Преимущества оптимизации паровой системы

#С какой стороны ни посмотри, картина может казаться удручающей. Это немного напоминает школьный табель, где раз за разом написано только одно: "должен стараться лучше". Ситуацию не улучшает и то, что мы постоянно смотрим назад, на то, что могло бы быть, вместо того чтобы смотреть вперед с оптимизмом и амбициями.

Это классический пример проблемы масштаба. Когда перед человеком стоит задача, намного превосходящая силу его индивидуальных действий, легко впасть в демотивацию. Начинает доминировать чувство беспомощности или, наоборот, мы склоняемся к технологическому оптимизму. Это хорошо видно по тому, как воспринимаются "визионерские" подходы к климатической проблеме. Да, мы ждем широкого распространения зеленого водорода, технологий улавливания и надежного хранения CO2, а также принципиально новых процессов, которые вообще исключают его образование. Такие решения захватывают воображение и дают надежду, когда поводов для оптимизма мало. Инновации всегда будут ключом к преодолению сложности и масштаба климатической проблемы. Со временем они станут частью повседневной реальности. Но времени у нас в запасе немного.

Именно к такому выводу пришла Межправительственная группа экспертов по изменению климата в своем докладе ранее в этом году. Это, безусловно, тревожный сигнал, однако, как отмечают авторы, "достижение net zero CO2 в промышленном секторе сложно, но возможно."

В докладе IPCC объемом более 2000 страниц рассматриваются все аспекты климатического кризиса. Когда речь заходит о снижении выбросов парниковых газов (GHG) в энергетическом секторе в целом, в нем говорится, что для этого "необходимы масштабные переходы, включая существенное сокращение общего использования ископаемого топлива, внедрение низкоэмиссионных источников энергии, переход на альтернативные энергоносители, а также энергоэффективность и энергосбережение."³ Созвучно этой позиции IPCC, генеральный директор инициативы Science Based Targets Луиз Амарал отметил, что ограничение глобального потепления уровнем 1.5°C требует прохождения пика выбросов до 2025 года, снижения выбросов на 43% к 2030 году, на 60% к 2035 году и выхода на net zero в начале 2050-х. Это будет непросто, но при правильном подходе можно добиться реального прогресса на пути к более устойчивому будущему.

Обнадеживает уже то, какой прогресс показывают 2 731 компания с science-based targets, среди которых и мы. Именно за счет концентрации на реальных действиях здесь и сейчас, а не на сохранении статус-кво, движение вперед действительно происходит. Компании могут идти к своим целям по-разному, но одна тема повторяется постоянно: эффективность.

Это был один из ключевых выводов Industrial Decarbonization Roadmap администрации Байдена и Харрис, опубликованного в сентябре прошлого года. Для страны со вторым по величине объемом выбросов CO2 в мире любой ясный план по снижению этих выбросов уже заслуживает внимания. В документе отмечается, что 30% энергетических выбросов CO2 в США приходится на промышленность, и рассматриваются пять самых углеродоемких отраслей: нефтепереработка, химия, металлургия, цемент и пищевая промышленность. Из четырех выделенных технологических направлений документ делает прямой вывод: "Энергоэффективность является базовой, сквозной стратегией декарбонизации и самым экономически эффективным вариантом сокращения выбросов парниковых газов в краткосрочной перспективе."⁵ Не только правительство США рассматривает эффективность как часть плана предотвращения климатической катастрофы. В том же месяце IEA выпустило свой трекинговый отчет по энергоэффективности, где подчеркивается: "Энергоэффективность это крупнейшая мера по предотвращению роста спроса на энергию в сценарии Net Zero Emissions by 2050 наряду с электрификацией, поведенческими изменениями, цифровизацией и эффективным использованием материалов."⁶ Может показаться, что нет ничего более делового и очевидного, чем повышение эффективности. Как будто это тема из ежедневной повестки. Тогда почему нам снова и снова напоминают о ее важности?

