Когенераторные технологии: возможности и перспективы. Эффект в области охраны окружающей среды

Ringsted, Denmark октябрь 1994 г.
Материал рабочей группы
Соруп Манор

Введение

Предлагаемый материал рабочей группы представляет собой дискуссионную статью, подготовленную для Европейской конференции по комбинированному проиводству тепловой и электрической энергии и когенерации членами Комитета по подготовке программы.

Как и прежде, комбинированное производство тепловой и электрической энергии (СНР) и когенерация играют важную комплексную роль в европейском развитии. Роль, которую СНР и когенерации предстоит сыграть в рамках европейской системы энергоснабжения будущего, должна иметь широкую базу, а не быть просто «рыночным капризом» или поспешной ответной реакцией на озабоченность состоянием окружающей среды.

Комбинированное производство тепловой и электрической энергии и когенерация могут содействовать устойчивому развитию, что является целью Маастрихтских Соглашений. СНР сравнимо с более чистыми технологиями, на которых был сделан акцент в Белой книге Европейского Союза 1993 г. «Рост, конкуренция, занятость - задачи и пути продвижения в XXI век». В данном материале рассматривается роль, которую предстоит сыграть СНР в Европе в будущем, и высказаны предложения по поводу комплексной стратегии.

Элементы модели перспективного развития для Европы

Модель перспективного развития была выдвинута и обсуждена в «Белой книге» Европейского Союза в 1993 г. Параллельно с ее обсуждением в рамках Европейского Союза, пути развития энергетики, вопросы занятости и состояния окружающей среды обсуждаются как на национальном уровне, так и в рамках Международного Агентства по Энергетике (IEA). Здесь чрезвычайно важно обеспечить взаимодействие между политическими структурами на европейском, национальном и локальном уровнях.

«Белая книга» Комиссии

В «Белой книге» Европейского Союза 1993 г. «Рост, конкуренция, занятость ¾ задачи и пути продвижения в XXI век» подчеркивалась необходимость разработки новой модели развития, предполагающей комбинирование основных ресурсов

Союза ¾ трудовых и природных. Современная модель развития уже устарела и не является оптимальной, что приводит к недостаточному использованию трудовых и избыточному использованию энергетических и природных ресурсов. Необходимо разработать новую модель, направленную на содействие устойчивому экономическому росту, при котором повышается уровень занятости и снижается уровень потребления энергетических и природных ресурсов. Несмотря на то что многие проблемы можно решить за счет ускорения технического прогресса, следует помнить о том, что энергетические ресурсы уже нельзя считать неограниченными, особенно с учетом внешних затрат, связанных с изменением климата, выбросами кислых газов, опасностью для здоровья, а также ядерными отходами и соответствующим риском. Следовательно, положение энергетики в новой модели развития является одним из ключевых элементов, которые требуют рассмотрения.

В "Белой книге" предложены пути содействия осуществлению структурных перемен. Особого внимания заслуживают следующие политические инструменты:

· Необходимость стратегической микроэкономической политики. Следует устранить существующие барьеры в регулировании, которые не соответствуют новой устойчивой модели. Все внешние затраты для общества необходимо систематически трансформировать во внутренние. Первым ключевым элементом является серьезная переориентация фундаментальных исследований, связанных с моделью устойчивого развития, включая возобновляемые источники энергии и, например, «зеленый учет», а также содействие проведению этих исследований.

· Инструменты политики на макроэкономическом уровне. В контексте постепенного систематического пересмотра инструментов политики особого внимания заслуживают следующие инструменты:

1. Косвенные налоги на загрязнение окружающей среды, например, на источники энергии в зависимости от содержания СО 2 в выбросах;

2. Финансовое регулирование, в частности, схемы исчисления налогов, способствующие устойчивой экономической деятельности;

3. Контроль динамики внутреннего рынка с целью обеспечения оптимального использования ресурсов;

4. Включение экологических аспектов трансграничного и глобального характера в политику международной торговли и сотрудничества. Это особенно касается регионов, близких к Европейскому Союзу (например, Центральной и Восточной Европы).

· Инструменты политики секторального уровня. Роль этих инструментов возрастает ввиду стремления Европейского Союза к новой экономической модели.

Проблемы энергетического сектора были рассмотрены в рамках 5-й программы экологических действий.

Внутренний энергетический рынок в Европе

Предполагается, что создание внутреннего энергетического рынка станет частью более комплексной стратегии, включающей инструменты макроэкономической политики, секторальной энергетической политик и т. д.

Ряд европейских стран уже приступил или намерен приступить к регулированию в целях создания рынка на национальном уровне. Европейский Союз уже реализовал директивы по прозрачности цен и единым энерго- и теплоносителям. Эти директивы открывают дорогу для трансграничной продажи электроэнергии и газа; они были приняты странами, подписавшими EEA.

В 1988 г. Совет Министров согласовал рекомендацию по автономному производству электроэнергии, в соответствии с которой государства-участники должны обеспечить необходимые гарантии по закупочным ценам на электроэнергию, полученную в результате СНР, на базе долгосрочных предельных цен.

Более того, ожидается, что благодаря предложенным директивам по внутреннему рынку электроэнергии и газа эти рынки станут доступными. В настоящее время формулировка этого предложения позволяет государствам-членам отдавать приоритет СНР при передаче нагрузок в национальных масштабах со ссылкой на рекомендацию 1988 г. Совет Министров обсуждает требования относительно доступа третьих лиц на оптовый рынок.

Новые рыночные механизмы для поставки электроэнергии и газа неизбежно повлияют на развитие систем СНР. Последнее зависит от движения наличных средств на тpех, по меньшей мере, различных рынках (топлива, электроэнергии, тепловой энергии), и если один из них становится нестабильным, то это стимулирует других рыночных инструментов. Потенциальное негативное экономическое воздействие можно предотвратить за счет гарантированного ценообразования (как в случае рекомендации 1988 г.) и использования механизмов возмещения инвестиционных и эксплуатационных затрат.

5-я Программа экологических действий

В рамках 5-й Программы экологических действий предусмотрены секторальные инструменты:

"Энергия: Центральное место в модели развития занимает способ производства и передачи энергии. Параллельно с либерализацией внутреннего рынка электроэнергии и газа Европейскому Союзу придется выбирать вариант стратегии, что до сих пор было прерогативой государств-членов. Эти варианты, в частности, касаются как интенсивного развития управления спросом, так и создания разнообразных вариантов предложений, относящихся к экологически чистым источникам энергии ."

Программы SAVE, THERMIE, ALTENER и JOULE

В 1989 г. Европейским Союзом была поставлена задача по повышению энергетической эффективности на 20% к 1995 г. Программа SAVE , представленная Комиссией в 1990 г., направлена на повышение энергоэффективности. В своем первоначальном виде программа была нацелена на изучение барьеров на пути реализации СНР (в частности, автономного производства) и выработку предложений по их устранению. В рамках программы THERMIE на примере ряда проектов демонстрируются возможности использования новых технологий СНР.

Цель программы ALTENER ¾ содействие использованию возобновляемых источников энергии, например, за счет утилизации биомассы в качестве топлива для ТЭЦ.

Программа JOULE направлена на оказание содействия исследованиям и разработкам в области неядерной энергетики. Недавно в эту программу были включены меры по энергоэффективности.

Реализация эти программ способствует развитию СНР.

Международные и Европейские конвенции и протоколы

по окружающей среде

Принятые соглашениям обязывают европейские страны сокращать выбросы вредных веществ, в частности, на электростанциях и теплоэнергетических установках.

На конференции в Рио-де-Жанейро в 1992 г. была принята рамочная конвенция по ряду вопросов ¾ в том числе, по сокращению выбросов парниковых газов, включая СО 2 . Эта конвенция вступила в силу 21 марта 1994 г.; она будет содействовать использованию более чистых видов топлива и осуществлению инициатив по оптимизации эффективности в европейском энергетическом секторе.

