Tecnologie di cogenerazione: opportunità e prospettive. Effetti nel campo della tutela dell'ambiente

Ringsted, Danimarca, ottobre 1994
Materiale del gruppo di lavoro
Sorpa Manor

introduzione

Il materiale proposto per il gruppo di lavoro è un documento di discussione preparato per la Conferenza europea sulla cogenerazione e sulla cogenerazione dai membri del comitato di preparazione del programma.

Come in precedenza, la produzione combinata di calore ed elettricità (CHP) e la cogenerazione svolgono un importante ruolo integrato nello sviluppo europeo. Il ruolo che la cogenerazione e la cogenerazione dovranno svolgere nel futuro sistema energetico europeo deve essere ampio e non semplicemente un “capriccio del mercato” o una risposta affrettata alle preoccupazioni ambientali.

La cogenerazione e la cogenerazione possono contribuire allo sviluppo sostenibile, che è l’obiettivo degli accordi di Maastricht. L’NDP è paragonabile alle tecnologie più pulite sottolineate nel Libro bianco dell’Unione europea del 1993, Crescita, concorrenza, occupazione: sfide e percorsi per il 21° secolo. Questo documento esamina il ruolo futuro dell’NDC in Europa e propone una strategia globale.

Elementi di un futuro modello di sviluppo per l’Europa

Il futuro modello di sviluppo è stato proposto e discusso nel Libro Bianco dell’Unione Europea nel 1993. Parallelamente alla discussione all’interno dell’Unione Europea, i percorsi di sviluppo energetico, le questioni occupazionali e l’ambiente sono discussi sia a livello nazionale che nell’ambito dell’Agenzia internazionale per l’energia (IEA). Qui è estremamente importante garantire l'interazione tra le strutture politiche a livello europeo, nazionale e locale.

Libro bianco della Commissione

Il Libro bianco dell’Unione europea del 1993 “Crescita, concorrenza, occupazione: le sfide e i percorsi verso il 21° secolo” sottolineava la necessità di sviluppare un nuovo modello di sviluppo che combini risorse chiave

Unione ¾ lavoro e naturale. L’attuale modello di sviluppo è già obsoleto e non ottimale, il che porta ad un utilizzo insufficiente della manodopera e ad un uso eccessivo di energia e risorse naturali. È necessario sviluppare un nuovo modello per promuovere una crescita economica sostenibile che aumenti l’occupazione e riduca il consumo di energia e di risorse naturali. Sebbene molti problemi possano essere risolti accelerando il progresso tecnologico, va ricordato che le risorse energetiche non sono più illimitate, soprattutto considerati i costi esterni associati al cambiamento climatico, alle emissioni di gas acidi, ai rischi per la salute, ai rifiuti nucleari e ai rischi associati. Pertanto, la collocazione dell’energia nel nuovo modello di sviluppo è uno degli elementi chiave da considerare.

Il Libro bianco suggerisce le modalità per contribuire a realizzare un cambiamento strutturale. Meritano particolare attenzione i seguenti strumenti politici:

· La necessità di una politica microeconomica strategica. Le barriere normative esistenti che non si adattano al nuovo modello sostenibile dovrebbero essere rimosse. Tutti i costi esterni per la società devono essere sistematicamente trasformati in costi interni. Il primo elemento chiave è un importante riorientamento della ricerca di base relativa al modello di sviluppo sostenibile, comprese le energie rinnovabili e, ad esempio, la contabilità verde, e la promozione di questa ricerca.

· Strumenti politici a livello macroeconomico. Nel contesto di una revisione sistematica e graduale degli strumenti politici, meritano particolare attenzione i seguenti strumenti:

1. Imposte indirette sull'inquinamento ambientale, ad esempio, sulle fonti energetiche, a seconda del contenuto di CO 2 nelle emissioni;

2. Regolamentazione finanziaria, in particolare regimi fiscali che promuovono l'attività economica sostenibile;

3. Monitorare le dinamiche del mercato interno al fine di garantire un utilizzo ottimale delle risorse;

4. Inclusione degli aspetti ambientali transfrontalieri e globali nelle politiche commerciali e di cooperazione internazionali. Ciò è particolarmente vero per le regioni vicine all'Unione Europea (ad esempio Europa centrale e orientale).

· Strumenti politici a livello settoriale. Il ruolo di questi strumenti è in aumento a causa del desiderio dell'Unione Europea di un nuovo modello economico.

I problemi del settore energetico sono stati affrontati nel quadro del Quinto programma di azione ambientale.

Il mercato interno dell’energia in Europa

Si prevede che la creazione di un mercato energetico interno sarà parte di una strategia più completa, che comprende strumenti di politica macroeconomica, politiche energetiche settoriali, ecc.

Un certo numero di paesi europei hanno già iniziato o intendono iniziare a regolamentare per creare un mercato a livello nazionale. L’Unione Europea ha già recepito le direttive sulla trasparenza dei prezzi e sulla condivisione dell’energia e dei fluidi termovettori. Queste direttive aprono la strada alle vendite transfrontaliere di elettricità e gas; sono stati adottati dai paesi che hanno firmato il SEE.

Nel 1988 il Consiglio dei ministri ha approvato una raccomandazione sulla produzione di energia elettrica fuori rete, secondo la quale gli Stati membri dovrebbero fornire le necessarie garanzie sui prezzi di acquisto dell’elettricità ottenuta grazie all’SPR, sulla base di prezzi massimi a lungo termine.

Inoltre, le proposte di direttiva sul mercato interno dell'elettricità e del gas dovrebbero rendere questi mercati accessibili. Attualmente, la formulazione di questa proposta consente agli Stati membri di dare priorità a SNR nei trasferimenti di carichi su scala nazionale, facendo riferimento ad una raccomandazione del 1988. Il Consiglio dei Ministri sta discutendo i requisiti per l'accesso dei terzi al mercato all'ingrosso.

I nuovi meccanismi di mercato per la fornitura di elettricità e gas influenzeranno inevitabilmente lo sviluppo dei sistemi SNR. Quest’ultimo dipende dal flusso di denaro in almeno tre diversi mercati (carburante, elettricità, calore) e se uno di essi diventa instabile stimola altri strumenti di mercato. Potenziali impatti economici negativi possono essere prevenuti attraverso la garanzia dei prezzi (come nel caso della raccomandazione del 1988) e l’uso di meccanismi di recupero dei costi di investimento e di esercizio.

Quinto programma di azione ambientale

Il Quinto programma di azione ambientale prevede strumenti settoriali:

"Energia: centrale nel modello di sviluppo è il modo in cui l'energia viene prodotta e trasmessa. Parallelamente alla liberalizzazione del mercato interno dell’elettricità e del gas, l’Unione Europea dovrà scegliere un’opzione strategica, che finora è stata prerogativa degli Stati membri. Queste opzioni, in particolare, riguardano sia lo sviluppo intensivo della gestione della domanda sia la creazione di una varietà di opzioni di approvvigionamento legate alle fonti energetiche pulite."

Programmi SAVE, THERMIE, ALTENER e JOULE

Nel 1989, l'Unione Europea ha fissato l'obiettivo di aumentare l'efficienza energetica del 20% entro il 1995. Il programma SAVE, introdotto dalla Commissione nel 1990, mira a migliorare l'efficienza energetica. Nella sua forma originale, il programma mirava a studiare gli ostacoli all'attuazione della SNR (in particolare, la produzione autonoma) e a sviluppare proposte per eliminarli. Nell'ambito del programma THERMIE, numerosi progetti dimostrano le possibilità di utilizzo delle nuove tecnologie SNR.

L'obiettivo del programma ALTENER è promuovere l'uso di fonti energetiche rinnovabili, ad esempio attraverso l'utilizzo della biomassa come combustibile per le centrali termoelettriche.

Il programma JOULE mira a promuovere la ricerca e lo sviluppo nel campo dell'energia non nucleare. Le misure di efficienza energetica sono state recentemente incluse in questo programma.

L'attuazione di questi programmi contribuisce allo sviluppo della SNR.

Convenzioni e protocolli internazionali ed europei

sull'ambiente

Gli accordi adottati obbligano i paesi europei a ridurre le emissioni di sostanze nocive, in particolare provenienti dalle centrali elettriche e termoelettriche.

In una conferenza tenutasi a Rio de Janeiro nel 1992, è stata adottata una convenzione quadro su una serie di questioni, inclusa la riduzione delle emissioni di gas serra, compresa la CO 2. Questa convenzione è entrata in vigore il 21 marzo 1994; promuoverà l’uso di combustibili più puliti e iniziative per ottimizzare l’efficienza nel settore energetico europeo.

Nel dicembre 1990 i ministri dell'energia e dell'ambiente dei paesi dell'Unione Europea si sono incontrati congiuntamente e hanno concordato la questione della stabilizzazione delle emissioni di CO 2 entro il 2000 ai livelli del 1990. Nella primavera del 1994 la Commissione Europea ha esaminato i risultati quello era stato raggiunto. La Commissione ha osservato che diversi paesi membri, vale a dire Danimarca, Germania, Grecia, Italia, Lussemburgo, Paesi Bassi, Portogallo, Spagna e Regno Unito, hanno intrapreso programmi di cogenerazione e di cogenerazione come misure per ridurre le emissioni di CO 2.

Inoltre, l'Unione Europea ha aderito alle convenzioni e ai protocolli della Convenzione Europea sull'Ambiente (ECE) sulle emissioni di ossidi di zolfo e di azoto.

