Методологические вопросы энергосбережения промышленных узлов на примере металлургического производства

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2003 р. Вип. № 13

УДК 669.005.3

Катаев А. А.,1 Бородецкая О. А.2

МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ УЗЛОВ НА ПРИМЕРЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Исследованы вопросы совершенствования действующей системы планирования, учета и анализа топливно-энергетических ресурсов как программно-целевого средства энергосбережения. Сформированы алгоритмы расчета сквозных расходов топлива и энергии на конечные виды продукции, выполнено их сравнение с промышленно развитыми странами, дана оценка основным направлениям развития технологии и рекомендации по их применению в системе технико-экономических расчетов и анализа.

Действующая методология планирования, учета и нормирования затрат основывается на цеховой системе учета. Показатели расхода топлива и энергии определяются укрупненно, исходя из цеховых и заводских балансов. Такой укрупненный учет и планирование (нормирование) первичных энергоносителей не соответствует современному рыночному и коммерческому характеру многостадийных и много- сортаментных промышленных комплексов, в том числе металлургических предприятий.

Действующая система нормирования и учета первичных энергоносителей не учитывает ряда производственных и режимных факторов энергоемких производств, которые определяют структуру, уровень и динамику энергопотребления. Во-первых, в цехах не учитывается влияние на энергопотребление даже укрупненной номенклатуры вырабатываемой металлопродукции; во-вторых, ее материалоемкость; в-третьих, режим потребления (цикличность, сезонность).

В условиях современного инновационного характера производства нужна адресная (предметная) система учета, планирования и анализа энергопотребления, которая отражала бы не только укрупненные расходы первичных и вторичных энергоносителей, но и по всему производственному циклу (комплексу), то есть по всей вертикали отраслевых, региональных и республиканских структур. Следовательно, кроме существующего учета цеховых (прямых) затрат топлива и энергии нужен комплексный (сквозной) учет и контроль (нормирование) энергозатрат от добычи сырья до выпуска полуфабриката и готовой продукции [1,2 и 3]. Без наличия целевой и предметной системы учета и распределения ресурсов как по горизонтали, так и по вертикали отраслевых структур невозможна рациональная организация сложного энергоемкого производства.

Технологическая эффективность и конкурентоспособность любого производства определяется, прежде всего, материальными и энергетическими затратами, то есть материало- и энергоемкостью конечной продукции в натуральных, тепловых и стоимостных единицах измерения.

В связи с этим апробация и совершенствование методологии расчета сквозных расходов имеет научную и практическую ценность, как первоочередное средство энергосберегающей политики и инновационного менеджмента. Методология расчета этих показателей известна из литературных источников [1и 2]. Однако, она не нашла пока должного применения на уровне цеха, завода и комбината, отрасли и региона из-за объективных и субъективных причин и обстоятельств, в том числе из-за ведомственного монополизма, сложности и невостребованности. Ряд передовых предприятий черной металлургии стран СНГ и особенно отраслевые НИИ РФ уже несколько лет используют сквозные затраты для оценки технологической эффективности энергоемких металлургических комплексов [4, 5 и 10]. Сквозные затраты сырья, топлива и энергии создают возможность оценить коэффициенты использования материальных, энергетических и денежных ресурсов с позиции системного

1 ГТГТУ, канд. экон. наук, доц.

2 ППИ, инж.-програм.

подхода, то есть государственных интересов. В этом случае традиционные показатели эффективности, коэффициент использования топлива, энерго- и материалоемкость, фондо- и трудоемкость изменяются не только количественно, но и структурно, то есть приобретают новую форму и качество.

Целью статьи является проработка и апробация действенной системы учета, нормирования и анализа сквозных (комплексных) затрат топлива и энергии на конечную продукцию, а также выявления внутренних резервов их экономии на примере действующих энерготехнологических комплексов металлургических предприятий и объединений.

