Экономика и управление качеством энергии - Определение народнохозяйственного ущерба при понижении качества энергоснабжения

Построение энергетических систем, обеспечивающих высокую надежность и надлежащее качество энергоснабжения, требовало выделения в составе общественно необходимых трат специфической компоненты, которую стали называть народнохозяйственным ущербом. Так, при оптимизации систем электроснабжения по показателю надежности учитывая ущерб от ненадежности (ущерб от нарушения надежности, ну надежности), под которым понимают дополнительные траты народного хозяйства, возникающие при перерывах электроснабжения [39, 61].

Проф. В. Р. Окороковым предложена иерархия критериальных свойств электроэнергетической системы (ЭЭС), в соответствии с которой народнохозяйственный ущерб предлагает рассматривать как критериальное свойство этой системы [6. Основной ущерб, обусловленный недовыработкой продукции (основной производственной функции), предлагается определять для системы по выражению

 

Таблица 11

Таблица 12

Как видно из приведенных данных, значения удельных ущербов отличаются по величине в зависимости от групп ущерба, а внутри групп — в зависимости от составляющей. Если для системы наибольшую величину составляет косвенный ущерб, то для потребителей — дополнительный. В целом для народного хозяйства наибольшую величину имеет дополнительный ущерб (40% всего ущерба).
Величина удельных ущербов (см. табл. 12) включает такие виды ущерба, как ущерб от брака продукции, от поломки инструмента и оборудования, от расстройства технологического процесса и от простоя рабочей силы, что делает невозможным сравнение данных табл. 11 и 12. Однако по данным табл. 12 можно судить о величине народнохозяйственного ущерба, который вызывает перерыв в электроснабжении длительностью в 1 ч. Заметим, что средняя длительность перерыва в электроснабжении такой страны, как Австрия, составила (табл. 13) с 1966 по 1975 г. 27,5 мин в год, а один час перерыва для промышленности Австрии означает ущерб в 46 млн шиллингов в год (что соответствует около 1,5 млн руб в год), тогда как производственные затраты промышленности в 1975 г. составили около 150 млрд шиллингов в год [98].

Таблица 13

Год	Сети напряжением 380/220/110 кВ	Сети напряжением 35-10 кВ	Сумма времени перерыва, мин
1966	1,6	39,1	40,7
1967	5,6	38,3	43,9
1968	2,2	29,6	31,8
1969	0,9	25,6	26,8
1970	0,7	26,3	27,0
1971	1,1	22,9	24,0
1972	1,3	27,1	28,4
1973	1,6	19,4	21,0
1974	0,6	15,7	16,3
1975	0,5	14,8	15,3

При определении ущерба от использования энергии пониженного качества применяются три способа:
1) построение экономических характеристик электроприемников или узлов нагрузки; 2) непосредственный учет ущерба на производстве; 3) проведение натурных экспериментов. Достоинства и недостатки каждого из этих способов обусловлен спецификой исследуемого предприятия, схемой электроснабжения предприятия, наличием времени и средств для проведения исследовательских работ, а также видом составляющей ущерб.
Основой для разработки методики по определению ущерба служит установление результатов влияния понижения качества электроэнергии на работу электроприемников. Понижение качества электрической энергии в общем случае приводит к таким последствиям:

1. изменение потребления активной мощности и энергии;
2. изменение реактивной мощности электроустановок;
3. изменение количества и качества выпускаемой продукции;
4. порча сырья и материалов;
5. расстройство технологического процесса;
6. простой рабочей силы;
7. повышение аварийности и повреждаемости оборудования;
8. сокращение срока службы оборудования и т. д.

