Приложение В (обязательное). Ресурсная и энергетическая эффективность

Приложение В
(обязательное)

Ресурсная и энергетическая эффективность

В.1 Краткая характеристика отрасли с точки зрения энергопотребления

В справочнике ИТС НДТ "Производство изделий дальнейшего передела черных металлов" энергоэффективность и ресурсоэффективность являются одними из ключевых критериев выбора НДТ, поскольку технологические процессы характеризуются значительными уровнями потребления топлива, электроэнергии, воды; выбросы загрязняющих веществ в атмосферный воздух (представляющие собой основной фактор негативного воздействия на окружающую среду) обусловлены, прежде всего, сжиганием топлива (см. разделы 2 и 3). Именно это обстоятельство получило отражение в принятой последовательности этапов выбора НДТ (см. раздел 4), в соответствии с которой прежде всего рассматривается ресурсоэффективность (в том числе энергоэффективность) технологических и технических решений.

В информационно-техническом справочнике по наилучшим доступным технологиям ИТС 48-2017 "Повышение энергетической эффективности при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности" представлены результаты дифференциации отраслей и видов по их технологической, энергетической и экологической эффективности (рисунок В.1).

Рисунок В.1 - Распределение отраслей по энергоресурсной эффективности

Черная металлургия отнесена к отраслям "ядра"; отмечено, что производство проката и труб отличается относительно более высокой энергоэффективностью, чем производство чугуна и стали.

В Государственных докладах о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации черной металлургии в целом уделяется весьма значительное внимание; в части изделий дальнейшего передела черных металлов приводятся сведения об удельном расходе топливно-энергетических ресурсов в производстве проката (до 2015 г.) и стальных труб (в 2016 г.), т у. т./тонну продукции.

В соответствии с Государственным докладом за 2017 г. удельный показатель энергопотребления при производстве проката готовых черных металлов составил 94 кг у. т./тонну [24].

В Государственных докладах за 2018 г. и 2019 г. удельные расходы топливно-энергетических ресурсов не приводятся, уровни потребления указаны в валовых значениях для обрабатывающей промышленности в целом [25, 26]. Согласно данным, представленным в государственном докладе за 2018 г., в обрабатывающей и добывающей промышленности потребление топливно-энергетических ресурсов увеличилось 11,9 млн т. у. т. (на 28,7 %) за период 2015-2018 гг. Существенная доля тепловой энергии на предприятиях обрабатывающей промышленности используется не в технологических процессах, а на отопление и вентиляцию промышленных зданий. Эта часть потребления энергии чувствительна к климату. В теплом 2017 г. сравнительно мягкая зима замедляла рост потребления топливно-энергетических ресурсов, а в холодных 2016 г. и 2018 г., напротив, способствовала его росту. Также способствовало росту энергопотребления увеличение объемов производства продукции предприятиями отрасли. В 2016 г. негативный вклад внес технологический фактор, однако это было в какой-то мере компенсировано структурным сдвигом в сторону выпуска менее энергоемкой продукции. В 2017-2018 гг. наблюдалось снижение удельных расходов энергии на производство продукции и увеличение загрузки производственных мощностей, что сдерживало рост энергоемкости сектора.

Согласно данным Государственного доклада, в 2019 году потребление топливно-энергетических ресурсов по сектору "Обрабатывающая промышленность" снизилось более чем на 5 млн т.у.т. В первую очередь данный результат был обеспечен за счет структурного и технологического факторов. В 2019 г. снижение потребления топливно-энергетических ресурсов за счет технологического фактора составило более 6,6 млн т.у.т. Фактор экономической активности значительно сдержал совокупное снижение энергоемкости по сектору, однако рост потребления топливно-энергетических ресурсов за счет данного фактора был наименьшим за последние 3 года.

