Аналіз галузевих трансформацій як передумова формування еколого-економічного механізму розвитку біосферосумісності

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Київський національний університет будівництва і архітектури

Аналіз галузевих трансформацій як передумова формування еколого-економічного механізму розвитку біосферосумісності

Предун К.М.,

кандидат технічних наук, доцент, професор кафедри теплогазопостачання і вентиляції

Анотація

Системи теплопостачання населених пунктів України сьогодні є прикладом неефективного використання паливно-енергетичних ресурсів у державі. Заміна основного палива - природного газу - для потреб інженерних систем будівель і споруд альтернативними породжує низку проблем. Збільшення забруднення навколишнього природного середовища - одна з них. У статті проаналізовано законодавче забезпечення, вимоги чинних в Україні нормативно-правових актів, а також відповідні європейські документи щодо екологічної безпеки виробництва теплоти. Розвинуто існуючі методи щодо енергетичної сертифікації житлових будинків шляхом запровадження показників, що характеризують максимальні питомі викиди забруднювальних речовин і парникових газів в атмосферне повітря. Виконано порівняльний аналіз фізико-хімічних властивостей палив, впливу продуктів їх спалювання на довкілля.

Ключові слова: система теплопостачання, енергоефек - тивність, природний газ, альтернативні палива, фізико-хімічні властивості палив, забруднювальні речовини, парникові гази, викиди в атмосферу, податкові зобов'язання.

Аннотация

Системы теплоснабжения населенных пунктов Украины сегодня являются примером неэффективного использования топливно-энергетических ресурсов в государстве. Замена основного топлива - природного газа - для нужд инженерных систем зданий и сооружений альтернативными порождает ряд проблем. Увеличение загрязнения окружающей природной среды - одна из них. В статье проанализированы законодательное обеспечение, требования действующих в Украине нормативно-правовых актов, а также соответствующие европейские документы по экологической безопасности генерации тепла. Развиты существующие методы энергетической сертификации жилых домов путем введения показателей, характеризующих максимальные удельные выбросы загрязняющих веществ и парниковых газов в атмосферный воздух. Выполнен сравнительный анализ физико-химических свойств топлив, влияния продуктов их сжигания на окружающую среду.

Ключевые слова: система теплоснабжения, энергоэффективность, природный газ, альтернативные топлива, физико-химические свойства топлив, загрязняющие вещества, парниковые газы, выбросы в атмосферу, налоговые обязательства.

Annotation

Analysis of industrial transformation as a prerequisites for the formation of the ecological-economic mechanism of biosphere composition development

Predun Kostiantyn

PhD in Technical Sciences, associate Professor, Professor of the Department of Heat and Gas Supply and Ventilation Kyiv National University of Construction and Architecture

District heating systems in Ukraine today are an example of inefficient use of fuel and energy resources in the country. Considerable saving of local budgets in the conditions of decentralization of public administration due to replacement of the main fuel - natural gas - for the needs of district heating systems with alternative ones causes a number of problems. Increasing environmental pollution is one of them. The article analyzes the legislative support, the requirements of the regulations in force in Ukraine, as well as the corresponding European documents on the ecological safety of heat production. However, a more important aspect remains the efficiency of the use of any fuel by end-users, including engineering systems for buildings and structures for various purposes. Existing energy certification methods for residential buildings are complemented by indicators that characterize the maximum specific emissions of pollutants and greenhouse gases into the atmosphere. The «thermal» pollution of the environment by combustion products for the energy needs of a residential 1-storey building located in the I temperature zone of Ukraine is investigated. The heat source is an autonomous boiler. The following fuels were selected for analysis - traditional natural gas and coal, alternative: agricultural and wood waste pellets, local: peat. A comparative analysis of the physicochemical properties of fuels and the impact of their combustion products on the environment is conducted. Of all the possible ingredients, the biggest environmental damage is carbon dioxide - both in terms of revenue and tax. The influence of changes in the tax legislation on payment for pollutant and greenhouse gas emissions into the atmosphere on the priority of the use of different fuels for heat supply needs is investigated. For example, in 2020, sunflower husk ranks second after natural gas, ahead of wood pellets. This fact is gaining considerable weight as Ukraine is one of the largest producers of sunflower oil in the world. Accordingly, recycling or safe disposal of waste is also a top priority for agricultural production.

Key words: heat supply system, boiler, energy efficiency, natural gas, alternative fuels, physicochemical properties of fuels, pollutants, greenhouse gases, atmospheric emissions, taxes on emissions into the atmosphere.

Основна частина

Постановка проблеми у загальному вигляді та її зв'язок із важливими науковими чи практичними завданнями. Житлово-комунальне господарство України є значним споживачем паливно-енергетичних ресурсів (ПЕР) у державі. Водночас галузь залишається найбільш не реформованою серед інших.