Cooperazione con i paesi dell’Europa centrale e orientale

Insieme ai programmi PHARE e TACIS, in 12 paesi dell'Unione europea sono stati avviati programmi di assistenza su larga scala volti a migliorare le infrastrutture nell'Europa orientale. In questi programmi, con il sostegno di programmi nazionali simili in ciascuno dei paesi europei della Banca Europea per gli Investimenti, delle banche internazionali di sviluppo e di altre organizzazioni, viene data priorità al settore energetico. A causa dell'uso diffuso della cogenerazione e dei sistemi di riscaldamento centralizzato (CH) nei paesi dell'Europa centrale e orientale, il compito di creare moderne tecnologie di cogenerazione è considerato una priorità elevata. L’attuazione dell’SNR può contribuire a garantire l’indipendenza dell’economia dalle importazioni di energia, nonché la sostituzione della produzione di elettricità nelle pericolose centrali nucleari di questi paesi con sistemi SNR.

Infrastrutture - ricostruzione urbana

L’Unione Europea fornisce assistenza e sostegno finanziario per lo sviluppo delle infrastrutture attraverso una serie di programmi (INTERREG, ENVIREG, VALOREN, Fondo di coesione, ecc.) e attraverso le banche (Banca Europea per gli Investimenti, Banca Europea per la Ricostruzione e lo Sviluppo, ecc.). Gli aiuti vanno alle zone di confine e alle regioni in via di sviluppo; va verso la ricostruzione delle città, la creazione di reti transeuropee, ecc.

È possibile che infrastrutture come i sistemi elettrici e del gas, nonché i sistemi di cogenerazione e di teleriscaldamento ricevano assistenza e sostegno finanziario in futuro. L’espansione delle reti transeuropee dell’elettricità e del gas potrebbe, a vari livelli, facilitare la costruzione di nuove centrali termoelettriche e aprire la strada all’interazione tra l’NDC e l’energia idroelettrica all’interno del sistema di approvvigionamento energetico europeo.

SNR¾ Versione europea dalle grandi potenzialità

Fatta salva l'attuazione del modello di sviluppo per l'Europa, di cui si è parlato sopra, si può parlare del potenziale significativo della SPR. In questa sezione vengono illustrate le caratteristiche e le potenzialità di SNR.

Sostenibilità

La cogenerazione di elettricità e calore è una tecnologia ad alta efficienza energetica che può svolgere un ruolo importante nel 21° secolo nel guidare la transizione dell’Europa verso lo sviluppo sostenibile. Con l'aiuto di SNR è possibile produrre contemporaneamente più tipologie di servizi energetici:

· riscaldamento e raffrescamento degli edifici;

· generazione di energia elettrica per l'illuminazione e il funzionamento dei motori;

· produzione di energia tecnologica per l'industria, ecc.

Con la produzione combinata di calore ed elettricità, è possibile utilizzare un gran numero di combustibili diversi - non solo gas naturale, carbone e petrolio, ma anche, ad esempio, biomassa e rifiuti solidi, utilizzando impianti di combustione su larga scala ad alta efficienza energetica dotati di sistemi moderni e tecnologie rispettose dell’ambiente.

Inoltre, la produzione combinata di energia termica ed elettrica può avere un effetto benefico sull’ambiente locale se i sistemi di cogenerazione sostituiscono una serie di impianti energetici come fonti di inquinamento atmosferico.

L'attuazione della SNR contribuisce ad aumentare il livello di occupazione. Questo perché l’efficienza energetica e l’uso delle risorse energetiche locali associate alla cogenerazione implicano che le importazioni di combustibile in Europa possono essere ridotte, aumentando così l’offerta di denaro disponibile per gli investimenti nei sistemi di cogenerazione locali.

In questo modo, la NDS può contribuire al raggiungimento di una serie di obiettivi fissati sia a livello di Unione Europea che a livello nazionale.

Potenziale dell'SNR in Europa

Nell'ambito del programma SAVE è stato rivalutato il potenziale tecnico ed economico della SNR. Per ottenere dati più accurati sono necessarie ulteriori analisi strutturate e complete.

Da una valutazione preliminare è emerso che in 12 paesi dell'Unione Europea la capacità di generazione di energia utilizzando le tecnologie SNR potrebbe essere raddoppiata entro il 2000; esso costituirebbe quindi una quota significativa dell’energia termica non nucleare totale di questi paesi e potrebbe sostituire la corrispondente quantità di calore ed elettricità generati separatamente.

Pertanto, l’NDS può essere visto come uno strumento importante per stabilizzare le emissioni di CO 2 in Europa entro il 2000.

La figura mostra i valori approssimativi dei potenziali SNR per i paesi europei. La prima colonna mostra la capacità installata per il 1993 (capacità di produzione di elettricità in gigawatt). I dati del 2000 comprendono la crescita del SNR nei settori dei servizi, industriale e del teleriscaldamento.

Nel lungo termine, il potenziale dell'SNR è legato principalmente al mercato dell'energia termica. Dipende dalle future decisioni riguardanti il riscaldamento delle aree urbane in Europa.

Con l'introduzione della SNR si ridurrà il volume totale delle emissioni di CO 2 . La produzione combinata di calore ed elettricità svolge un ruolo anche al di fuori dei 12 Stati membri dell’Unione Europea. Pertanto, in Finlandia, Svezia e Austria la quota di SNR è già elevata. L'adesione di questi Stati all'Unione europea influenzerà sicuramente l'andamento del dibattito sulle prospettive della DSC in Europa.

Alcuni paesi dell’Europa centrale e orientale dispongono già di sistemi CDS/DC su larga scala. Ciò sottolinea l’importanza dell’NDS come elemento del sistema di approvvigionamento energetico paneuropeo. La sfida principale che l’Europa centrale e orientale deve affrontare è l’aggiornamento e la modernizzazione dei sistemi SNR/DC. Si prevedono guadagni significativi dalla riduzione del consumo di carburante e delle emissioni.

Possiamo quindi concludere che la NDS può svolgere un ruolo chiave nella politica energetica europea sotto tutti gli aspetti.

SNR come scelta integrata a lungo termine

L’attuazione dell’SNR è associata a vantaggi tecnologici come l’efficienza energetica e la possibilità di riciclare gas naturale, carbone, biomassa, rifiuti, ecc. in modo accettabile dal punto di vista ambientale.

Il campo di applicazione di SNR è ampio: dai piccoli impianti alle grandi stazioni che servono aree urbane integrate; La cogenerazione viene utilizzata anche in vari servizi energetici interconnessi. Per quanto riguarda le opzioni simili di tecnologia più pulita, lo sviluppo della SNR dipende dall'integrazione coerente dei suoi diversi tipi di applicazioni, nonché dalla base territoriale ed economica.

Parliamo principalmente di integrazione territoriale, che riguarda le reti di teleriscaldamento, gli impianti integrati di processo, gli impianti negli edifici, ecc. L'integrazione riguarda anche l'ambito gestionale.

Allo stesso tempo è necessaria una base economica e organizzativa comune. Il funzionamento degli impianti richiede investimenti e costi operativi significativi. Tutte le parti interessate devono essere coinvolte finanziariamente in questo processo.

La NDS dovrebbe essere considerata come un'opzione a lungo termine che comporta il mantenimento della necessaria stabilità organizzativa (questo è particolarmente vero per i sistemi di teleriscaldamento su larga scala) e l'ammortamento degli investimenti. I periodi di ammortamento per i grandi sistemi urbani sono spesso di 20-30 anni. Ciò vale anche per altri tipi di investimenti sottostanti, come impianti di gas naturale, centrali elettriche e reti energetiche.

Il concetto di produzione combinata di calore ed elettricità

l’energia è difficile da definire

La politica energetica europea non ha sviluppato una definizione adeguata del SNR; Paesi diversi utilizzano definizioni diverse:

· Le tecnologie e la portata della SDS variano da paese a paese. Pertanto, nei paesi nordici, così come nell'Europa centrale e orientale, esistono sistemi di teleriscaldamento su larga scala basati sul funzionamento di centrali di cogenerazione; Nei Paesi Bassi, Gran Bretagna, Italia, Portogallo, Grecia e Francia, la quota di impianti locali di cogenerazione, produttori autonomi e industriali sta crescendo rapidamente.

· I sistemi idroelettrici sono posseduti e gestiti da piccoli produttori privati, industrie manifatturiere, terze parti, governi locali, distributori e servizi del settore energetico. Hanno le motivazioni più diverse e diventano persino concorrenti quando si tratta di conquistare i mercati del calore o dell’elettricità (a meno che non siano regolamentati dalle autorità o suddivisi tra i servizi di comune accordo).

· Il concetto di SNR non rientra nel quadro ristretto del concetto di mercato. La concorrenza in un settore (ad esempio il settore del gas) avrà inevitabilmente conseguenze economiche per altri settori (ad esempio la fornitura di elettricità o calore) ed è impossibile prevedere quali saranno le conseguenze di questa concorrenza.

· Inoltre è difficile dire dalle statistiche e dalle banche dati se stiamo parlando di una centrale elettrica, di un sistema termico o di qualcos'altro. Il carburante viene utilizzato una o due volte? L’energia termica è una tipologia di rifiuto?

È necessario riflettere sulla questione della collocazione razionale dei sistemi SNR sulla mappa dell'Europa.

