Когенерация — когенераторные установки — тепловые электростанции. Преимущества надёжности когенерации Мини-ТЭЦ

21.09.2019Рубрика: Игры для детей от 1 до 3

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.

Понятие «когенерация» не новое для отечественной энергетики. Но в малой энергетике данные технологии ранее применялись редко и долгие годы широко использовались, в основном, на крупных паротурбинных электростанциях. Однако сегодня, наряду с «большой» энергетикой, весьма значительной становится и роль объектов малой энергетики: автономных электростанций на базе газовых тепловых двигателей с диапазоном единичных мощностей 400...4500 кВт (таких автономных электростанций, которые и производит компания MWM GmbH). Коммунальные водогрейные котельные успешно реконструируются в когенерационные ТЭЦ на базе газопоршневых моторов, а заводские паровые котельные — в когенерационные газопоршневые энергоцентры. Итак, что же такое «когенерация»?

Физическая суть термина «когенерация»

Когенерация (от англ. «co + generation », «совместная генерация» ) — это совместный процесс производства электрической и тепловой энергии внутри одного устройства — когенерационной установки (мини ТЭЦ, КГУ). Механическим источником выработки электрической энергии является первичный привод, который вращает ротор электрогенератора: газопоршневой двигатель (), газовая или паровая турбина. Тепловая энергия получается за счёт утилизации тепловых потерь (утилизация тепла охлаждающей жидкости, смазочного масла, сжатой газовоздушной смеси и уходящих газов) первичного приводного двигателя — газопоршневого, газовой турбины, дизеля.

Вырабатываемую когенерационными установками тепловую энергию используют для производства горячей воды, пара, в холодильных установках, а также в технологических процессах сушки горячим воздухом.

У современных когенерационных установок на базе газопоршневых двигателей коэффициент использования теплоты сгорания топлива доходит до 85...90% и только 10% теряются. Экономия топлива при выработке энергии в когенерационном цикле может достигать до 40% по сравнению с раздельным производством того же количества электроэнергии (конденсационная электростанция) и тепловой энергии (водогрейная котельная). Например, используя тепло выхлопных газов и охлаждающей жидкости газового двигателя мощностью 500 кВт для отопления, можно обеспечить теплом площадь размером в 4...4,5 тыс. м 2 , поддерживая нормальную температуру в помещениях.

Сравнение энергетических потоков при раздельной и комбинированной выработке энергии (когенерация) выглядит следующим образом (данные приведены в условных единицах топлива):

* данные приведены в условных единицах топлива
иллюстрация базируется на: International Energy Agency analysis, USEPA, 2008

Различают две основные группы когенерационных установок:

Установки одновременного производства электрической и тепловой энергии (зарубежный аналог: СНР — combined heat and power plant);
Установки (электростанции) комбинированного цикла с утилизационным котлом и паровой турбиной (зарубежный аналог: ССР — combined cycle power plant). Чаще — это электростанции с газовой турбиной, котлом-утилизатором и паровой турбиной (ПГУ — парогазовые установки большой мощности). Но есть проекты где вместо газовой турбины использовался газопоршневой двигатель и паровая турбина малой мощности (см. Italiana Coke).

В зависимости от вырабатываемой электрической мощности, когенерационные электростанции разделяют на следующие группы :

микро электростанции (мощность от 1 до 250 кВт);
мини (мощность от 250 до 1000 кВт) и малые (мощность от 1 до 60 МВт) - для простоты зачастую объединяют;
средние (мощность от 60 до 300 МВт);
большие (мощность более 300 МВт).

Подчеркнем, что здесь речь идет о суммарной мощности электростанции, а не единичной мощности энергетического агрегата. Принято считать, что мощности до 250 кВт (микро электростанции) целесообразно и возможно покрывать газопоршневыми (к примеру, газовыми генераторами Deutz мощностью от 20 до 200 кВт) или дизельными генераторами (в случае аварийного источника питания, см. дизель-генераторы Deutz), а также различными установками альтернативной энергетики. От 250 кВт до 10-15 МВт — с помощью газопоршневых агрегатов . Мощности до 60 МВт — с помощью газопоршневых агрегатов (или газовых турбин при единичных мощностях от 20 МВт), а средние и большие мощности — с помощью газовых и паровых турбин или парогазовых установок.

Когенерация: страницы истории

Утилизацию тепла работы силовых агрегатов применяют сравнительно давно. В большой энергетике за последние пол столетия уже стала нормой реализация тепловых схем с применением больших паровых турбин типа Т, ПТ, Р с «теплофикационными» или «промышленными» отборами пара. Также, к примеру, на больших судах вскоре после окончания Второй мировой войны начали устанавливать утилизационные котлы, использовавшие для нагрева воды теплоту выпускных газов приводного двигателя. Т.е. эффективность и целесообразность применения когенерации уже многие годы не вызывает сомнений.

