Руководство по энергетической статистике (МАЭ) - часть 13

Энергетический баланс

Почему необходим энергетический баланс?

Представление энергетической статистики в натуральных единицах в виде продуктовых балансов от поставки до потребления энергетических продуктов обеспечивает контроль полноты данных и предоставляет простые средства сбора основных статистических данных по каждому продукту, что способствует простому получению ключевых данных. Однако, поскольку различные виды топлива приобретаются главным образом из-за их способности производить тепло и они могут быть преобразованы в различные топливные продукты, то полезно представлять данные по поставкам и использованию также в единицах энергии. Принятый формат назван энергетическим балансом и он позволяет пользователям отслеживать эффективность преобразования энергии и относительную важность поставок различных видов топлива, являющихся вкладом в развитие экономики.

Энергетический баланс является естественным базовым элементом для создания различных производных показателей потребления энергии (например, потребление на душу населения или на единицу валового внутреннего продукта] и эффективности ее использования. Статистики также используют энергетический баланс как высококачественный проверочный инструмент точности данных, поскольку явный избыток энергии в процессах преобразования или значительные потери свидетельствуют о проблемах с отчетными данными.
Продуктовые балансы
Продуктовый баланс и его основные составляющие подробно описаны в Разделе 9 "В каком виде представлены данные об энергии?' Главы 1 "Основные положения". Продуктовые балансы должны формироваться на национальном уровне для каждого используемого энергетического продукта, как бы мал ни был его объем, и даже если некоторые продукты объединяют для производственных потребностей. Продуктовые балансы должны рассматриваться как краеугольные камни национальной энергетической статистики и ценные инструменты учета, используемые для построения энергетического баланса и формирования агрегированных данных более высокого порядка. Они также свидетельствуют о качестве данных, для оценки чего служит информация, отображаемая в графе "Статистические расхождения".

Национальным статистикам необходимо анализировать значительные статистические расхождения, чтобы установить, какие данные являются ошибочными или неполными. К сожалению, не всегда есть возможность скорректировать исходные данные, и в этом случае статистическое расхождение не следует подгонять, а сохранять его в первоначальном виде, чтобы можно было видеть размеры проблемы.

Решение о том, нужно ли обсуждать с отчитывающимися организациями причину статистического расхождения, является вопросом оценки его величины. Значения расхождений, которые можно считать допустимыми, зависят от объема поставок продукта. По поставкам основных продуктов, таким, как природный газ или электроэнергия, должны быть приняты меры, чтобы удерживать статистические расхождения на уровне, не превышающем 1%. С другой стороны, для менее значимых продуктов, как, например, смолы и масла из коксовых печей, ошибка в 10% может считаться допустимой.

Когда по отчетным данным, полученным статистиками, создается продуктовый баланс, то может оказаться, что статистическое расхождение равно нулю (сведенный баланс]. Эта, несомненно, идеальная ситуация должна считаться подозрительной, поскольку почти во всех случаях она указывает на то, что какая-то другая статистическая величина в балансе была подогнана с целью сведения баланса. Обычно такое случается, если все данные получены от одной подотчетной организации (например: нефтеперерабатывающего завода или предприятия черной металлургии], у которой имеются все данные для составления баланса и, следовательно, она в состоянии подогнать цифры, чтобы свести баланс. Для информации и оценки проблем с отчетными статистическими данными, которые возникли на рассматриваемом предприятии, статистик должен установить, какой элемент либо элементы были подогнаны для сведения баланса.

Энергетические балансы

Очень важно формировать энергетические балансы из продуктовых балансов. Это необходимо как для последующей проверки данных, так и для того, чтобы дать потребителям возможность найти важные взаимосвязи между данными, которые скрыты в продуктовых балансах.

Превращение продуктовых балансов в энергетический баланс схематически показано на Рис. 7.1.