В 2019 году энергоемкие производства (клинкер, прокат черных металлов, сталь) росли медленнее, чем производства с высокой степенью переработки и низкой энергоемкостью (машины, оборудование, компьютеры). Повышение загрузки производственных мощностей привело к снижению условно-постоянного расхода энергетических ресурсов на единицу продукции. Этот фактор способствовал замедлению роста потребления энергоресурсов в 2017-2018 гг.

Снижения удельных показателей энергоемкости производители изделий дальнейшего передела черных металлов добиваются на основе разработки и реализации инновационных технологий и мероприятий, в том числе передовых энерго- и ресурсосберегающих технологий, включая создание новых агрегатов для их реализации; внедрения совмещенных процессов производства металлопродукции при сокращении технологических операций и т.д.

В.2 Основные технологические процессы, связанные с использованием энергии

Описание процессов производства изделий дальнейшего передела черных металлов приведено в разделе 2.

При производстве изделий дальнейшего передела черных металлов используются различные виды энергоносителей (природный газ, коксовый и доменный газы, электроэнергия, кислород, сжатый воздух и т.д.). Для приведения этих видов энергоносителей к условному топливу и расчета энергоемкости используются переводные коэффициенты, которые установлены для средних теплоемкостей используемых энергоносителей.

Прокатное производство является завершающим звеном в металлургическом цикле. В прокатных цехах металлургических предприятий полного цикла потребление первичных электроресурсов может достигать 20 % от общих их расходов по предприятию, электроэнергии - несколько меньше (пример распределения электроэнергии по производствам для завода с полным циклом сортового направления: аглоизвестковое - 13 %; доменное - 4 %; коксохимическое - 9 %; прокатное - 16 %; сталеплавильное - 5 %; энергетика - 47 %; механика и проч. - 6 %). По данным предприятий, в 2000 г. на крупных заводах энергоемкость составила в 2000 г.: НЛМК - 659; ЕВРАЗ ЗСМК - 684; "Северсталь" - 687; ММК - 719; ЕВРАЗ НТМК - 797; Мечел - 932; "Уральская Сталь" - 920 (кг у.т./т продукции).

Тепло высокого потенциала в прокатном производстве расходуется в нагревательных печах, которые используются на разных этапах технологического процесса: для нагрева металла перед деформацией, подогрева металла и его термической обработки. Основными энергоносителями служат доменный, коксовый и природный газы. Расход этого вида энергии в среднем составляет в переводе на условное топливо 0,1-0,2 т на 1 т проката.

Прокатное производство является электроемким. Электроэнергия расходуется главным образом также на силовые процессы и транспортно-подъемные механизмы. Общий расход электроэнергии на эти процессы оценивается в 100-120 кВт*ч на тонну. Число часов использования максимума нагрузки колеблется в пределах 5000-6000. Большой диапазон затрат электроэнергии объясняется спецификой сортамента заготовок и готового проката по размерам, маркам стали и назначению, которые определяют энергозатраты как в основном технологическом потоке производства, так и при отделочных операциях (меньшая требуемая вытяжка металла обуславливает более низкие затраты электроэнергии для прокатки на обжимных станах по сравнению с сортовыми и листовыми, на крупносортных - по сравнению с мелкосортными и проволочными, на толстолистовых - по сравнению с широкополосными станами).

В.3 Уровни потребления

Уровни потребления ресурсов при производстве различных видов продукции дальнейшего передела черных металлов проанализированы в разделе 2 справочника, а также представлены выше в параграфе "Основные технологические процессы, связанные с использованием энергии".

Средние по отрасли и по федеральным округам значения потребления топливно-энергетических ресурсов получают ежегодно отражение в Государственных докладах о состоянии энергосбережения и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации.

В Докладах 2014-2016 гг. указано, что, по данным Федеральной службы государственной статистики Российской Федерации, удельный расход топливно-энергетических ресурсов на прокат готовых черных металлов в России в целом планомерно снижался в период с 2012 по 2015 гг.; сокращение составило 10,9 %. В 2015 г. был достигнут показатель 0,098 т.у.т./тонну проката.