В 80-х годах прошлого века началось применение в широких масштабах малых электростанций, особенно местных децентрализованных, с одновременным производством электрической и тепловой энергии (когенерация). Вклад таких электростанций в энергетику постоянно возрастает. Лидерами по когенерации в малой энергетике являются европейские страны. По имеющимся оценкам суммарная мощность малых электростанций к 2000 году в странах Европы составляла порядка 65...70 ГВт, что примерно равно 9% мощности всех электростанций. По прогнозам COGEN EUROPE (ассоциация, стимулирующая развитие малой энергетики и когенерации), к 2010-2011 году ожидается рост до 180 ГВт, т. е. до 18% от мощности всех электростанций в Европе, а в странах бывшего СССР к 2015 году ожидается удвоение мощности когенерационных объектов малой энергетики.

Стоит отметить, что исторически термины «теплофикация» (применялся в СССР) и «когенерация» (применяется на Западе) по своей технической сути являются тождественными, хотя в смысловом отношении второй более точен, отражая комбинированную (совместную) генерацию тепловой и электрической энергии (в одном источнике и одновременно). Названием «теплофикация» в СССР акцент выносился на один из видов энергии и по сути был связан с широким применением в городах и других населенных пунктах централизованного теплоснабжения. Поскольку в большинстве случаев источником тепловой энергии являлись теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), то термин «теплофикация» в СССР начали применять и для обозначения процесса комбинированной выработки электрической и тепловой энергии, т.е. именно той технологии, которая с последней четверти XX века во всех промышленно развитых странах определялась как «когенерация» (cogeneration или СНР - combined heat & power). В связи с этим, в наше время термины «теплофикация» и «когенерация» употребляются равнозначно, однако при описании технологий, основанных на современных газопоршневых двигателях и газотурбинных установках, предпочтение отдается термину «когенерация».

Почему выгодна когенерация?

На сегодняшний день возникло множество аргументов для внедрения когенерационных технологий. Когенерационные установки обладают замечательными особенностями: дешевизной электрической- и тепловой энергии (по сравнению с покупаемой из сети), близостью к потребителю, отсутствием необходимости в дорогостоящих ЛЭП и подстанциях, экологической безопасностью, мобильностью, легкостью монтажа и многими другими факторами.

Малая энергетика является не только альтернативой централизованной системе — она становится основой для быстрого развития вновь осваиваемых районов, открывающихся новых производств и расширения существующих. Очень часто из-за изношенности оборудования существующих электросетей затруднено подключение новых промышленных потребителей, а иногда и просто экономически нецелесообразно (в случае большого удаления потребителя от ЛЭП). В результате, применение автономных энергоисточников с комбинированным производством электрической и тепловой энергии (когенерация) обеспечивает определенный энергетический резерв в централизованной системе.

Развитие когенерации (и малой энергетики в целом) обусловлено целым рядом факторов:

В настоящее время отмечается, что недостаточное и некачественное электроснабжение объектов различного назначения является одним из факторов сдерживания экономического роста. Особенно данное утверждение актуально для стран Азии где, в результате бурного роста промышленного производства и нехватки генерирующих мощностей центральной энергосистемы, наблюдается бум малой энергетики (см. проект Ashuganj на 60 МВт).

Когенерация является практически оптимальным вариантом, обеспечивающим надежность снабжения электрической энергией. Увеличение мощностей предприятия при традиционном энергообеспечении связано с множеством организационных, финансовых и технических трудностей, поскольку часто необходимы прокладка новых линий электропередачи, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т.д. В то же время когенерация предлагает крайне гибкие и быстрые в плане наращивания мощностей решения.

Увеличение мощностей с помощью когенерационных модулей может осуществляться как малыми, так и достаточно большими долями — этим поддерживается тесная взаимосвязь между генерацией и потреблением энергии. Таким образом, обеспечиваются все энергетические нужды, которые всегда сопровождают экономический рост.

Зачем нужна децентрализация энергоснабжения?

Одно из твердых убеждений представителей электроэнергетической индустрии заключается в том, что транспортировка электроэнергии является лучшим способом ее доставки конечным потребителям. Однако, все большее число экспертов подвергают сомнению эти укоренившиеся представления.

При этом ставится три основных вопроса:

Допустима ли высоковольтная передача с экологической точки зрения, с точки зрения здоровья населения и воздействия на ландшафт?
Являются ли необходимыми затраты на передачу энергии, которые ложатся на потребителей?
Необходима ли транспортировка вообще?

По первому вопросу необходимо сказать следующее. Сохраняется озабоченность населения по поводу долгосрочного воздействия электромагнитного излучения на здоровье людей, проживающих вблизи от линий высоковольтной электропередачи. Вопрос о существовании такого вида риска открыт для обсуждения. Но не подлежит обсуждению тот факт, что население все больше склоняется к мнению о недопустимости строительства новых линий.

