Проблемы и перспективы преподавания курса «Введение в энергосбережение» в Москве

Мастер-класс

УДК 37.02

А. П. Тимофеев,

О. Ю. Тимофеева

ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРЕПОДАВАНИЯ КУРСА «ВВЕДЕНИЕ В ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ» В МОСКВЕ

Каковы перспективы преподавания нового учебного курса «ВВЕДЕНИЕ В ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ»?

Аннотация. В статье рассматриваются вопросы эффективности системы электроснабжения города Москвы, место указанного курса в системе современного образования и его роль в электросбережении города.

Ключевые слова: энергосбережение, энергетическая стратегия, электропотребление, дефицит энергомощностей, проблемы преподавания курса.

Abstract. The article discusses the effectiveness of energy supply of Moscow and the place of the course in modern education system and its role in power saving of the city.

Index terms: energy saving, energy strategy, power consumption, lack of generating capacity, the problems of teaching the course.

Современное общество потребляет различные виды энергии. С каждым годом объем потребления значительно увеличивается, что приводит к истощению природных ресурсов, усугублению глобальных экологических проблем. В настоящей работе мы остановимся на одном из видов потребляемой энергии - электрической энергии и рассмотрим вопрос целесообразности и обоснованности преподавания отдельного курса «введение в энергосбережение» в школах Москвы.

Электроэнергетика является одной из ведущих отраслей хозяйства, как России, так и любого другого государства мира. От уровня обеспечения страны электрической энергией напрямую зависят темп развития транспорта и промышленности, уровень жизни населения. В настоящий момент электроэнергетический комплекс России, в целом, и столицы, в частности, претерпевает интенсивное реформирование, вызванное необходимостью увеличения генерирующих мощностей и улучшением состояния передающих сетей. Данная реформа базируется на ряде правительственных постановлений и распоряжений. В частности, на «Энергетической стратегии России на период до 2020 года», утвержденной распоряжением Правительства РФ от 28 августа 2003 года № 1234-р. В ходе реализации данной реформы, с учетом уже полученных результатов была подготовлена новая «Энергетическая стратегия России на период до 2030 года», утвержденная распоряжением Правительства РФ от 13 ноября 2009 года № 1715-р.

Реформы в электроэнергетическом комплексе страны и Москвы в основном вызваны двумя причинами:

1-недостаточностью мощностей генерирующих станций;

2-значительной изношенностью коммуникаций и передающего оборудования.

Остановимся на этих причинах более подробно.

Производство электроэнергии в России осуществляется тепловыми электростанциям (угольными и газовыми), а также гидро - и атомными электростанциями (рис. 1) совокупной установленной мощностью около 212 ГВт. При этом на долю тепловых электростанций приходится чуть менее 70% общего объема производства. Необходимо отметить относительно низкую эффективность, наиболее широко применяемых в РФ тепловых станций. Использование альтернативных источников энергии в РФ осуществляется в объемах близких к 2,5%. Аналогичная ситуация характерна и для элетроэнергетического комплекса Москвы.

В целом, за 2009 год в отрасли отметился общий спад в производстве электроэнергии, вызванный, с одной стороны, спадом промышленного производства (уменьшением спроса на электрическую энергию со стороны главных потребителей - промышленности и транспорта), с другой - значительной изношенностью генерирующих мощностей. Последнее является наиболее весомой причиной в спаде производства.

По оперативным данным ОАО «СО ЕЭС» (системный оператор Единой энергетической системы), потре-

Эффективность 38%

34%

35%

95%

17,7%

11.0% 21.0%

Тмп

электростанций. 47.8%

структра.............

Газовые Угольные Ядерные Гидро

Рис. 1. Типы электростанций РФ и их эффективность.

66

Инновационные проекты и программы в образовании 2011/4

Мастер-класс

бление электроэнергии в Единой энергосистеме России в 2009 году составило 942,8 млрд. кВт*ч, что на 4,7% меньше объема потребления в 2008 году. Образовавшийся спад потребления есть следствие мирового экономического кризиса, который вполне успешно преодолевается как в России, так и в мировом сообществе. В связи с этим по официальным данным ожидается значительное увеличение потребления электрической энергии в России и Москве на период до 2020 года. Темп прироста объемов потребления по пессимистическим расчетам может достигать до 4% в год («схема и программа развития единой энергетической системы России (2010-2016)»). По самым оптимистичным прогнозам за период с 2000 по 2020 годы объем потребления электрической энергии может возрасти почти на 100% (рис. 2). Аналогичная ситуация прогнозируется и в столице.

