огенерация - экономические преимущества
4. Типы КУ с ТД
огенерация за рубежом
Обычный (традиционный) способ получения электричества и тепла заключается в их раздельной генерации (электростанция и котельная). При этом значительная часть энергии первичного топлива не используется. Можно значительно уменьшить общее потребление топлива путем применения когенерации (совместного производства электроэнергии и тепла).
Когенерация (CHP — combined heat and power) есть термодинамическое производство двух или более форм полезной энергии из единственного первичного источника энергии.
Две наиболее используемые формы энергии — механическая и тепловая. Механическая энергия обычно используется для вращения электрогенератора. Вот почему именно следующее определение часто используется в литературе (несмотря на свою ограниченность).
Когенерация есть комбинированное производство электрической (или механической) и тепловой энергии из одного и того же первичного источника энергии.
Таблица 1
| Раздельное производство электроэнергии и тепла | |
| 
|
| Когенерация | |
| 
|
Выгоды от использования систем когенерации условно делятся на четыре группы, тесно связанные друг с другом.
▪ Экономика
▪ Надежность
▪ Утилизация тепла
▪ Экология
огенерация - экономические преимущества
▪ Высокие затраты на энергию могут быть уменьшены в несколько раз.
В России доля энергии в себестоимости продукта колеблется от 10% до 70%, что в 5-10 раз выше мирового уровня.
В себестоимости продукции химической промышленности на энергию приходится порядка 70%.
В металлургии — до 27%.
Темпы роста тарифов на энергию превышают темпы роста цен на продукцию большинства отраслей хозяйства. Это явилось одной из важнейших причин увеличения удельного веса затрат на энергию в себестоимости продукции.
Особо следует подчеркнуть, что при уменьшении выпуска промышленной продукции в 3-4 раза потребление энергии на предприятиях сократилось всего лишь в 1,5-2 раза.
Использование в производстве морально и физически устаревшего оборудования, объясняемое, прежде всего, отсутствием у большинства промышленных предприятий средств на его замену или модернизацию, приводит к нерациональному расходу энергетических ресурсов и лишь усугубляет ситуацию.
▪ Некачественное электроснабжение — главный фактор замедления экономического роста. Когенерация является практически самым оптимальным вариантом обеспечения надежности снабжения электричесткой энергией.
▪ Энергозависимая экономика требует все больше и больше энергии для работы и развития. При традиционном энергобеспечении возникнает множество организационных, финансовых и технических трудностей при росте мощностей предприятия, поскольку часто необходимы прокладка новых линий электропередач, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т.д.
В то же время, когенерация предлагает крайне гибкие и быстрые в плане наращивания мощностей решения. Наращивание мощностей может осуществляться как малыми, так и достаточно большими долями.
Стоимость прокладки энергокоммуникаций и подключение к сетям могут вылиться в сумму, сравнимую или превосходящую стоимость проекта когенерации.
Большая часть территории России (по различным оценкам от 50 до 70%) располагается вне зоны действия централизованных электрических сетей.
▪ Топливом является газ, его преимуществом является относительная дешевизна, мобильность и доступность.
▪ Когенерация позволяет воздержаться от бесполезных и экономически неэффективных затрат на средства передачи энергии, к тому же исключаются потери при транспортировке энергии, так как энергогенерирующее оборудование установлено в непосредственной близости от потребителя.
Еще в 1962 году Н.И.Сазонов отмечал, что передача газа по газопроводам в 10-12 раз экономичнее передачи электрической энергии по высоковольтным линиям электропередачи.
Нормативные потери в теплосетях — 5%, а реальные, в среднем, — 12-16% от передаваемой тепловой энергии
▪ С развитием реформ и принятием соответствующих законов в России возникает привлекательное использование распределённых генераторов — превращение миллионов частных домов, офисных зданий и предприятий в производителей и продавцов электроэнергии. Реализация этой “программы-максимум” позволяет не только рассчитывать на включение собственного генератора в случае аварии или перегрузки местной электрической сети, но и следить за разницей цен на газ и электричество и играть на этой разнице, получившей название “искровой маржи” (spark spread), или просто продавать энергию в периоды пиковых нагрузок и высоких цен.
