Estimation of characterization of lighting systems in Russia

Full Text

Введение В последние годы в России активизировалась работа по внедрению энергосберегающих источников света и светильников. В нормативных документах, таких как 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности…» и «Государственная программа энергосбережения и повышения энергетической эффективности на период до 2020 года», а также в работах [1, 2] намечены соответствующие мероприятия. Однако проведенное авторами исследование показывает, что намеченные сроки внедрения срываются. Это объясняется несколькими факторами: 1) большой долей импорта таких источников света и введенными экономическими санкциями; 2) падением курса рубля; 3) отсутствием технических регламентов на разработку и внедрение энергосберегающих источников света; 4) отсутствием информации о количестве и видах установленных источников света как в целом по России, так и по отдельным секторам экономики, и другими [1-4]. Целью и задачей данного исследования является разработка методики оценки количества установленных источников света в целом по стране и по отдельным секторам экономики. В качестве исходных данных послужили результаты энергетических обследований систем освещения России, проведенных в 2013 году, а также данные отчетов по проекту ПРООН-ГЭФ/Минэнерго РФ «Преобразование рынка для продвижения энергоэффективного освещения в России». Исследования проводились в шести основных секторах экономики: промышленном, общественном, жилищном, сельскохозяйственном, транспортном и строительном. Охвачено также наружное освещение. Обработка результатов энергетических обследований проводилась по рекомендациям [5]. Промышленный сектор. Оценка объемов потребления и установленного парка источников света в промышленности может проводиться двумя методами: 1) на основе данных о доле освещения в суммарном объеме потребляемой электроэнергии; 2) на основе данных по площадям промышленных предприятий и удельным расходам электроэнергии на единицу площади. Исследование, проведенное авторами, показало, что второй метод дает большую погрешность. Для его применения необходимо большое количество исходных данных, которые можно получить только при энергетических обследованиях предприятий. Поэтому расчет выполнен по первому методу. В табл. 1 приведены данные по потреблению электроэнергии в 2013 г. и доле потребления на освещение в отраслях промышленности по данным Росстата РФ [6]. Таблица 1 Годовое потребление электроэнергии в промышленности Отрасли промышленности Суммарное потребление, млрд кВт∙ч [6] Потребление на освещение % [6] млрд кВт∙ч Добыча полезных ископаемых 126,0 4,5 5,67 Обрабатывающая промышленность 328,137 7,4 24,282 Производство и распределение электроэнергии, газа и воды 110,85 2,5 2,771 Итого 564,987 32,723 Таблица 2 Потребление электроэнергии на внутреннее и наружное освещение Отрасли промышленности Доля распределения потребления, % Годовое потребление электроэнергии, млрд кВт∙ч Внутреннее Наружное Внутреннее Наружное Добыча полезных ископаемых 10 90 0,567 5,103 Обрабатывающая промышленность 95 5 23,068 1,214 Производство и распределение электроэнергии, газа и воды 95 5 2,633 0,139 Итого 26,268 6,456 В табл. 2 приведено потребление электроэнергии на внутреннее и наружное освещение в промышленности в 2013 г. (доли распределения потребления получены на основании экспертных оценок). Количество светоточек наружного освещения определяется по выражению (1) где - годовое потребление электроэнергии; - среднее годовое время работы системы наружного освещения; - средняя мощность светильников наружного освещения. На основании [7] принято ч, кВт. В табл. 3 приведены результаты расчетов среднего количества светоточек наружного освещения всех отраслей промышленности в 2013 г. Таблица 3 Количество светоточек наружного освещения в промышленности Отрасли промышленности Количество светоточек, млн шт. Добыча полезных ископаемых 3,543 Обрабатывающая промышленность 0,845 Производство и распределение электроэнергии, газа и воды 0,096 Итого 4,483 Внутреннее освещение разбивается на освещение производственных помещений и административно-бытовых. Расчет количества светоточек производится по выражению, аналогичному (1). Для производственных помещений принято [7]: ч, кВт. Для административно-бытовых принято люминесцентное освещение [7]: ч, кВт. В табл. 4 приведены результаты расчета количества светоточек производственных и административно-бытовых помещений. В табл. 5 приведены