совершенно очевидно, что это период для Казахстана является не только наиболее неблагоприятным с точки зрения обеспечения эффективности использования ТЭЦ и связанных с ними преимуществ когенерации, но и периодом пересмотра государственных приоритетов относительно решения вопросов обеспечения тепловой энергией потребителей, важной характеристикой которых стала многовариантность сценариев развития. В частности, важные решения и соответствующая законодательная база были приняты относительно ВИЭ, которые к настоящему времени продемонстрировали положительную динамику наращивания генерирующих мощностей [25-29].

Для дальнейшего исследования динамики процессов в теплоэнергетике Казахстана, был установлен период формирования данных для анализа – с 2014 г. по 2019 г., исходя из их доступности и с учетом того, что «накопленные результаты» проводимой государственной политики в стране, охарактеризованные выше, начали проявляться только через несколько лет [15]. Анализ проводился в разрезе определенных показателей, характеризующих структуру теплоэнергетики Казахстана в динамике, охватывающих производство и потребление тепловой энергии, структуру потребления по видам потребителей, потери в сетях и наличие неидентифицированных потребителей. Исходные данные представлены в табл. 1.

Таблица 1. Казахстан. Баланс тепловой энергии, 2014-2020, ТДж (составлено автором)

Данные таблицы 1 свидетельствуют о том, что за рассматриваемый период структура потребления тепловой энергии в Казахстане существенно изменилась, что сопряжено и с реализуемой на государственном уровне политикой развития теплоэнергетики страны. За рассматриваемый период в 2 раза снизилась доля потребления тепловой энергии на собственные нужды тепловыми станциями и отопительными установками, что дает возможность предположить осуществление мер по разработке и внедрению энергосберегающих технологий. При этом все еще остаются высокими потери в сетях при транспортировке тепловой энергии потребителям, что свидетельствует о недостаточности мер по ликвидации износа этого вида инженерных систем.

Наблюдается динамика в изменении показателей, связанных с различными категориями потребителей тепловой энергии. За рассматриваемый период более чем в 2 раза возросло потребление тепловой энергии предприятиями коммерческого сектора и общего пользования, субъекты экономической деятельности, относимые к сельскому, лесному хозяйству и рыболовству увеличили свое потребление на 30 %, что может свидетельствовать о наращивании объемов в этой сфере экономики Казахстана. Интересным с точки зрения анализа является ряд количественных данных, характеризующих потребителей сферы промышленности и строительства – они за этот шестилетний период почти не изменились. Это свидетельствует не только об отсутствии существенных структурных сдвигов и других изменений в данных сферах, но и о возможности применения собственных локальных источников тепловой энергии, те использования других вариантов для обеспечения изменений в потреблении энергии.

Доля тепловой энергии, отпускаемая бытовым потребителям в Казахстане снизилась на 8,8 %, что также является основанием для предположений относительно изменения предпочтений бытовых потребителей относительно обеспечения тепловой энергией своих объектов, расширения их спектра в направлении поиска наиболее экономичных и энергосберегающих вариантов [30-32].

По данным Бюро национальной статистики Агентства по стратегическому планированию и реформам Республики Казахстан 56,6% домашних хозяйств подключены к централизованной системе теплоснабжения и 43,4% – к автономному отоплению [33]. При этом преобладающий тип систем отопления существенно различается по типу местности. В городах большая часть населения (73,4%) пользуется централизованным теплоснабжением, а 26,6% – индивидуальными системами отопления. В то же время в сельской местности преобладают автономные системы (80,9%), и только 19,1% населения подключены к централизованным сетям. Наиболее распространенными видами топлива для получения тепловой энергии являются природный газ (40%) и уголь (28%), а также смешанное топливо. Доля других источников энергии незначительна рис. 5.

Рис. 5. Распределение домашних хозяйств по виду топлива, используемого для автономного отопления по типу местности (%).

На основе систематизации современной практики организации теплоснабжения в Казахстане и с учетом нормативно-законодательной базы этой страны были сформированы варианты его организации, которые могут быть использованы как для нового строительства в процессе организации новых селитебных территорий, так и при проведении мероприятий по совершенствованию теплоснабжения на уже освоенных территориях табл. 2.