В декабpе 1990 г. министры энергетики и окружающей среды стран Европейского Союза провели совместное заседание, на котором пришли к согласию по вопросу о стабилизации выбросов СО 2 к 2000 г. на уровне 1990 г. Весной 1994 г. Европейская Комиссия рассмотрела результаты, которых удалось достичь. Комиссия констатировала, что ряд стран-членов, а именно Дания, Германия, Греция, Италия, Люксембург, Нидерланды, Португалия, Испания и Великобритания, приступили к реализации схем комбинированного производства тепловой и электрической энергии и когенерации как меры по снижению уровня выбросов СО 2 .

Кроме того, Европейский Союз присоединился к конвенциям и протоколам европейской Экологической Конвенции (ЕСЕ) по выбросам оксидов серы и азота.

Сотрудничество со странами Центральной и Восточной Европы

Наряду с программами PHARE и TACIS, в 12 странах Европейского Союза были инициированы пpогpаммы крупномасштабной помощи, направленной на совершенствование инфраструктуры в Восточной Европе. В этих программах, при поддержке аналогичных национальных программ в каждой из европейских стран Европейского Инвестиционного Банка, международных банков развития, а также других организаций, приоритет отдан энергетическому сектору. Ввиду широкого распространения СНР и систем центрального отопления (ЦО) в странах Центральной и Восточной Европы задача создания современных технологий СНР считается высокоприоритетной. Реализация СНР может способствовать обеспечению независимости экономики от импорта энергии, а также замене производства электроэнергии на опасных атомных электростанциях в этих странах на системы СНР.

Инфраструктура - реконструкция городов

Европейский Союз предоставляет помощь и финансовую поддержку для развития инфраструктуры посредством ряда программ (INTERREG, ENVIREG, VALOREN, Cohesion Fund и т. д.) и через банки (Европейский Инвестиционный Банк, Европейский Банк Реконструкции и Развития и т.д.). Помощь поступает в пограничные зоны, развивающиеся регионы; она идет на реконструкцию городов, создание трансевропейских сетей и т. д.

Возможно, такие виды инфраструктуры, как электрические и газовые системы, а также системы СНР и ЦО, будут получать помощь и финансовую поддержку в будущем. Расширение трансевропейских электрических и газовых сетей может в той или иной степени способствовать сооружению новых ТЭЦ и проложить дорогу для взаимодействия между СНР и гидроэнергетикой в рамках европейской системы энергоснабжения.

СНР ¾ европейский вариант с большим потенциалом

При условии реализации модели развития для Европы, которая рассматривалась выше, можно говорить о значительном потенциале СНР. В данном разделе обсуждены характеристики и потенциал СНР.

Устойчивость

Когенерация электрической и тепловой энергии представляет собой энергоэффективную технологию, которая может сыграть важную роль в XXI веке в осуществлении перехода Европы на путь устойчивого развития. С помощью СНР возможно одновременное производство нескольких видов энергетических услуг:

· отопление и холодоснабжение зданий;

· выработка электроэнергии для освещения и работы двигателей;

· производство технологической энергии для промышленности и т. д.

При комбинированном производстве тепловой и электрической энергии возможна утилизация большого числа различных видов топлива ¾ не только природного газа, угля и нефти, но и, например, биомассы и твердых отходов, с использованием энергоэффективных крупномасштабных установок для сжигания, оборудованных современными системами, а также с применением экологичных технологий.

Кроме того, комбинированное производство тепловой и электрической энергии может благотворно повлиять на локальную окружающую среду, если системы СНР заменят ряд объектов энергетики как источников атмосферного загрязнения.

Реализация СНР способствует повышению уровня занятости. Это объясняется тем, что энергоэффективность и использование местных энергетических ресурсов, связанные с СНР, означают возможность сокращения импорта топлива в Европе, а это способствует увеличению денежной массы, остающейся для инвестиций в местные системы комбинированного производства тепловой и электрической энергии.

Тем самым СНР может способствовать достижению ряда целей, поставленных как на уровне Европейского Союза, так и на национальном уровне.

Потенциал СНР в Европе

В рамках программы SAVE была заново произведена оценка технико-экономического потенциала СНР. Для получения более точных данных необходим дальнейший структурированный и комплексный анализ.

Предварительная оценка показала, что в 12 странах Европейского Союза мощность генерации энергии по технологиям СНР может быть удвоена к 2000 г.; тогда она будет составлять значительную долю общего объема неядерной термической мощности в этих странах и сможет заменить соответствующий объем тепловой и электрической энергии, вырабатываемых раздельно.

Таким образом, СНР можно рассматривать как важный инструмент стабилизации выбросов СО 2 в Европе к 2000 г.

На рисунке приведены ориентировочные значения потенциалов СНР для стран Европы. В первой колонке указана установленная мощность на 1993 г. (мощность генерации электроэнергии в гигаваттах). Данные на 2000 г. включают рост СНР в сфере обслуживания, в промышленности и в секторе центрального отопления.

В более отдаленной перспективе потенциал СНР связан, главным образом, с рынком тепловой энергии. Он зависит от принятия решений по теплоснабжению городских зон в Европе на перспективу.

С внедрением СНР произойдет сокращение общего объема выбросов СО 2 . Комбинированное производство тепловой и электрической энергии играет определенную роль и за пределами 12 стран-членов Европейского Союза. Так, в Финляндии, Швеции и Австрии уже сейчас велика доля СНР. Вступление этих государств в Европейский Союз непременно повлияет на ход обсуждения перспектив СНР в Европе.

В некоторых странах Центральной и Восточной Европы уже имеются крупномасштабные системы СНР/ЦО. Это подчеркивает важность СНР как элемента общеевропейской системы энергоснабжения. Главная задача, стоящая перед Центральной и Восточной Европой, заключается в обновлении и модернизации систем СНР/ЦО. Ожидается значительный выигрыш от сокращения потребления топлива и выбросов вредных веществ.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что СНР по всем аспектам может сыграть ключевую роль в европейской энергетической политике.

СНР как долгосрочный интегрированный выбор

С реализацией СНР связаны такие технологические преимущества, как энергоэффективность и возможность утилизации природного газа, угля, биомассы, отходов и т.п. экологически приемлемым способом.

Диапазон применения СНР широк ¾ от малых установок до крупных станций, обслуживающих объединенные городские зоны; комбинированное производство тепловой и электрической энергии также используется в различных взаимосвязанных энергетических службах. Что касается аналогичных вариантов более чистых технологий, то развитие СНР зависит от последовательной интеграции различных видов его применения, а также от территориальной и экономической базы.

Речь идет, в основном, о территориальной интеграции, которая касается сетей центрального отопления, объединенных технологических установок, установок в зданиях и т. д. Интеграция касается и сферы управления.

В то же время, необходима общая экономическая и организационная база. Эксплуатация установок требует значительных инвестиционных и текущих затpат. В финансовом отношении в этот процесс должны быть вовлечены все заинтересованные стороны .

СНР следует рассматривать как вариант на долгосрочную перспективу с участием сохранения необходимой организационной стабильности (это особенно касается крупномасштабных систем центрального отопления) и обесценивания инвестиций. Амортизационные сроки для крупных городских систем зачастую составляют 20-30 лет. Это также характерно для других видов базовых инвестиций, например, в установки, работающие на природном газе, а также в электростанции и энергетические сети.

Понятие комбинированного производства тепловой и электрической

энергии с трудом поддается определению

В рамках европейской энергетической политики не было выработано адекватного определения СНР; в разных странах используются разные определения:

· Технологии и масштабы СНР различны в различных странах. Так, в странах Северной Европы, а также в Центральной и Восточной Европе, имеются крупномасштабные системы центрального отопления, основанные на работе ТЭЦ; в Нидерландах, Великобритании, Италии, Португалии, Греции и Франции быстро растет доля локальных установок СНР, автономных и промышленных производителей.

· Владеют и управляют системами СНР мелкие, частные производители, обрабатывающая промышленность, третьи лица, органы местного самоуправления, дистрибьютеры и коммунальные предприятия энергетического сектора. Они имеют самые разнообразные мотивы и даже становятся конкурентами, когда речь идет о завоевании рынков тепловой или электрической энергии (если только они не регулируется властями или не поделены между коммунальными предприятиями по взаимному согласию).

· Понятие СНР не вписывается в узкие рамки концепции рынка. Конкуренция в одной сфере (например, в газовом секторе) неизбежно будет иметь экономические последствия для других сфер (например, в электро- или теплоснабжении), и невозможно предсказать, каковы будут последствия этой конкуренции.

· Более того по статистике и базам данных трудно сказать, идет ли речь об электростанции, тепловой системе или о чем-то ином. Используется ли топливо однократно или двукратно? Является ли тепловая энергия разновидностью отходов?

Необходимо продумать вопрос о рациональном расположении систем СНР на карте Европы.

Важно не только подчеркивать преимущества СНР, но и выработать базовое определение СНР как энергетически эффективной, экологически приемлемой комплексной технологии.

Основные условия успешной pеализации СНР и ЦО

Практика показывает, что можно выявить ряд базовых условий успешной реализации СНР и ЦО (см. Приложение). Речь идет о стабильной ситуации на рынках тепловой энергии, газа и электроэнергии, а также об удовлетворительной финансовой базе. Ниже предложен перечень возможных условий:

· стабильные экономические условия на долгосрочную перспективу;

· адекватный рынок тепловой и электрической энергии;

· большая доля рынка тепловой энергии в общем энергетическом рынке;

· внедрение усовершенствований в области эксплуатации и технологий;

· энергетическое и экологическое налогообложение;

· субсидии;

· планирование и зонирование рынка;

· взаимосвязь между производством тепловой и электрической энергии;

· легальный доступ к продажам энергетической продукции и услуг;

· партнерские отношения между электрическими и теплоэнергетическими компаниями;

· спрос со стороны государственного сектора.

Предложения по комплексной стратегии СНР

в рамках Европейского Союза

В данном разделе изложены соображения, которые могут стать частью всеобъемлющей стратегии СНР. Каждое предложение, безусловно, требует дальнейшего обсуждения.

Для того чтобы СНР заняло более почетное место в структуре повестки дня европейской политики в области энергетики, необходимо разработать комплексную стратегию.

В рамках такой стратегии можно пpедложить, например, инструменты комплексной и интерактивной политики как основу новой модели европейского развития в соответствии с "Белой книгой". Европейский Союз и его отдельные члены могли бы сотрудничать при разработке общей стратегии по развитию СНР и составлении графика осуществления различных инициатив. Можно сформулировать и стратегии СНР на национальной основе, по принципу вспомогательности.

Стратегия СНР может определить, каким образом и когда будет осуществлена каждая из инициатив. Например, в директивах по внутреннему европейскому энергетическому рынку можно оставить место для СНР. Кроме того, регулирование должно, по возможности, способствовать дальнейшему расширению СНР.

В соответствии с принципом вспомогательности, стратегия может предусматривать осуществление инициатив государствами-членами ранее срока, установленного в схемах для Европейского Союза.

В рамках данной стратегии можно поставить задачу расширения СНР, а также предложить инструменты последовательной политики, способствующие устойчивому развитию СНР на долгосрочную перспективу.

Высказано предложение о том, чтобы Комиссия, Парламент и Совет Министров Европейского Союза подготовили материал рабочей группы, который послужил бы фоном для проведении переговоров по вопросу о рыночной директиве и новом договоре для Европейского Союза.

Поэтапное осуществление

Роль СНР можно усилить за счет постепенного осуществления процесса по всей Европе с участием потребителей и рынков, неправительственных организаций, а также центральных и местных правительственных органов.

Общие представления, базы данных и статистика

На первом этапе будут выработаны общие представления, терминология и стандарты для различных видов СНР. Необходимо инициировать конкретную европейскую программу через Европейский Союз, CEN, Международное агентство по энергетике и т.д.

Конкретная цель будет заключаться в разработке методологической терминологии для программы действий по СНР с последующим созданием базы данных для программ СНР и их характеристик в соответствии с Соглашением Междунаpодного Агентства Энеpгетики (IEA) по данным INDEEP и программам контроля стороны спроса. Эту задачу можно pассматpивать как продолжение программы SAVE.

Евростат и национальные статистические бюро могут разработать общий регламент по статистике и создать европейскую базу данных, в которой найдет ясное отражение СНР и которая будет использоваться для анализа энергетического баланса.

Кроме того, необходимо инициировать научно-технические разработки по комплексной методологии составления программ по СНР.

Создание информационной сети

Государственная информационная сеть по программе THERMIE была создана через центры OPET. Сотрудничество по EnR направлено на создание баз данных. EnR было предложено создать специальные базы данных по СНР, а также информационную сеть для выполнения общих задач.

Европейское лобби СНР

Ряд организаций профессионально заинтересован в индустрии СНР. Весьма полезным может быть гармоничное представление этих интересов перед Комиссией и Европарламентом. Полезным может быть также создание сети, охватывающей всю Европу.

Сценарии предоставления услуг в сфере энергетики и варианты

осуществления СНР

Спрос на энергетические услуги, который может быть удовлетворен за счет СНР, на локальном, национальном и европейском уровне. При этом во внимание принимается внутренний, коммерческий и промышленный спрос. В то же время можно оценить уровень спроса на электроэнергию, а также степень доступности различных источников энергии и различных видов топлива, в том числе биомассы и отходов.

Результаты могут быть просуммированы на локальном и национальном уровне и использовать для оценки потенциала СНР.

СНР и комплексное планирование в энергетике

Потенциалы СНР можно учесть пpи pазpаботке Комиссией сценариев по перспективам развития энергоснабжения в Европе и использовать при оценке воздействия на окружающую среду.

Возможна выработка реального сценария развития СНР в Европе. Такой общий план может стать основой для инициатив.

Комбинированное производство тепловой и электрической энергии можно сделать постоянным элементом локальных и национальных стратегий в области энергетики (в том числе, национальных задач), а также комплексного планирования ресурсов, которое будет осуществляться энергетическими компаниями в соответствии с последующими указаниями Европейской Комиссии. Соответствующие положения могут быть отражены в Директиве Европейского Союза по комплексному планированию ресурсов.

Проведение качественной оценки в отношении СНР может содействовать принятию решений по выбору технологий СНР, включая проблемы энергоэффективности в целом.

Кроме того, такое планирование и оценки помогут установить иерархию приоритетов для различных видов СНР (автономное производство, системы центрального отопления и газовые системы). Необходимо также иметь возможность оценки взаимосвязи между различными решениями в области СНР.

Устранение барьеров и реализация СНР

В ходе реализации программы SAVE было выявлено несколько видов барьеров на пути дальнейшего расширения СНР. Существенным препятствием оказались барьеры организационного характера. Неразумные рыночные предписания могут стать еще одним серьезным фактором, сдерживающим развитие СНР.

Перечень элементов, необходимых для реализации СНР, может включать:

· организационную структуру и устранение барьеров;

· планирование и зонирование рынка (картирование, городское планирование, организация заповедных зон и т.д.);

· меры в области маркетинга и регулирования (кампании, субсидии, скидки, стимулы, паи, приоритеты, обязательное подключение, предписания);

· вложение средств в строительство установок, скидки и т.д.;

· регулирование цен на услуги в области комбинированной энергии;

· приоритет для СНР при распределении нагрузок;

· экологическое налогообложение и субсидии для схем СНР;

· финансирование энергетической инфраструктуры (газ, электричество, СНР, ЦО) и обеспечение инвестиций;

· регулирование внешних подключений.

Особое значение имеет создание надежной инвестиционной базы для расширения крупномасштабных систем СНР.

Описанные меры могут приниматься на национальном уровне, тогда как на уровне Европейского Союза можно рассмотреть вопрос о разработке конкретных положений и т.п.

Оказание помощи странам Восточной Европы в реализации СНР

Помощь странам Восточной Европы в реализации СНР можно активизировать и скоординировать с национальными и международными программами. При осуществлении финансирования международные банки развития могут сделать акцент на инвестиции в энергоэффективность и схемы СНР. Можно произвести оценку воздействия энергоэффективности, что станет основой для установления приоритетов при осуществлении соответствующих мер.

Последующие действия (технологии, программы и т.п.)

Необходимость развития технологий и систем СНР весьма актуальна, в том числе в плане совершенствования известных технологий. В качестве примера можно привести транспортирование тепловой энергии на большие расстояния.

Возможна разработка и существенное улучшение программ контроля стороны спроса на тепловую энергию, контроля и комбинирования нагрузок и т. д.

Кроме того, существует настоятельная необходимость в оценке энергетических показателей, энергоэффективности, воздействия на окружающую среду и т.п. как основы для оптимизации концепций СНР и во избежание стремления производителей к «снятию сливок».

Приложение

Основные условия успешной реализации СНР и ЦО

Ниже предложен ряд основных условий успешной реализации СНР и ЦО,

выявленных эмпирическим путем.

· Стабильные экономические условия на долгосрочную перспективу

Системы СНР и ЦО являются долгосрочными и капиталоемкими. Для принятия верных экономических решений необходимо, чтобы долгосрочные экономические условия для их функционирования были как можно более стабильными и предсказуемыми.

Например, затраты основного капитала составляют 75% от общих затрат потребителей. Таким образом, в сравнении с индивидуальным отоплением потребительские цены на ЦО оказываются относительно нечувствительными к колебаниям цен на топливо. С другой стороны, в ситуациях, когда цены на топливо низки, потребители не будут проявлять желания подключаться к сети ЦО, и, следовательно, теплоэнергетические компании будут поставлены перед дилемой: расширять ЦО или создавать СНР. Подобный риск можно сократить за счет использования политических инструментов и последующих инициатив.

· Адекватный рынок тепловой и электрической энергии

Необходимо существование такого рынка тепловой энергии, который зависел бы от спроса на тепловую энергию, плотности застройки в городах и климатических условий. Это важно как с точки зрения обеспечения экономической целесообразности, так и с точки зрения снижения потерь тепловой энергии в распределительной системе. Аналогичным образом, не должно существовать технических, юридических или организационных барьеров для подключения к энергетической сети, а тарифы должны быть разумными.

· Значительная доля рынка тепловой энергии

Предельные цены на подключение дополнительного количества потребителей к сети ЦО ограничены. Таким образом, значительная доля рынка тепловой энергии будет способствовать повышению энергоэффективности и увеличению экономии.

· Текущий ремонт и технологические усовершенствования

Как показывает опыт, важную роль в функционировании систем СНР и ЦО играет регулярный текущий ремонт и модернизация за счет внедрения технологических усовершенствований.

Данные предпосылки успешного развития не всегда реализуются, что порождает экономические сложности. Низкие цены на конкурентные виды топлива могут привести к уменьшению объема экономических благ для потребителей тепловой энергии и даже к отключению некоторых потребителей [от системы] и переходу на другие виды отопления. Конкуренция может привести и к тому, что новые потребители не будут подключиться к данной системе, что ухудшит экономическое положение коммунального предприятия СНР/ЦО и оставшихся потребителей. Это породит замкнутый круг «рост темпов ¾ уменьшение доли рынка», в результате чего произойдет потеря энергоэффективности, а это зачастую оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Ниже приведены примеры того, каким образом можно создать предпосылки для развития ЦО и использования СНР за счет ряда политических мер локального и национального уровня

· Поддержка за счет налогообложения, субсидирования и регулирования

В некоторых случаях были приняты адекватные политические меры государственного и локального уровня для решения проблем, связанных с кpаткосрочными колебаниями цен, за счет соответствующей системы налогообложения и субсидирования, а также посредством регулирования.

· Энергетическое и экологическое налогообложение

Налоги на энергию и выбросы могут сгладить колебания потребительских цен при колебаниях цен на мировом рынке.

· Субсидирование

Во многих странах для снижения затрат на инвестиции, оказания помощи в проведении текущего ремонта и модернизации, а также для интенсификации подключения потребителей к сети использовалась система субсидий и дотаций для потребителей и/или теплоэнергетических компаний.

· Регулирование

В некоторых случаях органы местного самоуправления получили разрешение предоставлять потребителям стимулы для подключения к системе ЦО при замене их установок, или же сделать такое подключение обязательным.

· Рыночные стратегии и зонирование

Неуместная конкуренция между различными системами теплоснабжения на одной и той же территории может поставить эти системы под угрозу в экономическом отношении. Конкуренция между системами снабжения может также привести к снижению энергоэффективности ЦО, так как темпы подключения могут быть низкими. Во избежание этих проблем, некоторые рынки были поделены на географические зоны для различных систем снабжения посредством планирования со стороны центрального или локального правительств или по договоренности между предприятиями.

· Связь между тепловой и электрической энергией

При использовании СНР возникает тесная физическая связь между производством электрической и тепловой энергии. С целью утилизации обоих видов выработанной энергии предложение и спрос можно совместить. Часто гибкость системы повышается за счет предоставления доступа к более крупным системам ЦО и к государственной электрической сети, что обеспечивает возможность внедрения

СНР. Требование гибкости порождают необходимость в соответствующей правовой базе для сотрудничества между сторонами, предоставляющими электрическую и тепловую энергию.

· Легальный доступ к продажам энергетической продукции и услуг

Предприятия, кpупные районы жилой застройки и такие учреждения, как школы, больницы и т.д., во многих случаях получают легальный доступ к продаже избытка тепловой энергии местным ЦО-компаниям, а также избытка электрической энергии электрическим компаниям.

Теплоэнергетические компании, использующие системы СНР, также могут иметь легальный доступ к продажам электроэнергии в государственную электрическую сеть.

· Тесное сотрудничество с электрическими компаниями

Независимо от того, идет ли речь о промышленных СНР-установках или об установках, являющихся собственностью теплоэнергетических компаний, важны соответствующие условия и тарифы на обмен электроэнергией.

· Потребители в государственном секторе

Для успешной реализации СНР и ЦО часто необходима поддержка со стороны органов государственной власти. Быстрое подключение общественных зданий к сетям ЦО может явиться ценным вкладом в экономику этих систем. Координация физического планирования и городского развития в муниципалитетах с развитием систем ЦО создаст благоприятные условия на рынке тепловой энергии и тем самым укрепит экономику компании-владельца системы ЦО, а также и сократит расходы для потребителей.

Газопоршневая электростанция представляет собой систему производства электрической энергии из внутренней энергии топлива. Работают они на сжиженном или магистральном природном газе, биогазе, попутном газе.

Преимуществами газопоршневых электростанций являются простота в использовании и невысокая стоимость топлива. В районах с магистральным газопроводом газопоршневая электростанция выступает в качестве самого экономичного постоянного или резервного источника энергии.

Принцип действия газопоршневой установки достаточно прост. Основой конструкции является газопоршневой двигатель - это двигатель внутреннего сгорания. При сгорании топлива выделившаяся энергия используется генератором электрического тока. Двигатели могут применяться в установках, предназначенных как для постоянной, так и для переменной работы, а также для одновременного производства электрической и тепловой энергии (данный процесс называется "когенерация энергии"). В последнем случае такая установка получает название "когенерационная газопоршневая установка".

Когенерация энергии

Термин «когенерация» обозначает комбинированную генерацию различных видов энергии. В техническом отношении, когенерация представляет собой процесс, при котором тепло и электричество вырабатываются одновременно в особом устройстве. Такое устройство называется «когенератор» и типичным его примером прикладного применения когенерации является газовая электростанция. Когенератор включает в себя генератор, газовый двигатель, систему отбора тепла и систему управления. Когенерация представляет собой оптимальный способ обеспечения и теплом и электрической энергией. Принцип когенерации лежит в основе различных современных технических решений.

Сама конструкция двигателя внутреннего сгорания, работающего на газовом топливе, менее подвержена повреждениям и износу за счет отсутствия в газе частиц, способных повредить механизм. Особенно это проявляется на низких нагрузках (ниже 20%). Кроме того, газопоршневые когенерационные установки работают и на биогазе с малодымным выхлопом (Евро4), в котором концентрируется минимальное количество вредных веществ.

Когенерационная газопоршневая станция (тепловая установка когенератора) способна обеспечить производство тепла и электроэнергиеи для жилого дома или промышленного предприятия - в зависимости от ее технических характеристик. При наличии магистрали когенератор вполне может осуществлять бесперебойную подачу электроэнергии. Расход топлива при этом наблюдается значительно более экономичный, чем в случае с бензиновыми или дизельными станциями. Себестоимость электроэнергии ниже тарифа в сети, даже на мини ТЭЦ (когенерационных установках малой мощности, мини ТЭС).

Когенерационные мини ТЭЦ

Когенерационные мини ТЭЦ благодаря своим размерам легче размещаются на небольших площадях. Когенератор работает на природном газе, а когенерационная установка мини ТЭЦ – одна из систем, работающих на синтезе двух источников, когенерации. Когенерационные тепловые установки отлично вписываются в схему электрики на промышленных предприятиях. Для удовлетворения нужд, таких как отопление небольших объектов, используются когенерационные установки малой мощности. Установка когенерации позволяет значительно экономить затраты на получение тепловой энергии.

Блочные электростанции подходят для мощной выработки электроэнергии, а также могут обогревать крупные производственные помещения, к тому же они отличаются хорошей экологичностью. Блочные электростанции применяются в помещениях, где идут активные производственные процессы.

Газопоршневые генераторы применяются и в качестве резервных станций. Они очень удобны для ситуаций, когда наблюдаются частые перебои в электроснабжении. Газовые электростанции – гарант вашей энергетической независимости.

Когенерация

Основным элементом комбинированного источника электроэнергии и тепла, в дальнейшем когенератора (конгенерационной установки, мини-ТЭЦ), является первичный газовый двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором на валу. При работе двигатель-генератора утилизируется тепло газовыхлопа, масляного холодильника и охлаждающей жидкости двигателя. При этом в среднем на 100 кВт электрической мощности потребитель получает 150-160 кВт тепловой мощности в виде горячей воды 90 С для отопления и горячего водоснабжения.

Таким образом, когенерация удовлетворяет потребности объекта в электроэнергии и низкопотенциальном тепле. Главное ее преимущество перед обычными системами состоит в том, что преобразование энергии здесь происходит с большей эффективностью, чем достигается существенное сокращение расходов на производство единицы энергии.

Основные условия для успешного применения когенерационной технологии:

1. При использовании конгенерационной установки (мини-ТЭЦ) в качестве основного источника энергии, то есть при загрузке 365 дней в году, исключая время на плановое обслуживание.

2. При максимальном приближении конгенерационной установки (мини-ТЭЦ) к потребителю тепла и электроэнергии, в этом случае достигаются минимальные потери при транспортировке энергии.

3. При использовании наиболее дешевого первичного топлива - природного газа.

Наибольший эффект применения конгенерационной установки (мини-ТЭЦ) достигается при работе последнего параллельно с внешней сетью. При этом возможна продажа излишков электроэнергии, например, в ночное время, а также при прохождении часов утреннего и вечернего максимумов электрической нагрузки. По такому принципу работают 90% когенераторов в странах Запада.

Сферы применения когенерационных установок:

Максимальный эффект применения когенераторов достигается на следующих городских объектах:

Собственные нужды котельных (от 50 до 600 кВт). При реновации котельных, а также при новом строительстве источников тепловой энергии крайне важным является надежность электроснабжения собственных нужд теплоисточника. Применение газового когенератора (газопоршневого агрегата) оправдано здесь тем, что он является надежным независимым источником электроэнергии, а сброс тепловой энергии когенератора обеспечен в нагрузку теплоисточника.

Больничные комплексы (от 600 до 5000 кВт). Эти комплексы являются потребителями электроэнергии и тепла. Наличие в составе больничного комплекса когенератора дает двойной эффект: снижение расходов на энергообеспечение и повышение надежности электроснабжения ответственных потребителей больницы - операционного блока и блока реанимации за счет ввода независимого источника электроэнергии.

Спортивные сооружения (от 1000 до 9000 кВт). Это, прежде всего, бассейны и аквапарки, где востребованы и электроэнергия, и тепло. В этом случае конгенерационная установка (мини-ТЭЦ) покрывает потребности в электроэнергии, а тепло сбрасывает на поддержание температуры воды.

Электро- и теплоснабжение объектов строительства в центре города (от 300 до 5000 кВт). С этой проблемой встречаются компании, ведущие реновацию старых городских кварталов. Стоимость подключения реновируемых объектов к инженерным сетям города в ряде случаев соизмерима с объемом инвестиций в собственный когенерационный источник, однако в последнем случае собственником источника остается компания, что приносит ей дополнительную прибыль при эксплуатации жилого комплекса.

Когенерационные системы классифицируются по типам основного двигателя и генератора:

Паровые турбины, газовые турбины;

Поршневые двигатели;

Микротурбины.

Наибольшим преимуществом пользуются поршневые двигатели, работающие на газе. Они отличаются высокой производительностью, относительно низким объемом начальных инвестиций, широким выбором моделей по выходной мощности, возможностью работы в автономном режиме, быстрым запуском, использование различных видов топлива.

Основы когенерации.

Обычный (традиционный) способ получения электричества и тепла заключается в их раздельной генерации (электростанция и котельная). При этом значительная часть энергии первичного топлива не используется. Можно значительно уменьшить общее потребление топлива путем применения когенерации (совместного производства электроэнергии и тепла).

Когенерация есть термодинамическое производство двух или более форм полезной энергии из единственного первичного источника энергии.

Две наиболее используемые формы энергии - механическая и тепловая. Механическая энергия обычно используется для вращения электрогенератора. Вот почему именно следующее определение часто используется в литературе (несмотря на свою ограниченность).

Когенерация есть комбинированное производство электрической (или механической) и тепловой энергии из одного и того же первичного источника энергии.

Произведенная механическая энергия также может использоваться для поддержания работы вспомогательного оборудования, такого как компрессоры и насосы. Тепловая энергия может использоваться как для отопления, так и для охлаждения. Холод производится абсорбционным модулем, который может функционировать благодаря горячей воде, пару или горячим газам.

При эксплуатации традиционных (паровых) электростанций, в связи с технологическими особенностями процесса генерации энергии, большое количество выработанного тепла сбрасывается в атмосферу через конденсаторы пара, градирни и т.п. Большая часть этого тепла может быть утилизирована и использована для удовлетворения тепловых потребностей, это повышает эффективность с 30-50% для электростанции до 80-90% в системах когенерации. Сравнение между когенерацией и раздельным производством электричества и тепла приводится в таблице 1, основанной на типичных значениях КПД.

Исследования, разработки и проекты, реализованные в течение последних 25 лет, привели к существенному усовершенствованию технологии, которая теперь действительно является зрелой и надежной. Уровень распространения когенерации в мире позволяет утверждать, что это наиболее эффективная (из существующих) технология энергообеспечения для огромной части потенциальных потребителей.

Таблица 1

Преимущества технологии.

Технология когенерации действительно одна из ведущих в мире. Что интересно, она прекрасно сочетает такие положительные характеристики, которые недавно считались практически несовместимыми. Наиболее важными чертами следует признать высочайшую эффективность использования топлива, более чем удовлетворительные экологические параметры, а также автономность систем когенерации.

Технология, которой посвящен данный ресурс, не просто "комбинированное производство электрической (или механической) и тепловой энергии", - это уникальная концепция, сочетающая преимущества когенерации, распределенной энергетики и оптимизации энергопотребления.

Следует заметить, что качественная реализация проекта требует наличия специфических знаний и опыта, иначе значительная часть преимуществ наверняка будет потеряна. К сожалению, в России очень мало компаний, которые действительно обладают необходимой информацией и могут грамотно реализовать подобные проекты.

Выгоды от использования систем когенерации условно делятся на четыре группы, тесно связанные друг с другом.

Преимущества надежности.

Когенерация - фактически идеальная форма обеспечения энергией с точки зрения безопасности энергоснабжения.

Развитие современных технологий усиливает зависимость человеческой деятельности от энергоснабжения во всех областях: и в доме, и на работе, и на отдыхе. Непосредственная зависимость человеческой жизни от бесперебойного энергоснабжения растёт на транспорте (начиная с лифтов и заканчивая системами обеспечения безопасности на скоростных железнодорожных магистралях) и в медицине, полагающейся сегодня на сложные и дорогие приборы, а не только на стетоскоп и ланцет.