▪ Значительное и быстрое снижение эмиссий вредных веществ приносит существенную пользу не только в экологическом контексте. Существует несметное количество экономических выгод когенерации, к сожалению, часть этого потенциала остается незамеченной конечными пользователями, промышленностью, бизнесом и властью или не реализованной компаниями-исполнителями.
▪ Когенерация уменьшает затраты на топливо/энергию — КПД производства энергии из первичного топлива увеличивается в 2-3 раза, потребители сокращают затраты на топливо на две трети и получают возможность эффективного применения утилизируемого тепла (сушка, охлаждение, кондиционирование и т.д.).
▪ Когенерация оптимизирует потребление природного газа — снижаются затраты на приобретение газа, требования к газовой инфраструктуре и беспокойство касательно запасов газа.
▪ Американский эксперт по распределенной энергетике Том Кастен (Tom Casten) предсказывает, что США понадобится к 2010 году около 137 000 МВт новых мощностей. По Кастену, выполнение этих требований потребует $84 миллиарда для строительства новых электростанций и $220 миллиардов для новых средств передачи и распределения электроэнергии, то есть суммарно потребуется $304 миллиарда. Выполнение того же требования с применением распределенной энергетики потребует $168 миллиардов для новых электростанций, но $0 для линий электропередач.
▪
▪ “Когенерация снижает потребности в новых линиях электропередач — позволяет избежать строительства дорогостоящих и опасных высоковольтных линий над частной собственностью, экологического противоборства. Распределенная энергетика в будущем могла бы уменьшить капитальные вложения на $136 миллиардов и уменьшить стоимость новой энергии до 3 центов за кВт”, — говорит Кастен. С когенерационными системами, расположенными в непосредственной близости от потребителя, исключаются потери энергии. Величины потерь нынешних сетей лежат в пределах от 5 до 20% суммарной мощности.
▪ Когенерация — фактически идеальная форма обеспечения энергией с точки зрения безопасности энергоснабжения.
Развитие современных технологий усиливает зависимость человеческой деятельности от энергоснабжения во всех областях: и в доме, и на работе, и на отдыхе. Непосредственная зависимость человеческой жизни от бесперебойного энергоснабжения растёт на транспорте (начиная с лифтов и заканчивая системами обеспечения безопасности на скоростных железнодорожных магистралях) и в медицине, полагающейся сегодня на сложные и дорогие приборы, а не только на стетоскоп и ланцет.
Повсеместное распространение компьютеров только повышает требования к энергоснабжению. Не только “количество”, но и “качество” электроэнергии становятся критичными для банков, телекоммуникационных или промышленных компаний. Скачок или сбой напряжения могут повлечь сегодня не просто остановку или порчу машины, но и потерю информации, восстановление которой иногда несравнимо сложнее ремонта оборудования.
▪ Требования к энергоснабжению формулируются просто — надёжность, постоянство. И для многих становится ясно, что на сегодня единственный путь иметь продукт высшего качества — произвести его самому. Военные во всём мире знают это давно, промышленники уже пришли к таким решениям, а семьи и предприятия малого бизнеса начали осознавать преимущества владения электрогенераторами и тепловыми котлами только сейчас. Кризис сложившейся монополизированной энергетической инфраструктуры и начавшаяся либерализация энергетических рынков одновременно и увеличивают степень неопределённости будущего, и привлекают открывающимися возможностями для бизнеса. И тот и другой фактор увеличивают спрос потребителей энергии на собственные генерирующие мощности.
▪ В случае использования системы когенерации потребитель застрахован от перебоев в централизованном энергоснабжении, время от времени возникающих либо вследствие крайнего износа основных фондов в электроэнергетике, либо природных катаклизмов или других непредвиденных причин. У него, скорее всего, не возникнет организационных, финансовых или технических трудностей при росте мощностей предприятия, поскольку не понадобится прокладка новых линий электропередач, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т. д. Более того, вновь приобретенные когенераторы встраиваются в уже существующую систему.