Переходя ко второму вопросу, следует отметить, что вся система затрат на передачу электроэнергии, включая строительство, текущий ремонт, энергетические потери и операции, выглядит более привлекательно в случае либерализованного рынка, чем планируемого централизованно. Широко распространено мнение о том, что если сравнивать транспортировку электроэнергии и газа на честной и прозрачной основе, то окажется, что в случае электроэнергии затраты многократно превышают таковые для газа (по некоторым источникам — почти в 12 раз ). Это ставит под сомнение необходимость расширения сетей и подтверждает целесообразность увеличения числа объектов малой энергетики в непосредственной близости к потребителю.

Наконец, по поводу третьего вопроса нужно сказать следующее. Если страны двигаются в направлении широкомасштабной децентрализации энергоснабжения на базе когенерации и использования возобновляемых источников энергии, возникает вопрос о том, нужна ли центральная сеть общенациональных масштабов вообще? По мере роста темпов технологических изменений традиционная энергосистема, которую люди считают чем-то само собой разумеющимся, может превратиться в нечто практически не заслуживающее одобрения.

Лучшей альтернативой существующему энергоснабжению являются когенерационные установки, вырабатывающие более дешевые электроэнергию и тепло в непосредственной близости к потребителю, обеспечивая тем самым быстрый и устойчивый возврат инвестиций.

Когенерация в жилищно-коммунальном секторе

Преимущества когенерации на базе газо-поршневых электрогенераторных установок могут представлять особый интерес для жи-лищно-коммунальных хозяйств. Например, при использовании таких установок затраты на строительство коммуникаций уменьшаются в 1,5-4 раза по сравнению с подведением тепла и электроэнергии от больших централизованных источников.

Эти преимущества успешно используются в жилищно-коммунальных хозяйствах евро-пейских стран. Как правило, такие станции монтируют на базе существующих котельных, из которых убирается старое водогрейное оборудование (см. проект Фридрихсхафен). Тепловая энергия поступает жителям близ-лежащих домов, а электроэнергия — в централизованную сеть. По такому же пути целесообразно модернизировать коммунальную энергетику в малых городах нашей страны.

Материал подготовлен отделом когенерации GES Ltd.

Литература:

Гольдинер А.Я., Цыркин М.И., Бондаренко В.В. Газопоршневые электроагрегаты. - СПб.: Галерея Принт, 2006. - 240 с.
Разуваев А.В. Целесообразность применения систем утилизации тепла ДВС // Турбины и дизели. 2010. №1. С 48 - 50.
Доклад д-ра Симона Минетта, директора COGEN Europe, представленный на 5-ой ежегодной конференции COGEN Europe.
Combined Heat and Power. Evaluating the benefits of greater global investment // IEA Publications. 2008.
Когенерационные системы с тепловыми двигателями: справочное пособие. - В 3-х частях / Клименко В.Н., Мазур А.И., Сабашук П.П.; под ред. А.И. Мазура; Ин-т прикладных исслед. в энергетике. - К.: ИПЦ АЛКОН НАН Украины, 2008.

Мы будем рады предоставить вам дополнительную информацию, дать ответы на интересующие вас вопросы и
подготовить коммерческое предложение в соответствии с заполненным опросным листом .

Когенерация – Когенераторные установки - двойная эффективность, двойная прибыль.

Когенераторные электростанции вдвойне эффективны в сравнении с электростанциями производящими только электрическую энергию. Когенераторная электростанция - это использование первичного источника энергии - газа, для получения двух форм энергии - тепловой и электрической.

Главное преимущество когенераторной электростанции перед обычными станциями состоит в том, что использование энергии топлива здесь происходит с гораздо большей эффективностью. Иными словами, когенераторная (когенерационная) установка позволяет использовать тепловую энергию, которая обычно улетучивается в атмосферу вместе с дымовыми газами.

При использовании когенераторной установки существенно возрастает общий коэффициент использования топлива. Использование когенерационной установки в значительной степени сокращает расходы на энергообеспечение. Когенераторная установка - это энергетическая независимость потребителей, надежная подача энергии и существенное снижение затрат на получение тепловой энергии.

Ведущими мировыми производителями когенераторных установок на основе поршневых двигателей и турбин на сегодняшний день являются: Alstom (Альстом), Capstone (Кэпстоун - Кепстон), Calnetix - Elliott Energy Systems, Caterpillar (Катерпиллар), Cummins (Камминз), Deutz AG (Дойтц АГ), Generac (Дженерак), General Electric (Дженерал Электрик), GE Jenbacher (Йенбахер), Honeywell (Хоневелл), Kawasaki (Кавасаки), Kohler (Колер), Loganova (Логанова), MAN B&W (МАН Б В), MAN TURBO AG (МАН ТУРБО), Mitsubishi Heavy Industries (Митсубиши Хэви Индастриз), Rolls-Royce (Роллс-Ройс), SDMO (СДМО), Siemens (Сименс), Solar Turbines (Солар Турбайнз), Turbomach (Турбомах), Vibro Power, Wartsila (Вяртсиля), Waukesha Engine Division (Вокеша / Вукеша), FG Wilson (Вилсон), микротурбинные установки / мини - турбины, микротурбинные электростанции /микротурбины Ingersoll Rand (Ингерсолл Рэнд).