сводные данные по количеству светоточек в промышленности. Таблица 4 Количество светоточек внутреннего освещения в промышленности Отрасли промышленности Доля распределения, % Количество светоточек, млн шт. Производственные помещения Административно-бытовые Производственные помещения Административно-бытовые Добыча полезных ископаемых 50 50 0,273 1,363 Обрабатывающая промышленность 70 30 15,527 33,271 Производство и распределение электроэнергии, газа и воды 95 5 2,405 0,633 Итого 18,204 35,267 Таблица 5 Сводные данные по количеству светоточек в промышленности Отрасли промышленности Кол-во светоточек, млн шт. Всего, млн шт. Наружное освещение Внутреннее освещение Добыча полезных ископаемых 3,543 1,636 5,179 Обрабатывающая промышленность 0,845 48,798 49,643 Производство и распределение электроэнергии, газа и воды 0,096 3,038 3,134 Итого 4,483 53,471 57,956 Строительство. По данным Росстата РФ, в 2013 г. потребление электроэнергии на данный сектор составило 12,293 млрд кВт∙ч. По данным энергетических обследований и экспертных оценок доля на освещение составляет 2 %, или 245,86 млн кВт∙ч; годовое число часов работы системы освещения принимается 5 000 часов, средняя мощность светильников 0,1 кВт. По выражению, аналогичному (1), определяем число светоточек, оно составляет 0,492 млн шт. Мощность системы освещения по данному сектору составляет 49,2 тыс. кВт. Таблица 6 Результаты расчета характеристик систем освещения на транспорте Вид транспорта Потребление электроэнергии, млрд кВт∙ч [6] Доля на освещение, % [6] Потребление электроэнергии на освещение, млрд кВт∙ч Количество светоточек, млн шт. Транспорт - всего, 90,378 в том числе: - железнодорожный с электротягой 44,753 - железнодорожный без электротяги 6,034 7 0,422 1,056 - прочий сухопутный 7,516 7 0,526 1,315 - трамвайный и троллейбусный 2,646 5 0,132 0,331 - метрополитен 2,858 7 0,2 0,333 - перекачка нефти и нефтепродуктов 15,667 2 0,313 0,522 - перекачка газа и продуктов его переработки 10,904 2 0,218 0,363 Итого 90,378 1,811 3,920 Транспорт. По данным Росстата РФ, в 2013 г. потребление электроэнергии по данному сектору составило 90,378 млрд. кВт ч. Средняя мощность светильников принята 0,1 кВт; годовое число часов работы освещения принимается: - железнодорожный без электротяги, прочий сухопутный, трамвайный и троллейбусный виды транспорта - 4000 ч; - метрополитен, перекачка нефти и нефтепродуктов, перекачка газа и продуктов его переработки - 6000 ч. В табл. 6 приведены результаты расчета потребления электроэнергии и количества светоточек на транспорте в 2013 г. Общественный сектор. Он делится на государственный (муниципальный) и частный. Общая площадь государственного и муниципального нежилого фонда составляет[1] 476 889 тыс. кв. м. Общая площадь частного нежилого фонда составляет 250 290 тыс. кв.м. Основным источником внутреннего освещения зданий этого сектора являются люминесцентные лампы. Согласно МГСН 2.01-99 среднюю удельную мощность общего равномерного освещения при люминесцентном освещении можно принять равной 2,5 Вт/м2 при освещенности 100 лк и КПД светильника 100 %. Годовое число часов работы освещения принято 3 600 часов [7]. Средняя мощность источников света принята равной 0,022 кВт. Годовое потребление электроэнергии системой внутреннего освещения определяется по выражению (2) где ,- годовые потребления электроэнергии государственного и частного секторов, которые определяются по выражению, ТВт·ч [3]: (3) где - удельная мощность общего равномерного освещения, Вт/м2; - площадь основных или вспомогательных помещений, м2; - нормируемая освещенность, лк (согласно СП 52.13330.2011 принято 300 лк); - среднее годовое число часов работы освещения, ч; - КПД светильников (принят ; - коэффициент спроса (принят В табл. 7 приведены результаты расчета потребления электроэнергии и количества светоточек в общественном секторе. Таблица 7 Результаты расчета характеристик систем освещения в общественном секторе Вид общественного сектора Годовое потребление электроэнергии, млрд кВт·ч Установленная мощность систем освещения, млн кВт Количество светоточек, млн шт. Государственный и муниципальный 20,846 5,791 263,209 Частный 10,941 3,039 138,142 Итого 31,787 8,830 401,351 Городское и сельское население. По данным Росстата РФ, в 2013 г. потребление электроэнергии по данному сектору составило 140,971 млрд кВт∙ч. Доля на освещение составляет 20 %, что равно 28,194 млрд кВт∙ч. Годовое число часов работы системы освещения принимаем 1200 ч [7], среднюю