Ефективність теплового енергоспоживання на промислових підприємствах України в умовах екологічних обмежень

Віталій Горський
Отримано 26.01.2025, Доопрацьовано 28.04.2025, Прийнято 30.06.2025
Анотація

Метою дослідження було виявити ключові закономірності теплового енергоспоживання та сформувати аналітичну основу для оптимізації технологічних процесів з урахуванням екологічних вимог. Методологія передбачала поетапний розрахунок коефіцієнта корисного використання тепла, питомих витрат і структури теплових втрат на основі інструментальних даних теплоспоживання публічного акціонерного товариства «Камет-Сталь» за липень-вересень 2024 року. Оцінка ефективності теплового енергоспоживання на підприємстві засвідчила стабільний, однак недостатній рівень використання енергії: середній коефіцієнт становив 81,0  %, тоді як втрати тепла не знижувались нижче 18,9  %. Структурний аналіз показав, що найбільшу частку втрат становили трубопроводи (7,3 %), теплообмінники (5,8 %), охолоджувальні контури (4,1  %) та інші втрати (1,7  %), що свідчить про наявність кількох критичних зон неефективності. Питомі витрати тепла на одиницю продукції варіювалися в межах 0,1815-0,1923 Гкал/т і зростали у вересні попри зменшення обсягів виробництва, що вказує на інерційність системи постачання. На основі результатів сформовано техніко-аналітичне підґрунтя для реконструкції енергонеефективних елементів інфраструктури з орієнтовним потенціалом зниження втрат на 6-8 %. Представлені висновки також підтвердили доцільність цифрового моніторингу як інструменту стабілізації витрат і підвищення адаптивності до змін виробничого навантаження. Отримані результати можуть бути використані для розроблення техніко-економічних заходів з реконструкції теплотранспортної інфраструктури промислових підприємств, зокрема через оптимізацію режимів теплообміну, модернізацію трубопроводів і впровадження систем рекуперації залишкового тепла. Це дозволить знизити питомі витрати енергії, стабілізувати тепловий баланс і зменшити екологічне навантаження на навколишнє середовище

Ключові слова:
коефіцієнт корисного використання тепла; металургійне виробництво; вуглець; трубопровідні мережі; охолоджувальні контури; рекуперація

Взято з Том 23, № 1, 2025

Сторінки 32–43

Використані джерела ЦИТУВАТИ
  1. Al Momani, D., Al Turk, Y., Abuashour, M.I., Khalid, H.M., Muyeen, S.M., Sweidan, T.O., Said, Z., & Hasanuzzaman, M. (2023). Energy saving potential analysis applying factory scale energy audit – a case study of food production. Heliyon, 9(3), article number e14216. doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e14216.
  2. Andersen, M., & Noailly, J. (2022). Environmental regulations in the mining sector and their effect on technological innovation. In Global challenges for innovation in mining industries (pp. 142-171). Cambridge: Cambridge University Press. doi: 10.1017/9781108904209.007.
  3. Andrusiv, U., Popadynets, N., Zelinska, H., Krasnorutskyy, O., Yakubiv, V., Maksymiv, Y., Hryhoruk, I., Shchur, R., & Lapchuk, Y. (2023). Efficiency of use of fuel and energy resources of Ukraine: Assessment, simulation and forecasting. Energy Policy Journal, 26(4), 63-80. doi: 10.33223/epj/169743.
  4. Arifjanov, A., Xodjiyev, N., Jurayev, S., Kurbakov, K., & Samiev, L. (2020). Increasing heat efficiency by changing the section area of the heat transfer pipelines. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 869, article number 042019. doi: 10.1088/1757-899X/869/4/042019.
  5. Babak, V.P., Zaporozhets, A.O., Sverdlova, A.D., & Khaidurov, V.V. (2023). Models and methods of improving the efficiency and safety of the operation of thermal power equipment. Kyiv: Naukova Dumka. doi: 10.15407/978966-00-1931-7.
  6. Barakhta, Yu., & Krazhan, V. (2008). Methodology for rationing specific fuel and energy resources at enterprises of Zaporizhia Region of all forms of ownership that do not fall under the jurisdiction of ministries and other central executive bodies. Zaporizhzhia: Private enterprise “Elektrotechnik-Standard”.
  7. Chen, Z., Lian, X., Tan, J., Xiao, H., Ma, Q., & Zhuang, Y. (2023). Study on heat-exchange efficiency and energy efficiency ratio of a deeply buried pipe energy pile group considering seepage and circulating-medium flow rate. Renewable Energy, 216, article number 119020. doi: 10.1016/j.renene.2023.119020.
  8. Dai, L., & Wang, M. (2020). Study on the influence of carbon emission constraints on the performance of thermal power enterprises. Environmental Science and Pollution Research, 27, 30875-30884. doi: 10.1007/s11356-02009604-4.
  9. Derii, V., Nechaieva, T., & Leshchenko, I. (2023b). Assessment of the effect of structural changes in Ukraine’s district heating on the greenhouse gas emissions. Science and Innovation, 19(4), 57-65. doi: 10.15407/ scine19.04.057.
  10. Derii, V., Teslenko, O., Lenchevsky, E., Denisov, V., & Maistrenko, N. (2023a). Prospects and energy-economic indicators of heat energy production through direct use of electricity from renewable sources in modern heat generators. In Systems, decision and control in energy IV: Volume I. Modern power systems and clean energy (pp. 451-463). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-031-22464-5_27.
  11. DSTU ISO 10012:2005. (2005). Measurement control systems. Requirements for measurement processes and measuring equipment. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_ doc=52981.
  12. Dubrovsky, V.V., & Shraiber, A.A. (2020). Heat exchange between air and a liquid film flowing down along a profiled surface. International Journal of Heat and Technology, 38(3), 622-628. doi: 10.18280/ijht.380306.
  13. Farghali, M., Osman, A.I., Mohamed, I.M.A., Chen, Z., Chen, L., Ihara, I., Yap, P., & Rooney, D.W. (2023). Strategies to save energy in the context of the energy crisis: A review. Environmental Chemistry Letters, 21(4), 2003-2039. doi: 10.1007/s10311-023-01591-5.
  14. Gennitsaris, S., Oliveira, M.C., Vris, G., Bofilios, A., Ntinou, T., Frutuoso, A.R., Queiroga, C., Giannatsis, J., Sofianopoulou, S., & Dedoussis, V. (2023). Energy efficiency management in small and medium-sized enterprises: Current situation, case studies and best practices. Sustainability, 15(4), article number 3727. doi: 10.3390/ su15043727.
  15. Jiang, T., Yu, Y., Jahanger, A., & Balsalobre-Lorente, D. (2022). Structural emissions reduction of China’s power and heating industry under the goal of “double carbon”: A perspective from input-output analysis. Sustainable Production and Consumption, 31, 346-356. doi: 10.1016/j.spc.2022.03.003.
  16. Kaletnik, G., Honcharuk, I., & Okhota, Yu. (2020). The waste-free production development for the energy autonomy formation of Ukrainian agricultural enterprises. Journal of Environmental Management and Tourism, 11(3(43)), 513-522.
  17. Kulyk, M.M., & Zgurovets, O.V. (2020). The role and mechanisms of the impact of derivatives from regulating capacities on frequency stability in power systems with wind power plants. System Research in Energy, 1(60), 24-30. doi: 10.15407/pge2020.01.024.
  18. Maliarenko, O., Maistrenko, N., & Stanytsina, V. (2025). Forecast of thermal energy consumption considering wartime realities and post-war ecovery for the mid-term perspective (up to 2030). Energy Technologies & Resource Saving, 82(1), 5-22. doi: 10.33070/etars.1.2025.01.
  19. Meng, M., & Qu, D. (2022). Understanding the green energy efficiencies of provinces in China: A Super-SBM and GML analysis. Energy, 239(A), article number 121912. doi: 10.1016/j.energy.2021.121912.
  20. Miao, C.-L., Meng, X.-N., Duan, M.-M., & Wu, X.-Y. (2020). Energy consumption, environmental pollution, and technological innovation efficiency: Taking industrial enterprises in China as empirical analysis object. Environmental Science and Pollution Research, 27, 34147-34157. doi: 10.1007/s11356-020-09537-y.
  21. Na, H., Sun, J., Qiu, Z., He, J., Yuan, Y., Yan, T., & Du, T. (2021). A novel evaluation method for energy efficiency of process industry – a case study of typical iron and steel manufacturing process. Energy, 233, article number 121081. doi: 10.1016/j.energy.2021.121081.
  22. National Academy of Sciences of Ukraine Institute of General Energy. (2024). Report of the Institute of General Power Engineering of the NAS of Ukraine on scientific and scientific-organizational activities in 2023. Retrieved from https://ienergy.kyiv.ua/reports/195-rezultaty-ize-za-2023-rik/file.html.
  23. National Academy of Sciences of Ukraine Institute of General Energy. (2025). Report of the Institute of General Power Engineering of the NAS of Ukraine on scientific and scientific-organizational activities in 2024. Retrieved from https://ienergy.kyiv.ua/reports/239-zvit-instytutu-zahalnoi-enerhetyky-nan-ukrainyz-naukovoi-ta-naukovo-orhanizatsiinoi-diialnosti-u-2024-rotsi/file.html.
  24. Paramati, S.R., Shahzad, U., & Doğan, B. (2022). The role of environmental technology for energy demand and energy efficiency: Evidence from OECD countries. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 153, article number 111735. doi: 10.1016/j.rser.2021.111735.
  25. Sengyu, T., & Khare, V. (2023). Analysis of the efficiency of energy management at the metallurgical enterprise. In Economic development and the environmental ecosystem: The role of energy policy in economic growth (pp. 87-99). Cham: Springer. doi: 10.1007/978-3-031-26596-9_8.
  26. Shraiber, O.A., & Redkin, V.B. (2018). Determining the feasibility of applying thermochemical regeneration technology to gas turbine units of Ukrainian compressor stations. System Research in Energy, 4(55), 47-50. doi: 10.15407/pge2018.04.047.
  27. Su, Z., Zhang, M., Xu, P., Zhao, Z., Wang, Z., Huang, H., & Ouyang, T. (2021). Opportunities and strategies for multigrade waste heat utilization in various industries: A recent review. Energy Conversion and Management, 229, article number 113769. doi: 10.1016/j.enconman.2020.113769.
  28. Tang, C., Huang, H., Hu, Y., Luo, J., Hu, J., & Wang, H. (2025). Research on energy efficiency and carbon efficiency evaluation for copper metallurgy based on data envelopment analysis. Energy Conversion and Management, 326, article number 119525. doi: 10.1016/j.enconman.2025.119525.
  29. Widera, K., Gąsior, R., & Smoliński, A. (2024). Analysis of thermal energy consumption management of energy-intensive enterprises. Scientific Papers of Silesian University of Technology. Organization & Management. Organization and Management Series, 2024(202), 591-604. doi: 10.29119/1641-3466.2024.202.36.
  30. Wolniak, R., Saniuk, S., Grabowska, S., & Gajdzik, B. (2020). Identification of energy efficiency trends in the context of the development of industry 4.0 using the Polish steel sector as an example. Energies, 13(11), article number 2867. doi: 10.3390/en13112867.
  31. Xu, M., & Lin, B. (2022). Energy efficiency gains from distortion mitigation: A perspective on the metallurgical industry. Resources Policy, 77, article number 102758. doi: 10.1016/j.resourpol.2022.102758.
  32. Zhang, S., Ocłoń, P., Klemeš, J.J., Michorczyk, P., Pielichowska, K., & Pielichowski, K. (2022). Renewable energy systems for building heating, cooling and electricity production with thermal energy storage. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 165, article number 112560. doi: 10.1016/j.rser.2022.112560.
  33. Zos-Kior, M., Hnatenko, I., Isai, O., Shtuler, I., Samborskyi, O., & Rubezhanska, V. (2021). Management of efficiency of the energy and resource saving innovative projects at the processing enterprises. Management Theory and Studies for Rural Business and Infrastructure Development, 42(4), 504-515. doi: 10.15544/mts.2020.52.
Horskyi, V. (2025). Efficiency of thermal energy consumption at industrial enterprises of Ukraine in conditions of environmental restrictions. Journal of Kryvyi Rih National University, 23(1), 32-43. https://doi.org/10.31721/2306-5451-2025-1-23-32-43
uk