В частности, в Центральном, Приволжском, Южном, Уральском и Сибирском федеральных округах наблюдалось стабильное снижение на 0,03-0,053 т.у.т./т. Ключевым фактором, повлиявшим на наблюдаемую динамику показателей, по мнению составителей Государственного доклада, стала модернизация сталепрокатных мощностей на большинстве предприятий отрасли. Кроме того, за рассматриваемый период введены в строй новейшие производственные мощности, обеспечивающие высокую энергоэффективность производства.

Согласно данным Росстата, удельный расход топливно-энергетических ресурсов на производство стальных труб за период с 2012 по 2015 гг. также снижался (общее снижение составило 24,8 %); показатель достиг величины 0,088 т.у.т./тонну продукции. Отмечено, что в Центральном, Южном, Уральском и Сибирском федеральных округах наблюдалось стабильное снижение на 0,034-0,06 т.у.т./т. Ключевым фактором, повлиявшим на наблюдаемую динамику, также стала модернизация мощностей, на сей раз - по производству стальных труб - на большинстве предприятий отрасли. Практически полностью ликвидированы устаревшие энергозатратные, неэкологичные технологии поштучной горячей прокатки труб, а уровень удовлетворения спроса российский потребителей по номенклатуре и объемам приблизился к 100 %. В 2015 и 2016 гг. наблюдался некоторый рост удельного расхода топливно-энергетических ресурсов на производство стальных труб к уровню предыдущего года; в соответствии с данными Росстата этот показатель в 2016 г. составил 0,099 т.у.т./тонну продукции. Тем большее значение приобретает учет критерия обеспечения высокой энергоэффективности при идентификации наилучших доступных технологий для производства изделий дальнейшего передела черных металлов.

В соответствии с информацией, представленной в Докладе 2020 г., в 2019 году энергоемкие производства, к которым относится прокат черных металлов, росли медленнее производств с высокой степенью переработки и низкой энергоемкостью (например, машиностроение, производство компьютеров). Повышение загрузки производственных мощностей привело к снижению условно-постоянных расходов энергетических ресурсов на единицу продукции. Этот фактор способствовал замедлению роста потребления энергии в 2017-2018 гг., однако в 2019 г. его влияние оказалось несущественным.

В.4 Наилучшие доступные технологии, направленные на повышение энергоэффективности, оптимизации и сокращение ресурсопотребления

С учетом накопленного в отрасли опыта и распространенных технологических, технических и управленческих решений к наилучшим доступным технологиям, направленным на обеспечение высокой энергоэффективности производства, отнесены следующие основные решения (см. раздел 5).

НДТ 2. Системы энергетического менеджмента:

Система энергетического менеджмента представляет собой совокупность взаимосвязанных или взаимодействующих элементов, используемая для установления энергетической политики и энергетических целей, а также процессов и процедур для достижения этих целей. Поэтому выбор технологических и технических решений, приведенных ниже в тексте Приложения Г, особенно при модернизации производства, осуществляется в соответствии с приоритетными целями, поставленными в рамках развития системы энергетического менеджмента.

НДТ 3. Организация ресурсосберегающего и энергосберегающего технологического процесса, в том числе:

- применение механизированных и автоматизированных непрерывных прокатных станов;

- применение процессов бесконечной прокатки;

- применение процессов многониточной прокатки, волочения;

- применение высокоэффективных автоматизированных систем привода основного и вспомогательного оборудования, основанных на использовании электродвигателей переменного тока с частотными преобразователями;

- применение технологии горячего посада заготовок;

- создание литейно-прокатных комплексов;

- внедрение процессов термомеханической обработки;

- использование избыточного тепла, образованного при нагреве, подогреве металла перед горячей деформацией и других тепловых операций с металлом в процессе изготовления проката, для повторного нагрева материалов - применение систем рекуперации и регенерации;

- использование систем автоматического регулирования подачи энергоресурсов;

- использование систем рециркуляции жидких и порошкообразных материалов, применяемых при производстве изделий.