Как известно, экономические характеристики электроприемников — это зависимости изменения экономичности их работы от изменения показателей качества электроэнергии на зажимах по сравнению с номинальными их значениями [43, 90].
Экономические характеристики электроприемников часто строятся с учетом изменения одного показателя качества электроэнергии (отклонения напряжения, колебания напряжения, несинусоидальности и т. д.) и реже — их совокупности.
В последнее время большое распространение получили экономические характеристики узлов нагрузки, которые показывают экономичность работы системы электроснабжения, присоединенной к данному узлу (шины низшего или высшего напряжения сетевых ТП, шины генераторного напряжения станций, шины распределительных пунктов и т. д.), в зависимости от качества электроэнергии.
Экономические характеристики строятся для определенных режимов работы. Для их построения необходимы такие данные, как схема изучаемых электрических сетей, параметры электрооборудования, графики электрических нагрузок за рассматриваемый период времени, технико-экономические показатели регулирующих устройств. Построение характеристик осуществляют аналитическим или экспериментальным способом.
В работе [43] приводятся аналитические расчеты экономических характеристик таких электроприемников, как осветительные приемники и асинхронные двигатели.
Построение экономических характеристик при экспериментальном способе связано с изучением технологического процесса и установлением зависимостей основных экономических показателей от показателей качества электроэнергии (например, напряжения). Применение этого способа для электролитических установок по производству алюминия описано в [75].
Определение ущерба непосредственным учетом его на производстве предполагает установку статистических приборов учета для фиксирования, а затем анализа энерго-экономических и технико-экономических показателей работы оборудования или агрегатов. Особая трудность при этом заключается в систематическом учете и контроле необходимых данных, особенно в случае понижения качества электроэнергии. При наличии таких данных может быть проведено калькулирование основных составляющих ущерба в зависимости от показателей качества. Такой метод определения имеет ряд недостатков, основным из которых является отсутствие приборов учета и контроля, а также специального персонала для проведения этой работы. В дальнейшем при введении на производстве автоматизированной системы управления качеством продукции, а значит и службы по управлению качеством, эта система может быть эффективной.

Схема 2. Определение народнохозяйственного ущерба при пониженном качестве электроэнергии

Здесь только укажем на ряд особенностей в расчетах, которые обусловливаются особенностями того или иного энергоносителя.

Таблица 15

Причина ущерба	Ущерб, %
	системный	потребителя	народнохозяйственный
Невыполнение заданных функций	5	5	5
Вынужденное изменение режима работы и брак продукции	60	80	70
Внезапный отказ электрооборудования	35	15	25

Выше было показано (гл. 1), что понижение качества тепловой энергии и топлива приводит к народнохозяйственному ущербу, который в общем случае может характеризоваться такими последствиями, как:

1. снижение производительности энергетического и технологического оборудования;
2. увеличение потерь тепла и топлива;
3. брак продукции;
4. снижение надежности работы энергооборудования;
5. уменьшение срока службы оборудования;
6. снижение к.п.д. энергетических установок;
7. увеличение абсолютных и удельных расходов тепла и топлива;
8. ухудшение качества окружающей среды; увеличение техногенных выбросов (тепловые потери, зольность, сера и т. д.) в окружающую среду;
9. увеличение расхода электроэнергии на собственные нужды;
10. увеличение удельных расходов топлива на производство электроэнергии;
11. ограничение проектной мощности электростанций;
12. увеличение трудозатрат по приготовлению тепла и подготовке топлива.

Таким образом, народнохозяйственный ущерб в этом случае, как и в случае ущерба от понижения качества электроснабжения, состоит из основного, дополнительного, прямого и косвенного. Следует иметь в виду, что каждый потребитель является элементом соответствующей системы теплоснабжения, поэтому экономический ущерб от пониженного качества может возникать и должен определяться во всех звеньях тепло- и топливоснабжения: производство (добыча), распределение (транспорт),
преобразование (облагораживание), потребление (использование) тепловой энергии и топлива.
Как показали исследования [45], оценку экономического ущерба от изменения производительности технологических установок при понижении качества теплоэнергии целесообразно производить в следующих случаях:

1. если снижение часовой производительности теплоиспользующего оборудования из-за отсутствия резервов производственной мощности приводит к уменьшению объема выпускаемой продукции;
2. если снижение часовой производительности теплоиспользующего оборудования при наличии резервной производственной мощности не приводит к уменьшению объема выпускаемой продукции;
3. если отклонение параметров теплоносителя не вызывает снижения часовой производительности оборудования, но приводит к ухудшению экономичности его работы.