È importante non solo evidenziare i vantaggi della SNR, ma anche sviluppare una definizione di base della SNR come tecnologia integrata efficiente dal punto di vista energetico e accettabile dal punto di vista ambientale.

Condizioni fondamentali per la riuscita attuazione di SNR e CO

La pratica dimostra che è possibile identificare una serie di condizioni fondamentali per il successo dell'attuazione di SNR e CO (vedi Appendice). Stiamo parlando di una situazione stabile nei mercati del calore, del gas e dell'elettricità, nonché di una base finanziaria soddisfacente. Di seguito è riportato un elenco delle possibili condizioni:

· condizioni economiche stabili a lungo termine;

· mercato adeguato dell'energia termica ed elettrica;

· ampia quota del mercato dell'energia termica nel mercato energetico complessivo;

· Implementazione di miglioramenti operativi e tecnologici;

· fiscalità energetica e ambientale;

· sussidi;

· pianificazione e zonizzazione del mercato;

· il rapporto tra la produzione di energia termica ed elettrica;

· accesso legale alla vendita di prodotti e servizi energetici;

· partnership tra aziende dell'energia elettrica e termica;

· domanda da parte del settore pubblico.

Proposte per una strategia SPR globale

all'interno dell'Unione Europea

Questa sezione delinea le considerazioni che potrebbero far parte di una strategia NDS globale. Ogni proposta richiede certamente un’ulteriore discussione.

Affinché la NDS possa occupare un posto più importante nell’agenda della politica energetica europea, è necessario sviluppare una strategia globale.

Nell'ambito di tale strategia è possibile proporre, ad esempio, strumenti di politica integrata e interattiva come base di un nuovo modello di sviluppo europeo in conformità con il Libro Bianco. L'Unione Europea ed i suoi singoli membri potrebbero collaborare per sviluppare una strategia comune per lo sviluppo della NDS e programmare l'attuazione di varie iniziative. È anche possibile formulare strategie SNR su base nazionale, secondo il principio del sostegno ausiliario.

La strategia NDC può determinare come e quando ciascuna iniziativa verrà implementata. Ad esempio, nelle direttive sul mercato interno europeo dell’energia, si potrebbe lasciare spazio all’NDC. Inoltre, la regolamentazione dovrebbe, ove possibile, facilitare l’ulteriore espansione dell’SNR.

Nel rispetto del principio di sussidiarietà, la strategia può prevedere l'attuazione di iniziative da parte degli Stati membri prima della scadenza prevista negli schemi dell'Unione europea.

Nell’ambito di questa strategia è possibile fissare il compito di espandere la SPR, nonché proporre strumenti politici coerenti che contribuiscano allo sviluppo sostenibile della SPR a lungo termine.

È stata avanzata la proposta che la Commissione, il Parlamento e il Consiglio dei ministri dell'Unione europea preparino un materiale per il gruppo di lavoro che fungerebbe da base per i negoziati su una direttiva sul mercato e su un nuovo trattato per l'Unione europea.

Implementazione graduale

Il ruolo della NDS può essere rafforzato attraverso una graduale implementazione del processo in tutta Europa, coinvolgendo consumatori e mercati, organizzazioni non governative e autorità governative centrali e locali.

Viste generali, database e statistiche

Nella prima fase verranno sviluppati idee, terminologia e standard comuni per i vari tipi di SNR. È necessario avviare un programma europeo specifico attraverso l’Unione Europea, il CEN, l’Agenzia internazionale per l’energia, ecc.

L'obiettivo specifico sarà quello di sviluppare la terminologia metodologica per il programma d'azione SDS, seguito dalla creazione di un database per i programmi SDS e le loro caratteristiche in conformità con l'accordo dell'Agenzia internazionale per l'energia (IEA) sui dati INDEEP e sui programmi di controllo della domanda. Questo compito può essere considerato come una continuazione del programma SAVE.

Eurostat e gli uffici statistici nazionali potrebbero sviluppare una regolamentazione statistica comune e creare un database europeo che rifletterebbe chiaramente i NIS e potrebbe essere utilizzato per l’analisi del bilancio energetico.

Inoltre, è necessario avviare sviluppi scientifici e tecnici su una metodologia globale per l'elaborazione dei programmi SSS.

Creazione di una rete informativa

La rete d'informazione statale per il programma THERMIE è stata creata attraverso i centri dell'UFFT. La collaborazione EnR mira a creare database. A EnR è stato chiesto di creare banche dati speciali sulla SNR, nonché una rete di informazioni per svolgere compiti comuni.

Lobby europea SNR

Numerose organizzazioni sono interessate professionalmente al settore SSR. La rappresentanza armoniosa di questi interessi davanti alla Commissione e al Parlamento europeo può essere molto utile. Potrebbe essere utile anche creare una rete che copra tutta l’Europa.

Scenari per la fornitura di servizi e opzioni energetici

attuazione del SNR

La domanda di servizi energetici che può essere soddisfatta dagli NDS, a livello locale, nazionale ed europeo. Viene presa in considerazione la domanda interna, commerciale e industriale. Allo stesso tempo, è possibile stimare il livello della domanda di elettricità, nonché il grado di disponibilità delle diverse fonti energetiche e dei diversi tipi di combustibile, comprese biomasse e rifiuti.

I risultati possono essere riassunti a livello locale e nazionale e utilizzati per valutare il potenziale dell’NDS.

SNR e pianificazione integrata nel settore energetico

Il potenziale dell'SNR può essere preso in considerazione quando la Commissione elabora scenari per le prospettive di sviluppo dell'approvvigionamento energetico in Europa e può essere utilizzato nella valutazione dell'impatto ambientale.

È possibile elaborare uno scenario reale per lo sviluppo della SNR in Europa. Questo piano complessivo può diventare la base per iniziative.

La cogenerazione può diventare una caratteristica permanente delle strategie energetiche locali e nazionali (compresi gli obiettivi nazionali) nonché della pianificazione integrata delle risorse effettuata dalle società energetiche in conformità con le successive linee guida della Commissione Europea. Le disposizioni pertinenti possono trovare riscontro nella Direttiva sulla pianificazione integrata delle risorse dell'Unione Europea.

Condurre una valutazione qualitativa dell'EDS può supportare il processo decisionale relativo alla selezione delle tecnologie EDS, comprese le questioni di efficienza energetica in generale.

Inoltre, tale pianificazione e valutazione contribuiranno a stabilire una gerarchia di priorità per i diversi tipi di cogenerazione (generazione off-grid, sistemi di riscaldamento centralizzato e sistemi di gas). È inoltre necessario essere in grado di valutare le relazioni tra le diverse soluzioni CDS.

Eliminazione delle barriere e attuazione della SNR

Durante l'attuazione del programma SAVE sono stati individuati diversi tipi di ostacoli all'ulteriore espansione del SNR. Le barriere organizzative si sono rivelate un ostacolo significativo. Regolamentazioni di mercato irragionevoli possono rappresentare un altro importante fattore che frena lo sviluppo della SRE.

L'elenco degli elementi necessari per attuare l'SNR può includere:

· struttura organizzativa e rimozione delle barriere;

· pianificazione e zonizzazione del mercato (cartografia, pianificazione urbanistica, organizzazione delle aree protette, ecc.);

· misure in materia di marketing e regolamentazione (campagne, sussidi, sconti, incentivi, azioni, priorità, collegamento obbligatorio, normative);

· investimenti nella realizzazione di impianti, sconti, ecc.;

· regolamentazione dei prezzi dei servizi nel campo della cogenerazione energetica;

· priorità per SNR nella distribuzione dei carichi;

· tassazione ambientale e sussidi per i regimi SNR;

· finanziare le infrastrutture energetiche (gas, elettricità, SNR, riscaldamento centralizzato) e garantire gli investimenti;

· regolazione dei collegamenti esterni.

Di particolare importanza è la creazione di una base di investimenti affidabile per l'espansione dei sistemi SNR su larga scala.

Le misure descritte potrebbero essere adottate a livello nazionale, mentre a livello di Unione Europea si potrebbe prendere in considerazione lo sviluppo di disposizioni specifiche, ecc.

Fornire assistenza ai paesi dell’Europa orientale nell’attuazione della NDS

L’assistenza ai paesi dell’Europa orientale nell’attuazione della NDS può essere intensificata e coordinata con programmi nazionali e internazionali. Le banche internazionali per lo sviluppo possono porre l’accento sugli investimenti nell’efficienza energetica e sugli schemi NDC quando forniscono finanziamenti. È possibile valutare l’impatto dell’efficienza energetica e ciò costituirà la base per stabilire le priorità nell’attuazione di misure adeguate.

Azioni di follow-up (tecnologie, programmi, ecc.)

La necessità di sviluppare tecnologie e sistemi SSR è molto urgente, anche in termini di miglioramento delle tecnologie conosciute. Un esempio è il trasporto di energia termica su lunghe distanze.

È possibile sviluppare e migliorare significativamente programmi per il controllo del lato della domanda di energia termica, il controllo e la combinazione dei carichi, ecc.

Inoltre, è urgente valutare la prestazione energetica, l’efficienza energetica, l’impatto ambientale, ecc. come base per ottimizzare i concetti di cogenerazione e per evitare il desiderio dei produttori di scremare la panna.

Applicazione

Condizioni fondamentali per la riuscita attuazione di SNR e CO

Di seguito sono elencate alcune condizioni fondamentali per la riuscita attuazione dell'SNR e del CO.

identificato empiricamente.