Повсеместное распространение компьютеров только повышает требования к энергоснабжению. Не только "количество", но и "качество" электроэнергии становятся критичными для банков, телекоммуникационных или промышленных компаний. Скачок или сбой напряжения могут повлечь сегодня не просто остановку или порчу машины, но и потерю информации, восстановление которой иногда несравнимо сложнее ремонта оборудования.

Требования к энергоснабжению формулируются просто - надёжность, постоянство. И для многих становится ясно, что на сегодня единственный путь иметь продукт высшего качества - произвести его самому. Военные во всём мире знают это давно, промышленники уже пришли к таким решениям, а семьи и предприятия малого бизнеса начали осознавать преимущества владения электрогенераторами и тепловыми котлами только сейчас. Кризис сложившейся монополизированной энергетической инфраструктуры и начавшаяся либерализация энергетических рынков одновременно и увеличивают степень неопределённости будущего, и привлекают открывающимися возможностями для бизнеса. И тот и другой фактор увеличивают спрос потребителей энергии на собственные генерирующие мощности.

В случае использования системы когенерации потребитель застрахован от перебоев в централизованном энергоснабжении, время от времени возникающих либо вследствие крайнего износа основных фондов в электроэнергетике, либо природных катаклизмов или других непредвиденных причин. У него, скорее всего, не возникнет организационных, финансовых или технических трудностей при росте мощностей предприятия, поскольку не понадобится прокладка новых линий электропередач, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т. д. Более того, вновь приобретенные когенераторы встраиваются в уже существующую систему.

Основным элементом комбинированного источника электроэнергии и тепла, в дальнейшем когенератора (когенерационной установки, мини-ТЭЦ), является первичный газовый двигатель внутреннего сгорания с электрогенератором на валу. При работе газопоршневого двигателя утилизируется тепло выхлопных газов или тепло получаемое с охлаждения рубашки двигателя. При этом в среднем на 100 кВт электрической мощности потребитель получает 120-160 кВт тепловой мощности в виде горячей воды 90 С для отопления и горячего водоснабжения.

Таким образом, когенерация удовлетворяет потребности объекта в электроэнергии и бесплатной тепловой энергии. Главное ее преимущество перед обычными системами состоит в том, что преобразование энергии здесь происходит с большей эффективностью, чем достигается существенное сокращение расходов на производство единицы энергии.

Основные условия для успешного применения когенерационных технологии Мини-ТЭЦ

1. При использовании когенерационной установки (мини-ТЭЦ ) в качестве основного источника энергии, то есть при загрузке 365 дней в году, исключая время на плановое обслуживание.

2. При максимальном приближении когенерационной установки (мини-ТЭЦ ) к потребителю тепла и электроэнергии, в этом случае достигаются минимальные потери при транспортировке энергии.

3. При использовании наиболее дешевого первичного топлива - природного газа. Наибольший эффект применения когенерационной установки (мини-ТЭЦ ) достигается при работе в параллель с центральной сетью. При этом возможна продажа излишков электроэнергии, например, в ночное время, а также при прохождении часов утреннего и вечернего максимумов электрической нагрузки. По такому принципу работают 90% энергообъектов в странах Запада. Но в России это не выгодно, так как МРСК готово покупать 1 кВт электрической энергии по оптовой цене. Это примерно 1-1,30 рубль за 1 кВт. А себестоимость одного кВт вместе с обслуживанием составляет 1,50 рублей.

Сферы применения когенерации в Мини-ТЭЦ:

Максимальный эффект применения когенераторов достигается на следующих городских объектах:

Собственные нужды котельных (от 50 до 600 кВт). При реновации котельных, а также при новом строительстве источников тепловой энергии крайне важным является надежность электроснабжения собственных нужд теплоисточника. Применение газового когенератора (газопоршневой электростанции) оправдано здесь тем, что он является надёжным независимым источником электроэнергии, а сброс тепловой энергии когенератора обеспечен в нагрузку теплоисточника.

Спортивные сооружения (от 1000 до 9000 кВт). Это, прежде всего, бассейны и аквапарки, где востребованы и электроэнергия, и тепло. В этом случае когенерационная установка (мини-ТЭЦ ) покрывает потребности в электроэнергии, а тепло сбрасывает на поддержание температуры воды.

Электро- и теплоснабжение объектов строительства в центре города (от 300 до 5000 кВт). С этой проблемой встречаются компании, ведущие реновацию старых городских кварталов. Стоимость подключения объектов к инженерным сетям города в ряде случаев соизмерима с объемом инвестиций в собственный когенерационный источник, однако в последнем случае собственником источника остается компания, что приносит ей дополнительную прибыль при эксплуатации жилого комплекса.

Когенерационные системы классифицируются по типам основного двигателя и генератора

Наибольшим преимуществом пользуются газопоршневые двигатели, работающие на газе. Они отличаются высокой производительностью, относительно низким объемом начальных инвестиций, широким выбором моделей по выходной мощности, возможностью работы в автономном режиме, быстрым запуском, использование различных видов топлива.

Основы когенерации мини ТЭЦ

Когенерация есть термодинамическое производство двух или более форм полезной энергии из единственного первичного источника энергии.

Когенерация есть комбинированное производство электрической (или механической) и тепловой энергии из одного и того же первичного источника энергии.

При эксплуатации традиционных (паровых) электростанций, в связи с технологическими особенностями процесса генерации энергии, большое количество выработанного тепла сбрасывается в атмосферу через конденсаторы пара, градирни и т.п. Большая часть этого тепла может быть утилизирована и использована для удовлетворения тепловых потребностей, это повышает эффективность с 30-50% для электростанции до 80-90% в системах когенерации. Исследования, разработки и проекты, реализованные в течение последних 25 лет, привели к существенному усовершенствованию технологии, которая теперь действительно является зрелой и надежной. Уровень распространения когенерации в мире позволяет утверждать, что это наиболее эффективная (из существующих) технология энергообеспечения для огромной части потенциальных потребителей.

Преимущества технологии для мини-ТЭЦ

Выгоды от использования систем когенерации условно делятся на четыре группы, тесно связанные друг с другом.

Преимущества надёжности когенерации Мини-ТЭЦ

Когенерация - фактически идеальная форма обеспечения энергией с точки зрения безопасности энергоснабжения.

Расположение энергоцентра в непосредственной близости от потребителя подразумевает то, что энергоцентр находится в зоне безопасности конкретного предприятия, и энергоснабжение зависит только от потребителя.

Распределенные (автономные) источники энергии, подобные системам когенерации, снижают уязвимость инфраструктуры энергетики. Станции когенерации, рассеянные по Европе и Америке, менее уязвимы к естественному и умышленному разрушению, чем крупные центральные электростанции. Когенерация в основном работает на природном газе и других "бытовых" видах топлива, то есть не требует экстраординарных мер по обеспечению топливом.

Когенерация повышает надежность энергоснабжения сооружений - это существенное преимущество в условиях меняющегося рынка энергии и высокотехнологичного общества. Высоконадежное электроснабжение критически важно для большинства компаний, работающих в информационной, производственной, исследовательской областях, сфере безопасности и т.д.

Экономические преимущества когенерации Мини-ТЭЦ

Когенерация предлагает превосходный механизм экономического стимулирования.
Высокие затраты на энергию могут быть уменьшены в несколько раз (Например, при качественной реализации проекта, система когенерации может вырабатывать энергию, себестоимость которой в 7 раз меньше, чем ее же стоимость у "АО-энерго").
Уменьшение доли энергии в себестоимости продукции позволяет существенно увеличить конкурентоспособность продукта.