Таблица 2. Варианты организации теплоснабжения в Казахстане (составлено автором)

С учетом характера сложившейся теплоэнергетики Казахстана, которая отличается значительным многообразием используемых первичных источников энергии и различными вариантами организации обеспечения потребителей тепловой энергией, применение одного из вариантов, представленных в табл. 2 невозможно, требуется определить их сочетание, которое при осуществлении стратегического планирования будет комбинированным вариантом развития теплоэнергетики в стране. Отметим, что это не является специфической особенностью именно Казахстана, такая ситуация многообразия вариантов характерна для многих стран мира, в частности для тех, что были нами рассмотрены как референтная группа стран. Соответственно, решение задачи определения комбинированного варианта развития теплоэнергетики в стране при осуществлении стратегического планирования, является актуальной для целого ряда стран, более того – ее решение может быть использовано как общая платформа для организации международного сотрудничества в области теплоэнергетики стран, локализованных в одном регионе и имеющих общие границы, к примеру, как страны Центральной Азии.

Для формирования возможных вариантов развития теплоэнергетики Казахстана был выбран системный подход на основе метода анализа иерархий, представленный Т. Саати и К. Кернсом в работе [34]. На его основе уровни стратегического планирования могут быть представлены в виде следующей иерархии (рис. 8):

Рис. 6. Уровни стратегического планирования развития теплоэнергетики (составлено автором)

Применительно к рассматриваемой проблеме эти уровни могут быть конкретизированы следующим образом, рис. 7:

– на верхнем уровне находится конечная цель стратегического планирования – трансформации теплоэнергетики страны;

– в качестве ключевых факторов предлагается рассматривать основные глобальные тренды, оказывающие влияние на политику всех стран мира на современном этапе: декарбонизация, технологическое развитие и цифровизация, а также экономические интересы страны;

– основными стейкхолдерами, каждый из которых имеет свои интересы, в той или иной степени влияющие на развитие теплоэнергетики, являются государство, население, бизнес-сообщество, экологические организации и движения, а также иностранные партнеры. Их приоритеты представлены на рис. 9;

– в качестве возможных базовых сценариев, основанных на установленных ранее вариантах организации теплоснабжения (табл. 2), были рассмотрены как традиционные источники и способы теплоснабжения, так и подходы, пока не получившие достаточного распространения – использование альтернативных источников энергии и атомная энергетика как потенциальные источники получения тепловой энергии.

Рис.7. Иерархия стратегического планирования развития теплоэнергетики Казахстана (составлено автором)

Разработка комбинированного сценария, определяющего основные направления стратегического развития теплоэнергетики страны, заключается в определении доли каждого из базовых сценариев в теплоснабжении потребителей с учетом региональных особенностей и интересов всех стейкхолдеров.

Рис. 8. Алгоритм формирования комбинированного сценария (составлено автором)

В соответствии с представленными выше положениями формирование комбинированного сценария осуществляется поэтапно с использованием метода парных сравнений на основе экспертных оценок на каждом из перечисленных уровней иерархии. Схематично данная процедура представлена на рис.8, началом которого является описание базовых сценариев с учетом интересов акторов, а завершается – комбинированным сценарием, в составе которого в определенной доле представлены эти базовые сценарии.

Выводы

Представленные выше варианты развития теплоснабжения в Казахстане, актуальные для современной теплоэнергетики Казахстана, сформированные на основе комплексного анализа ее состояния в этой стране, в сочетании с процедурой формирования комбинированного варианта, представляют собой разработанный методический подход к определению приоритетов развития теплоэнергетики страны. Они отличаются универсальным характером с позиций возможности их использования для любой страны и территории любого размера, относительно которых осуществляется стратегическое планирование развития теплоэнергетики. Наряду с этим они могут быть использованы как основа для определения направлений международного сотрудничества страны в области теплоэнергетики, с учетом интересов всех заинтересованных сторон как внутри страны, так и за рубежом.