· Condizioni economiche stabili a lungo termine

I sistemi SNR e CO sono a lungo termine e ad alta intensità di capitale. Per prendere le giuste decisioni economiche, è necessario che le condizioni economiche a lungo termine per il loro funzionamento siano quanto più stabili e prevedibili possibile.

Ad esempio, i costi del capitale fisso rappresentano il 75% dei costi totali di consumo. Pertanto, rispetto al riscaldamento individuale, i prezzi al consumo per il riscaldamento centralizzato risultano relativamente insensibili alle fluttuazioni dei prezzi del carburante. D’altra parte, in situazioni in cui i prezzi del carburante sono bassi, i consumatori saranno riluttanti a connettersi alla rete di riscaldamento centrale e, quindi, le società di calore ed elettricità si troveranno di fronte a un dilemma: espandere il riscaldamento centrale o creare un sistema di riscaldamento centralizzato. Tale rischio può essere ridotto attraverso l’uso di strumenti politici e iniziative di follow-up.

· Mercato adeguato dell'energia termica ed elettrica

È necessario che esista un mercato dell’energia termica che dipenda dalla domanda di energia termica, dalla densità urbana e dalle condizioni climatiche. Ciò è importante sia dal punto di vista della fattibilità economica sia dal punto di vista della riduzione delle perdite di energia termica nel sistema di distribuzione. Allo stesso modo, non dovrebbero esserci barriere tecniche, legali o organizzative alla connessione alla rete energetica e le tariffe dovrebbero essere ragionevoli.

· Quota significativa del mercato dell'energia termica

I limiti di prezzo per il collegamento di un numero aggiuntivo di consumatori alla rete di riscaldamento centrale sono limitati. Pertanto, una quota significativa del mercato dell’energia termica contribuirà a migliorare l’efficienza energetica e ad aumentare i risparmi.

· Manutenzione e miglioramenti tecnologici

L'esperienza dimostra che la manutenzione regolare e l'ammodernamento attraverso l'introduzione di miglioramenti tecnologici svolgono un ruolo importante nel funzionamento dei sistemi di cogenerazione e di riscaldamento centralizzato.

Questi prerequisiti per uno sviluppo di successo non sempre vengono realizzati, il che crea difficoltà economiche. I prezzi bassi per i combustibili competitivi possono portare a una riduzione dei benefici economici per i consumatori di energia termica e persino portare alcuni consumatori a disconnettersi [dal sistema] e passare ad altri tipi di riscaldamento. La concorrenza può anche portare al fatto che nuovi consumatori non si collegheranno a questo sistema, il che peggiorerà la situazione economica della società di servizi pubblici SNR/DC e degli altri consumatori. Ciò creerà un circolo vizioso di “aumento delle tariffe ¾ diminuzione della quota di mercato”, con conseguente perdita di efficienza energetica, che spesso ha un impatto negativo sull’ambiente. Di seguito sono riportati esempi di come si possano creare i presupposti per lo sviluppo dei centri centrali e l’utilizzo del SNR attraverso una serie di misure politiche a livello locale e nazionale

· Sostegno attraverso la tassazione, i sussidi e la regolamentazione

In alcuni casi, sono state adottate adeguate misure politiche nazionali e locali per affrontare le fluttuazioni dei prezzi a breve termine attraverso tasse, sussidi e regolamentazione.

Fiscalità energetica e ambientale

Le tasse sull’energia e sulle emissioni possono attenuare le fluttuazioni dei prezzi al consumo mentre i prezzi del mercato globale fluttuano.

· Sovvenzioni

In molti paesi, è stato utilizzato un sistema di sussidi e sussidi per i consumatori e/o le società di energia termica per ridurre i costi di investimento, assistere nelle riparazioni e nella modernizzazione in corso e intensificare la connessione dei consumatori alla rete.

Regolamento

In alcuni casi, ai governi locali è stato consentito di fornire incentivi ai clienti per la connessione al sistema di teleriscaldamento quando sostituiscono i loro impianti, o di rendere obbligatoria tale connessione.

· Strategie di mercato e zonizzazione

Una concorrenza inadeguata tra diversi sistemi di riscaldamento nella stessa zona può mettere a rischio questi sistemi dal punto di vista economico. La concorrenza tra i sistemi di fornitura può anche portare a una diminuzione dell’efficienza energetica della centrale termica, poiché le tariffe di connessione possono essere basse. Per evitare questi problemi, alcuni mercati sono stati suddivisi in zone geografiche per diversi sistemi di fornitura attraverso la pianificazione da parte dei governi centrali o locali o tramite accordi tra imprese.

· Rapporto tra energia termica ed elettrica

Quando si utilizza il Piccolo Idroelettrico si crea una stretta connessione fisica tra la produzione di energia elettrica e termica. Per utilizzare entrambi i tipi di energia generata, è possibile combinare domanda e offerta. La flessibilità del sistema è spesso migliorata fornendo l’accesso a sistemi di teleriscaldamento più grandi e alla rete elettrica nazionale, consentendone l’implementazione

SNR. L'esigenza di flessibilità fa sorgere la necessità di un quadro giuridico adeguato per la cooperazione tra i fornitori di elettricità e calore.

· Accesso legale alla vendita di prodotti e servizi energetici

Le imprese, le grandi aree residenziali e le istituzioni come scuole, ospedali, ecc., in molti casi hanno accesso legale alla vendita dell’energia termica in eccesso alle società locali di teleriscaldamento, così come dell’energia elettrica in eccesso alle società elettriche.

Anche le società di calore ed elettricità che utilizzano sistemi di cogenerazione possono avere accesso legale alla vendita di elettricità alla rete elettrica statale.

· Stretta collaborazione con le aziende elettriche

Indipendentemente dal fatto che si tratti di impianti di cogenerazione industriali o di impianti di proprietà di aziende produttrici di calore ed elettricità, sono importanti le condizioni e le tariffe adeguate per lo scambio di elettricità.

· Consumatori nel settore pubblico

Per il successo dell’attuazione della SNR e della CO, è spesso necessario il sostegno delle autorità governative. Il rapido collegamento degli edifici pubblici alle reti di riscaldamento centralizzato può rappresentare un prezioso contributo all’economia di questi sistemi. Il coordinamento della pianificazione territoriale e dello sviluppo urbano nei comuni con lo sviluppo dei sistemi di riscaldamento centralizzato creerà condizioni favorevoli nel mercato dell'energia termica e quindi rafforzerà l'economia dell'azienda proprietaria del sistema di riscaldamento centrale, oltre a ridurre i costi per i consumatori.

Una centrale elettrica a pistoni a gas è un sistema per la produzione di energia elettrica dall'energia interna del carburante. Funzionano con gas naturale liquefatto o principale, biogas e gas associato.

I vantaggi delle centrali elettriche a pistoni a gas sono la facilità d'uso e il basso costo del carburante. Nelle aree con un gasdotto principale, una centrale elettrica a pistoni a gas funge da fonte di energia permanente o di riserva più economica.

Il principio di funzionamento di un'unità a pistone a gas è abbastanza semplice. La base del progetto è un motore a pistoni a gas, un motore a combustione interna. Quando il carburante brucia, l'energia rilasciata viene utilizzata da un generatore di corrente elettrica. I motori possono essere utilizzati in impianti progettati sia per il funzionamento costante che variabile, nonché per la produzione simultanea di energia elettrica e termica (questo processo è chiamato “cogenerazione energetica”). In quest'ultimo caso, tale impianto è chiamato “impianto di cogenerazione a pistone a gas”.

Energia di cogenerazione

Termine "cogenerazione" denota la generazione combinata di vari tipi di energia. In termini tecnici, la cogenerazione è un processo in cui calore ed elettricità vengono generati contemporaneamente in un dispositivo speciale. Un tale dispositivo si chiama "cogeneratore" e il suo tipico esempio di applicazione della cogenerazione è una centrale elettrica a gas. Il cogeneratore comprende un generatore, un motore a gas, un sistema di estrazione del calore e un sistema di controllo. La cogenerazione è il modo ottimale per fornire sia calore che elettricità. Il principio della cogenerazione è alla base di diverse soluzioni tecniche moderne.

Il design di un motore a combustione interna alimentato a gas è meno suscettibile a danni e usura a causa dell'assenza di particelle nel gas che possono danneggiare il meccanismo. Ciò è particolarmente vero con carichi bassi (inferiori al 20%). Inoltre gli impianti di cogenerazione a pistoni a gas funzionano anche con biogas a bassa emissione di fumi (Euro4), che concentra una quantità minima di sostanze nocive.

Una stazione di cogenerazione a pistoni a gas (unità termica cogeneratore) è in grado di produrre calore ed elettricità per un edificio residenziale o un'impresa industriale, a seconda delle sue caratteristiche tecniche. Se è presente una linea principale, il cogeneratore può facilmente fornire una fornitura ininterrotta di elettricità. In questo caso il consumo di carburante è significativamente più economico rispetto alle stazioni di benzina o diesel. Il costo dell'elettricità è inferiore alla tariffa di rete, anche nelle mini centrali termoelettriche (impianti di cogenerazione a bassa potenza, mini centrali termoelettriche).