В первом случае недовыпуск продукции должен быть компенсирован резервами производственных мощностей других предприятий, которые выступают здесь как замыкающие по выпуску данного вида продукции. Поэтому оценка недовыпуска продукции производится по более высоким затратам по сравнению с затратами предприятия, где имеется недовыпуск продукции.
Во втором случае необходима компенсация затрат, связанных с привлечением дополнительных трудовых ресурсов, увеличением расхода тепла, а иногда — с повышением брака продукции.
В третьем случае дополнительные затраты связаны только с ухудшением показателей использования тепловой энергии, что можно в общем оценивать как перерасход энергии.
При понижении качества тепловой энергии ущерб, связанный с недовыпуском продукции, определяется величиной этого недовыпуска и величиной себестоимости продукции на предприятиях, компенсирующих этот недовыпуск.
Народнохозяйственный ущерб от использования топлива пониженного качества определяется главным образом на основе экономических характеристик. Они строятся для различного оборудования в зависимости от изменения показателей качества топлива.
Следует подчеркнуть, что повышение качества топлива осуществляется путем увеличения удельного веса полезного вещества (уменьшения балласта) в топливе. Это достигается применением различных методов обогащения, которые зависят от вида топлива. Под обогащением топлива понимается механическая и химическая предварительная переработка топлива, которая меняет его физические свойства, повышает теплоту сгорания. Определение ущерба от использования топлива пониженного качества имеет свои особенности. Если повышение качества электроэнергии может осуществляться централизованно (в энергосистеме — стадия производства) и непосредственно в электрических сетях предприятий (стадия использования), то повышение качества топлива, или его облагораживание, осуществляется главным образом на стадии его производства (добычи). Потребитель получает уже облагороженное (по мере надобности) топливо и в редких случаях осуществляет повышение его качества самостоятельно (просушка углей и др.). Поэтому работы по оптимизации качества топлива в основном касаются стадии его производства (добычи), но с обязательной увязкой со стадией использования топлива. Иными словами, в этом случае рассматриваются связи между обогащением топлива (например, углей) и их потребительскими свойствами. В основе таких оптимизационных расчетов лежит принцип соизмерения ежегодных и капитальных затрат. Ущерб от использования необогащенного угля определяется как разница между затратами у потребителя по использованию топлива до (З1) и после (З2) повышения его качества: У=З1—З2. Ущерб в данном случае может выступать как недополученная экономия при использовании обогащенного топлива вместо натурального.
Задача минимизации ущерба при использовании топлива пониженного качества сводится к отысканию оптимальных соотношений между затратами на обогащение и экономическим эффектом от обогащения, отражающимся в конечном счете на потребителе топлива. Эта задача может формулироваться как задача отыскания предела обогащения топлива с учетом требований потребителей и возможностей народного хозяйства.
С другой стороны, ущерб представляет собой дополнительные затраты потребителя при использовании топлива пониженного качества. Так, для топочного мазута ущерб может складываться из таких составляющих:

где Зн — затраты на компенсацию преждевременного износа поверхностей нагрева; Зо — дополнительные расходы на очистку этих поверхностей; ЗQ — затраты, связанные со снижением выработки тепла теплоиспользующим агрегатом в результате дополнительного простоя; Зс — затраты на компенсацию повышенного расхода энергии на собственные нужды (тяга и дутье).
Подчеркнем, что именно в расчетах по оптимизации качества топлива ясно вырисовывается возможность оценки ущерба не только в виде ежегодных расходов, на что обращают внимание ряд авторов, но и в виде приведенных затрат. Кроме этого, при проведении таких расчетов нельзя не учитывать, что использование топлива пониженного качества ведет к увеличению загрязненности окружающей среды техногенными выбросами (SO2, СО, NO и т. д.), а большие потери тепла ухудшают качество производственной среды. Учет экологических факторов при оптимизации топлива и теплоснабжении раскрывает социально-экономическое значение проблемы качества в энергетических системах.
К дополнительному ущербу следует отнести и затраты на компенсацию потерь топлива и энергии, возникающие при техногенных выбросах в окружающую среду.
На схеме 3 показано определение народнохозяйственного ущерба в промышленности от загрязнения атмосферы техногенными выбросами энергопроизводства. Способы определения отдельных составляющих ущерба принципиально мало отличаются от способов определения ущерба при понижении качества электроэнергии, но имеют ряд особенностей, разбор которых не входит в задачу автора.
Комплексное рассмотрение методов определения народнохозяйственного ущерба от пониженного качества функционирования топливно-энергетического комплекса позволяет сделать следующие основные выводы.
Выше обращалось внимание на важность учета экологических факторов в технико-экономических расчетах и социально- экономическое значение данной проблемы. В этой связи управление электроэнергетическими системами означает управление энерготехнологическим процессом с учетом защиты окружающей среды. Значительную часть техногенных выбросов составляют продукты сгорания в промышленных печах, в энергетических и промышленных парогенераторах.
Барри Коммонер в своей книге «Замыкающийся круг» отмечает, что служба здравоохранения США оценивает общую стоимость загрязнения воздуха в 60 долларов на душу населения в год. Загрязнение почти одной трети объема воздуха в городе происходит в результате работы электростанций на ископаемом топливе; следовательно, на их долю приходится 20 долларов на человека в год.

Схема 3. Определение народнохозяйственного ущерба в промышленности от загрязнения атмосферы техногенными выбросами