Рис. 7.1. • Разработка энергетического баланса

Первым шагом является пересчет в продуктовых балансах значений, выраженных в натуральных единицах, в выбранные единицы энергии путем умножения на соответствующий коэффициент пересчета для каждого значения, выраженного в натуральных единицах. Ведущие международные энергетические организации, такие как Международное энергетическое агентство (МЭА] и Евростат, используют для своих балансов в качестве единицы энергии тонну нефтяного эквивалента (ТНЭ], которая определяется следующим образом: 1 ТНЭ = 41,868 ГДж (см. Приложение 3, где рассмотрены единицы измерения и коэффициенты пересчета]. Во многих странах в национальном энергетическом балансе в качестве единицы измерения используется тераджоуль.

Операция переформатирования состоит в расположении пересчитанных продуктовых балансов один рядом с другим, переносе определенных строк и применении правила изменения знаков в секторе преобразования. Имеются различные пути, согласно которым организация может представить свои энергетические балансы в зависимости от правил и предпочтений. Например, различия между форматами МЭА и Евростата будут представлены более подробно в конце этой главы.

Установление энергетического значения производства первичной энергии

В Разделе 3 Главы 1 "Основные положения" рассматривается ключевой момент, когда производство первичной энергии подвергается измерению для целей статистического учета и как этот процесс определяет форму первичной энергии для отражения в

энергетических счетах. Например, в качестве формы первичной энергии используется валовое производство электроэнергии гидроэлектростанцией, а не кинетическая энергия падающей воды, поскольку представление кинетической энергии в качестве первичной энергии не выгодно с точки зрения статистики. И хотя ничего не говорится о том, как рассчитывается количество энергии, относимой к первичной энергии, то в данном случае представляется естественным принять количество выработанной электроэнергии в качестве критерия измерения.

Метод частичного замещения

На начальном этапе становления методики составления энергетического баланса для оценки производства первичной энергии использовался метод частичного замещения. При этом методе для производства электроэнергии устанавливалось значение энергетической ценности, равное гипотетическому количеству топлива, которое требуется для выработки такого же количества электроэнергии на тепловых электростанциях с использованием горючего топлива.

Преимуществом этого метода являлось сокращение разброса величины общего объема национальных поставок энергии в зависимости от изменений объема производства первичной электроэнергии в тех странах, где ее существенная часть производилась путем сжигания топлива. Например, в засушливые годы производство электроэнергии на гидроэлектростанциях падает, что должно компенсироваться путем производства соответствующего количества электроэнергии на тепловых электростанциях, использующих произведенное или импортированное для этих целей топливо. Однако, для компенсации падения производства электроэнергии на гидроэлектростанциях необходимо потратить значительно большее количество энергии в виде топлива вследствие низкой эффективности работы тепловых электростанций (обычно значение КПД равно 36%). Этот дисбаланс был преодолен путем замещения данных по производству энергии гидростанциями энергетическим значением, которое приблизительно втрое больше (1/0,36) запаса физической энергии.

Этот подход был отклонен, поскольку не имел большого значения для стран, в которых производство гидроэлектроэнергии являлось основным источником поставки, а также вследствие того, что фактические значения замещаемых величин было сложно определить, т.к. они зависели от предельной эффективности производства электроэнергии. Метод частичного замещения оказывал также негативное влияние на энергетический баланс, поскольку возникали потери при преобразовании, не имеющие физической основы.

Запас физической энергии

В настоящее время одобрен подход, который называется "Метод запаса физической энергии", согласно которому для определения объема производства используется нормальное значение физической энергии в первичной форме. Для первичной электроэнергии это является значением валовой выработки электроэнергии для данного источника. Необходимо проявлять осторожность при определении процентного вклада различных источников в общенациональный объем производства электроэнергии. Поскольку в балансах производства первичной электроэнергии отсутствует процесс преобразования, соответствующие процентные вклады тепловой и первичной электрической энергии невозможно рассчитать на основании метода "поставки топлива". Вместо этого различные вклады должны рассчитываться исходя из различных объемов электроэнергии, выработанных электростанциями, сгруппированными по источникам энергии (уголь, атомная энергия, гидроэнергия и т.д.). В случае выработки электроэнергии из

первичного тепла (атомная и геотермальная энергия], тепло является формой первичной энергии. Поскольку измерение потока тепла, воздействующего на турбину, может оказаться затруднительным, часто используют оценку количества поставленного тепла.