Для решения поставленных задач нужна действенная система учета и анализа сквозных технико-экономических показателей, которая адекватно отражала бы натуральные, тепловые и стоимостные расходы топлива и энергии сложных, в т.ч. межотраслевых, энерготехнологических комплексов. Систематический учет этих показателей является важным средством поиска рациональных путей развития и перехода на малоотходные и энергосберегающие схемы производства. К этим показателям относятся сквозные расходы топлива и энергии, сквозная материало- и энергоемкость продукции, сквозная капиталоемкость или фондоемкость, текущие затраты топливно-энергетических ресурсов и доля их в структуре себестоимости промежуточной и конечной продукции, а также резервы их экономии.

Основой расчета сквозных затрат комплекса (региона или отрасли) являются матричные модели, которые представляют систему уравнений производства и потребления ресурсов данным технологическим комплексом [1]. В матричной форме эта система выражается формулой 1:

п

х1=^а1]-х]+у] ,

У=1

где: х^^ - вектор валового потребления 7-го ресурса; х  - объем производства /-го вида продукции; у  - вектор конечной (товарной) продукции;

агу - матрица коэффициентов прямых (цеховых) затрат на единицу продукции.

После математического преобразования матричная модель технологического комплекса, включающего п стадий переработки, принимает вид:

п

•^ЕЛ-7/,

7=1

где: xi - валовой выпуск продукции 7-го ресурса в натуральном выражении или вектор валовых выпусков;

А -у - коэффициенты сквозных удельных затрат /-той продукции на /-ый передел (цех);

V, - товарная продукция в /-том цехе;

Коэффициент сквозных затрат -^у в отличие от цеховых ы ц показывают сколько нужно произвести /-той продукции для выпуска в сферу конечного использования единицы

продукции у-го цеха (отрасли). Схема расчета Ац определяется наличием исходной

информации и целью. Для сравнительного анализа и планирования на ранних стадиях проектирования, когда известны только удельные прямые затраты, сквозные расходы определяют на основе матричных моделей. Для этого предварительно составляют матрицу прямых цеховых расходов всего технологического комплекса (комбинат, регион, отрасль). В ней по строке (/) расписывается потребление каждого ресурса, а по столбцам (/') объемы производства у-го вида продукции для выпуска в конечном итоге единицы готовой продукции.

В результате программного моделирования получается квадратная матрица порядка пхп или система уравнений с п неизвестными. После заполнения ее исходной информацией о расходе материалов и производстве ресурсов образуется «верхняя» треугольная матрица, в

которой все позиции ниже диагонали останутся не заполненными. Расчет коэффициентов сквозных затрат однонаправленного технологического потока выполняется по формуле 3 и начинается от готовой продукции:

к

i=1

где: - коэффициенты затрат/-той продукции на единицу А:-той промежуточной продукции (полуфабрикат);

С¡д - коэффициенты полных затрат к - ой продукции на единицу j-той продукции;

к

^ ejk • ( 'k¡ - потребление ресурсов, в том числе топлива и энергии, в сопряженных

i=i

звеньях комплекса, которое не охвачено действующим цеховым учетом ресурсов (невидимая часть цеховых расходов).

В формуле (3) все исходные данные принимаются на основе цеховых отчетных или плановых калькуляций и технических отчетов о расходах материальных и топливно-

энергетических ресурсов. Элемент C¡g определяется с учетом потребления ресурсов на

собственные нужды, т.е. внутреннего оборота материальных ресурсов. Этот показатель (множитель) определяет полную материалоемкость комплекса, которая в свою очередь влияет на уровень промежуточного (сопряженного) расхода топлива и энергии, а, следовательно, на энергоемкость полуфабрикатов и готовой продукции в целом. Установлено, что в структуре энергоемкости металлопродукции большую часть составляют сопряженные расходы, в то время как технико-экономические оценки нередко выполняются с позиции цеха, а не комплекса в целом