Mini-CHP di cogenerazione

Mini-CHP di cogenerazione Grazie alle loro dimensioni, sono più facili da posizionare in piccole aree. Il cogeneratore funziona a gas naturale e l'impianto di cogenerazione mini-CHP è uno dei sistemi che operano sulla sintesi di due fonti, la cogenerazione. Le unità termiche di cogenerazione si inseriscono perfettamente nel circuito elettrico delle imprese industriali. Per soddisfare esigenze come il riscaldamento di piccole strutture, vengono utilizzate unità di cogenerazione a bassa potenza. Un impianto di cogenerazione consente di risparmiare notevolmente sui costi di generazione dell'energia termica.

Centrali elettriche modulari Sono adatti per la produzione di energia potente e possono anche riscaldare grandi locali industriali, inoltre sono caratterizzati da un buon rispetto dell'ambiente; Le centrali elettriche modulari vengono utilizzate nei locali in cui si svolgono processi di produzione attivi.

I generatori a pistoni a gas vengono utilizzati anche come stazioni di riserva. Sono molto convenienti per situazioni in cui si verificano frequenti interruzioni di corrente. Le centrali a gas sono il garante della tua indipendenza energetica.

Cogenerazione

L'elemento principale di una fonte combinata di elettricità e calore, in seguito un cogeneratore (impianto di congenerazione, mini-CHP), è un motore a combustione interna a gas primario con un generatore elettrico sull'albero. Quando il motore-generatore è in funzione, viene utilizzato il calore dei gas di scarico, del radiatore dell'olio e del liquido di raffreddamento del motore. Allo stesso tempo, in media, per 100 kW di potenza elettrica, il consumatore riceve 150-160 kW di potenza termica sotto forma di acqua calda a 90 C per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda.

Pertanto, la cogenerazione soddisfa il fabbisogno di elettricità e calore di bassa qualità della struttura. Il suo principale vantaggio rispetto ai sistemi convenzionali è che la conversione dell'energia avviene con maggiore efficienza, il che consente una significativa riduzione del costo di produzione di un'unità di energia.

Condizioni fondamentali per l’applicazione efficace della tecnologia di cogenerazione:

1. Quando si utilizza un impianto di congenerazione (mini-CHP) come principale fonte di energia, cioè quando si carica 365 giorni all'anno, escluso il tempo per la manutenzione programmata.

2. Quando l'impianto di congenerazione (mini-CHP) è il più vicino possibile al consumatore di calore ed elettricità, in questo caso si ottengono perdite minime durante il trasporto di energia.

3. Quando si utilizza il combustibile primario più economico: il gas naturale.

L'effetto maggiore dell'utilizzo di un impianto di congenerazione (mini-CHP) si ottiene quando quest'ultimo opera in parallelo con la rete esterna. In questo caso è possibile vendere l'elettricità in eccesso, ad esempio, di notte, nonché durante le ore di massimo carico elettrico mattutino e serale. Il 90% dei cogeneratori nei paesi occidentali funziona secondo questo principio.

Aree di applicazione delle unità di cogenerazione:

L'effetto massimo dell'utilizzo dei cogeneratori si ottiene nelle seguenti strutture urbane:

Fabbisogno proprio delle caldaie (da 50 a 600 kW). Durante la ristrutturazione delle caldaie, così come durante la nuova costruzione di fonti di energia termica, l’affidabilità dell’approvvigionamento energetico per il fabbisogno proprio della fonte di calore è estremamente importante. L'uso di un cogeneratore a gas (unità a pistoni a gas) è qui giustificato dal fatto che si tratta di una fonte di elettricità indipendente e affidabile e lo scarico dell'energia termica dal cogeneratore è assicurato nel carico della fonte di calore.

Complessi ospedalieri (da 600 a 5000 kW). Questi complessi sono consumatori di elettricità e calore. La presenza di un cogeneratore in un complesso ospedaliero ha un duplice effetto: ridurre i costi di approvvigionamento energetico e aumentare l'affidabilità dell'alimentazione elettrica ai consumatori critici dell'ospedale - l'unità operatoria e l'unità di terapia intensiva grazie all'introduzione di una fonte di energia elettrica indipendente .

Impianti sportivi (da 1000 a 9000 kW). Si tratta, prima di tutto, di piscine e parchi acquatici, dove sono richiesti sia elettricità che calore. In questo caso, un impianto di congenerazione (mini-CHP) copre il fabbisogno elettrico e rilascia calore per mantenere la temperatura dell'acqua.

Fornitura di energia elettrica e termica ai cantieri del centro città (da 300 a 5000 kW). Le aziende che stanno ristrutturando i vecchi isolati urbani devono affrontare questo problema. Il costo per collegare gli impianti ristrutturati alle reti dei servizi pubblici della città in alcuni casi è paragonabile al volume degli investimenti nella propria fonte di cogenerazione, ma in quest'ultimo caso l'azienda rimane proprietaria della fonte, il che le porta profitti aggiuntivi quando gestisce l'impianto residenziale complesso.

I sistemi di cogenerazione sono classificati per principali tipologie di motori e generatori:

Turbine a vapore, turbine a gas;

Motori a pistoni;

Microturbine.

I motori a pistoni alimentati a gas presentano il vantaggio maggiore. Si distinguono per l'elevata produttività, l'investimento iniziale relativamente basso, un'ampia scelta di modelli di potenza, la capacità di operare in modalità autonoma, l'avvio rapido e l'uso di vari tipi di carburante.

Fondamenti di cogenerazione.

Il modo consueto (tradizionale) di produrre elettricità e calore è generarli separatamente (centrale elettrica e centrale termica). In questo caso, una parte significativa dell'energia del combustibile primario non viene utilizzata. È possibile ridurre significativamente il consumo complessivo di combustibile utilizzando la cogenerazione (produzione combinata di elettricità e calore).

La cogenerazione è la produzione termodinamica di due o più forme di energia utile a partire da un'unica fonte energetica primaria.

Le due forme di energia più utilizzate sono quella meccanica e quella termica. L'energia meccanica viene solitamente utilizzata per ruotare un generatore elettrico. Questo è il motivo per cui in letteratura viene spesso utilizzata la seguente definizione (nonostante i suoi limiti).

La cogenerazione è la produzione combinata di energia elettrica (o meccanica) e termica a partire dalla stessa fonte energetica primaria.

L'energia meccanica prodotta può essere utilizzata anche per mantenere in funzione apparecchiature ausiliarie, come compressori e pompe. L’energia termica può essere utilizzata sia per il riscaldamento che per il raffreddamento. Il freddo è prodotto da un modulo ad assorbimento, che può essere alimentato da acqua calda, vapore o gas caldi.

Quando si utilizzano centrali elettriche tradizionali (a vapore), a causa delle caratteristiche tecnologiche del processo di generazione di energia, una grande quantità di calore generato viene scaricata nell'atmosfera attraverso condensatori di vapore, torri di raffreddamento, ecc. Gran parte di questo calore può essere recuperato e utilizzato per soddisfare le esigenze di riscaldamento, aumentando l’efficienza dal 30-50% per una centrale elettrica all’80-90% nei sistemi di cogenerazione. Un confronto tra cogenerazione e generazione separata di energia elettrica e termica è riportato nella Tabella 1, sulla base di valori di efficienza tipici.

La ricerca, lo sviluppo e i progetti portati avanti negli ultimi 25 anni hanno portato a notevoli miglioramenti in una tecnologia che oggi è davvero matura e affidabile. Il livello di distribuzione della cogenerazione nel mondo ci consente di affermare che questa è la tecnologia di approvvigionamento energetico più efficace (tra quelle esistenti) per una parte enorme di potenziali consumatori.

Tabella 1

Vantaggi della tecnologia.

La tecnologia di cogenerazione è davvero una delle principali al mondo. La cosa interessante è che combina perfettamente caratteristiche positive che recentemente erano considerate praticamente incompatibili. Le caratteristiche più importanti dovrebbero essere riconosciute come la massima efficienza del carburante, parametri ambientali più che soddisfacenti, nonché l'autonomia dei sistemi di cogenerazione.

La tecnologia a cui è dedicata questa risorsa non è solo “la produzione combinata di energia elettrica (o meccanica) e termica”, è un concetto unico che unisce i vantaggi della cogenerazione, dell’energia distribuita e dell’ottimizzazione energetica.

Va notato che l'attuazione di alta qualità del progetto richiede conoscenze ed esperienze specifiche, altrimenti una parte significativa dei benefici andrà sicuramente persa. Sfortunatamente, in Russia sono pochissime le aziende che dispongono effettivamente delle informazioni necessarie e possono implementare con competenza tali progetti.

I benefici derivanti dall'utilizzo di sistemi di cogenerazione sono convenzionalmente suddivisi in quattro gruppi, strettamente correlati tra loro.

Vantaggi in termini di affidabilità.

La cogenerazione è infatti la forma ideale di approvvigionamento energetico dal punto di vista della sicurezza dell'approvvigionamento energetico.

Lo sviluppo delle moderne tecnologie aumenta la dipendenza delle attività umane dall’approvvigionamento energetico in tutti i settori: a casa, al lavoro e nel tempo libero. La dipendenza diretta della vita umana da una fornitura elettrica ininterrotta sta crescendo nei trasporti (dagli ascensori ai sistemi di sicurezza sulle ferrovie ad alta velocità) e nella medicina, che oggi si basa su dispositivi complessi e costosi, non solo su uno stetoscopio e un bisturi.