Ущерб от выбросов окислов серы, азота, а также золы в дымовых и выхлопных газах металлургической, химической промышленности, двигателей внутреннего сгорания и электроэнергетики США составляет 25 млрд долл. в год [48].
А. А. Бесчинский и Ю. М. Коган обращают внимание на необходимость проведения научно-исследовательских работ, касающихся такой системы, как «энергетика — окружающая среда». К таким работам авторы относят: повышение к.п.д. топливоиспользующих установок; снижение удельных расходов топлива на электростанциях, с тем чтобы уменьшить количество используемых первичных энергетических ресурсов; дальнейшую централизацию энергоснабжения и теплоснабжения; перестройку ряда промышленных технологий, потребляющих мазут [16].
Экономические аспекты управления качеством среды предполагают выделение в технико-экономических расчетах особого вида затрат, которые отражали бы расходы по борьбе с загрязнениями. Эти затраты называют издержками загрязнения.
В энергетике к этим затратам следует относить такие: затраты, необходимые для уменьшения выбросов от энергетической технологии в соответствии с установленными нормами; затраты, связанные с отрицательными социальными последствиями энергетических отходов, поступивших в окружающую среду, при принятом уровне этих выбросов; затраты на возмещение потерь энергии и сырья с уходящими газами и сточными водами. Отдельно следует выделить затраты на обеспечение управления качеством окружающей среды. Это — специальные станции контроля, новейшие измерительные и контрольные средства, системы передач информации, ЭВМ для переработки информации и управляющих воздействий на теплоэнергетические установки.
В специальной литературе для характеристики объемов, физико-химических свойств и условий распространения техногенных выбросов в окружающей среде используется термин «вектор техногенных выбросов». Учитывая это, издержки загрязнения можно характеризовать как прирост затрат в производственной и непроизводственной сферах народного хозяйства, соответствующий принятому вектору техногенных выбросов. Эти затраты целесообразно разбить на две составляющие.
Первая — это затраты, связанные с проведением мероприятий по предупреждению, профилактике загрязнения окружающей среды. Сюда следует относить, например, затраты по установке фильтров на электростанциях, дымовых труб, устройств, снижающих тепловые потери при производстве, распределении и потреблении энергии, и т. д. Такие затраты должны учитываться при проектировании топливно-энергетического комплекса, а также при его развитии в процессе эксплуатации.
Вторая составляющая — это сумма затрат, связанных с компенсацией в народном хозяйстве последствий электротехнологических выбросов в окружающую среду. Сюда можно отнести затраты по компенсации социально-экономических последствий и издержки, связанные с потерями энергии (тепла) и топлива. Заметим, что вторая составляющая затрат представляет собой не что иное, как ущерб от загрязнения среды техногенными выбросами энергопроизводства.
Ущерб включает в себя составляющие дополнительного и косвенного ущерба. Дополнительный ущерб состоит из дополнительных затрат на производство продукции и оказание услуг населению. Компенсация этих затрат может осуществляться путем отвлечения государственных средств из национального дохода. Косвенный ущерб выражается в виде дополнительных затрат на ремонт и эксплуатацию основных фондов предприятий в зоне техногенных выбросов (ввиду ускорения износа этих фондов).
В условиях научно-технической революции рост промышленного производства предъявляет особые требования к топливно-энергетическому комплексу (ТЭК) страны. Эти требования являются следствием все возрастающего спроса на все виды энергии и топлива и усиления влияния энергопроизводства на окружающую среду. Важнейшим социально-экономическим показателем, отражающим экономическое и экологическое поведение ТЭК среди других производственных комплексов, является качество энергоснабжения, которое включает в себя надежность и качество энергии и топлива. Необходимость учета качественных и экологических показателей при планировании энергопроизводства обусловила новый подход к экономической оценке принимаемых в энергетике решений. Для систем энергоснабжения это связано с возникновением специфических издержек народнохозяйственного ущерба при понижении качества энергоснабжения. Народнохозяйственный ущерб представляет собой дополнительные затраты (потери чистого дохода общества), которые отвлекаются от использования в расширенном воспроизводстве или в других социально-экономических сферах потребления, когда вектор показателей качества системы энергоснабжения не соответствует требованиям (условиям) оптимального плана развития народного хозяйства.
 При обосновании мероприятий, направленных на повышение качества энергоснабжения, необходимо принимать во внимание возможные последствия в народном хозяйстве от недополучения энергии и топлива или понижения их качества, а также влияние техногенных выбросов на смежные отрасли. Поэтому в критерий оптимальности принимаемых решений в энергетике должно входить математическое ожидание указанного ущерба.

Ущерб целесообразно классифицировать на две группы: ущерб, возникающий в самой электроэнергетической системе (системный ущерб), и ущерб, возникающий у потребителя энергии и топлива. В основу разделения ущерба могут быть положены принципы экономической соразмерности дополнительных затрат и технологической однозначности (однородности) последствий, возникающих при понижении качества энергоснабжения. В общем случае ущерб может быть представлен в виде приведенных затрат, а в частных случаях — в виде дополнительных капитальных или ежегодных издержек. Оценка отдельных составляющих ущерба может производиться по замыкающим затратам, кадастровым ценам, производственным функциям (где в качестве функции должна выступать прибыль), в ряде случаев для ориентировочных расчетов могут применяться действующие оптовые цены (например, для определения издержек компенсации потерь сырья и материалов). Последствия от уменьшения техногенных выбросов энергетики в окружающую среду должны приниматься во внимание при планировании производства в смежных отраслях народного хозяйства.
Основной стратегией оптимального управления качеством в энергетике следует считать такое ее функционирование, когда обеспечивается развитие топливно-энергетического комплекса и рациональное сочетание экономических, квалиметрических и экологических показателей.