НДТ 4. Внедрение автоматизированных систем управления производством и технологическим процессом, включая:

- использование MES-систем (Manufacturing Execution Systems);

- использование автоматизированных систем контроля геометрических параметров, качества поверхности, формы изделий в процессе производства;

- использование автоматизированных систем управления работой технологического оборудования;

- использование автоматизированных систем управления технологическим процессом.

НДТ 5. Снижение эмиссий в процессах нагрева исходных заготовок, подогрева передельного продукта и других операций нагрева металла в процессе производства изделий; предусмотрены следующие решения:

- использование нагревательного оборудования, оснащенного современными газоанализаторами и системами автоматического управления процессом нагрева;

- использование нагревательного оборудования, оснащенного высокоэффективными горелками с импульсной подачей топлива, плоскопламенными горелками, работающими в автоматическом режиме;

- применение нагревательных устройств, работающих в автоматическом режиме;

- применение термоизоляции, герметизация нагревательных устройств;

- применение горелок с пониженным образованием NOх;

- применение печей с безокислительной атмосферой, в том числе восстановительной атмосферой на основе чистого водорода.

НДТ 6. Обеспечение стабильности производственного процесса изготовления холоднодеформированных труб:

- использование высокопроизводительных шлифовальных установок;

- применение станов холодной прокатки труб с использованием жидких смазок;

- применение безванновой очистки поверхности труб от остатков технологической смазки.

НДТ 7. Обеспечение стабильности производственного процесса изготовления горячекатаного проката:

- применение клетей с многовалковыми калибрами, калибрующих блоков и блоков чистовых клетей.

НДТ 10. Снижение сбросов в процессах производства изделий дальнейшего передела черных металлов:

- недопущение утечек потребляемой воды из систем ее транспортирования;

- применение водоочистного оборудования и технологий, позволяющих организовать бессточные системы водного хозяйства;

- создание локальных водооборотных циклов, оборудованных собственными системами грубой и/или при необходимости тонкой очистки от загрязняющих веществ;

- последовательная передача избыточной или продувочной воды от потребителей с более высокими требованиями к качеству воды потребителям с более низкими требованиями;

- сбор и использование случайных сбросов, дренажных вод, поверхностного стока и их очистка с целью дальнейшего использования.

НДТ 11. Использование современных систем энергосбережения, в том числе:

- использование тепла, образующегося при функционировании основного технологического процесса для различных производственных целей, в том числе хозяйственных нужд предприятия (отопление, горячее водоснабжение и т.п.);

- использование энергосберегающих осветительных приборов;

- использование систем автоматического включения (выключения) электрических устройств;

- организация систем экранов в технологических линиях.

НДТ 12. Использование отходов производства.

В разделе 5 ИТС 27 приведена информация о применимости перечисленных выше решений.

В.5 Целевые показатели ресурсной и энергетической эффективности

При подготовке настоящего приложения проанализированы анкеты, предоставленные предприятиями, производящими изделия дальнейшего передела черных металлов, в которых были представлены показатели ресурсной и энергоэффективности.