L’ubiquità dei computer non fa altro che aumentare il fabbisogno energetico. Non solo la “quantità”, ma anche la “qualità” dell'elettricità diventa critica per banche, telecomunicazioni o aziende industriali. Uno sbalzo di tensione o un guasto oggi può portare non solo all'arresto o al danneggiamento della macchina, ma anche alla perdita di informazioni, il cui recupero a volte è incomparabilmente più difficile della riparazione dell'attrezzatura.

I requisiti per l'approvvigionamento energetico sono formulati semplicemente: affidabilità, coerenza. E per molti diventa chiaro che oggi l'unico modo per avere un prodotto della massima qualità è produrlo da soli. I militari di tutto il mondo lo sanno da molto tempo, gli industriali hanno già preso tali decisioni e le famiglie e le piccole imprese hanno iniziato solo ora a comprendere i vantaggi di possedere generatori elettrici e caldaie termiche. La crisi delle esistenti infrastrutture energetiche monopolizzate e l’inizio della liberalizzazione dei mercati energetici aumentano contemporaneamente il grado di incertezza del futuro e attirano l’attenzione su nuove opportunità commerciali. Entrambi i fattori aumentano la domanda dei consumatori di energia per la propria capacità di generazione.

In caso di utilizzo di un sistema di cogenerazione, il consumatore è assicurato contro le interruzioni nell'approvvigionamento energetico centralizzato che si verificano di tanto in tanto a causa dell'estrema usura delle immobilizzazioni nel settore dell'energia elettrica, oppure disastri naturali o altri motivi imprevisti. Molto probabilmente, non avrà difficoltà organizzative, finanziarie o tecniche nell'aumentare la capacità dell'impresa, poiché non sarà necessario posare nuove linee elettriche, costruire nuove sottostazioni di trasformazione, risistemare le condutture di riscaldamento, ecc. Inoltre, i cogeneratori appena acquisiti sono integrato in un sistema esistente.

L'elemento principale di una fonte combinata di elettricità e calore, in seguito denominata cogeneratore (impianto di cogenerazione, mini-CHP), è un motore a combustione interna a gas primario con un generatore elettrico sull'albero. Quando funziona un motore a pistoni a gas, viene utilizzato il calore dei gas di scarico o il calore ottenuto dal raffreddamento della camicia del motore. Allo stesso tempo, in media, per 100 kW di potenza elettrica, il consumatore riceve 120-160 kW di potenza termica sotto forma di acqua calda a 90 C per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda.

Così, cogenerazione soddisfa il fabbisogno di energia elettrica ed energia termica gratuita della struttura. Il suo principale vantaggio rispetto ai sistemi convenzionali è che la conversione dell'energia avviene con maggiore efficienza, il che consente una significativa riduzione del costo di produzione di un'unità di energia.

Condizioni fondamentali per l'applicazione di successo della tecnologia di cogenerazione Mini-CHP

1. Quando si utilizza un'unità di cogenerazione ( mini-cogenerazione) come principale fonte di energia, cioè a carico 365 giorni all'anno, esclusi i tempi di manutenzione programmata.

2. Con l'impianto di cogenerazione il più vicino possibile ( mini-cogenerazione) al consumatore di calore ed elettricità, in questo caso si ottengono perdite minime durante il trasporto dell'energia.

3. Quando si utilizza il combustibile primario più economico: il gas naturale. L'effetto maggiore dell'utilizzo di un'unità di cogenerazione ( mini-cogenerazione) si ottiene lavorando in parallelo con la rete centrale. In questo caso è possibile vendere l'elettricità in eccesso, ad esempio, di notte, nonché durante le ore di massimo carico elettrico mattutino e serale. Il 90% degli impianti energetici nei paesi occidentali funziona secondo questo principio. Ma in Russia questo non è redditizio, poiché IDGC è pronta ad acquistare 1 kW di energia elettrica al prezzo all'ingrosso. Questo è di circa 1-1,30 rubli per 1 kW. E il costo di un kW inclusa la manutenzione è di 1,50 rubli.

Aree di applicazione della cogenerazione in mini-CHP:

L'effetto massimo dell'utilizzo dei cogeneratori si ottiene nelle seguenti strutture urbane:

Fabbisogno proprio delle caldaie (da 50 a 600 kW). Durante la ristrutturazione delle caldaie, così come durante la nuova costruzione di fonti di energia termica, l’affidabilità dell’approvvigionamento energetico per il fabbisogno proprio della fonte di calore è estremamente importante. L'uso di un cogeneratore a gas (centrale elettrica a pistoni a gas) è qui giustificato dal fatto che si tratta di una fonte di elettricità indipendente e affidabile e lo scarico dell'energia termica dal cogeneratore è assicurato nel carico della fonte di calore.

Impianti sportivi (da 1000 a 9000 kW). Si tratta, prima di tutto, di piscine e parchi acquatici, dove sono richiesti sia elettricità che calore. In questo caso l’impianto di cogenerazione ( mini-cogenerazione) copre il fabbisogno elettrico e rilascia calore per mantenere la temperatura dell'acqua.

Fornitura di energia elettrica e termica ai cantieri del centro città (da 300 a 5000 kW). Le aziende che stanno ristrutturando i vecchi isolati urbani devono affrontare questo problema. Il costo per collegare gli oggetti alle reti di servizi pubblici della città in alcuni casi è paragonabile al volume degli investimenti nella propria fonte di cogenerazione, ma in quest'ultimo caso l'azienda rimane proprietaria della fonte, il che le porta profitti aggiuntivi quando gestisce il complesso residenziale .

I sistemi di cogenerazione sono classificati per tipologia di motore e generatore principale

I motori a pistoni a gas funzionanti a gas godono del massimo vantaggio. Si distinguono per l'elevata produttività, l'investimento iniziale relativamente basso, un'ampia scelta di modelli di potenza, la capacità di operare in modalità autonoma, l'avvio rapido e l'uso di vari tipi di carburante.

Nozioni di base sulla cogenerazione di mini-CHP

Cogenerazioneè la produzione termodinamica di due o più forme di energia utile da un'unica fonte di energia primaria.

Cogenerazioneè la produzione combinata di energia elettrica (o meccanica) e termica dalla stessa fonte energetica primaria.

Quando si utilizzano centrali elettriche tradizionali (a vapore), a causa delle caratteristiche tecnologiche del processo di generazione di energia, una grande quantità di calore generato viene scaricata nell'atmosfera attraverso condensatori di vapore, torri di raffreddamento, ecc. Gran parte di questo calore può essere recuperato e utilizzato per soddisfare le esigenze di riscaldamento, aumentando l’efficienza dal 30-50% per una centrale elettrica all’80-90% nei sistemi di cogenerazione. La ricerca, lo sviluppo e i progetti portati avanti negli ultimi 25 anni hanno portato a notevoli miglioramenti in una tecnologia che oggi è davvero matura e affidabile. Il livello di distribuzione della cogenerazione nel mondo ci consente di affermare che questa è la tecnologia di approvvigionamento energetico più efficace (tra quelle esistenti) per una parte enorme di potenziali consumatori.

Vantaggi della tecnologia per la mini-CHP

I benefici derivanti dall'utilizzo di sistemi di cogenerazione sono convenzionalmente suddivisi in quattro gruppi, strettamente correlati tra loro.

Vantaggi dell'affidabilità della cogenerazione del Mini-CHP

La cogenerazione è infatti la forma ideale di approvvigionamento energetico dal punto di vista della sicurezza dell'approvvigionamento energetico.

L'ubicazione del centro energetico in prossimità del consumatore implica che il centro energetico si trovi nella zona di sicurezza di una particolare impresa e che l'approvvigionamento energetico dipenda solo dal consumatore.

Le fonti energetiche distribuite (off-grid), come i sistemi di cogenerazione, riducono la vulnerabilità delle infrastrutture energetiche. Le stazioni di cogenerazione sparse in Europa e America sono meno vulnerabili alla distruzione naturale e intenzionale rispetto alle grandi centrali elettriche centrali. Cogenerazione funziona principalmente con gas naturale e altri combustibili “domestici”, ovvero non necessita di misure straordinarie per l'approvvigionamento.

Cogenerazione aumenta l'affidabilità dell'alimentazione elettrica alle strutture: questo è un vantaggio significativo nelle condizioni di un mercato energetico in evoluzione e di una società ad alta tecnologia. Un'alimentazione elettrica altamente affidabile è fondamentale per la maggior parte delle aziende che operano nei settori della tecnologia dell'informazione, della produzione, della ricerca, della sicurezza e in altri campi.

Vantaggi economici della cogenerazione Mini-CHP

La cogenerazione offre un ottimo meccanismo di incentivazione economica.
Gli elevati costi energetici possono essere ridotti più volte (ad esempio, con un'implementazione di alta qualità del progetto, un sistema di cogenerazione può generare energia, il cui costo è 7 volte inferiore al suo costo presso JSC-Energo).
Ridurre la quota di energia nel costo di produzione può aumentare significativamente la competitività del prodotto.