Доля энергии в себестоимости продукта колеблется от 10% до 70%, что в 5-10 раз выше мирового уровня. В себестоимости продукции химической промышленности на энергию приходится порядка 70%. В металлургии - до 27%. Темпы роста тарифов на энергию превышают темпы роста цен на продукцию большинства отраслей хозяйства. Это явилось одной из важнейших причин увеличения удельного веса затрат на энергию в себестоимости продукции. Особо следует подчеркнуть, что при уменьшении выпуска промышленной продукции в 3-4 раза потребление энергии на предприятиях сократилось всего лишь в 1,5-2 раза. Использование в производстве морально и физически устаревшего оборудования, объясняемое, прежде всего, отсутствием у большинства промышленных предприятий средств на его замену или модернизацию, приводит к нерациональному расходу энергетических ресурсов и лишь усугубляет ситуацию.

Некачественное электроснабжение - главный фактор замедления экономического роста. Когенерация является практически самым оптимальным вариантом обеспечения надежности снабжения электрической энергией.

Энергозависимая экономика требует все больше и больше энергии для работы и развития. При традиционном энергообеспечении возникает множество организационных, финансовых и технических трудностей при росте мощностей предприятия, поскольку часто необходимы прокладка новых линий электропередач, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т.д.

В то же время, когенерация предлагает крайне гибкие и быстрые в плане наращивания мощностей решения. Наращивание мощностей может осуществляться как малыми, так и достаточно большими долями. Этим поддерживается точная взаимосвязь между генерацией и потреблением энергии. Таким образом, обеспечиваются все энергетические нужды, которые всегда сопровождают экономический рост.

Стоимость прокладки энерго коммуникаций и подключение к сетям могут вылиться в сумму, сравнимую или превосходящую стоимость проекта когенерации. Природоохранные ограничения, стоимость земли и воды, государственное регулирование - есть тысячи препятствий для энергокомпании, решившей построить новую мощную электростанцию.

Топливом является газ, его преимуществом является относительная дешевизна, мобильность и доступность.

Когенерация позволяет воздержаться от бесполезных и экономически неэффективных затрат на средства передачи энергии, к тому же исключаются потери при транспортировке энергии, так как энерго генерирующее оборудование установлено в непосредственной близости от потребителя.

Значительное и быстрое снижение эмиссий вредных веществ приносит существенную пользу не только в экологическом контексте. Также имеет место моральное и экономическое удовлетворение подобных усилий: снижение или полное избавление от штрафов, гранты, налоговые льготы, снятие многих экологических ограничений.

Существует несметное количество экономических выгод когенерации, к сожалению, часть этого потенциала остается незамеченной конечными пользователями, промышленностью, бизнесом и властью или не реализованной компаниями-исполнителями.

Когенераторные технологии: возможности и перспективы

В. М. БАРКОВ, гл. специалист отдела теплоэнергетики

ООО «Инкомстрой-Инжиниринг» (г. Одинцово)

С повышением экологической культуры и необходимостью сокращения потребления ископаемых видов топлива появляется необходимость в высокоэффективных способах преобразования и выработки энергии. Традиционное раздельное производство электроэнергии конденсационными электростанциями и тепла котлами - малоэффективная технология, ведущая к потере энергии с теплом отходящих газов. Автономные установки комбинированного производства тепловой и электрической энергии - когенераторы - оказались успешным технологическим решением проблемы.

Основы когенерации

Когенерация - это технология комбинированной выработки энергии, позволяющая резко увеличить экономическую эффективность использования топлива, так как при этом в одном процессе производятся два вида энергии - электрическая и тепловая. Наибольший экономический эффект когенерации может быть достигнут только при оптимальном использовании обоих видов энергии на месте их потребления. В этом случае бросовая энергия (тепло выхлопных газов и систем охлаждения агрегатов, приводящих в движение электрогенераторы, или излишнее давление в трубопроводах) может быть использована по прямому назначению. Утилизируемое тепло может быть также использовано в абсорбционных машинах для производства холода (тригенерация). Существуют три основных типа когенераторных установок (КУ): энергоблоки на базе двигателей внутреннего сгорания (ГПА), газотурбинные установки (ГТУ) и парогазовые установки (ПГУ). Система когенерации (или мини-ТЭС) состоит из четырех основных частей: пер- вичный двигатель, электрогенератор, система утилизации тепла, система контроля и управления. В зависимости от существующих требований в качестве первичного двигателя могут использоваться поршневой двигатель, газовая турбина, паровая турбина и комбинация паровой и газовой турбин. В будущем это также могут быть двигатель Стирлинга или топливные элементы.

Мини-ТЭС обладают рядом достоинств, но отметим основные:

Малые потери при транспортировке тепловой и электрической энергии по сравнению с системами централизованного тепло и электроснабжения;

Автономность функционирования и возможность реализации в энергосистему излишков вырабатываемой электроэнергии;

Улучшение экономических показателей существующих котельных за счет выработки в них кроме тепловой и электрической энергии;

Повышение надежности теплоснабжения за счет собственного источника электроэнергии;

Более низкая себестоимость тепловой и электрической энергии по сравнению с централизованными источниками энергии.

Двигатели внутреннего сгорания (ГПА)

ГПА - традиционные дизельные электростанции, использующиеся в качестве резервных источников электроэнергии. При оснащении теплообменником или котлом-утилизатором они становятся мини-ТЭС. Бросовое тепло выхлопных газов, систем охлаждения и смазки двигателя идет на отопление и горячее водоснабжение. В механическую работу преобразуется треть энергии топлива. Остальная ее часть превращается в тепловую энергию. Кроме дизельных двигателей используются также газовые и газодизельные двигатели внутреннего сгорания. Газовый двигатель может быть оборудован несколькими карбюраторами, что дает возможность работать на нескольких сортах газа. Газодизельные агрегаты одновременно с газом потребляют до 1,5% дизтоплива, а в аварийном режиме плавно переходят с газа на дизтопливо. Дизельные когенераторы более предпочтительны в негазифицированных районах из-за более высокой, по сравнению с газом, стоимости нефтяного топлива. В качестве горючего могут быть также использованы биогаз, газы мусорных свалок, продукты пиролиза, что значительно повышает эффективность их использования на фермах, мусороперерабатывающих заводах, очистных сооружениях. ГПА с воспламенением от искры имеют наилучшее соотношение «расход топлива/энергия» и наиболее эффективны при мощностях от 0,03 до 5–6 МВт. ГПА с воспламенением от сжатия (дизеля) работают в диапазоне мощностей от 0,2 до 20 МВт. ГПА работают в двух основных режимах:

Номинальный режим - режим максимальной нагрузки и скорости в течение 24 час. в сутки на протяжении года с остановкой на плановое обслуживание; работа с перегрузкой в 10% возможна в течении 2-х час. в сутки;

Резервный режим - круглосуточная работа без перегрузки в период простоя основного источника энергии.

Достоинства и особенности применения ГПА:

Наиболее низкий уровень выбросов окислов азота, который можно устранить полностью при работе ДВС на богатой смеси с последующим дожиганием продуктов сгорания в котле;

Более высокий, по сравнению с ГТУ, ресурс работы, достигающий 150–200 тыс.час;

Наиболее низкий уровень капитальных затрат и эксплуатационных расходов на производство энергии;

Простота перехода с одного вида топлива на другой. ГПА не рекомендуется применять при потребности в получении большого количества теплоносителя с температурой более 110 С, при большой потребляемой мощности, а также при ограниченном числе пусков.

(Рис. 1. Принципиальная тепловая схема ГПА мини-ТЭС)

Газотурбинные установки (ГТУ)

ГТУ могут быть разделены на две основные части - газогенератор и силовую турбину, размещенные в одном корпусе. Газогенератор включает в себя турбокомпрессор и камеру сгорания, в которых создается высокотемпературный поток газа, воздействующий на лопатки силовой турбины. Тепловая производительность обеспечивается утилизацией тепла выхлопных газов с помощью теплообменника, водогрейного или парового котла-утилизатора. ГТУ предусматривают работу на двух видах топлива - жидком и газообразном. Постоянная работа производится на газе, а в резервном (аварийном) режиме происходит автоматический переход на дизель- ное топливо. Оптимальный режим работы ГТУ - комбинированная выработка тепловой и электрической энергии. ГТУ производят гораздо большее количество тепловой энергии, чем газопоршневые агрегаты, и могут работать как в базовом режиме, так и для покрытия пиковых нагрузок.