мощность источников света принимаем 0,04 кВт. По выражению, аналогичному (1), определяем число светоточек, оно составляет 587,379 млн шт. Установленная мощность системы освещения составляет 23,495 млн кВт. Сельское хозяйство. По данным Росстата РФ, в 2013 г. потребление электроэнергии на данный сектор экономики составило 15,286 млрд кВт∙ч. По данным энергетических обследований, доля на освещение составляет 15 %, или 2,293 млрд. кВт∙ч; годовое число часов работы системы освещения принимается 4000 ч, средняя мощность светильников 0,1 кВт. По выражению, аналогичному (1), определяем число светоточек, оно составляет 5,732 млн шт. Мощность системы освещения по данному сектору составит 573,2 тыс. кВт. Наружное освещение. Протяженность освещенных улиц, проездов и набережных в России составляет[2] 335 598 км. Расстояние между опорами уличного освещения - 35-45 м. Средняя мощность светильников - 0,2 кВт. Время работы освещения - 3600 ч в год. Таблица 8 Оценка электропотребления на освещение по секторам экономики в 2013 г. Статьи расходного баланса Годовое потребление на освещение, млрд кВт·ч Установленная мощность освещения, млн кВт Количество светоточек, млн шт. Промышленный сектор 32,723 11,896 57,956 Сельское хозяйство 2,293 0,573 5,732 Строительство 0,246 0,049 0,492 Транспорт 1,811 0,392 3,92 Общественный сектор 31,787 8,830 401,351 Городское и сельское население 28,194 23,495 587,379 Наружное освещение 6,131 1,703 8,390 Итого 103,186 46,9 1065,22 Определяем количество светоточек: млн шт. Суммарная установленная мощность: млн кВт. Годовой объем потребления электроэнергии: млрд. кВт·ч. Оценка суммарного электропотребления и установленного парка светотехнического оборудования в России в 2013 г. приведена в табл. 8. Доля потребления на освещение составила 11,1 % от общего электропотребления. Современные световые технологии позволяют сэкономить около 40 % потребляемой электроэнергии [8], что соответствует 41,3 млрд кВт·ч в год. Верификация результатов. Для оценки корректности полученных результатов (табл. 8) проведено сравнение общего количества светоточек на основании емкости рынка ламп (производство и импорт) в 2013 г. Для этого, зная средний срок службы каждого типа ламп и среднее время их использования в течение года (табл. 9), вычислим интенсивность замены каждого типа ламп: (4) где - срок службы ламп, ч; - среднее время использования ламп в течение года, ч. Таблица 9 Средний срок службы и среднее время использования ламп в течение года Тип ламп Средний срок службы, ч [8] Среднее время использования, ч [7] Лампы накаливания (ЛН) 1000 1400 Галогенные (ГЛН) 2000 2000 Люминесцентные (ЛЛ) 10000 4000 Компактные люминесцентные (КЛЛ) 6000 3000 Светодиодные (СИД) 20000 4000 Натриевые (ДНаТ) 12000 3000 Металлогалогенные (МГЛ) 10000 4000 Ртутные (ДРЛ) 10000 4000 Количество установленных ламп (табл. 10) каждого типа определяется по выражению (5) Таблица 10 Количество установленных ламп* Тип ламп Емкость рынка ламп (производство и импорт), , млн шт. [3] Ки (4) Количество установленных ламп, , млн шт. ЛН 436,4 0,714 311,714 ГЛН 53 1,0 53 ЛЛ 121,7 2,5 302,5 КЛЛ 124,5 2,0 249 СИД 53,9 - 71,04* ДНаТ 2,4 4,0 9,2 МГЛ 1,5 2,5 3,75 ДРЛ 8,7 2,5 21,5 ИТОГО 802,1 1021,704 * В связи со стремительным ростом рынка светодиодного оборудования и достаточно большим сроком его службы количество СИД определялось по динамике изменения рынка СИД в 2011-2014 гг. [3]. Сравнение итоговых результатов расчета (табл. 8 и 10) показывает хорошую сходимость обоих методов расчета количества установленных ламп. Расхождение результатов не превышает 5 %. Заключение Проведены оценки установленного парка источников света и объемов электропотребления как в целом по РФ, так и по всем секторам экономики. Это позволяет организовать постоянный мониторинг энергоэффективности электропотребления на освещение в различных секторах экономики России, более обоснованно разрабатывать планы по разработке и внедрению энергоэффективных источников света.

About the authors

Gennady Ya Vagin

Nizhniy Novgorod State Technical University

(Dr. Sci. (Techn.)), Professor 24, Minina str., Nizhniy Novgorod, 603950, Russian Federation

Evgeny B Solntsev

Nizhniy Novgorod State Technical University

(Ph.D. (Techn.)), Associate Professor 24, Minina str., Nizhniy Novgorod, 603950, Russian Federation

Oleg Yu Malafeev

Nizhniy Novgorod State Technical University

Assistant 24, Minina str., Nizhniy Novgorod, 603950, Russian Federation

References

Supplementary files