La quota di energia nel costo del prodotto varia dal 10% al 70%, ovvero 5-10 volte superiore al livello mondiale. L’energia rappresenta circa il 70% del costo dei prodotti dell’industria chimica. Nella metallurgia - fino al 27%. Il tasso di crescita delle tariffe energetiche supera il tasso di crescita dei prezzi per i prodotti della maggior parte dei settori dell’economia. Questo è stato uno dei motivi più importanti per l'aumento della quota dei costi energetici sui costi di produzione. Va sottolineato in particolare che mentre la produzione dei prodotti industriali è diminuita di 3-4 volte, il consumo di energia nelle imprese è diminuito solo di 1,5-2 volte. L'uso di attrezzature obsolete e obsolete nella produzione, che si spiega principalmente con la mancanza di fondi per la maggior parte delle imprese industriali per sostituirle o modernizzarle, porta a un consumo irrazionale di risorse energetiche e non fa altro che aggravare la situazione.

La fornitura di energia elettrica di scarsa qualità è un fattore importante nel rallentare la crescita economica. La cogenerazione è praticamente l’opzione ottimale per garantire l’affidabilità della fornitura di energia elettrica.

Un’economia dipendente dall’energia richiede sempre più energia per funzionare e svilupparsi. Con l'approvvigionamento energetico tradizionale, sorgono molte difficoltà organizzative, finanziarie e tecniche quando si aumenta la capacità di un'impresa, poiché spesso è necessario posare nuove linee elettriche, costruire nuove sottostazioni di trasformazione, relè di rete di riscaldamento, ecc.

Allo stesso tempo, cogenerazione offre soluzioni estremamente flessibili e di rapida espansione. L'espansione della capacità può essere effettuata sia in quote piccole che abbastanza grandi. Ciò mantiene un rapporto preciso tra produzione e consumo di energia. In questo modo vengono soddisfatti tutti i fabbisogni energetici che da sempre accompagnano la crescita economica.

Il costo per la posa delle comunicazioni energetiche e la connessione alle reti può comportare un importo paragonabile o superiore al costo di un progetto di cogenerazione. Restrizioni ambientali, costi del terreno e dell'acqua, normative governative: sono migliaia gli ostacoli per un'azienda energetica che decide di costruire una nuova potente centrale elettrica.

Il carburante è il gas; il suo vantaggio è la relativa economicità, mobilità e disponibilità.

Cogenerazione consente di evitare costi inutili ed economicamente inefficaci per i mezzi di trasmissione dell'energia, inoltre vengono eliminate le perdite durante il trasporto dell'energia, poiché le apparecchiature di generazione dell'energia sono installate in prossimità del consumatore;

Una significativa e rapida riduzione delle emissioni di sostanze nocive apporta notevoli benefici non solo in ambito ambientale. C’è anche soddisfazione morale ed economica per tali sforzi: riduzione o completa eliminazione di multe, sovvenzioni, agevolazioni fiscali e rimozione di molte restrizioni ambientali.

I vantaggi economici della cogenerazione sono innumerevoli, ma purtroppo parte di questo potenziale rimane inosservato agli utenti finali, all’industria, alle imprese e al governo, o non viene realizzato dalle aziende che lo implementano.

Tecnologie di cogenerazione: opportunità e prospettive

V. M. BARKOV, cap. specialista del dipartimento di energia termica

LLC "Inkomstroy-Engineering" (Odintsovo)

Con la crescente consapevolezza ambientale e la necessità di ridurre il consumo di combustibili fossili, sono necessari metodi altamente efficienti di conversione e generazione di energia. La tradizionale produzione separata di elettricità mediante centrali elettriche a condensazione e calore tramite caldaie è una tecnologia inefficace che porta alla perdita di energia con il calore dei gas di scarico. Gli impianti autonomi per la produzione combinata di energia termica ed elettrica - cogeneratori - si sono rivelati una soluzione tecnologica di successo al problema.

Nozioni di base sulla cogenerazione

La cogenerazione è una tecnologia per la produzione combinata di energia che consente di aumentare notevolmente l'efficienza economica dell'uso del carburante, poiché in questo caso vengono prodotti due tipi di energia in un unico processo: elettrica e termica. Il massimo effetto economico della cogenerazione può essere raggiunto solo con l'utilizzo ottimale di entrambi i tipi di energia nel punto di consumo. In questo caso, l'energia di scarto (calore dei gas di scarico e sistemi di raffreddamento delle unità che azionano generatori elettrici o pressione eccessiva nelle condutture) può essere utilizzata per lo scopo previsto. Il calore recuperato può essere utilizzato anche in macchine ad assorbimento per produrre freddo (trigenerazione). Esistono tre tipi principali di unità di cogenerazione (CHU): unità di potenza basate su motori a combustione interna (ICU), unità con turbina a gas (GTU) e unità a gas a ciclo combinato (CCG). Un sistema di cogenerazione (o mini-CHP) è costituito da quattro parti principali: un motore primo, un generatore elettrico, un sistema di recupero del calore e un sistema di monitoraggio e controllo. A seconda delle esigenze esistenti, il motore primo può essere un motore a pistoni, una turbina a gas, una turbina a vapore o una combinazione di turbine a vapore e a gas. In futuro potrebbe trattarsi anche di un motore Stirling o di celle a combustibile.

I mini-CHP presentano numerosi vantaggi, ma notiamo i principali:

Basse perdite durante il trasporto di energia termica ed elettrica rispetto ai sistemi centralizzati di fornitura di calore ed elettricità;

Autonomia di funzionamento e possibilità di vendere l'elettricità generata in eccesso nel sistema energetico;

Migliorare gli indicatori economici delle caldaie esistenti generando in esse, oltre all'energia termica ed elettrica;

Aumentare l’affidabilità della fornitura di calore attraverso la nostra fonte di elettricità;

Minori costi dell’energia termica ed elettrica rispetto alle fonti energetiche centralizzate.

Motori a combustione interna (ICE)

Le GPU sono tradizionali centrali elettriche diesel utilizzate come fonti di backup di elettricità. Se dotati di scambiatore di calore o di caldaia a recupero di calore, diventano mini centrali termoelettriche. Il calore di scarto derivante dai gas di scarico, dal raffreddamento del motore e dai sistemi di lubrificazione viene utilizzato per il riscaldamento e la fornitura di acqua calda. Un terzo dell'energia del carburante viene convertito in lavoro meccanico. Il resto viene convertito in energia termica. Oltre ai motori diesel, vengono utilizzati anche motori a combustione interna a gas e gas-diesel. Un motore a gas può essere dotato di più carburatori, il che consente di funzionare con diversi tipi di gas. Le unità gas-diesel consumano fino all'1,5% di gasolio contemporaneamente al gas e in modalità di emergenza passano agevolmente dal gas al gasolio. I cogeneratori diesel sono più preferibili nelle aree non gassificate a causa del costo più elevato del petrolio rispetto al gas. Anche il biogas, i gas delle discariche e i prodotti della pirolisi possono essere utilizzati come combustibile, il che aumenta significativamente l’efficienza del loro utilizzo nelle aziende agricole, negli impianti di trattamento dei rifiuti e negli impianti di trattamento delle acque reflue. Le GPU con accensione a scintilla hanno il miglior rapporto consumo di carburante/energia e sono più efficienti con potenze comprese tra 0,03 e 5–6 MW. Le GPU con accensione per compressione (diesel) funzionano nella gamma di potenza da 0,2 a 20 MW. Le GPU funzionano in due modalità principali:

Modalità nominale: modalità di carico e velocità massimi per 24 ore. al giorno per tutto l'anno con soste per manutenzione programmata; è possibile lavorare con un sovraccarico del 10% per 2 ore. al giorno;

Modalità standby: funzionamento 24 ore su 24 senza sovraccarico durante i periodi di inattività della fonte di energia principale.

Vantaggi e caratteristiche dell'utilizzo del GPA:

Il livello più basso di emissioni di ossidi di azoto, che può essere completamente eliminato quando il motore a combustione interna funziona con una miscela ricca con successiva postcombustione dei prodotti della combustione nella caldaia;

Vita operativa maggiore rispetto alle turbine a gas, raggiungendo le 150-200mila ore;

Il livello più basso di costi di capitale e costi operativi per la produzione di energia;

Facilità di passaggio da un tipo di carburante all'altro. L'uso della GPU non è consigliato quando è necessario ottenere una grande quantità di liquido refrigerante con una temperatura superiore a 110 C, con un consumo energetico elevato e con un numero limitato di avvii.

(Fig. 1. Diagramma termico schematico del mini-CHP GPA)

Unità turbina a gas (GTU)

Le turbine a gas possono essere divise in due parti principali: un generatore di gas e una turbina elettrica, alloggiate in un unico alloggiamento. Il generatore di gas comprende un turbocompressore e una camera di combustione, che crea un flusso di gas ad alta temperatura che agisce sulle pale della turbina. Le prestazioni termiche sono assicurate dal recupero del calore dei gas di scarico mediante uno scambiatore di calore, una caldaia ad acqua calda o vapore. Le turbine a gas funzionano con due tipi di carburante: liquido e gassoso. Il funzionamento continuo viene effettuato a gas e in modalità riserva (emergenza) si verifica una transizione automatica al gasolio. La modalità operativa ottimale di un'unità turbina a gas è la generazione combinata di energia termica ed elettrica. Le turbine a gas producono quantità molto maggiori di energia termica rispetto alle unità a pistoni a gas e possono funzionare sia in modalità base che per coprire i carichi di punta.