Когенераторные установки - устройство и принцип действия

Когенерационная установка состоит из силового агрегата, например, газовой турбины, электрического генератора, теплообменника и системы управления.

В газотурбинных установках основное количество тепловой энергии отбирается из системы выхлопа. В газопоршневых электростанциях отбор тепловой энергии происходит и от масляного радиатора, а так же системы охлаждения двигателя. Отбор тепловой энергии в газотурбинных установках (ГТУ) осуществим технически проще, так как выхлопные газы имеют более высокую температуру.

На 1 МВт электрической мощности потребитель получает от 1, до 2 МВт тепловой мощности в виде пара и горячей воды для промышленных нужд, отопления и водоснабжения. Когенераторные электростанции с избытком покрывают нужды потребителей в электрической и дешевой тепловой энергии.

Излишнее тепло может направляться на паровую турбину, для максимальной выработки электричества или в абсорбционно-холодильные машины (АБХМ) для производства холода, с последующей реализацией в системах кондиционирования. Подобная технология имеет собственное определение - тригенерация.

Когенерационные установки - органичная экспансия в российскую экономику

Применение когенераторных электростанций в мегаполисах позволяет эффективно дополнять рынок энергоснабжения, без реконструкции сетей. При этом значительно улучшается качество электрической и тепловой энергий. Автономная работа когенераторной установки позволяет обеспечить потребителей электроэнергией с устойчивыми параметрами по частоте и по напряжению, тепловой энергией со стабильными параметрами по температуре.

Потенциальными объектами для применения когенерационных установок в России выступают промышленные производства, больницы, объекты жилищной сферы, газоперекачивающие станции, компрессорные станции, котельные и т. д. В результате внедрения когенераторных электростанций возможно решение проблемы обеспечения потребителей недорогим теплом и электроэнергией без дополнительного, финансово затратного, строительства новых линий электропередачи и теплотрасс. Приближенность источников к потребителям позволит значительно снизить потери передачи энергии и улучшить ее качество, а значит, и повысить коэффициент использования энергии природного газа.

Когенерационная установка - альтернатива тепловым сетям общего назначения

Когенерационная установка является эффективной альтернативой тепловым сетям, благодаря гибкому изменению параметров теплоносителя в зависимости от требований потребителя в любое время года. Потребитель, имеющий в эксплуатации когенераторную электростанцию не подвержен зависимости от экономического состояния дел больших теплоэнергетических компаниях.

Доход (или экономия) от реализации электричества и тепловой энергии, за короткое время, покрывают все расходы на когенераторную электростанцию. Окупаемость капитальных вложений в когенераторную установку происходит быстрее окупаемости средств, затраченных на подключение к тепловым сетям, обеспечивая тем самым, устойчивый возврат инвестиций.

Когенераторная установка хорошо вписываются в электрическую схему, как отдельных потребителей, так и любого количества потребителей через государственные электросети. Компактные, экологически безопасные, когенераторные электростанции покрывают дефицит генерирующих мощностей в крупных городах. Появление подобных установок позволяет разгрузить электрические сети, обеспечить стабильное качество электроэнергии и делает возможным подключение новых потребителей.

Преимущества когенераторных электростанций

Преимущества когенераторных электростанций заключены, прежде всего, в сфере экономики. Существенная разница между капитальными затратами на энергоснабжение от сетей и энергоснабжение от собственного источника заключается в том, что капитальные затраты, связанные с приобретением когенераторной установки, возмещаются, а капитальные затраты на подключение к сетям безвозвратно теряются при передаче вновь построенных подстанций на баланс энергетических компаний.

Капитальные затраты при применении когенераторной установки компенсируются за счет экономии топлива.

Обычно полное возмещение капитальных затрат происходит после эксплуатации когенераторной электростанции в течение трех-четырех лет.

Такое возможно, когда когенераторная установка питает нагрузку в непрерывном цикле работы, или если она работает параллельно с электросетью. Последнее решение является выгодным для владельцев электрических и тепловых сетей. Энергосистемы заинтересованы в подключении мощных когенераторных установок к своим сетям, так как при этом они приобретают дополнительную генерирующую мощность без капитальных вложений на строительство электростанции. В таком случае энергосистема закупает дешевую электроэнергию для её последующей перепродажи по более выгодному тарифу. Тепловые сети получают возможность закупать дешевое тепло для его реализации близлежащим потребителям.

Применение когенераторов

Сфера применения когенераторов весьма широка.

Когенераторные станции могут вырабатывать энергию для нужд всех отраслей хозяйственной деятельности, в том числе:
на промышленных предприятиях
в сельском хозяйстве
в сфере обслуживания
в гостиницах
торговых и административных центрах
в жилых массивах
частных домах
больницах, курортных и лечебных заведениях
бассейнах, спортивных центрах

Когенераторы и экономия энергетических ресурсов

В настоящее время в мировой энергетике прослеживается стойкая тенденция к увеличению производства и потребления энергии. Даже с учетом значительных структурных изменений в промышленности и перехода на энергосберегающие технологии, потребности в тепло- и электроэнергии в ближайшие десятилетия будут увеличиваться. Поэтому особо широкое применение когенераторов в мире говорит о новой тенденции к развитию локальной энергетики, как наиболее экономически эффективной и экологичной отрасли топливно-энергетического комплекса.

В России необходимость в применении когенераторов для тепло- и энергоснабжения очевидна, поскольку качество центрального снабжения оставляет желать лучшего, да и монопольный характер российских энергоносителей вынуждает покупать электричество и тепло по дорогим тарифам. Таким образом, внедрение когенераторов позволяет существенно снизить затраты на потребляемую энергию, что дает существенный экономический эффект для конечного потребителя, а также решить проблему пиковых нагрузок, недостатков централизованных систем и тем самым обеспечить качественным, бесперебойным энергоснабжением

Специфика когенераторов

Недостатком когенераторов является только ограниченная мощность до 3 МВт для одной машины. Средний промышленный потребитель в России имеет установленную мощность в 1-2 МВт. При необходимости могут быть установлены несколько параллельно работающих когенераторов. Когенераторы легко перевозить и устанавливать. Они позволяют решить острый вопрос неравномерного суточного потребления электроэнергии, неразрешимый для крупных генерирующих установок. Действительно, для когенератора, линейная зависимость потребления топлива имеет место, начиная с 15-20% номинальной мощности. Секционируя (пакетируя) общую мощность на 4-8 блоков, работающих параллельно, появляется возможность работы с 1.5-4% до 100% номинальной нагрузки при расчетном удельном потреблении топлива. При отсутствии нагрузки невостребованные когенераторы останавливаются, на этом в значительной степени экономится моторесурс первичных двигателей

Когенераторные кластеры

Секционирование (пакетирование) когенераторов стало возможным лишь в последнее время, когда появились надежные, высокоточные системы управления, основанные на достижениях микропроцессорной техники и компьютерных технологий. С помощью пакетирования (секционирования) стало возможным построение больших когенераторных установок, экономическая эффективность которых не хуже единичного блока, работающего при номинальной нагрузке. Особенно важным применением таких когенераторов является электроснабжение жилых массивов, в которых отсутствуют промышленные потребители и отношение максимальной и минимальной нагрузки в течение суток достигает десятков раз, так как российские условия делают невозможным продажу вырабатываемой в ночное время электроэнергии сетям как, например в Европе. Важным экономическим фактором распространения секционированных когенераторных систем является то, что удельная стоимость (в расчете на 1 кВт мощности) малых установок ниже, чем удельная стоимость единичных когенераторов большей мощности. Положительной особенностью секционированных когенераторных систем является их более высокая надежность. Действительно при выходе из строя, плановом ремонте или техническом обслуживании общая мощность системы составляет (n-1)/n% номинальной мощности, где n - число блоков в системе. Для российского промышленного и гражданского потребителя предлагаются когенераторы мощностью от 0.02 до 3 МВт, секционированные блоками с общим компьютерным управлением.

Когенераторы - экологическая безопасность

Важным фактором в пользу выбора когенератора является его экологическая безопасность. Подобные установки имеют низкий уровень выбросов в атмосферу токсичных веществ и удовлетворяют самым жестким международным и российским стандартам. Предприятия, имеющие собственную когенераторную установку, смогут обеспечить собственные потребности в электроэнергии. При этом не только снизится себестоимость основной продукции предприятий, но и значительно возрастет его энергетическая безопасность, поскольку потери в подаче электроэнергии от центральных энергетических компаний не будут влиять на ход технологического процесса.

В последние годы в мире пришли к пониманию необходимости серьезного отношения к вопросам, касающимся охраны окружающей среды. Факт подписания Киотского протокола свидетельствует о наличии воли со стороны различных стран мира ответить вызову связанному с изменением климата и намерению сократить выбросы газов, вызывающих парниковый эффект. Именно в рамках данного контекста Европейской комиссией были обозначены три приоритетных направления по реализации своей энергетической политики, а именно:

Рациональное использование энергии;

Эффективность использования энергии;

Стимулирование разработок в области возобновляемых источников энергии.

Европе необходимо также найти решение по снижению своей энергетической зависимости. В настоящее время, фактически 50% ее потребностей покрываются благодаря импорту энергии. Если нынешняя тенденция сохранится, этот показатель может достигнуть 70%.