Прогнозируемый рост электропотребления происходит на фоне значительного износа оборудования в отрасли. Износ генерирующих мощностей в производстве электроэнергии уже составляет около 60%; 70-80% в производстве тепла. В результате использования морально и физически устаревших сетей потери при передаче электроэнергии составляют до 13%,

в Москве в мае 2005 года из-за общей перегруженности энергосистемы. Аналогичные системные нарушения возникли в энергосистеме столичного региона и в декабре 2010 года.

Частично возникший дефицит энергии в Москве компенсировался за счет мобилизации дополнительных мощностей теплоэлектростанций ОАО «Мосэнерго», однако повышение выработки электроэнергии удовлетворяет лишь сиюминутные потребности, в дальнейшем неизбежно вызывает преждевременный износ генерирующих мощностей, что приведет к необходимости дополнительных инвестиций в отрасль.

Кардинально решить сложившуюся проблему возможно только путем введения в эксплуатацию новых генерирующих мощностей. Строящиеся в Москве газотурбинные электростанции «Терешково» (Солнцево) и «Кожухово» (Ново-Косино), призваны несколько снизить имеющийся дефицит энергомощностей Москвы. Это могли бы быть вполне современные станции с КПД более 50% (что достаточно весомо для станций подобного типа, отечественные газовые ТЭС имеют КПД на уровне 35-38% (рис. 1)). Так же следует подчеркнуть, что, строящиеся в Москве новые станции оснащаются турбинами производства

Рис. 2. Прогноз электропотребления в России, 2010-2016 годы.

(Схема и программа развития единой энергетической системы России (2010-2016).

Сайт Минэнерго РФ.)

в передаче тепла - 20% (по данным «энергетической стратегии России на период до 2030 года»).

Для удовлетворения потребности отечественного рынка в электроэнергии необходимо ежегодно вводить в строй значительные генерирующие мощности. Это, несомненно, требует не менее значительных капитальных вложений в отрасль. С учетом необходимости реконструкции морально и физически устаревших генерирующих мощностей и линий объемы финансовых инвестиций возрастают многократно.

Таким образом, очевиден дефицит энергомощностей и на уровне г. Москвы, который к осенне-зимнему периоду 2005/2006 годов составил более 4 ГВт или около 30% потребления! Подтверждением насущности сложившейся ситуации стал блэкаут, случившийся

General Electric, что еще раз определяет неспособность отечественной промышленности удовлетворить имеющийся на внутреннем рынке спрос по данному виду оборудования. К сожалению, в ближайшее время они не смогут вступить в строй. Из-за финансовых и правовых разногласий между инвесторами и строительными организациями ввод в эксплуатацию новых станций откладывается на неопределенный срок.

Другой не менее важной проблемой электроэнергетики столичного региона являются потери электроэнергии при ее транспортировке от производителя к потребителю, которые в настоящий момент составляют более 10% от объема произведенной энергии (табл. 1)!

Инновационные проекты и программы в образовании 2011/4

67

Мастер-класс

Таблица 1

Сведения о потерях электрической энергии по ОАО «МОЭСК» за 2008 год

Компания в целом 2008 г. факт 2008 г. норматив

Отпуск в сеть, млн. кВт/ч 81855,3 83104,3

Потери, млн. кВт/ч 9044,2 9609,6

Потери.% 11,05 11,56

Москва

Отпуск в сеть, млн. кВт/ч 42763,1 43617,9

Потери, млн. кВт/ч 4917,2 5147,6

Потери.% 11,50 11,80

Московская область

Отпуск в сеть, млн. кВт/ч 39116,7 39486,4

Потери, млн. кВт/ч 4127,0 4462,0

Потери.% 10,55 11,30

На протяжении длительного времени эволюции общества уровень производства и потребления энергии в нем тесно связан с темпом экономического разви-

тия страны. Ведущую роль в обществе при этом играет электроэнергия - самая универсальная и удобная для использования форма энергии. Если потребление любых других видов энергии в мире увеличивается в 2 раза примерно за 25 лет, то увеличение потребления электроэнергии в 2 раза происходит в среднем за 10 лет. Это означает, что все больше и больше процессов, связанных с расходованием энергоресурсов, переводится на электроэнергию.

Главным потребителем электроэнергии в мире и России является промышленность, на долю которой приходится около 70% производимой электроэнергии. Другим крупным потребителем является транспорт. На долю бытового потребления электрической энергии в России в настоящий момент приходится 11-12% от общего объема производства (рис. 3).

Среднестатистический житель России потребляет для своих нужд при централизованном электроснабжении менее 1000 кВт/час электроэнергии в год (рис. 4). В экономической и социальной развитой Мо-

Рис. 3. Динамика бытового электропотребления в России:  - бытовое электропотребление; -♦- доля быта в общем электропотреблении,%.