Применение метода запаса "физической энергии"

Производство тепла ядерными реакторами

Оценка теплосодержания пара, выходящего из реактора, используется только в том случае, если фактические значения неизвестны. Страны - члены Евросоюза ежемесячно направляют в Евростат данные о выработке пара атомными станциями. В этом случае оценка не требуется. Страны, не входящие в ЕС, но являющиеся членами МЭА и Европейской экономической комиссии ООН (ЕЭ К], обычно не имеют подобной информации и для этих стран МЭА производит вычисления объема производства первичного тепла атомными станциями, исходя из валового производства электроэнергии и используя тепловой КПД, равный 33%. Как указывается в Разделе 8 Главы 1 "Основные положения", если часть потока, выходящего из реактора, используется для иных целей, нежели производство электроэнергии, то оценочный объем производства первичного тепла должен быть скорректирован путем прибавления этой величины.

Производство геотермального тепла

Первичное тепло из геотермальных источников используется на геотермальных электростанциях и там, где значение поставленного станции количества тепла не измеряется. Здесь также используется аналогичный обратный расчет поставленного тепла. В этом случае, однако, используется значение теплового КПД, равное 10%. Это значение весьма приблизительное и отражает общее количество пара более низкого качества, получаемого из геотермальных источников. Следует подчеркнуть, что если данные по производству пара от геотермальных источников имеются, они должны быть использованы при определении производства геотермального тепла.

Принцип использования пара из ядерных реакторов как формы первичной энергии для целей энергетической статистики имеет важное влияние на любые показатели зависимости от энергопоставок. В соответствии с данным правилом, первичное тепло ядерных реакторов считается местным ресурсом. Однако большинство стран, использующих атомную энергию, импортирует ядерное топливо, и если принять этот факт во внимание, он приведет к увеличению зависимости от поставок энергоносителей из других стран.

Производство и использование электроэнергии на гидроаккумулирующих электростанциях

Электроэнергия на гидроэлектростанциях может производиться с помощью потока воды, забираемой из специальных резервуаров, наполняемых насосными станциями из реки или озера, расположенных на более низком уровне. В гидроаккумулирующих электростанциях (ГАЭС] электроэнергия (получаемая из национальной энергосети] используется в периоды низкого потребления (обычно ночью] для закачивания воды в резервуары, чтобы использовать ее в периоды пиковой нагрузки, когда стоимость электроэнергии выше. Электроэнергии производится меньше, чем используется для закачивания воды в расположенный на более высоком уровне резервуар. Однако процедура является экономически выгодной, если средства, сэкономленные за счет отказа от использования менее эффективных тепловых электростанций, превосходят стоимость производства такого же количества электроэнергии на ГАЭС.

В случае если электроэнергия, необходимая для закачивания воды, вырабатывается с использованием топлива, отображенного в балансе как местное производство или импорт, то любое включение электроэнергии, произведенной ГАЭС, в количество электроэнергии, выработанное с использованием естественного течения реки, приведет к двойному счету величины энергии, произведенной ГАЭС, в "Валовом потреблении внутри страны" (Евростат] или в "Общей поставке первичной энергии" (МЭА]. Следовательно, в энергетическом балансе производство электроэнергии на ГАЭС должно исключаться из объема электроэнергии, производимого на гидроэлектростанциях.

При работе насосов энергия теряется, таким образом, разница между количеством электроэнергии, использованной для закачивания, и количеством электроэнергии, произведенной на ГАЭС, включается в "Потребление в энергетической отрасли" (Евростат] в колонке "Электрическая энергия".

