УДК 551,583:658.26(477)
Оценка влияния сезонных изменений температуры на энергопотребление Украины в отопительный период
А, X. Дегтерев*, Л. Н. Деггерева**
Проанализировано изменение среднемесячных температур по регионам Украины с 1961 по 1991 г., оценены их тренды для периода с октября по апрель. Показано, что если на Западной Украине происходит потепление, то на юге Украины и в Крыму отмечается похолодание. Предложена методика оценки относительного изменения энергозатрат на отопление по данным о среднемесячных температурах и их изменению. Сделан вывод, что в целом по Украине они снижаются на 1% за 20 лет, но в Крыму, например, растут на 4,5% за 20 лет. Отмечается также изменение графика энергопотребления в связи с понижением температуры в ноябре — декабре и повышением в январе.
Происходящие в последние десятилетия изменения климата в континентальных районах сопровождаются, как правило, существенным повышением температуры в зимний период [2, 7]. В связи с этим можно ожидать снижения энергозатрат на отопление [1], которые определяют потребление энергии на Украине зимой [6]. Представляет интерес оценить, как именно изменится потребление энергии для обогрева помещений при разных сценариях глобального потепления. В предлагаемой работе оценивается относительное изменение энергопотребления при заданном изменении среднемесячных температур.
Будем считать, что энергия расходуется на поддержание внутри помещения комфортной температуры (Тв = 1В°С) и ее расход определяется тепловым потоком через стены помещений. Из уравнения теплопроводности следует [3], что в стационарном режиме поток тепла через стену толщиной Ь равен
Р = |(Г,-ГН), (1)
где X — коэффициент теплопроводности материала стены, Т„ — температура наружного воздуха. Если под Т„ понимать среднемесячную температуру воздуха в данном регионе, то расход энергии на отопление за ¡-й месяц составит
Е, = сош1 • (Г, - Т,) , (2)
* Морской гидрофизический институт Национальной академии наук Украины.
** Севастопольский институт ядерной энергии и промышленности, Украина.
где Tj — среднемесячная температура и Ati — длительность /-го месяца. За весь же отопительный период будет израсходовано:
£=соп81-2(7;~7;.)Дг(., (3)
I
где суммирование ведется по месяцам отопительного периода. В разных регионах Украины сроки отопительного сезоны различаются, но на большей части территории это период с октября по апрель включительно. Если понимать под Е энергопотребление в отдельном регионе, например в Крыму, то входящая в выражение (3) константа зависит от численности населения, используемых строительных материалов, толщины стен и других факторов.
Изменение климатических условий в данном случае представляет собой изменение среднемесячных температур на АТГ Тогда из (3) следует, что затраты энергии в течение отопительного периода изменятся на АЕ:
АЕ = const • I ATi Ati 1 (4)
Здесь та же константа, что и в (3). Она не поддается непосредственной оценке. Поэтому рассмотрим относительное изменение энергозатрат:
У\taT.tu,
АЕ I
Е £(Г„-Г() д*," (5)
Полученное выражение позволяет оценить энергопотребление в отдельном регионе по известной сумме при заданном сценарии изменения сред-
немесячных температур Д7'( . 'Например, по сценарию из [7] на территории Украины к 2040—2050 гг. ожидается повсеместное повышение температуры в зимний период на 4—5°С. Задав Д7) =5°С, получим из (5), что при этом энергопотребление на Западной Украине уменьшится на 23%, а в Крыму — на 29%. Как видно из (5), относительное изменение энергозатрат больше в регионах с мягкой зимой, где 17} больше. Абсолютное же изменение можно оценить, зная современное фактическое энергопотребление в регионах. Такого рода оценки нужны при планировании развития энергетики на ближайшие десятилетия.
Анализ данных наблюдений показывает, что в разных регионах Украины за последние 30—40 лет среднемесячные температуры менялись по-разному. Существенно различаются Д7'. и для отдельных месяцев отопительного периода. Поэтому для оценки реально происходящего изменения энергопотребления Украины в отопительный период представляет интерес определить тренды изменения среднемесячных температур по ее регионам. С этой целью по данным [4] были рассчитаны линейные тренды среднемесячных температур с 1961 по 1991 г. для 25 населенных пунктов. Полученные результаты сведены в табл. 1 для 7 регионов, в пределах которых тренды слабо отличаются. Из данных таблицы хорошо видно, что почти во всех регионах наблюдается понижение температуры в первой половине отопительного периода и повышение — во второй. При уровне значимости 80% почти повсеместно значимо понижение температуры в ноябре на 0,5—1,0°С за 10 лет. Для января же почти везде получены значимые
Таблица 1
Тренды среднемесячных температур по регионам Украины (°С/10 лет)
Регион X XI XII I II III IV
Западная Украина -0,1 -0,5 0,8 1,3 0,3 1,0 -0,2
Северная Украина -0,2 -0,5 0,3 1,2 0,3 0,6 0,0
Восточная Украина -0,2 -0,8 -0,2 1,0 -0,2 0,3 0,0
Центральная Украина -0,3 -1,0 -0,5 0,9 -0,2 0,1 -0,3
Юго-Западная Украина -0,4 -0,8 -0,1 0,9 0,0 0,0 -0,2
Юго-Восточная Украина 0,0 -0,6 -0,2 1,0 -0,2 0,0 0,0
Крым -0,1 -1,0 -0,5 0,5 -0,4 -0,3 -0,2
тренды потепления на 0,5—1,3 °С за 10 лет. Обращает на себя внимание и различие по регионам: если для Западной Украины очевидно повышение температуры воздуха в течение отопительного периода, то для Крыма характерно похолодание. Таким образом, тенденции в изменении энергозатрат на обогрев помещений далеко не очевидны как для отдельных регионов, так и для Украины в целом. Для ответа на этот вопрос необходимо использовать выражение (5), подставив вместо Д7* значения трендов из табл. 1. Можно также сразу оценить тренд для суммы по данным
измерений.