Рис. 4. Сравнение душевого электропотребления в секторе домашних хозяйств в некоторых странах мира (2006).

68

Инновационные проекты и программы в образовании 2011/4

Мастер-класс

Таблица 2

Пиковая нагрузка на жилище семьи из трех человек, проживающей в 2-х комнатной квартире с газовой плитой

Объекты потребления 1980 год

Освещение 6 ламп по 100 ватт. 600 Освещение - энергосберегающие лампы 8 шт. по 25 ватт

Телевизор 150 Телевизор 100

Холодильник 200 Холодильник 300

Стиральная машина 300 Стиральная машина 2200

Пылесос 800 Пылесос 1700

Музыкальный центр 150 Компьютер 500

Утюг 1000 Электрочайник 2000

Микроволновая печь 1500

Утюг 2200

Итого 3200 Итого 10700

Освещение в% к итогу 18,75 Освещение в% к итогу 1,87*

* при использовании энергосберегающих ламп; ** при использовании ламп накаливания.

скве этот показатель несколько выше и составляет 1000-1200 кВт/час. Не смотря на это, по показателю душевого потребления электрической энергии Россия и Москва значительно отстают от ведущих стран мира (рис. 4). Это еще раз подтверждает низкую эффективность отечественной экономики и ее значительную отсталость.

Несмотря на все имеющиеся системные проблемы, объемы потребления электрической энергии в жилом секторе ежегодно увеличиваются за счет использования в бытовых целях большого числа различных энергоемких приборов (табл. 2).

Во-первых, следует обратить внимание на проблему не подготовленности большинства старых, построенных до 1990-х годов квартир, к такому высокому пиковому объему потребления электрической энергии. По расчетам большинство квартир рассчитано на нагрузку - 220 В х 6 А = 1320 Вт. В большинстве квартир существуют отдельно выделение линий освещения, питания бытовых электроприборов. На одну квартиру в стандартном пятиэтажном доме выделяется 4 линии. Таким образом, максимальная допустимая пиковая нагрузка на квартиру составляет 5280 Вт. Для уровня жизни 1980 года этого было вполне достаточно (табл. 2). На рубеже начала 21 века предельная расчетная (пиковая) нагрузка на одну квартиру превышает предельно допустимую в 2-3 раза!

С учетом изношенной изоляции на проводах, плохого состояния предохранительных механизмов объем пикового потребления электрической энергии может привести к возникновению пожаров в отдельных квартирах. На следующей ступени - к выключению предохранительных элементов, обслуживающих дом, микрорайон. Как это уже было летом 2005 года. В настоящий момент это не происходит в массовом масштабе только по одной причине - в жилом секторе одномоментно не включаются все электроприборы. С увеличением их общего количества вероятность перегрузки подводящей сети многократно возрастает. Данная основополагающая проблема в настоящее время никак не решается.

Во-вторых, объем энергопотребления освещением за последние 30 лет практически не изменился (при использовании ламп накаливания) и значительно снизился (при использовании ламп нового поколения). При этом доля освещения в общем энергопотреблении жилища за исследуемый период значительно сократилась.(В 10 раз при использовании энергосберегающих ламп и в 2,5 раза - при использовании обычных ламп накаливания.) Современные государственные и городские программы по повышению энергоэффективности жилого сектора касаются весьма не значительного объема электропотребления при пиковой и обычной нагрузке на индивидуальное жилище. Отдельно следует об-

Инновационные проекты и программы в образовании 2011/4

69

Мастер-класс

ратить внимание на низкий (ниже санитарных норм) уровень освещенности многих жилищ отдельными категориями потребителей. Особенно часто это отмечается в сельской местности. Что в конечном итоге негативно сказывается на состоянии здоровья населения страны.

В-третьих, в настоящий момент даже в Москве отмечается низкое качество предоставляемой населению электрической энергии. Для бытового обслуживания населения принято считать нормальным напряжение 220 В, при частоте тока 50-60 Гц. Согласно ГОСТ 13109-97 «Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения общего назначения» регламентируются допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения соответственно +-5 и 10% от номинального напряжения электрической сети. Нормально допустимое и предельно допустимое значение отклонения частоты составляют +-0,2 и 0,4% соответственно. В период интенсивной загрузки (утро и вечер) электросети напряжение в Москве и, особенно, в других регионах РФ может снижаться до 150 В и даже ниже. Так же отмечаются резкие скачки напряжения вверх. 31 мая 2001 года резкий скачек напряжения привел к пожару в жилом доме в ЮВАО Москвы (NEWSru.com). Это так же часто приводит к выходу из строя современных электробытовых приборов.