Производство тепла с помощью тепловых насосов............

Сбор данных об использованной тепловыми насосами электроэнергии и о произведенном ими тепле обычно не вызывает проблем, связанных с определением энергетических потоков. Проблемы со сбором данных обычно возникают в том случае, когда делаются попытки обнаружить использование тепловых насосов и ввести отчетность. С другой стороны, представление в энергетическом балансе использованной электроэнергии и поставленного тепла является более сложной задачей, для решения которой разработан упрощенный подход.

Энергия, содержащаяся в выходящем из теплового насоса потоке тепла, является суммой тепловой энергии, отобранной от более холодного источника, и электроэнергии, необходимой для работы насоса. Величина отобранной тепловой энергии может быть оценена путем вычитания величины использованной электроэнергии из величины полной выходящей энергии. Отобранная тепловая энергия считается "новой" теплотой и включается в местное производство тепла. Электроэнергия, использованная для привода насоса, указывается как поставка в процесс преобразования под заголовком "Тепловые насосы". Соответствующее (преобразованное] выходящее количество теплоты (равное поставленной электроэнергии] включается в полное количество выходящей теплоты из тепловых насосов. Таким способом определяется использованная насосами энергия, а их полная выходящая энергия включается в поставки тепла. Следует отметить, что заголовок сектора преобразования "Тепловые насосы" отсутствует в публикуемых балансах, поскольку их доля слишком мала, чтобы показывать отдельной строкой, однако потребленная электроэнергия и произведенное тепло учитываются в балансе МЭА в графе "Прочие преобразования".

Производство доменного газа.........................................

Доменный газ, образующийся при выплавке чугуна в доменных печах, является побочным топливом из этого процесса и потребляется в доменном производстве, где-либо на производственной площадке, а иногда продается сторонним предприятиям. Доменная печь не является устройством, предназначенным для преобразования топлива, однако действует именно так. Чтобы проследить и учесть потоки топлива и энергии, поставки и выпуски доменного производства должны быть поделены между матрицей преобразования и энергетическим сектором. В Разделе 3 Приложения 1 описаны принципы работы доменной печи и представлено руководство по составлению отчетов о производстве и использовании различных видов топлива в доменном производстве.

Отчетность по использованию доменного топлива недавно изменилась. Ранее все виды топлива, используемые в доменной печи, отображались как поставки в процесс преобразования. Затем МЭА применило модель, призванную разделить топливо между сектором преобразования и энергетическим сектором. Это скрыто в публикуемых форматах суммарного баланса, т.к. поставки и выпуски доменной печи находятся в колонке "Уголь".

Отличия между энергетическими балансами Евростат и МЭА

В Разделе 9 Главы 1 показаны отличия между продуктовыми балансами, используемыми МЭА и Евростатом. Основное отличие состоит в отображении производства первичных и вторичных видов топлива. Формат Евростата отражает в строке "производство" продуктовых балансов только первичное (или местное) производство, а производство вторичных энергоносителей внесено в раздел баланса "Выпуск сектора преобразования". При таком подходе нет необходимости в переформатировании балансов. Другими словами, энергетический баланс Евростата идентичен по внешнему виду продуктовому балансу, но выражен в единицах энергии.

С другой стороны, продуктовый баланс МЭА содержит данные о производстве как первичных, так и вторичных энергоносителей, отображенных в строке "производство" продуктовых балансов. Преимуществом такого подхода является идентичное представление всех продуктов, при этом пользователю нет необходимости знать, что информация о производстве размещена в двух местах. Недостатком такого подхода является необходимость переформатирования продуктовых балансов для подготовки энергетического баланса.

Различия в энергетических балансах показаны в Табл. 7.1 и Табл. 7.2 на примере сводных энергетических балансов Испании за 1999 г. Обе международные организации подготовили энергетические балансы, показывающие все продукты, но опубликовали только сводные балансы, чтобы сохранить презентацию в удобной для понимания форме.