Таблица В.1 - Показатели ресурсной и энергетической эффективности

Показатель ресурсной или энергетической эффективности (материальные ресурсы, энергопотребление, продукт/полупродукт, отходы, вторичные ресурсы и т.д.)	Единица измерения	Значение
Производство горячекатаного плоского проката
Электроэнергия	продукции	210
Природный газ	м 3/т продукции	150
Производство холоднокатаного плоского проката
Электроэнергия	продукции	150
Природный газ	м 3/т продукции	50
Производство сортового проката (в том числе длинномерной продукции)
Электроэнергия	продукции	190
Природный газ	м 3/т продукции	100
Производство горячедеформированных (горячекатаных и горячепрессованных) труб
Технологические газы: - сжатый воздух	м 3/т продукции	600
Электроэнергия	продукции	400
Природный газ	м 3/т продукции	160
Производство холоднодеформированных труб
Технологические газы: - сжатый воздух	м 3/т продукции	700
Электроэнергия	продукции	720
Природный газ	м 3/т продукции	150
Производство сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса; электросварных; изготовленных сваркой в среде инертных газов; изготовленных непрерывной печной сваркой) труб
а) Производство сварных (прямошовных, изготовленных электродуговой сваркой под слоем флюса; электросварных) труб
Электроэнергия	продукции	290
б) Производство сварных (изготовленных сваркой в среде инертных газов) труб
Технологические газы:	м 3/т продукции
- аргон		25,0
- сжатый воздух		200
Электроэнергия	продукции	480
в) Производство сварных (изготовленных непрерывной печной сваркой) труб
Технологические газы: - сжатый воздух	м 3/т продукции	350
Электроэнергия	продукции	170
Природный газ	м 3/т продукции	150
Нанесение покрытий на трубы (эпоксидное, полиэтиленовое, полипропиленовое, цинковое) и фосфатирование муфт
а) Нанесение покрытий на трубы (эпоксидное, полиэтиленовое, полипропиленовое)
Электроэнергия	продукции	70
Природный газ	м 3/т продукции	10
б) Нанесение покрытий на трубы (цинковое)
Технологические газы: - сжатый воздух	м 3/т продукции	150
Природный газ	м 3/т продукции	50

В.6 Экономические аспекты реализации НДТ, направленные на повышение энергоэффективности, оптимизацию и сокращение ресурсопотребления

Основные принципы методологии определения НДТ представлены в разделе 4. Внедрение большинства НДТ, представленных в настоящем справочнике, соответствует общепринятому инвестиционному циклу реализации проектов реконструкции, модернизации производства.

Инвестиционная стадия внедрения НДТ (для объектов капитального строительства) состоит из следующих основных этапов:

1. Разработка технико-экономического обоснования инвестиций. На этом этапе делается акцент на технологическую сторону проекта (обосновывается целесообразность выбора конкретной технологии и оборудования).

2. Разработка проектной документации.

3. Получение разрешения на строительство (если проект предполагает строительство).

4. Выбор исполнителя, утверждение сметы затрат.

5. Монтаж технологического оборудования, пусконаладочные работы.

6. Формирование капитала предприятия (активов и трудовых ресурсов).

7. Выход на проектную мощность, ввод объекта в эксплуатацию.

При внедрении НДТ на объекте хозяйственной деятельности необходимо учитывать, в первую очередь, затраты на технологические изменения и аппаратурное оснащение производства. Это важно, поскольку реализация технических мероприятий, направленных на модернизацию отдельных узлов технологических линий, может привести к определенному улучшению существующих технологических процессов, что, в свою очередь, может способствовать снижению затрат, повышению эффективности производства и экологических показателей.

Затраты делятся на инвестиционные и эксплуатационные. В инвестиционных затратах необходимо учесть стоимость проектных работ. Значимое место занимают затраты на приобретение оборудования. Сметную стоимость оборудования можно представить из следующих составляющих:

- цена приобретения оборудования;

- стоимость запасных частей;

- стоимость тары, упаковки и реквизита;

- транспортные расходы и услуги посредников или снабженческо-сбытовых организаций;

- расходы на комплектацию;

- заготовительно-складские расходы;

- другие затраты, относимые к стоимости оборудования.

Важная составляющая затрат - это монтажные работы, в том числе:

- сборка и установка в проектное положение всех видов оборудования;

- прокладка линий электроснабжения и сетей к электросиловым установкам;

- прокладка технологических трубопроводов и устройство подводок к оборудованию;

- монтаж и установка технологических металлоконструкций, обслуживающих площадок, лестниц и других устройств, конструктивно связанных с оборудованием;

- другие работы, предусмотренные в сборниках сметных нормативов на монтаж оборудования.

Также учитываются прочие затраты, включая непредвиденные.