Загалом на одиницю валового внутрішнього продукту (ВВП) Україна витрачає у декілька разів більше ПЕР порівняно із середньосвіто - вим значенням, не кажучи вже про країни ЄС. Стосовно інженерного обладнання будівель і споруд, то, наприклад, питомі витрати теплоти для потреб опалення існуючих житлових будинків у 2,5-4 рази перевищують аналогічні показники для країн із подібним кліматом. У 2014 р. між Україною та ЄС укладено Угоду про асоціацію [1]. Вона передбачає у тому числі імплементацію європейського законодавства у сфері енергозбереження та енергоефективності. Основні положення викладено у Директиві Європейського Парламенту та Ради 2012/27/EU «Про енергоефективність» [2]. На її підставі Верховною Радою України розроблено та ухвалено низку законів, зокрема «Про енергетичну ефективність будівель» [3], «Про альтернативні джерела енергії» [4], «Про охорону навколишнього природного середовища» [5] тощо. Своєю чергою, Кабінет Міністрів запропонував чіткі заходи щодо практичної реалізації вимог чинного законодавства. Прийнято Енергетичну стратегію України на період до 2035 р. [6], необхідні нормативно-правові акти (ДБН і ДСТУ), які гармонізовані з відповідними європейськими. Вимоги цих документів передбачають підготовку та формування заходів з ефективного виробництва, трансформації, транспортування, переробки та споживання енергії, формування конкурентних та прозорих ринків електричної та теплової енергії, природного газу тощо.

Водночас реалізація пропонованих заходів запобігає збільшенню теплового «забруднення» довкілля за рахунок зменшення викидів забруднювальних речовин і парникових газів в атмосферне повітря. Тобто забезпечується виконання зобов'язань України у досягненні цілей Паризької кліматичної угоди, Кіотського протоколу і Рамкової конвенції ООН про зміну клімату [7; 8].

Таким чином, нині екологічні проблеми стоять в одному ряду з економіко-енергетичними та мають загальний характер, їх розв'язання потребує пошуку нових методів і підходів до їх вирішення. Одним із таких є поняття «зелене будівництво», яке дедалі більше застосовується і в українських реаліях.

Аналіз останніх досліджень і публікацій, в яких започатковано розв'язання даної проблеми і на які спирається автор. Словосполучення «зелене будівництво», а також тотожні терміни «екологічне будівництво», «стійке будівництво», екодевелопмент тощо виникли у 70-ті роки минулого століття у США і країнах Євросоюзу у зв'язку з першою енергетичною кризою [9]. Сьогодні зростаючий рівень забруднення довкілля, глобальне потепління і необхідність економного споживання вичерпних органічних палив стали головними чинниками подальшого розвитку «зеленого будівництва».

Дослідженню проблем скорочення споживання енергетичних ресурсів, використання альтернативних джерел енергії та палив, зниження шкідливих впливів на навколишнє середовище під час забезпечення комфортного середовища проживання людини присвячено наукові праці таких учених, як: В.П. Абдул, І.О. Башмаков, О.В. Бондар-Підгурська, Б.М. Данилишин, В.С. Загорський, М.З. Згуровський, І.А. Мамлигін, О.О. Трофименко, Д.О. Чернишов, В. Зобек, П. Евейяр та ін.

Сертифікація, або рейтингова оцінка об'єкта нерухомості, є одним із практичних інструментаріїв екодевелопменту. Вона враховує різні критерії, які дають можливість оцінити енергоресурсоефективність будівлі, рівень її екологічної безпеки тощо. Наприклад, британська система сертифікації BREEAM, розроблена у 1990 р. та одна з найбільш уживаних у світі, враховує 10 критеріїв [10]. Із можливих 112 кредитів, які впливають на оцінку, 47 характеризують енергоспоживання, можливість улаштування альтернативних джерел енергії, скорочення та контроль викидів парникових газів, забезпечення здоров'я людини та екологічне благополуччя як внутрішнього, так і зовнішнього середовища тощо.

Виділення невирішених раніше частин загальної проблеми, котрим присвячується означена стаття. В Україні для житлових та громадських будівель встановлено сім класів енергетичної ефективності [11]. В основу класифікації покладено рівень відносного відхилення розрахункових та нормативних значень питомих витрат теплової енергії на опалення, охолодження та гаряче водопостачання, вентиляцію, освітлення. Під час сертифікації будівлі враховують, зокрема, і виробництво енергії за допомогою відновлювальних джерел та шляхом когенерації [12]. Водночас показники викидів парникових газів залежно від обсягів первинної енергії практично не використовуються [13].