Таким образом в Москве и России сложился целый ряд серьезных структурных проблем в электроэнергетическом комплексе, которые не находят системного решения в современной действительности.

Потребление электрической энергии характеризует общий экономический уровень развития страны.

Интересным и не менее важным показателем эффективности развития экономики любой страны и России, в том числе, является сопоставление объема ВВП с потребляемой электроэнергией, расходуемой на его производство. В этом случае формируется показатель электроемкости ВВП. Это показатель позволяет оценить, насколько эффективно используется электрическая энергия в промышленном производстве - основном потребителе электрической энергии в стране. На каждый доллар, вложенный в производство продукции в России, тратится в 3 раза больше электрической энергии, чем в США и в 5 раз больше, чем в Германии, Франции, Японии. Особенно значительно (до 30%) в России возросли энергетические затраты при промышленном производстве в 90-е годы 20 века. В настоящий момент наметилась тенденция к их снижению. В целом, приведенные данные, говорят о весьма низкой энергоэффективности именно промышленного производства в стране.

Таким образом, следует признать, что в России средний душевой расход электроэнергии в быту пока еще достаточно низок (в сравнении с ведущими странами мира). Необходимо констатировать, что по мере роста доходов населения он будет расти за счет роста уровня освещенности жилищ, насыщенности их новыми электроприборами и др. Необходимо также признать крайне низкую электро-

эффективность отечественной промышленности и транспорта, системные проблемы в энергетической отрасли России.

Поэтому удовлетворение растущего спроса населения на электроэнергию в РФ должно сдерживаться повышением эффективности ее использования в различных бытовых приборах (под этим необходимо понимать создание принципиально новых образцов техники на государственном уровне - более энергоэффективных) - при этом следует управлять спросом, а не ограничивать его принудительно! Это вызвано тем, что процесс производства и потребления энергии является непрерывным, поскольку выработанную энергию нельзя накопить в больших количествах. В настоящий момент технически и технологически накопление электрической энергии в значительных объемах не возможно.

Ниже необходимо остановиться непосредственно на некоторых проблемах преподавания нового курса «введение в энергосбережение» в г. Москва.

Во-первых, он напрямую касается учащихся образовательных учреждений Москвы, в меньшей степени - членов их семей. Другими словами - охватывает бытовой сектор потребления, или не более 12% потребления электроэнергии в городе. Исходя из этого, можно усомниться в экономическом эффекте от преподавания данного курса в школах. (Аналогично экономическому эффекту от перевода стрелок часов на зимнее и летнее время соответственно. В настоящий момент на государственном уровне по этому вопросу принято однозначное решение.) Поскольку не в каждой семье есть учащиеся школ, которым будет преподаваться этот курс. И далеко не каждый родитель с первого раза воспримет и захочет в принципе осмыслить получаемую информацию по энергосбережению (особенно в условиях развивающихся капиталистических отношений).

Во-вторых, в рамках повышения электроэффективности жилищ в первую очередь внимание обращается на замену традиционных ламп накапливания на энергосберегающие. Этот процесс вызывает ряд вопросов. Первое - в своем большинстве энергосберегающие лампы иностранного производства. Значит, отечественный потребитель, приобретая их, поддерживает зарубежных производителей. При этом отечественная промышленность не развивается. Этот вопрос должен был быть решен на государственном уровне до объявления настоящей программы. Второе - утилизация использованных ламп. В Москве и в России в целом данный вопрос далеко не решенный. Многие коммерческие структуры Москвы, утилизирующие подобные отходы, требуют оплаты услуг. Человек, купивший энергосберегающую лампу, должен еще и заплатить за ее утилизацию или потратить время на посещение бесплатного пункта приема, который бесплатный лишь внешне - существует на средства налогоплательщиков, т. е. нас с вами. Значит, большая часть населения (не обладающая достаточной экологической культурой) начнет утилизировать их традиционным способом - на полигоны ТБО. В конечном итоге это

70

Инновационные проекты и программы в образовании 2011/4

Мастер-класс

приведет к загрязнению территорий токсичными металлами, в том числе и ртутью. Таким образом, Россия, вполне сознательно массово переходя на использование люминесцентных ламп в быту, создает себе возможную экологическую катастрофу в ближайшем (3-5 лет) будущем. Третье - экономия электроэнергии в быту без ввода в эксплуатацию новых генерирующих мощностей лишь на время снизит дефицит энергии в Москве и России, но не решит проблему в корне. Через некоторое количество лет она встанет еще более остро. Четвертое - вызывает опасение, что решение выше названных проблем в очередной раз перекладывается на плечи населения страны, которое в последнее время пережило весьма значительные потрясения - экономические реформы 80-90 годов 20 века, дефолт и т. п. О коренном реформировании основных потребителей электроэнергии речи нет, поскольку это требует колоссальных капиталовложений и преобразования всей структуры промышленности.