Если же верить прогнозам, то запасы нефти на планете будут исчерпаны менее чем через полвека, что дает основание предположить о резком росте цен в ближайшие годы.

Для того чтобы суметь противостоять этим новым угрозам, Европейская комиссия приняла решение по усилению своей стратегии в области диверсификации способов производства энергии и стимулирования процесса создания новых установок производства энергии, таких как установки когенерации. Цель заключалась в том, чтобы увеличить вдвое долю когенерации в общем объеме производимой Европейским союзом электроэнергии или, другими словами, с 9% в 1994 году достичь 18 % в 2010.

В европейских странах пришли к осознанию двойной выгоды от когенерации. С экономической точки зрения - это надежность энергоснабжения, рациональное использование энергии, экономия первичной энергии. С точки зрения охраны окружающей среды - это сокращение выбросов углекислого газа, выполнение обязательств в рамках Киотского протокола по изменению климата.

В 1998 году в странах Евросоюза 12% электроэнергии было получено методом когенерации. В Дании, Финляндии и Нидерландах показатель распространения когенерации на рынке является наивысшим, составляя 50% от общего объема производства электроэнергии. И, напротив, во Франции, Греции или Ирландии когенерация играет лишь второстепенную роль, составляя около 2% от общего объема производства.

С целью содействия развитию когенерации - технологии, позволяющей экономить первичную энергию и сократить выбросы углекислого газа, Еврокомиссией в 2004 году была опубликовано распоряжение, направленное на стимулирование когенерации.

В национальных масштабах, внедрение положений соглашения 97-01 и 99-02 активизировало работы по разработке установок средней и высокой мощности (> 1 MВт). Помимо этого, Закон от 10 февраля 2000 года, относящийся к модернизации и развитию коммунальных электроэнергетических служб в частях, касающихся установок когенерации малой мощности (менее 215 кВт), в свою очередь, предоставляет возможность выкупа (производимой электрической энергии - Прим. автора ) со стороны Государственного энергетического управления Франции, а также негосударственных электросетей.

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Технология когенерации, если и зовется революционной, все же не может считаться изобретением последнего времени, т.к. появилась в 1824 году. Она является результатом значительных достижений в области термодинамики и электротехники, полученных в ту эпоху.

Метод когенерации, как никогда актуален. Сегодня он представляет собой техническое решение, адаптированное с точки зрения, как экономики, так и экологии к энергетическим потребностям административно-территориальных образований и промышленных предприятий.

Когенерация - это одновременное производство тепла и механической энергии, как правило, преобразуемой в электрическую энергию от одного и того же источника энергии.

Рассмотрим пример когенерационной установки, использующей двигатель внутреннего сгорания (технология, наиболее широко распространенная в установках малой когенерации (так называемых установках ГПА - Прим. автора ) ). Речь идет о двигателе классического типа, берущем свое начало от автомобильных двигателей, который используется при когенерации малой мощности и работает на дизельном топливе или природном газе. Он приводит в действие генератор переменного тока, который преобразует механическую энергию в электрическую. Тепло, содержащееся в выхлопных газах, охлаждающей воде и смазочном масле, может быть отобрано для дальнейшего использования в отопительных системах или системах горячего водоснабжения.

При производстве электроэнергии в результате наличия двух отдельных классических процессов от 45 до 65% первичной энергии теряется в виде тепла, выделяемого в атмосферу (например, в градирнях). Технология когенерации, служащая для рекуперации этого тепла через теплообменники, способствует повышению энергоэффективности установки.

Тем самым она позволяет максимально использовать энергопотенциал топлива и довести общую производительность (электричество + тепло) до 80-90% вместо 35-40% при установке производства электроэнергии классического типа и 55% при цикле в комбинации с газом.

Сравнение между установками когенерации и раздельными процессами производства тепла и электричества при равных произведенных количествах тепла и электроэнергии:

u.e. : единица энергии, например, кВт x час

Данный пример позволяет сравнить установку когенерации общей производительностью 85 % со станцией раздельного производства тепловой и электрической энергии, использующей комбинированный газовый цикл производительностью 55 % (наиболее производительный в настоящее время способ производства) и газовый котел производительностью 90 %. При этом экономия первичной энергии составляет 17 %.

Производительность большинства работающих сейчас электростанций составляет 35 %. Если сравнить эту же когенерационную установку с современной электростанцией средней мощности (производительностью 35 %) и газовым котлом производительностью 90%, то экономия первичной энергии составит уже 35 %.

ВИДЫ ПРИМЕНЯЕМОГО ТОПЛИВА

В зависимости от локальных условий снабжения могут использоваться любые виды топлива. Однака, большинство когенерационных установок работает на природном газе.

Помимо этого, когенерация позволяет использовать также и возобновляемые источники, такие как биогаз.

ДЛЯ ЧЕГО НУЖНА КОГЕНЕРАЦИЯ?

Понятие когенерации характеризуется тремя словами: энергия, экономия, экология.