Для многих отраслей пар остается важной и устойчивой частью технологических процессов и сам по себе является естественно эффективным источником тепловой энергии. Но это не означает, что паровые системы нельзя улучшать. Опыт и экспертиза позволяют довольно хорошо понимать, как именно это делать.

Существует целый набор проверенных и экономически оправданных мер по повышению эффективности паровой системы. Почему они внедрены не повсеместно, объясняется сочетанием причин, многие из которых вообще не сводятся к деньгам. Первая и самая простая причина это нехватка информации и знаний. Хотя недавние стратегические отчеты указывают на эффективность как на первый шаг к декарбонизации, паровые системы сложны и часто уникальны для конкретной отрасли, а иногда и для конкретной площадки. Чтобы понять, где именно оптимизировать систему, как сделать это эффективно и какие выгоды это даст, часто требуется специализированная помощь. Есть и другие факторы, из-за которых эффективность остается в списке "еще не сделано" у многих компаний. Недостаток финансовых ресурсов часто мешает внедрять даже меры, которые окупаются за короткий срок, особенно у малого и среднего бизнеса. Добавьте отсутствие поддержки со стороны руководства, неопределенность в отношении новых технологий, опасения по поводу сбоев производства, а также нехватку стимулов и слабое применение требований со стороны государства. Помимо общих барьеров, мешающих повышению эффективности, у паровых систем есть и собственные специфические трудности. Исторически многие компании сосредотачивались только на котлах, а не на всей паровой системе, которая включает генерацию пара, его распределение, возврат и рекуперацию, а также само использование пара.

Почти десять лет назад в докладе Организации Объединенных Наций по промышленному развитию (UNIDO) был рассмотрен потенциал повышения энергоэффективности промышленных паровых систем.⁷ Целью было показать, какие меры являются экономически оправданными, и оценить их эффект. В качестве тестового примера был выбран Китай.

Семь специалистов по пару из США, Европы и Китая участвовали в определении того, какие общие меры по энергоэффективности следует включить в исследование, сколько энергии они могут сэкономить и сколько будет стоить их внедрение. В отличие от многих других стран, структура энергопотребления Китая сильно смещена в сторону промышленности. В 2019 году на обрабатывающую промышленность приходилось около 55% общего энергопотребления страны, а 59,6% энергии в самом производственном секторе обеспечивалось углем.⁸ Эксперты согласовали девять технически реализуемых мер и выяснили, что все, кроме двух, являются экономически оправданными и потенциально способны обеспечить ежегодное сокращение выбросов на 201,23 млн тонн CO2. Если учитывать все меры сразу, суммарный технический потенциал экономии топлива составит около 26% общего топлива, используемого для выработки пара. Такой объем экономии топлива превышает совокупное первичное энергопотребление более чем 160 стран мира. В таблице ниже приведены девять мер по повышению эффективности паровых систем и отдельные расчетные показатели: Совокупная годовая экономия топлива и сокращение выбросов CO₂, типичное повышение энергоэффективности и срок службы мер по повышению эффективности паровых систем в Китае, ранжированных по итоговому CCE (cost of conserved energy)

Возвращаясь к энергетической статистике, с которой начиналась эта статья, и к вызову достижения целей net zero, полезно посмотреть, как общие разговоры об "эффективности" переводятся в реальные действия.

Ни одна из этих мер не ждет технологического прорыва. Все они технически реализуемы и в большинстве случаев экономически оправданы на относительно коротком горизонте. И, что особенно важно, они дают осязаемый эффект уже сейчас, пока другие, более новые технологии еще только находятся на ранних стадиях развития. После публикации доклада UNIDO потенциал оптимизации паровых систем тоже вырос. Сегодня, с быстрым внедрением цифровой трансформации, наше понимание того, где именно оптимизация даст наибольший эффект, стало гораздо точнее. Это было отмечено и в докладе IPCC этого года: