Стратегическое управление энергопотреблением природного газа на промышленных предприятиях

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2021

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

УРАЛЬСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б. Н. ЕЛЬЦИНА

УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

И. А. Киршина, В. А. Кокшаров

СТРАТЕГИЧЕСКОЕ  УПРАВЛЕНИЕ
ЭНЕРГОПОТРЕБЛЕНИЕМ
ПРИРОДНОГО  ГАЗА
НА  ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЯХ

УДК 620.9:658.5
ББК 31.19
        К43

Работа посвящена актуальной проблеме формирования и реализации
энергоэффективной стратегии использования природного газа промышленными 
предприятиями. Рассматривается методологический подход к оценке
стратегии энергопотребления промышленного предприятия, инструментарий
оценки влияния стратегии энергопотребления природного газа на энергетическую 
политику предприятия, разработана методика оценки энергоэффективного 
потребления природного газа, выявлены практические аспекты повышения
эффективности энергопотребления природного газа.
Рекомендуется студентам энергетических и экономических специальностей 
вузов, а также руководителям и специалистам промышленных предприятий 
и энергокомпаний.

Киршина, И. А.
Стратегическое управление энергопотреблением природного
газа на промышленных предприятиях / И. А. Киршина, В. А. Кок-
шаров ; Министерство науки и высшего образования Россий-
ской Федерации, Уральский федеральный университет, Ураль-
ский государственный университет путей сообщения. – Екате-
ринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2021. – 143 с. : ил. – Библиогр.:
с. 132–141. – 700 экз. – ISBN 978-5-7996-3228-1. – Текст : непо-
средственный.
ISBN 978-5-7996-3228-1

К43

ISBN 978-5-7996-3228-1

Р е ц е н з е н т ы:
В. П. Ануфриев,  профессор, доктор экономических наук,
директор  ООО «Уральский центр энергосбережения и экологии»;
В. К. Аверьянов, заслуженный деятель науки РФ,
член-корреспондент РААСН, доктор технических наук, профессор,
почетный Президент Союза энергетиков Северо-Запада РФ

© Киршина И. А., Кокшаров В. А., 2021

УДК 620.9:658.5
ББК 31.19

На обложке:
иллюстрация с бесплатного интернет-ресурса www.freepik.com

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ................................................................................................................... 4

1. ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ  ОСНОВЫ
ЭФФЕКТИВНОГО  ИСПОЛЬЗОВАНИЯ  ПРИРОДНОГО  ГАЗА
КАК  ОБЪЕКТА  УПРАВЛЕНИЯ  В  ПРОМЫШЛЕННОСТИ ......................... 6
1.1. Теоретические аспекты инструментария
анализа эффективного использования энергоресурсов
на промышленном предприятии ............................................................. 6
1.2. Систематизация факторов энергоэффективности
потребления природного газа промышленными предприятиями ... 15
1.3. Выявление и классификация показателей
энергетической эффективности предприятия как основа
рационального расходования топливно-энергетических ресурсов ... 23

2. ФОРМИРОВАНИЕ СТРАТЕГИИ
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО  ИСПОЛЬЗОВАНИЯ  ПРИРОДНОГО  ГАЗА ... 29
2.1. Концептуальный подход к формированию стратегии
эффективного использования природного газа
промышленным предприятием ............................................................. 29
2.2. Рискозащищенность стратегии промышленного предприятия
на рынке природного газа в условиях монополии ............................ 54
2.3. Моделирование концептуальных принципов формирования
энергетической стратегии потребления природного газа
промышленными предприятиями ......................................................... 68

3. СТРАТЕГИЯ  ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО  ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПРИРОДНОГО  ГАЗА  В  ОТРАСЛЯХ  ЭКОНОМИКИ ................................ 90
3.1. Стратегия потребления природного газа
промышленным предприятием на современном этапе
развития экономики России .................................................................... 90
3.2. Стратегия энергопотребления природного газа
предприятиями черной металлургии .................................................. 100
3.3. Теоретические аспекты оценки эффективности использования
природного газа в электроэнергетике ................................................ 112

Заключение .......................................................................................................... 129

Библиографические ссылки .............................................................................. 132

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время современные концептуальные подходы
к формированию стратегии энергопотребления природного газа
промышленным предприятием не имеют той результативности, которая 
закладывается в энергетическую политику государства. В связи 
с тем, что природный газ играет важную роль универсального
энергетического ресурса как в сфере экономики, так и в политике,
современная стратегия потребления природного газа промышленным 
предприятием становится ключевым фактором повышения
конкурентоспособности и гарантией устойчивого экономического
роста промышленности страны.
Современные концептуальные подходы к формированию оценки 
стратегии потребления природного газа промышленным предприятием 
не позволяют комплексно оценивать все процессы, что
сказывается на эффективности использования природного газа.
Сегодня современная оценка стратегии энергопотребления природного 
газа становится ключевым фактором улучшения экологической 
обстановки в стране.
Решение данной проблемы требует комплексного подхода
и оценки эффективной стратегии энергопотребления природного
газа на промышленных предприятиях. Это обуславливается важностью 
бесперебойного энергоснабжения природным газом, без которого 
в природно-климатических условиях России немыслимо
нормальное функционирование промышленности страны.
Требования, связанные с формированием концептуальных основ
развития эффективного стратегического управления энергопотреблением 
природного газа на промышленных предприятиях, базирующиеся 
на императиве экологической безопасности, в настоящее
время определяют условия экономического роста регионов. В этом
плане актуальность создания теоретического понятийного аппарата 
и методического инструментария оценки уровня энергоэффективного 
использования природного газа остается на повестке дня.

В настоящем исследовании, результаты которого представлены 
в монографии, для обоснования методологического подхода
к оценке уровня эффективности стратегии энергопотребления природного 
газа была разработана модель стратегии энергоэффективного 
потребления природного газа на промышленных предприятиях, 
которая позволяет обозначить общие причины низкой энергоэффективности 
на целом ряде промышленных предприятий.
Мониторинг реализации энергоэффективной стратегии энергопотребления 
природного газа на промышленных предприятиях должен 
базироваться на научно обоснованном методическом инструментарии 
и соответствующей ему системе показателей энергетических 
компетенций, воедино охватывающих различные процессы
промышленного предприятия.
В результате, главной целью настоящей работы является разработка 
и практическая реализация научно-методического подхода 
к оценке энергоэффективной стратегии энергопотребления природного 
газа на промышленных предприятиях в целом и приме-
нительно к отдельным предприятиям отраслей экономики.

1. ТЕОРЕТИКО-МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ  ОСНОВЫ
ЭФФЕКТИВНОГО  ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ПРИРОДНОГО  ГАЗА  КАК  ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ
В  ПРОМЫШЛЕННОСТИ

1.1. Теоретические аспекты инструментария анализа
эффективного использования энергоресурсов
на промышленном предприятии

Целью теории производства как системы теоретических выводов 
является выявление закономерностей, раскрывающих содержание 
отношений «вход – выход», и эти отношения в принципе
предполагают возможность выбора как альтернативных видов энергоресурсов 
для потребления, так и способов производства [1, 2].
На производстве существует ряд дополнительных условий, и они
обязательно должны быть учтены при определении закономерностей 
энергопотребления [3, 4].
К дополнительным условиям, как правило, относят ограничения 
объема сбыта продукции и снабжения необходимыми ресурсами, 
ограничения по мощности, финансам, требования к качеству
продукции и финансовые ограничения. Ряд из этих ограничений
должны рассматриваться как заданные, а другие, такие как производственные 
ограничения энергопотребления и связи между производственными 
стадиями, являются предметом изучения. Кроме
того, в сферу теории производства должны входить организационно-
технологические формы приспособления к изменяющимся условиям 
и технологической гибкости производства, связанные с реализацией 
производственного процесса во времени. Существующий
принцип «разумного хозяйствования» проявляется либо в минимизации 
издержек при фиксированном целевом объеме производства
(принцип минимизации издержек), либо – при фиксированном
уровне издержек – в максимизации целевого объема производства
(принцип максимизации объема производства) [5]. Поэтому в таких

условиях решающее значение для характеристики эффективности
и производственных возможностей любой технологии имеет производственная 
функция энергопотребления, которая описывает взаимосвязь 
между объемами вовлечения энергоресурсов и получения
продукции в ходе производственной деятельности предприятия.
Поскольку продукция создается в результате вовлечения в производство 
некой комбинации производственных энергоресурсов,
то формальное представление комбинации исходных энергоресурсов 
с целью их трансформации в готовую продукцию можно выразить 
в виде производственной функции:

          
1
2
1
2
,
,...,
,
,
,...,
0.
m
n
f r r
r
х х
х
(1.1)

Такая запись производственной функции энергопотребления 
предполагает наличие m энергоресурсов для производства
i = 1, 2, ..., m c соответствующими объемами их вовлечения ri и n
видов продукции j = 1, 2, ..., n c объемами выпуска xj. Таким образом,
уравнение (1.1) характеризует производственный процесс энергопотребления 
со сколь угодно большим числом видов продукции.
Если же имеется лишь один n = 1, то мы имеем дело с монопроизводством.

Такая производственная функция энергопотребления А показывает, 
что объем выпуска продукции зависит от объема использования 
энергоресурсов для производства, но иногда целесообразно 
представить зависимость переменной не от объема использования 
энергоресурсов для производства, а, наоборот, оценить объем
необходимых энергоресурсов для производства в зависимости
от объема выпуска продукции.
В экономической литературе часто идет речь о параллельном
производстве, когда процессы изготовления различных видов про-
дукции не связаны между собой, но протекают одновременно (па-
раллельно) [6]. Поскольку производственная функция действитель-
на для одного или группы из М однородных агрегатов, параллель-
ное производство не может быть отображено с помощью лишь
производственной функции. Формальное моделирование параллель-
ного производства требует задания соответствующего количества

производственных функций. Рассмотрим производственную функ-
цию на основе закона доходности, и чтобы сделать графическое
представление функции, рассмотрим только два вида энергетичес-
ких ресурсов и их влияние на объемы между собой r1 и r2 (рис. 1.1).
При этом количественные значения этих энергоресурсов можно
менять один на другой без изменения на «выходе»; соотношение
объемов их использования изменяется в таком случае при сохра-
нении заданного объема выпуска продукции. «Поле взаимозаме-
няемости» энергоресурсов в этом случае будет определяться эф-
фектом масштаба производства и его уровнем концентрации про-
изводственных мощностей.

r2

r1
0

Y

K

N

P

U1

U2

Рис. 1.1. «Поле взаимозаменяемости» энергоресурсов
между граничными линиями

Если предприятие в основном потребляет природный газ, то
его оптимальный уровень будет определяться максимальным ис-
пользованием вторичных энергетических ресурсов (ВЭР) от ис-
пользования природного газа, что будет зависеть от инвестиций
в использование ВЭР, и эффективным уровнем технологии. Кривая
KNP, уравнение которой содержит объем выпуска продукции х в ка-
честве параметра, называется «изоквантой», графическое отобра-
жение изоквант определяется сочетанием взаимозаменяемости
и взаимодополняемости энергоресурсов в топливно-энергетичес-
ком балансе (ТЭБ) предприятия, потребляемых при производстве
продукции. Между Y и Р природный газ и другой энергоресурс
на кривой для х  могут быть частично заменены друг на друга,

(
)
х
х
(
)
х
х

при этом более интенсивное использование одного энергоресурса
компенсирует менее интенсивное использование другого, что яв-
ляется «периферийной заменой». Такая замена эффективна только
в «поле взаимозаменяемости» OU1U2, ограниченном линиями OU1
и OU2 – геометрические места всех комбинаций r1 и r2, касатель-
ные к которым проходят параллельно осям r1 и r2. Чем ближе изо-
кванта к началу координат, тем меньше соответствующий объем
выпуска продукции. Находятся ли изокванты с равным объемом
выпуска на равном или различном расстоянии друг от друга, зави-
сит от производственной функции энергопотребления [7].
Средний объем выпуска (средний доход) рассчитывается
из х/r1, а предельный выпуск (предельный доход) – из dх/dr1. Кри-
вые изменения среднего и предельного дохода от использования
одного энергоресурса показаны на рис. 1.2.

r1

max
B

W

A

х

Рис. 1.2. Изменение объема выпуска продукции
в зависимости от изменения объема использования
одного энергоресурса (функция дохода):

1 – кривая дохода для r2 = сonst; 2 – кривая предельного дохода;
3 – кривая среднего дохода

1

2
3

Графически кривую среднего дохода получают, определяя тан-
генс всех углов, образуемых всеми касательными, которые могут
быть проведены из начала координат на кривую дохода. Луч с точ-
кой касания В образует наибольший угол: кривая среднего дохода
имеет здесь свой максимум. Кривую предельного дохода получают

также с помощью касательных к кривой дохода; наибольший угол
она имеет в точке изгиба W. Здесь кривая предельного дохода име-
ет максимум; кроме того, она пересекает кривую среднего дохода
в точке максимума последней (рис. 1.3).
Опираясь на производственную функцию типа В, рассмотрим
функции потребления энергоресурсов исходя из условий, что объем
выпуска продукции зависит от: производительности d рассматри-
ваемого оборудования; периода производства t; всех остальных
технических характеристик оборудования, принимаемых неиз-
менными; объема использования всех энергоресурсов [6]. Эти объемы
использования связаны с x либо непосредственно, либо косвенно,
через производительность оборудования d. Те из них, которые
не зависят от d, но зависят от x, могут быть представлены как
постоянные величины. Переменные, характеризующие объем ис-
пользования каждого из энергоресурсов, для которых он зависит
от d, выражают «объем использования энергоресурса на единицу
качественной выпущенной продукции при данной производи-
тельности» и обозначаются через v1(d) i = 1, 2, …, m.

d

v1
v2
v3
v4

Рис. 1.3. Различные функции потребления энергоресурсов
на производственном оборудовании

dmax
dmin

v4(d)

v3(d)

v2(d)
v1(d)
2( )
v d

4( )
v d

3( )
v d
1( )
v d

d

Энергоресурсы для производства лимитированы, и объемы их
не могут быть заменены один на другой, как это допускается
в производственной функции А. Поэтому в случае лимитированных

производственных функций энергоресурсов для каждого уровня
выпуска соотношение объемов использованных энергоресурсов
вполне определенно. Рис. 1.3 показывает типичные функции по-
требления энергоресурсов от v1 до v4, при этом величина d может
непрерывно меняться в промежутке между минимальным dmin
и максимальным dmax значениями. Характер изменения кривых
во многом будет определяться организационно-технологическими
особенностями потребления энергоресурсов, используемых в про-
изводстве, а также оптимизацией производства.
Важную роль в теории эффективного использования энерго-
ресурсов в производстве играет оптимизация ТЭБ промышленного
предприятия, где центральное место занимают экономико-мате-
матические (двойственные) оценки, которые получаются в резуль-
тате оптимизации баланса и дают важную информацию о перс-
пективах формирования и улучшения структуры ТЭБ предприятия
в увязке с развитием энергетического хозяйства предприятия. Ин-
формация, носителями которой выступают экономико-математи-
ческие оценки, позволяет более глубоко проанализировать оптималь-
ный вариант формирования баланса, определить факторы, форми-
рующие его, сравнить экономическую эффективность и выявить,
в какой мере полученный оптимальный план развития энергетичес-
кого хозяйства соответствует энергетической стратегии предприятия.
Двойственные оценки позволяют в первую очередь понять сте-
пень дефицитности энергоресурсов и те изменения суммарных
приведенных затрат (функционал оптимизационной задачи) на раз-
витие энергетического хозяйства предприятия, которые возникают
в результате достаточно малых приращений в ограничениях опти-
мизационной задачи.
Главная цель анализа ТЭБ предприятия – выявление сравни-
тельной экономической эффективности оптимальных вариантов раз-
вития энергетического хозяйства с учетом оценки потребления раз-
личных видов энергоресурсов [8].
При анализе сравнительной эффективности оптимальных ва-
риантов формирования ТЭБ, которые отличаются экономической
эффективностью отдельных условий формирования рациональной