В-третьих, необходимо хотя бы поверхностно оценить затраты на создание нового курса и его ведение в образовательных учреждениях. Они будут складываться из оплаты со стороны бюджета РФ или Москвы следующих основных статей расходов:

1 - предварительная работа инициативной группы (лаборатории или отдела) по созданию курса;

2 - организация пилотного проекта курса;

3 - опрабация курса в базовых ОУ;

4 - издание базового учебного пособия для учащихся;

5 - издание методической и справочной литературы для учителя и ученика, создание системы электронной поддержки курса, печать наглядных плакатов;

6 - доработка курса, внесение изменений в учебные и другие пособия;

7 - оплата работы педагогического коллектива образовательных учреждений, ведущих непосредственное преподавание;

8 - создание в Москве системы пропаганды энергосбережения через различные формы взаимодействия общественности (организация и проведение круглых столов, форумов и т. п.).

Ориентировочная стоимость затрат может по предварительным данным оцениваться десятками (сотнями) миллионов рублей. Только издание двух учебных пособий («Электроэнергия в нашем доме» и «Учимся быть бережливыми») тиражом в 1500 экз. каждый обошлась бюджету города в сумму около 500000 руб.

Насколько оправданы данные затраты с экономической точки зрения оценить не возможно. Но в любом случае они будут сопоставимы со стоимостью строительства не крупной электростанции. Однако, введение курса в школы ведет к получению средств бюджета определенными кругами без обязательной их отдачи и возможности получения объективного результата работы. Вложения же в строительство и модернизацию предполагают получение вполне конкретного результата, как во времени, так и по содержанию.

В-четвертых, введение нового курса (пусть и не значительного объема по часам) приведет к еще большей загруженности современных школьников. При переходе на профильное образование в старших классах данный курс не всегда впишется в комплекс профильных предметов, выбираемых учащимися, и будет востребован потребителем. Особенно это актуально при переходе на новые образовательные стандарты. Вполне возможно, разработчики и заказчики настоящего курса не учитывали грядущих перемен в системе столичного образования и работали над созданием курса на 1-2 года.

В итоге необходимо сформулировать основные выводы:

1 - электроэнергетический комплекс Москвы и России переживает серьезные проблемы, связанные с дефицитом генерирующих мощностей;

2 - вопрос замены ламп накаливания на энергосбе-

регающие не продуман как с экономической, так и экологической точек зрения;

3 - введение нового образовательного курса в шко-

лы города в современных социально-экономических условиях не обоснован.

Литература

1. Антонов Н. В. Анализ различий в бытовом электропотреблении России и США // Известия РАН. Энергетика. 1995. - № 4. - С. 94-102.

2. Антонов Н. В., Усиевич В. А. Оценка потребления электроэнергии в быту для внедрения ступенчатых тарифов // Энергетик. 1995. № 5. - С. 10-12.

3. Кучеров Ю. Н. Единая энергетическая система России // Наука и жизнь. -2006. - № 3. - С.36-42

4. Полянина Л. // Электрика. - 2010. - № 7.- С. 3-9.

5. Схема и программа развития единой энергетической системы России (2010-2016). Сайт Минэнерго РФ.

6. Федеральный закон от 23 ноября 2009 г. N 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации»

7. Михайлова В. В. Интеграция школьных дисциплин в процессе преподавания литературы как средство повышения коммуникативной компетенции обучающихся // Эксперимент и инновации в школе. - 2010. -№ 4

8. Салова О. В. Блочно-модульная технология в преподавании биологии // Инновационные проекты и программы в образовании. - 2009. - № 6.

9. Чащина С. Ю. Творческая деятельность при преподавании природоведения в 5 классе // Эксперимент и инновации в школе.- 2009. - № 4.

10. Винниченко Л. Г. Повышение качества преподавания в начальной школе на уроках с применением ИКТ // Эксперимент и инновации в школе. - 2010. - № 4.

11. Дубровка А. М., Бурдыко Л. В. Педагогические технологии как средство развития информационно-коммуникативных компетенций учащихся в процессе преподавания предметов естественно-научного цикла // Эксперимент и инновации в школе. - 2010. - № 5.

Инновационные проекты и программы в образовании 2011/4

71