Принцип работы ГТУ

Атмосферный воздух через входное устройство КВОУ (комбинированное воздухообрабатывающее устройство) (6) поступает в компрессор (1), где сжимается и направляется в регенеративный воздухоподогреватель (7), а затем через воздухораспределительный клапан (5) в камеру сгорания (2). В камере сгорания в потоке воздуха сжигается топливо, поступающее через форсунки. Горячие газы поступают на лопатки газовой турбины (3), где тепловая энергия потока превращается в механическую энергию вращения ротора турбины. Мощность, полученная на валу турбины, используется для привода компрессора (1) и электрогенератора (4), который вырабатывает электроэнергию. Горячие газы после регенератора (7) поступают в водогрейный котел - утилизатор (8), а потом уходят в дымовую трубу (13). Сетевая вода, подаваемая сетевыми насосами (12), нагревается в водогрейном котле-утилизаторе (8) и пиковом котле (10) и направляется в центральный тепловой пункт (ЦТП). Подключение потребителей к ЦТП осуществляется при организации независимого контура. В качестве топлива используется природный газ. При аварийном прекращении подачи газа оба котла и ГТУ (при частичной нагрузке) переводятся для работы на сжиженный пропан-бутан (СУГ - сниженные углеводородные газы).

В зависимости от особенностей потребителей возможны следующие решения по схемам использования ГТУ:

Выдача электрической мощности в систему на генераторном (6,3 или 10,5 кВ) или повышенном до 110 кВ напряжении;

Выдача тепловой мощности через центральный тепловой пункт (ЦТП) или через индивидуальные тепловые пункты (ИТП) с полной гидравлической развязкой сетей ТЭЦ и потребительских сетей;

Работа ГТУ на общие с другими энергоисточниками тепловые сети или использование ГТУ в качестве автономного источника тепла;

Использование ГТУ как в закрытых, так и в открытых системах теплоснабжения;

Возможны варианты тепло- и электроснабжения: это или режим отпуска электрической энергии, или режим совместного отпуска электрической и тепловой энергии.

Достоинства и особенности применения ГТУ

Газотурбинные ТЭС на базе ГТУ обладают следующими достоинствами: - высокая надежность: ресурс работы основных узлов составляет до 150 тыс. час., а ресурс работы до капитального ремонта - 50 тыс. час.;

Коэффициент использования топлива (КИТ) при полной утилизации тепла достигает 85%;

Экономичность установки: удельный расход условного топлива на отпуск 1 кВТ электроэнергии составляет 0,2 кг у. т., а на отпуск 1 Гкал тепла - 0,173 кг у.т.;

Короткий срок окупаемости и небольшие сроки строительства - до 10–12 месяцев (при наличии необходимых согласований и разрешений);

Низкая стоимость капитальных вложений - не более $600 за установленный киловатт в пределах площадки ГТУ ТЭС;

Возможность автоматического и дистанционного управления работой ГТУ, автоматическое диагностирование режимов работы станции;

Возможность ухода от строительства дорогостоящих протяженных ЛЭП, что особенно важно для России.

Как недостаток следует отметить необходимость дополнительных расходов на сооружение газокомпрессорной дожимающей станции. ГТУ требуется газ с давлением 2,5 МПа, а в городских сетях давление газа составляет 1,2 МПа.

(Рис. 2. Принципиальная тепловая схема ГТУ мини-ТЭС)

Парогазовые установки (ПГУ)

На базе небольших паровых турбин можно создавать мини-ТЭС на базе уже действующих паровых котлов, давление пара на выходе из которых значительно выше, чем необходимо для промышленных нужд. Давление понижается с помощью специальных дроссельных устройств, что ведет к непроизводительной потере энергии - до 50 кВт на каждую тонну пара. Установив параллельно дроссельному устройству турбогенератор, можно получать более дешевую электроэнергию. Реконструкция муниципальных и промышленных котельных поможет решить 4 основные задачи энергосбережения:

Котельные, дающие в сеть свыше 60% тепловой энергии, смогут дополнительно поставлять дешевую электроэнергию как в пиковом, так и в базовом режимах;

Снижается себестоимость тепловой энергии;

Уменьшаются потери в электросетях за счет появления на объектах, обслуживаемых котельной, местных источников электроэнергии;

Существенно снижаются удельные расходы топлива на производство электроэнергии и тепла;

Существенно снижаются выбросы в атмосферу NO, CO и CO2 за счет экономии топлива.

Абсорбционные холодильные установки (АХУ)

Системы совместного производства теплоты и электричества работают эффективно, если используется вся или максимально возможная часть вырабатываемых энергий. В реальных условиях нагрузка меняется, поэтому для эффективного использования топлива необходима балансировка соотношения производимой теплоты и электричества. Для покрытия избытка тепловой энергии в летнее время используется абсорбционная холодильная установка (АХУ). С помощью комбинации мини-ТЭС и АХУ излишки тепла в летнее время используются для выработки холода в системах кондиционирования. Горячая вода из замкнутого цикла охлаждения ГПА служит источником энергии для АХУ.

Такой способ использования первичного источника энергии называется тригенерацией. Принцип действия абсорбционной холодильной машины можно представить следующим образом.

В АХУ имеются два циркуляционных контура, соединенных между собой. В контуре, содержащем термостатический регулирующий вентиль и испаритель, происходит испарение жидкого хладоагента (аммиака) за счет разрежения, создаваемого пароструйным насосом. Вентиль ограничивает поступление новых порций жидкого аммиака, обеспечивая его полное испарение, проходящее с поглощением тепла. Образовавшиеся пары аммиака откачиваются пароструйным насосом: водяной пар, проходя через сопло, захватывает с собой пары аммиака. Второй контур содержит нагреватель для поглощения пара и абсорбер, где пары аммиака поглощаются водой. Обратный процесс (выпаривание аммиака из воды) происходит за счет утилизационного тепла от ГПА (ГПУ). После этого аммиак конденсируется в теплообменнике, охлаждаемым наружным воздухом. Приведенная выше технология реализована в установке «генератор-абсорбер-теплообменник (GAX)», которая прошла испытания и уже появилась на рынке.

(Рис. 3. Принципиальная схема АХУ)

Инженерное обоснование проектов когенерационных установок

При разработке технико-экономического обоснования проекта мини-ТЭС прежде всего необходимо оценить потребность объекта в тепловой и электрической энергии. При оценке экономической эффективности установки должны учитываться затраты на энергоносители и эксплуатационные материалы (газ, электричество, тепло, моторное масло), на проектирование, покупку оборудования, монтаж, наладку, инженерные коммуникации, эксплуатационные издержки. Основные критерии: это конечная себестоимость электрической и тепловой энергии, расчет годовой экономии и срок окупаемости проекта. Кроме того, оценивается общий ресурс оборудования и межремонтный ресурс (для ГПА наработка до капремонта составляет около 60 тыс. час., для ГТУ - 30 тыс. час.). Также определяется число и единичная мощность энергетических агрегатов. Здесь следует руководствоваться следующими положениями:

Единичная электрическая мощность должна быть в 2–2,5 раза больше минимальной потребности объекта;

Общая мощность агрегатов должна превышать максимальную потребность объекта на 5–10%;

Мощность единичных агрегатов должна быть примерно одинаковой;

Мини-ТЭС на базе ГПА должна покрывать, как минимум, до половины максимальной ежегодной потребности предприятия в тепловой энергии, остальная потребность обеспечивается пиковыми водогрейными котлами.

После оценки всех факторов принимается решение о варианте работы мини-ТЭС - автономной или параллельно с централизованной сетью (что весьма сомнительно при негативном отношении РАО ЕЭС к децентрализованным мини-ТЭС).

Объем статьи, к сожалению, не позволяет охватить все аспекты применения когенерационных установок, наиболее значимыми из которых являются экономические и технологические, а также сравнительные характеристики применяемого оборудования зарубежного и отечественного производства. Особо значимым видится вопрос эффективного использования тепла в летнее время и варианты его использования, например, для побочной выработки, строительных материалов, химической продукции. Но это - тема будущих публикаций.