Энергетический и экономический эффект

Когенерация позволяет максимально использовать энергетический потенциал топлива. Другими словами, производство равного количества электрической и тепловой энергии требует меньше топлива. Расчетная экономия первичной энергии или топлива по сравнению с традиционными системами раздельного производства составляет от 10 до 35 %.

С экономической точки зрения, такая энергетическая эффективность означает существенное сокращение издержек по счетам за полученную энергию (уменьшение количества энергии купленной у энергосетей, оптимизация стоимости производства тепловой энергии) и \ или существенную экономию за счет перепродажи энергосетям произведенной энергии.

Фактически, когенерационные установки предоставляют возможность возникновения обязательств по выкупу производимой ими электроэнергии со стороны Государственного энергетического управления Франции или негосударственного поставщика.

Эффект в области охраны окружающей среды

Одна из форм получения энергии, совместимая с долгосрочным развитием и оптимальным управлением природными ресурсами.

Благодаря своей энергетической эффективности, когенерация позволяет заметно снизить выбросы загрязняющих веществ и парниковых газов. Данный положительный эффект возрастает в случае использования таких видов топлива не ископаемого происхождения, как биогаз.

Вместе с тем, определение воздействия когенерация на окружающую среду представляет собой сложную задачу.

В самом деле, предварительно требуется определить взамен каких средств централизованного производства тепла и электроэнергии служит когенерационная установка.

По результатам работ проведенных Клубом когенерации в сотрудничестве ГДФ ЭксперГаз можно подсчитать, что применение малой когенерации, в зависимости от того какие средства производства электроэнергии и тепла замещаются, позволяет снизить выбросы CO2 с 15 до 29 %*.

Влияние на сети электроснабжения

Когенерационные установки - это децентрализованные производственные агрегаты. Они располагаются в непосредственной близости от местонахождения потребителей электроэнергии (городских центров, промышленных зон, больниц и т.д.), что позволяет:

Избежать большей части потерь на сопротивление, связанных с передачей электроэнергии;

Сократить необходимость увеличения издержек на сети;

Снизить перегрузки в определенных зонах.

Взаимодополняемость централизованных и децентрализованных средств производства электроэнергии, диверсификация энергетического парка

Стихийные бедствия 1999 года выявили, какой хрупкой была французская система, основу которой составляло централизованное, на базе крупных электростанций, производство энергии, которая затем распределялась по передающим и распределительным сетям.

Когенерация представляет собой одно из возможных решений по диверсификации энергетического производственного парка и развитию производства электроэнергии на местном уровне.

Непрерывное и качественное электроснабжение

Промышленные предприятия, размещенные в зонах по типу SEVESO , особо зависимы от бесперебойных поставок электроэнергии. Перебои в работе электросети, которой управляют RTE** и GRD*** случаются редко, но все-таки бывают! Промышленное предприятие, которому необходима абсолютная защита от любых перебоев в подаче электроэнергии, видит в когенерации надежный способ обеспечения своего объекта электроэнергией (ASI = Бесперебойная подача электроэнергии).

Социальные преимущества

Когенерационная установка не заменяет котел полностью, а лишь с пользой дополняет его. Эти дополнительные капиталовложения автоматически означают создание новых рабочих мест, как в части детального технического проектирования, так и в части монтажных работ и технического обслуживания когенерационной установки.

* Данные расчеты производились на примере установки малой когенерации производительностью по электроэнергии 30 % и производительностью по теплу 50 %. Если котел, работающий на природном газе (производительностью 85 %), заменить на когенерационную установку и принять за основу гипотетический средний уровень содержания СО2 в кВт электроэнергии по европейскому парку (по оценкам, составляющее 400 г СО2 на кВт), то выбросы СО2 сократятся на 119 г/кВт, т.е. на 15 %. Если теперь такой же когенерационной установкой заменить котел, работающий на дизтопливе (производительностью 85 %) и комбинированный цикл на газе для производства электроэнергии (расчетное содержание СО2 составляет около 430 г СО2 на кВт), то выбросы СО2 сократятся на 276 г/кВт, т.е. 29 %.

** Компания, управляющая сетями электропередачи (имеется в виду очень высокое напряжение свыше 63 КВ)

*** Компания, управляющая распределительными сетями (уполномоченный представитель Государственного энергетического управления Франции, исполняющий роль распределения электроэнергии внутри коммун и местных административно-территориальных образований при напряжении менее 63 КВ)

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Область применения когенерации:

Когенерация находит применение, как в промышленном секторе, так и в коммунальном хозяйстве, а также сфере обслуживания. Как в промышленном секторе, так и в коммунальном хозяйстве тепло может подаваться в виде пара и в виде горячей воды (например, отопление от городской теплосети*, производство холода при помощи абсорбционных холодильных систем), а также в виде горячего воздуха (например, технологические процессы сушки).