▪ Расположение Энергоцентра в непосредственной близости от потребителя подразумевает то, что Энергоцентр находится в зоне безопасности конкретного предприятия, и энергоснабжение зависит только от потребителя.
▪ Распределенные (автономные) источники энергии, подобные системам когенерации, снижают уязвимость инфраструктуры энергетики. Станции когенерации, рассеянные по Европе и Америке, менее уязвимы к естественному и умышленному разрушению, чем крупные центральные электростанции. Когенерация в основном работает на природном газе и других “бытовых” видах топлива, то есть не требует экстраординарных мер по обеспечению топливом.
▪ Когенерация повышает надежность энергоснабжения сооружений — это существенное преимущество в условиях меняющегося рынка энергии и высокотехнологичного общества.
Сооружения подобно информационным центрам требуют “6 девяток” или 99,9999% вероятности бесперебойной подачи электроэнергии. Распределительные электросети обеспечивают только 4 девятки или 99,99% вероятности — недостаточная вероятность для компании, которая теряет миллион долларов в минуту при сбоях электропитания. Автономная энергетика обеспечивает основное электроснабжение, а сети используются в качестве резерва.
Когенерация может гарантировать широко известные “6 девяток” надежности электроснабжения цифровым системам, также как обеспечить охлаждение высокотехнологичного оборудования. Компьютерные микросхемы, действующие в промышленных процессах, сетях связи, Интернет-коммуникациях и финансовых сделках, могут, при потере питания, сохранять информацию только в течение 8 миллисекунд.
▪ Система когенерации не представляет желаемой цели для потенциальных террористов, в отличии от, например, атомной электростанции.
▪
3. Типы КУ с ТД
В настоящее время можно выделить несколько перспективных направлений когенерации электрической и тепловой энергии [1]. К ним относятся:
- паротурбинные установки с теплофикационным использованием тепла отработавшего пара;
- газотурбинные установки с теплофикационными теплообменниками или котлами-утилизаторами;
- теплофикационные парогазовые установки с котлами- утилизаторами;
- поршневые двигатели внутреннего сгорания с утилизаторами теплоты, в том числе газопоршневые установки.
▪
▪
Когенерация за рубежом
Когенерационные установки могут использовать как традиционные ископаемые виды топлив (уголь, природный газ, мазут, уран) так и возобновляемые источники энергии (биомасса, геотермальная энергия и т.д.). Капиталовложения, необходимые на ввод 1 кВт электрогенерирующих когенерационных мощностей, составляют от 300 до 600 дол. США, а срок окупаемости 1,5-5 лет в зависимости от сложности установки, цен на энергоносители, состава оборудования.
Производство энергии с использованием когенерационных технологий динамично развивается во всем мире. Во многих странах разработаны планы или стратегии развития когенерации на перспективу до 2010 г.
Так, Правительства США и Великобритании планируют удвоить установленную электрическую мощность когенерационных станций;
Китай стремится ежегодно вводить около 3 тис. МВт таких мощностей;
Япония, Австралия, Канада имеют перечни утвержденных к строительству когенерационных проектов, реализация которых будет повышать ежегодно на 200-300 МВт когенерационных мощностей в секторах национальной энергетики.
Когенерация в ЕС снижает энергопотребление на 1500 МДж в год, что соответствует энергопотреблению Бельгии. В 1999 году доля когенерации в общем производстве энергии составляла 10%. В некоторых Европейских странах этот показатель значительно превышает среднеевропейский. Лидерами здесь являются: Дания – 50%, Голландия – 40%, Финляндия – 35%, Австрия – 28% от общего производства тепловой энергии. После принятия в ЕС директивы о Когенерации ожидается увеличение когенерационных мощностей до 18% от всех установленных электрогенерирующих мощностей в Европе в последующие 10 лет.
▪