В табл. 2 приведены результаты расчета относительного изменения энергопотребления по регионам Украины за 10 лет. Тренд суммы ЕД7].Д*,. значим лишь для Западной Украины и для Крыма. Причем в первом случае он положительный, а во втором отрицательный. Соответственно на Западной Украине происходит уменьшение энергозатрат на отопление на 2,2% за 10 лет, а в Крыму они в том же темпе возрастают. Для остальных регионов значимых трендов не получено. Можно сказать, что в среднем на территории Украины глобальное потепление пока не проявилось в существенном изменении температуры в зимний период. (Как известно [5, 6], при потеплении в оптимуме голоцена температуры зимой в Европе также практически не менялись.)
Для оценки изменения энергопотребления по Украине в целом необходимо учесть вклад регионов в общие энергозатраты на отопление. В первом приближении доля у-го региона пропорциональна численности населения Щ и затратам тепла на душу населения (3)
Таблица 2
Характеристики энергопотребления по регионам Украины
Регион ДЕ/Е,% ^ТА^С-сут 1 ! М млн. чел. Д%
Западная Украина -2,2 75 300 11,4 21,8
Северная Украина -1,4 54 -3 8,9 18,5
Восточная Украина 0,0 9 195 15,4 30,4
Центральная Украина 1,1 -36 378 6,5 12,2
Юго-Западная Украина 0,7 -21 837 5,3 8,6
Юго-Восточная Украина -0,1 3 447 2,1 3,9
Крым 2,2 -63 993 3,0 4,6
NE i
D; = 11
J
5>А' (6)
/
Энергопотребление ./-го региона Е] определяется взвешенной суммой среднемесячных температур в течение отопительного периода для данного региона, ее значения приведены в табл. 2. Относительное изменение энергозатрат на отопление по Украине в целом тогда равно
ДЕ Д£ч
Е Jml ч Е
Dj, (7)
что составляет -0,5% за 10 лет. Таким образом, пока изменение климата ведет в основном к перераспределению энергозатрат между регионами Украины и к изменению графика энергопотребления в течение отопительного периода.
Литература
[.Анисимов О. А. Влияние антропогенного изменения климата на обогрев и кондиционирование зданий. — Метеорология и
гидрология, 1999, № 6, с. 10—17.
2. Володин Е. М., Галин В. Я, Об интерпретации зимнего потепления на континентах Северного полушария в 1977—1994 гг. — Метеорология и гидрология, 1999, № 1, с. 20—29.
3. Годунов С. К. Уравнения математической физики. — М., Наука, 1979, 392 с.
4. Метеорологический ежемесячник. Вып. 10, часть 2. — Обнинск, ВНИИГ-МИ-МЦД, 1991, 78 с.
5.Монин А. С., Шишков Ю. А.История климата. — Л., Гидрометеоиздат, 1979, 498 с.
6. Наворский О. Н. Энергоснабжение России в ближайшие 20 лег. — Вестник РАН, 2001, т. 71, № 4, с. 1—5.
7. В i j 1 s m a L. Climate change and the management of coastal resources. — Climate Research, 1997, vol. 9, No. 1—2, pp. 47—54.
Поступила 1 III 2002
ESTIMATION OF THE IMPACT OF SEASONAL TEMPERATURE CHANGES UPON ENERGY CONSUMPTION IN UKRAINE DURING THE HEATING PERIOD
A. Kh. Degterev and L. N. Degtereva
Changes ofmean monthly air temperatures are analyzed over the Ukraine territoryfor the period from 196 J to 1991, and trends of interannual variability of these temperatures are estimatedfor the period from October to April. It is found that if the weather becomes warmer in West Ukraine, it is getting colder in the south and in the Crimea Peninsula. Procedures are proposed how to estimate a relative change ofenergy consumption for heating from data on mean monthly air temperatures and their changes. The conclusion is made that over the Ukraine as a whole the consumption decreases by 1% in 20years, but, for example, in the Crimea it increases by 4.5% in 20years. Schedule of energy consumption is changed according to the temperature drop in November—December and its rise in January
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.