В то же время, необходимо, чтобы когенерационные установки находились вблизи объектов, потребляющих тепло. Это связано с трудностями его передачи, которая может осуществляться лишь с помощью высокотемпературной жидкотекучей среды.

Получаемые электроэнергия и тепло могут быть использованы на самом объекте или выставлены на продажу.

Область применения когенерации очень широка, и в числе прочих можно привести такие примеры, как:

Промышленность: большая потребность в горячей воде и горячем воздухе, большое и интенсивное потребление электроэнергии (агрегаты сушки в агропромышленном комплексе, бумажной промышленности, химии и т.д.);

Сфера обслуживания: (банки, офисные здания, торговые центры и т.д.);

Места общего пользования (больницы, дома для престарелых, общежития, аэропорты и т.д.);

Объекты общей собственности (бассейны, теплосети, здания местных административно-территориальных органов и т.д.)

* Тепло, производимое когенерационной установкой может передаваться по теплосети. Это позволяет обеспечить потребность в тепле большого количества зданий и целых кварталов путем замены традиционных котлов на теплообменники для каждого обслуживаемого клиента в отдельности.

ОГРАНИЧЕНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ КОГЕНЕРАЦИИ

Потребляющие объекты должны находиться поблизости от когенерационной установки. Особенно это касается тепла в связи с трудностями его передачи.

Другим ограничением при использовании когенерации, является необходимость соблюдения соответствия между производством и спросом на тепло. Согласно нормативным актам критерием когенерационной установки, как в плане производства, так и в плане эффективного использования полученного тепла является энергетическая эффективность. Теплопроизводительность установки должна быть обязательно адаптирована по времени и количеству потребностей объекта с тем, чтобы тепло использовалось максимально эффективно. Поэтому, при разработке ТЭО, следует точно рассчитать мощности.

СПОСОБЫ КОГЕНЕРАЦИИ

Наиболее распространены следующие три метода: паровые турбины, газовые турбины, двигатели сгорания. Если говорить конкретно, то в сфере малой когенерации (< 215 kW), наиболее распространены двигатели внутреннего сгорания, так называемые двигатели «de Stirling» и микро-турбины.

К этим проверенным методам можно добавить топливный элемент (использование тепла, выделяемого в результате реакции водорода с кислородом). Этот метод прошел первичную промышленную проверку, но пока существует лишь в виде пилотных установок и не должен появиться на рынке в ближайшие годы.

Тип технологии должен отбираться в зависимости от характера и потребностей оснащаемого объекта.

Например, турбины, как правило, обеспечивают высокий уровень давления и тепла, необходимое для производства пара, в то время, как газовый двигатель лучше приспособлен к производству горячей воды температурой менее 100°C и давлением ниже 5 бар.

СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Когенерация (комбинированное производство электроэнергии и тепла) дает 12 % от производимой в Европе электроэнергии. В последние годы рост установленной мощности составил примерно 7 % по сравнению примерно с 3% при других способах производства электроэнергии. Этот успех объясняется преимуществами данного метода: высокая энергетическая производительность, удовлетворительные экологические составляющие, гибкость в использовании и т.д.

Во Франции на долю когенерации приходится лишь от 4 до 5 % производимой электроэнергии (заметный рост по сравнению с 1999 годом, когда ее доля составляла 3 %) при установленной мощности около 4 750 МВ.

ТЯЖЕЛЫЕ ВРЕМЕНА

Сложившаяся сейчас конъюнктура не благоприятна для развития когенерации. Открытие европейского рынка электроэнергии привело к снижению цены продаж электроэнергии. Такая ситуация, сопряженная с высокими ценами на природный газ (основное топливо при когенерации) и неопределенностью, витавшей в отношении тарифов на газ в связи с открытием газового рынка, поставила под сомнение жизнеспособность некоторых проектов. Помимо отдельных трудностей, связанных с эксплуатацией, на рентабельность проектов могут оказывать негативное воздействие высокие цены на подключение к распределительным сетям. Производители вынуждены также предпринимать многочисленные административные действия перед тем, как получить разрешение на подключение и приобрести возможность перепродажи.

МАЛАЯ КОГЕНЕРАЦИЯ. МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП.

К малой когенерации относятся установки, электрическая мощность которых составляет менее 2,5 МВт.

В целях упрощения и снижения стоимости, проектировщики нашли «комплектный» подход к решению проблемы, объединив в один и тот же модуль все элементы установки малой когенерации.

В сущности, такой модуль представляет собой компактный моноблочный агрегат, звукоизолированный корпус которого объединяет шесть основных элементов:

Производства механической энергии (двигатель);

Производства электрической энергии (генератор переменного тока);

Производства тепловой энергии (система рекуперации);

Удаления продуктов сгорания;

Распределительный щит, укомплектованный автоматикой, органами управления работой агрегата, и органами защиты и подключения к сети низкого напряжения;

Звукоизоляции.

Принципиальная схема подключения когенерационного модуля.

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.