Капитальные затраты при реконструкции и модернизации действующих установок являются значительными, и в некоторых случаях они могут превышать величину рассчитываемой выгоды. Реализация типовых проектных решений с учетом требований по охране окружающей среды способствует оптимизации финансовых затрат, связанных с проектированием, строительством и реконструкцией.

Выбирая НДТ, необходимо учитывать природно-климатические условия и экономические возможности предприятия.

При выборе НДТ для внедрения, как правило, проводится ранжирование вариантов НДТ с точки зрения экологической результативности. Вариант с наименьшим воздействием на окружающую среду может быть признан наилучшим в том случае, если такой вариант доступен с экономической точки зрения.

Экономическая целесообразность является неотъемлемой составной частью концепции НДТ. Углубленную оценку экономической целесообразности проводят только в тех случаях, когда существуют явные разногласия относительно того, внедрение каких именно НДТ является экономически эффективным. В случае, если существуют реальные основания полагать, что технология (или комбинация технологий) является чрезмерно дорогостоящей, проводится детальная оценка.

При внедрении ресурсо- и энергосберегающих НДТ в большинстве случаев обеспечивается существенное снижение производственных затрат, поэтому показатели производственных затрат наряду с природоохранными результатами необходимо включить в максимальный набор эколого-экономических показателей.

При детальной оценке следует учитывать минимизацию затрат на приобретение расходных материалов, сокращение затрат в период эксплуатации за счет таких статей, как стоимость технического обслуживания, снижение платежей за потребление энергоресурсов и платежей за негативное воздействие на окружающую среду и др. Кроме того, необходимо учитывать налоги и субсидии предприятия при внедрении НДТ. Подобный подход к оценке затрат может определить короткий период окупаемости и оправдать реализацию НДТ.

Полученный из представленных анкет объем информации недостаточен для определения затрат предприятий, производящих изделия дальнейшего передела черных металлов, на внедрение проектов НДТ. В разделах 1, 2, 3 настоящего справочника приводятся общие затраты на реализацию отдельных проектов по реконструкции и модернизации производства и природоохранных мероприятий, в связи с чем не представляется возможным проанализировать экономическую доступность внедрения НДТ, указанных в Разделе 5.

В.7 Перспективные технологии, направленные на повышение энергоэффективности

Перспективные технологии производства изделий дальнейшего передела черных металлов базируются на применении новых высокоэффективных конструкций оборудования для нагрева заготовки перед прокаткой (методические печи) и термической обработки проката как готового, так и промежуточного размера сечения (колпаковые печи). Известно, что значительные энергозатраты в прокатных цехах связаны с функционированием установок, вырабатывающих необходимые в технологическом процессе газы (кислород, водород, азот).

Другое направление в перспективных технологиях, направленных на повышение энергоэффективности, - использование принципиально новых устройств для извлечения указанных выше ресурсов. Примером этого может служить применение современных установок для производства водорода методом парового риформинга. Снижению энергопотребления способствует также внедрение процесса гибридной сварки труб и процесса ESP, позволяющего исключить промежуточный нагрев при изготовлении тонкой горячекатаной полосы.

Перечисленное выше напрямую определяет снижение энергоемкости производства изделий дальнейшего передела черных металлов. Многие из перспективных технологий прокатного производства оказывают косвенное влияние на энергоэффективность процесса, например, использование современных технологий регулируемых процессов прокатки обеспечивает получение требуемых механических свойств продукции непосредственно с прокатного передела, исключая при этом необходимость проведения дополнительной термической обработки, связанной с нагревом металла (процесс QTR для арматурной стали, технология поточной термической обработки проката THERMEX для сортового проката и др.).

Кроме того, большинство перспективных технологий направлены на повышение качества металлопродукции, что предопределяет снижение коэффициента расхода металла и, в свою очередь, уменьшение количества сырья, запускаемого в обработку. Так, например, снижение коэффициента расхода металла на 0,01 при годовом объеме производства 300 тыс. т позволяет экономить 3 тыс. т исходного сырья (заготовки), а соответственно - уменьшить величину энергозатрат, необходимых для переработки этого количества металла.