Аналіз рішень із практичної реалізації заходів, які показали свою дієвість в європейських державах, засвідчує, що деякі з них потребують коректив, оскільки не враховують платоспроможність населення України, існуючий стан її економіки, особливо в частині паливно-енергетичного комплексу та інженерної інфраструктури населених пунктів.

Формулювання цілей статті (постановка завдання). Роботу присвячено дослідженню ефективності заходів із заміни природного газу альтернативними паливами для потреб теплопостачання населених пунктів України, а також оцінці впливу викидів продуктів згоряння в атмосферне повітря на «теплове» забруднення довкілля. Розвинуто існуючі вимоги щодо максимальних значень питомих величин енергопо - треби житлових будинків в одиницях енергії шляхом запровадження аналогічних показників, що характеризують максимальні питомі викиди забруднювальних речовин і парникових газів в атмосферне повітря.

Виклад основного матеріалу дослідження з повним обґрунтуванням отриманих наукових результатів. У структурі споживання ПЕР в Україні за роки незалежності відбулися кардинальні зміни. Спад економіки, її перебудова на ринкові засади посприяли цим процесам [14]. Водночас відбувся ріст цін на енергоносії з орієнтацією на світовий рівень, оскільки раніше вони були штучно заниженими і дотувалися за рахунок інших галузей. Наприклад, у 1991 р. в державі за максимального за всю історію споживання природного газу - 118 млрд м³ - частка населення становила лише 9%, а в 2018 р. за зменшення споживання до 32 млрд м³ - зросла до 34%, тоді як частка промисловості скоротилася до 25% [15; 16] за збільшення виробничо-технологічних витрат до 11,4%. Окрім того, серед усіх органічних палив, які використовуються для потреб теплопостачання населених пунктів, природному газу належить приблизно 70% [17]. Загалом у 2018 р. зі спожитих 32,3 млрд м³ мережного газу для потреб теплової генерації та виробництва електроенергії теплоелектростанціями (ТЕС) було використано відповідно 18,6% та 10,8% блакитного палива. Тобто природний газ є й залишатиметься основним енергоносієм у первинному енергобалансі держави. Водночас природний газ - це найбільш екологічне органічне паливо. Останнім часом відбувається зростання частки альтернативних палив у паливо-енергетичному балансі України.

Проте більш важливим аспектом залишається ефективність використання будь-якого палива кінцевими споживачами, у т. ч. системами інженерного забезпечення будівель і споруд різного призначення.

В основу класифікації будинків за енергетичною ефективністю покладено рівень відносного відхилення розрахункових та нормативних значень питомих витрат теплової енергії на опалення, охолодження, вентиляцію, освітлення та гаряче водопостачання. Наприклад, у табл. 2 вказано максимально допустимі значення річної енергопотреби для 1 м² загальної площі житлового будинку.

Необхідна кількість теплоти може бути отримана за рахунок традиційних джерел - водогрійних котелень, які використовують різноманітні органічні палива, а також альтернативних: теплонасосних установок, вітрових або сонячних електростанцій тощо.

Під час спалювання органічних палив в атмосферне повітря разом із продуктами згоряння надходять:

1) забруднювальні речовин (оксиди азоту NO_x і вуглецю CO, сірчистий ангідрид SO₂ і тверді частки у вигляді золи, сажі тощо);

2) парникові гази (діоксид вуглецю CO₂, метан CH₄, діазоту оксид N₂O).

Прогнозовані викиди забруднювальних речовин (ЗР) і парникових газів (ПГ) обраховують згідно з методикою [19]. Вона базується на використанні показників емісії на основі даних про склад і витрату палива. Показник емісії характеризує масову кількість забруднювальної речовини, яка надходить в атмосферу разом із димовими газами, віднесену до одиниці енергії, що виділяється під час згоряння палива.

Заходи щодо очистки викидів продуктів спалювання в атмосферне повітря у даній роботі не розглядаються.

Як приклад розраховано викиди забруднювальних речовин і парникових газів для питомої енергопотреби житлового одноповерхового будинку, розташованого у І температурній зоні України. Джерелом теплоти виступає автономна водогрійна котельня. Паливо - традиційні природний газ і газове вугілля, альтернативні: гранули з відходів сільськогосподарського виробництва і деревообробки, місцеве: торф.

Податкові зобов'язання за викиди забруднювальних речовин та парникових газів в атмосферне повітря розраховують згідно з вимогами ст. 243 ПКУ-2020 [20] на підставі ставок податку, які вказано в табл. 5.

Результати розрахунків наведено в табл. 6.

Отримані результати розрахунків екологічних показників, які характеризують енергетичні потреби одноповерхового житлового будинку можуть бути інтерпольовані для будинків іншої поверховості.

Таблиця 1 Фізико-хімічні властивості палив [18]