Principio di funzionamento dell'unità turbina a gas

L'aria atmosferica attraverso il dispositivo di ingresso KVOU (dispositivo combinato di trattamento dell'aria) (6) entra nel compressore (1), dove viene compressa e diretta al riscaldatore d'aria rigenerativo (7), quindi attraverso la valvola di distribuzione dell'aria (5) nel camera di combustione (2). Nella camera di combustione, il carburante che entra attraverso gli ugelli viene bruciato nel flusso d'aria. I gas caldi entrano nelle pale della turbina a gas (3), dove l'energia termica del flusso viene convertita in energia meccanica di rotazione del rotore della turbina. La potenza ricevuta dall'albero della turbina viene utilizzata per azionare un compressore (1) e un generatore elettrico (4), che genera elettricità. I gas caldi dopo il rigeneratore (7) entrano nella caldaia a recupero di calore dell'acqua (8), per poi entrare nel camino (13). L'acqua di rete fornita dalle pompe di rete (12) viene riscaldata in una caldaia per il calore di recupero dell'acqua calda (8) e in una caldaia di punta (10) e inviata al punto di riscaldamento centrale (CHS). Il collegamento dei consumatori alla sottostazione del riscaldamento centrale viene effettuato organizzando un circuito indipendente. Come combustibile viene utilizzato il gas naturale. In caso di interruzione di emergenza dell'erogazione del gas, sia le caldaie che la turbina a gas (a carico parziale) vengono commutate per funzionare a propano-butano liquefatto (GPL - gas idrocarburici ridotti).

A seconda delle caratteristiche dei consumatori, sono possibili le seguenti soluzioni per l'utilizzo di turbine a gas:

Fornitura di energia elettrica al sistema alla tensione del generatore (6,3 o 10,5 kV) o tensione aumentata a 110 kV;

Distribuzione dell'energia termica attraverso un punto di riscaldamento centrale (CHP) o attraverso punti di riscaldamento individuali (IHP) con disaccoppiamento idraulico completo delle reti di cogenerazione e delle reti di consumo;

Funzionamento dell'unità turbina a gas su reti di calore comuni con altre fonti energetiche o utilizzo dell'unità turbina a gas come fonte di calore autonoma;

Utilizzo di turbine a gas in sistemi di fornitura di calore sia chiusi che aperti;

Sono possibili opzioni per la fornitura di calore ed energia elettrica: si tratta di una modalità di fornitura di energia elettrica o di una modalità di fornitura congiunta di energia elettrica e termica.

Vantaggi e caratteristiche dell'utilizzo di turbine a gas

Le centrali termoelettriche a turbina a gas basate su turbine a gas presentano i seguenti vantaggi: - elevata affidabilità: la vita operativa dei componenti principali è fino a 150mila ore e la vita operativa prima di riparazioni importanti è di 50mila ore;

Il fattore di utilizzo del combustibile (FUF) con recupero di calore completo raggiunge l'85%;

Economicità dell'impianto: il consumo specifico di combustibile equivalente per la fornitura di 1 kW di energia elettrica è di 0,2 kg cu. t., e per la fornitura di 1 Gcal di calore - 0,173 kg di carburante equivalente;

Breve periodo di ammortamento e tempi di costruzione brevi - fino a 10-12 mesi (soggetto alle necessarie approvazioni e permessi);

Basso costo degli investimenti di capitale: non più di 600 dollari per kilowatt installato all'interno del sito GTU TPP;

Possibilità di controllo automatico e remoto del funzionamento della turbina a gas, diagnosi automatica delle modalità operative della stazione;

La capacità di evitare la costruzione di lunghe e costose linee elettriche, cosa particolarmente importante per la Russia.

Come svantaggio va segnalata la necessità di costi aggiuntivi per la costruzione di una stazione di aumento pressione per il compressore del gas. Le GTU richiedono gas con una pressione di 2,5 MPa e nelle reti urbane la pressione del gas è di 1,2 MPa.

(Fig. 2. Diagramma termico schematico di un'unità turbina a gas di una mini-centrale termoelettrica)

Impianti a ciclo combinato (CCGT)

Sulla base di piccole turbine a vapore, è possibile creare mini centrali termoelettriche sulla base di caldaie a vapore già esistenti, la cui pressione del vapore all'uscita è molto superiore a quella necessaria per le esigenze industriali. La pressione viene ridotta utilizzando speciali dispositivi di strozzamento, il che comporta una perdita di energia dispendiosa - fino a 50 kW per ogni tonnellata di vapore. Installando un turbogeneratore in parallelo al dispositivo di accelerazione, è possibile ottenere energia elettrica più economica. La ricostruzione delle caldaie comunali e industriali aiuterà a risolvere 4 principali problemi di risparmio energetico:

Le caldaie che forniscono oltre il 60% dell'energia termica alla rete saranno in grado di fornire inoltre elettricità a basso costo sia in modalità di punta che di base;

Il costo dell'energia termica è ridotto;

Le perdite nelle reti elettriche sono ridotte a causa della comparsa di fonti locali di elettricità negli impianti serviti dal locale caldaia;

Il consumo specifico di combustibile per la produzione di elettricità e calore è notevolmente ridotto;

Le emissioni di NO, CO e CO2 nell'atmosfera sono significativamente ridotte grazie al risparmio di carburante.

Unità frigorifere ad assorbimento (ARU)

I sistemi di coproduzione di calore ed elettricità funzionano in modo efficiente se viene utilizzata tutta o la massima parte possibile dell'energia generata. In condizioni reali, il carico varia, quindi per un uso efficiente del combustibile è necessario bilanciare il rapporto tra calore ed elettricità prodotti. Per coprire l'energia termica in eccesso nel periodo estivo viene utilizzata un'unità di refrigerazione ad assorbimento (ARU). Utilizzando una combinazione di mini-CHP e ACS, il calore in eccesso in estate viene utilizzato per generare freddo negli impianti di condizionamento. L'acqua calda proveniente dal ciclo di raffreddamento chiuso della GPU funge da fonte di energia per l'ACS.

Questo metodo di utilizzo di una fonte di energia primaria è chiamato trigenerazione. Il principio di funzionamento di una macchina frigorifera ad assorbimento può essere rappresentato come segue.

L'ACS dispone di due circuiti di circolazione collegati tra loro. In un circuito contenente una valvola di controllo termostatico e un evaporatore, il refrigerante liquido (ammoniaca) evapora a causa del vuoto creato dalla pompa a getto di vapore. La valvola limita il flusso di nuove porzioni di ammoniaca liquida, garantendo la sua completa evaporazione, che avviene con l'assorbimento di calore. I vapori di ammoniaca risultanti vengono pompati tramite una pompa a getto di vapore: il vapore acqueo, passando attraverso l'ugello, trascina con sé i vapori di ammoniaca. Il secondo circuito contiene un riscaldatore per assorbire il vapore e un assorbitore dove il vapore di ammoniaca viene assorbito dall'acqua. Il processo inverso (evaporazione dell'ammoniaca dall'acqua) avviene a causa del calore disperso dall'unità di compressione del gas (GPU). L'ammoniaca viene quindi condensata in uno scambiatore di calore raffreddato dall'aria esterna. La tecnologia di cui sopra è implementata in un'unità generatore-assorbitore-scambiatore di calore (GAX), che è stata testata ed è già apparsa sul mercato.

(Fig. 3. Diagramma schematico dell'ACS)

Giustificazione ingegneristica per progetti di impianti di cogenerazione

Quando si sviluppa uno studio di fattibilità per un progetto di mini-centrale termoelettrica, è innanzitutto necessario valutare il fabbisogno di energia termica ed elettrica dell’impianto. Quando si valuta l'efficienza economica di un impianto, è necessario tenere conto dei costi dell'energia e dei materiali operativi (gas, elettricità, calore, olio motore), della progettazione, dell'acquisto di attrezzature, dell'installazione, della messa in servizio, dei servizi pubblici e dei costi operativi. I criteri principali sono il costo finale dell'energia elettrica e termica, il calcolo del risparmio annuale e il periodo di ammortamento del progetto. Inoltre, vengono stimati la durata totale dell'apparecchiatura e il tempo tra le riparazioni (per le unità di compressione del gas, il tempo di funzionamento prima della revisione è di circa 60mila ore, per le unità a turbina a gas - 30mila ore). Viene inoltre determinato il numero e la potenza unitaria delle unità energetiche. Qui dovresti essere guidato dalle seguenti disposizioni:

La potenza elettrica di un'unità dovrebbe essere 2–2,5 volte il requisito minimo della struttura;

La potenza totale delle unità dovrebbe superare la domanda massima della struttura del 5–10%;

La potenza delle singole unità dovrebbe essere approssimativamente la stessa;

Un mini-CHP basato su un compressore a gas deve coprire almeno la metà della domanda massima annua di energia termica dell’impresa, il resto della domanda è fornita dalle caldaie ad acqua di punta.

Dopo aver valutato tutti i fattori, viene presa una decisione sull'opzione operativa del mini-CHP - autonomo o in parallelo con la rete centralizzata (il che è molto dubbio dato l'atteggiamento negativo di RAO UES nei confronti del mini-CHP decentralizzato).

La portata dell'articolo, purtroppo, non ci consente di coprire tutti gli aspetti dell'utilizzo degli impianti di cogenerazione, i più significativi dei quali sono economici e tecnologici, nonché le caratteristiche comparative delle apparecchiature usate di produzione estera e nazionale. Particolarmente significativa è la questione dell'uso efficiente del calore in estate e delle opzioni per il suo utilizzo, ad esempio, per sottoprodotti, materiali da costruzione e prodotti chimici. Ma questo è un argomento per future pubblicazioni.