Как отмечено выше, энергетический баланс Евростата имеет формат, идентичный формату продуктового баланса, где раздел "преобразование" (иногда называемый “матрицей преобразования") разделен на “поставки" и “выпуски". В “матрице преобразований" все количественные величины положительные. Как и в продуктовом балансе, производство ограничено производством первичных продуктов.

В энергетическом балансе МЭА в строку "производство" входит только местное производство (производство первичных продуктов). Производство вторичных энергетических продуктов появляется как положительная величина в “матрице преобразований" напротив заголовка соответствующей отрасли преобразования. Здесь имеется единая унифицированная “матрица преобразований", охватывающая как поставки, так и выпуски продукции. Это достигается путем присвоения поставкам отрицательного значения. В представленных примерах для Испании поставка сырой нефти (включая сырье) в нефтеперерабатывающую промышленность составляет минус 62,44 миллиона тонн нефтяного эквивалента (МТНЭ), а соответствующий объем выпуска всех нефтепродуктов равен 62,16 МТНЭ. Потери при преобразовании показаны в правой стороне матрицы в колонке "Всего" и представляют собой алгебраическую сумму объемов поставок и выпусков. Это значение потерь является полезным для проверки точности основных данных в продуктовых балансах и коэффициентов пересчета (главным образом, теплотворных способностей), использованных для подготовки энергетического баланса. Небольшие потери (до 0,5%) при нефтепереработке являются допустимыми. Если это значение больше или является положительной величиной (рост преобразования), следует выполнить проверку данных. Потери преобразования при производстве электроэнергии на тепловых электростанциях гораздо больше, поскольку процесс производства электрической энергии с использованием тепловой энергии неэффективен по своей природе.

Соответствующее значение в формате Евростата для сырой нефти и сырья, использованного на нефтеперерабатывающих заводах, составляет 60,95 МТНЭ, а выпуск всех продуктов достигает 60,50 МТНЭ. В этом случае потери преобразования получены вычитанием одного указанного значения из другого (0,45 МТНЭ).

Обе организации расходятся также в трактовке некоторых второстепенных аспектов своих балансов, один из которых заслуживает пояснения здесь.

В балансе каждой из организаций значения из колонки произведенной первичной электроэнергии (например: электроэнергия гидроэлектростанций] должны переноситься в колонку Электрическая энергия баланса так, чтобы ее использование вместе с электроэнергией, произведенной другими способами, могло быть учтено в соответствующих секторах потребления. Как только первичная электроэнергия попадает в национальную энергопередающую систему, она становится неотличимой от электроэнергии, произведенной другими источниками. Как правило, невозможно определить, кем поставлена первичная электроэнергия.

МЭА переносит первичную электроэнергию, вводя ее в “матрицу преобразования" в значении поставки с отрицательным знаком, и точно такое же значение включается в полное производство электроэнергии в колонке “Электроэнергия". В примере для Испании произведенная гидроэлектроэнергия (1,97 МТНЭ] в колонке “Электроэнергия гидроэлектростанций" показана как -1,97 МТНЭ в секторе преобразования. Полное производство электроэнергии 15,30 МТНЭ включает 1,97 МТНЭ первичной электроэнергии.

Евростат использует для такого переноса строку передача. Значение -1 966 тыс. ТНЭ будет показано в строке "Передача колонки "Электроэнергия гидроэлектростанций", а значение *1 966 , появится в строке “Межпродуктовые передачи" в колонке "Электроэнергия гидроэлектростанций" вместе с любыми иными объемами первичной электроэнергии, переданными аналогичным образом (в данном примере это 236 тыс. ТНЭ, выработанных ветряными электростанциями]. Эта передача вносит вклад в полное производство электроэнергии, и ее использование будет включено в данные по потреблению.

Таблица 7.1. • Энергетический баланс Испании, 1999 г. в формате Евростата

содержание .. 11 12 13 14 ..