Расчеты показывают, что совокупные расходные коэффициенты топлива в технологическим комплексе «агломерат-чугун-сталь-прокат-труба» составляют в зависимости от марки стали от 1212 до 1246 кг у. т на 1 т магистральных труб, в том числе прямые цеховые расходы в прокатное производство не превышают 122-125 кг у. т или около 10 %, остальные 90 % приходятся на сопряженные расходы (1090-1121 кг у. т). Большая часть расхода котельно-печного топлива (69,8-69,9 %) приходится на доменный процесс, т.е. сопряженные расходы. Структура потребляемых первичных энергоресурсов в стоимостном выражении характеризуется следующими данными, в % от общего расхода топлива и энергии на 1 т труб: уголь 4,5-5,1; 2) кокс - 49,0-50,0; 3) природный газ - 16,6-24,0; 4) коксовый и доменный газ -2,0; 5) электроэнергия - 18,4-27,4.Большая часть первичных энергоносителей приходится на кокс, природный газ и электроэнергию. Аналогичным образом определены сквозные расходы электроэнергии на производство магистральных труб.

Наличие сквозных расходов топлива и энергии создает возможность оценить народнохозяйственную энергоемкость магистральных труб с учетом всей вертикали отраслевых затрат. Она оценивается от 1331 до 1510 кг у. т, в том числе расход электроэнергии в зависимости от способа производства стали и сортамента составляет от 741 до 1180 кВт ч/т. Одновременно установлена структура ее потребления (доля) электроэнергии по каждому металлургическому переделу и в горнодобывающем комплексе, где потребляется значительная часть (42 %) электроэнергии.

Полученные сквозные расходы и их структура сравнивались со среднеотраслевыми по Украине и России и промышленно развитыми странами. Практический интерес представляет сравнение отраслевых расходов по основным составляющим металлошихты и технологического топлива. Они определяют технологическую эффективность металлургического производства и уровень инновационного менеджмента. Сравнение полученных сквозных расходов сырья, топлива, энергии и полуфабрикатов с передовыми странами показывает, что они превышают на 25-60 % [3, 4, 5, 6 и 7]. Это говорит о существенных внутренних резервах экономии железорудного сырья, топлива, прежде всего кокса и природного газа, чугуна и стали. Резервы экономии пока не достаточно используются в

целевых программах и инновационных проектах. Основными причинами существенных потерь сырья, топлива и энергии являются недостаточная технологическая эффективность энергоемких процессов и комплексов:

1) недостаточные объемы внедрения малоотходной технологии производства и разливки стали. Доля прогрессивных способов разливки в Украине и на передовых комбинатах Донбасса не превышает соответственно 20 и 52 %, в то время как на передовых предприятиях России и промышленно развитых странах Запада 86,5 и 96 % [10];

2) нерациональное использование металлургического сырья. Имеют место существенные его потери ресурсов при мартеновском способе производства стали и относительно низкое среднеотраслевое содержание в шихте металлолома. Уровень потребления чугунного и стального лома ниже передовых стран на 25-30 %. Доля мартеновского способа на передовых предприятиях Донбасса более 53 % [6 и 7];

3) нерациональное использование технологического топлива из-за относительно низкого содержания железа в шихте, недостаточной подготовки железорудного сырья, устаревшей технологии загрузки и распределения шихты в доменном производстве [5,6 и 7].

Особый интерес представляет оценка внутренних резервов экономии топлива и энергии с учетом системы сквозных расходов на единицу конечной продукции. Сравнение сквозных расходов металлургического производства Украины и России только по основным составляющим шихты показывает, что имеются существенные внутренние резервы экономии сырья и топлива, которые необходимо использовать в первую очередь как источник пополнения оборотных средств и накопления фондов развития производства для последующей реконструкции и модернизации производства. Снижение производственной себестоимости и годовых издержек производства за счет этих факторов оценивается более 7 % в год.

Оценка сквозных расходов в стоимостном выражении позволяет определить величину внутренних резервов экономии материальных ресурсов и технологического топлива и энергии. Они составляют по самым осторожным расчетам более 2 млрд. грн. в год относительно среднегодовых расходов в РФ. Причем, значительная часть (49,2 %) этих резервов приходится на технологическое топливо (кокс).

Сравнение сквозных расходов металлошихты и особенно технологического топлива стран СНГ с развитыми странами (США, Япония) показывает еще большие неиспользованные возможности в металлургическом производстве. Например, расход кокса в металлургической отрасли Украины превышает среднеотраслевое потребление в США на 252 кг/т или на 48,5% [4 и 5]. Резервы экономии только по этой статье оцениваются не менее 88,2 грн/т на одну тонну готового проката в год, что эквивалентно снижению текущих затрат на основные материалы и энергию не менее, чем на 10-12 %. С другой стороны, наблюдался пониженный среднеотраслевой расход стального лома при относительно небогатой по железу и менее подготовленной металлошихте доменного производства, что обусловило более высокое потребление технологического топлива. Такое соотношение сквозных расходов говорит о недостаточном уровне, прежде всего инновационного менеджмента в материало- и энергоемких цехах металлургического производства и в отраслевых и территориальных управлениях ресурсами [6, 7].

В общем случае внутренние резервы экономии (Д/^,) / -го ресурса /-го

производственно-технологического комплекса сопоставимых вариантов технологии будут определяться разностью коэффициентов сквозных (комплексных) затрат действующей и новой техники и технологии:

^=£4-г/-14-г/.

7=1 7=1

где: Ау и Ау . сквозные удельные расходы материальных и топливно-энергетических ресурсов в натуральных единицах измерения при действующей и новой технологии;

У}- - объемы товарной продукции в натуральных единицах измерения / - го передела (цеха).

Экономия (перерасход) на текущих расходах () оценивается разностью

материальных и энергетических затрат. Перерасчет в стоимостные единицы измерения будет определяться выражением (5):

±АЭ!1=±4-ЦгГ;-±а;-Ц,-Г;,

7=1 7=1

где: Ц! - заготовительная цена / - го ресурса, грн/т.

Экономия капитальных вложений Л/Г , а так же капиталоемкость и фондоемкость старой и новой технологии альтернативных вариантов определяется выражением 6:

,

7=1 7=1

здесь: К^ и /Г" - фондоемкость (удельные капитальные затраты) действующей и новой технологии, грн/т.

Удельные стоимостные показатели в формулах 5 и 6 определяются на основе действующей цеховой отчетности и инновационных (проектных) проработок специализированных отраслевых институтов.

При расчете комплексных показателей использования топлива и энергии в формулу 5 вместо цен подставляются соответствующие тепловые эквиваленты а[ с учетом теплотворной способности каждого энергоносителя [9], то есть:

АЭ = £4.агГ;-£4.аг-Г;

м м

где: - теплотворная способность \ - го энергоносителя в кг у. т или МДж.

Другой очень важный и новый момент необходимости учета сквозных затрат топлива и энергии сложных технологических комплексов - это возможность расчета коэффициентов полезного использования топлива и энергии (Ккомп) не отдельного процесса (цеха), а всего

технологического комплекса как соотношения сквозных расходов (Ау ) в тепловых единицах

измерения базового (теоретического) и расчетного (фактического) вариантов технологии, то есть:

^=

/¡баз лрасч

здесь: Ау '< Пу - сквозные расходы топлива и энергии всего технологического

комплекса в кг у. т или МДж на единицу конечной продукции в натуральных единицах измерения.

Рекомендуемые модели энергосбережения использовались для оценки текущих и перспективных расходов крупных технологических комплексов, включающих заводскую и отраслевую вертикаль затрат [3, 4, 5 и 9]: производство литых и катаных заготовок для толстолистовой стали; сравнения сквозных расходов топлива и энергии на производство магистральных труб из конструкционных и низколегированных сталей; сравнения затрат на производство и разливку стали, полученной из металлизованных окатышей (бескоксовая и малоотходная схемы производства стали).

Исследования показывают, что внедрение малоотходной технологии производства и разливки стали снижает отраслевую материало- и энергоемкость продукции на 20 и 7-8 % соответственно относительно мартеновского способа производства; улучшение сортамента проката (доли низколегированных сталей) повышает материало- и энергоемкость на 12 и 6,3 % соответственно из-за повышенного расхода чугуна и электроэнергии. Производство стали в электропечах при различных вариантах применения шихтовых материалов, в т.ч. внедрение

бескоксового способа производства стали, взамен традиционного (доменная печь + конвертер + машина непрерывного литья заготовок) снижает уровень топливно-энергетических затрат (при современном К.П.Д. районных тепловых электростанций) на 22,0 -¡-29,5 % [4, 8].

Выводы

Рекомендуемая и апробированная система расчета сквозных расходов материальных и топливно-энергетических ресурсов более полно отражает уровень, структуру и динамику энергопотребления не только цеховых, но и сопряженных расходов, что способствует выявлению внутренних резервов экономии топлива и энергии как на стадии поиска и выбора альтернативы, так и на стадии технико-экономического планирования, действующего производства. Этим требованиям отвечает математический аппарат межотраслевого баланса, который создает возможность учитывать и планировать заводские, отраслевые и народнохозяйственные расходы сырья, топлива и энергии на конечные виды продукции в натуральных, стоимостных и тепловых единицах измерения.

Предлагаемый расчет сквозных расходов технологических комплексов основывается на стандартных программах ПЭВМ, не требует дополнительной информации, а также капитальных затрат. Формирование и анализ этих показателей целесообразно сосредоточить в заводских и региональных технических и энергетических отделах и управлениях.

В перспективе система сквозных технико-экономических показателей будет определять технологическую и экономическую эффективность сложных заводских, региональных и отраслевых энерготехнологических комплексов.

Перечень ссылок

1. Метод розрахунку витрат паливно-енергетичних рссурав на мсталурпйних шдприемствах з використаншм заводсько! (наскр1зно!) енергоемкосп/Державний ко\птст з енергозбереження - Кшв, 1997

2. Терехов Л. А. Экономико-математические методы и модели в планировании/.//./!. Терехов, В.А. Куценко, С.П. Сиднее. - К.: Вища школа, Головное из-во, 1984. - С.53-80

3. Катаев A.A. Влияние сортамента стали на уровень и структуру энерго- и материалоемкости металлопродукции/Л.А.Катаев/I Сборник трудов 5-го конгресса сталеплавильщиков. - М.: ОАО «Черметинформация», 1999. - С. 489-493

4. Бродов A.A. Анализ и прогноз структуры затрат в сталеплавильном производстве/

A.А.Бродов, М.К. Сорокина. - М.: ОАО «Черметинформация», 1999,- С. 478-486

5. Юзов О.В. Анализ расхода основных ресурсов в черной металлургии России/0.5. Юзов,

B.А. Исаев ЯА//Сталь. - № 10. - 1999. - С. 72-77

6. Большаков В.И. Задачи и особенности реализации в черной металлургии перспективных технологических процессов /В.И. Большаков, Л.Г. Туболъцев, Ю.С. Кривенко //Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2001. - № 3,- С.3-8

7. Налча Г.И. Черная металлургия России: проблемы, пути их решения, прогнозы развития/Г.И. Налча, B.C. Колпаков//Сталь. - 2001. - №10. - С. 69-76

8. Сахно В.А. Комплексная внепечная обработка и непрерывная разливка стали основа энерго-и ресурсосберегающих технологий современного сталеплавильного цеха/5.А Сахно //Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2001,- № 3. - С. 91-92

9. Катаев А. А. Совершенствование системы технико-экономических расчетов и анализ эффективности использования топлива в металлургическом производстве /A.A. Катаев/Препринт доклада НЭП АН УССР 76-6 ПЭП. - Донецк: НЭП УССР, 1980

10. Юзов О. В. Экономические аспекты развития черной металлургии России в 2001-2002 гг. /О.В. Юзов//Сталь. - 2002. - № 12. - С. 66-68

Статья поступила 27.02.2003