Тригенерация: алтернатива на централизираното енергоснабдяване

В сравнение с европейските страни, където мощностите за разпределено производство днес представляват почти 30% от цялата продукция, в Русия, според различни оценки, делът на разпределената енергия днес е не повече от 5-10%. Нека поговорим за това дали руският разпределена енергия наваксват глобалните тенденции и потребителите са мотивирани да преминат към независими енергийни доставки.  

източник

Освен числата. Открийте разликите

Разликите между разпределената система за производство на електроенергия в Русия и Европа днес не се ограничават до числа - всъщност това са напълно различни модели както по структура, така и от икономическа гледна точка. Развитието на разпределената генерация у нас имаше мотиви, малко по-различни от тези, които се превърнаха в основната движеща сила на подобен процес в Европа, който се стреми да компенсира липсата на традиционни горива чрез включване на алтернативни енергийни източници (включително вторични енергийни ресурси) в енергиен баланс. В Русия въпросът за намаляване на разходите за закупуване на енергийни ресурси за потребителите в планова икономика и централизирано определяне на тарифите за дълго време беше много по-малко актуален, следователно хората мислеха за собственото си производство на електроенергия главно в случаите, когато предприятието беше особено голям консуматор на енергия и поради своята отдалеченост имаше затруднения с свързването към мрежите.

По стандартите на разпределената енергия съоръженията за самогенериране имаха доста висок капацитет - от 10 до 500 MW (и дори повече) - в зависимост от нуждите на производството и за осигуряване на близките населени места с електричество и топлина. Тъй като преносът на топлина на разстояние винаги е свързан със значителни загуби, имаше активно изграждане на котелни за гореща вода за собствени нужди на предприятия и градове. Освен това нашите собствени енергийни източници, било то топлоелектрически централи или котелни, са изградени на газ, мазут или въглища и ВЕИ (възобновяеми енергийни източници) технологии, с изключение на водноелектрически централи и вторични енергийни ресурси (вторични енергийни ресурси) са използвани в единични случаи. Сега картината се променя: постепенно се появяват малки мощности за производство на електроенергия, а алтернативните източници на енергия се включват в енергийния баланс, макар и в по-малка степен.

На Запад се прави много за развитието на малката генерация, а напоследък концепцията за виртуална електроцентрала (ВЕЦ) стана широко разпространена. Това е система, която обединява повечето играчи на пазара за производство на електроенергия - производители (от малки частни генератори до когенерационни станции) и потребители (от жилищни сгради до големи промишлени предприятия). Вятърната ферма регулира консумацията на енергия, изглажда пиковете и преразпределя товарите в реално време, като използва цялата налична мощност на системата за това. Но такава еволюция е невъзможна без стимулиране на пазара на разпределено производство от държавата и без съответните промени в законодателството. 

В Русия, в условията на ожесточена конкуренция и монопол на централизираното електроснабдяване, продажбата на излишната електроенергия, произведена във външната мрежа, остава, макар и разрешима, задача, която далеч не е проста от гледна точка на организацията и цената на процеса. . Ето защо в момента шансовете разпределените енергийни съоръжения да станат пълноправен участник на пазара сред големите доставчици са изключително малки.

Въпреки това, развитието на вътрешно производство със сигурност е в тенденция днес. Основен фактор за неговия растеж е надеждността на енергийните доставки. Зависимостта от генериращи и мрежови компании увеличава рисковете за производителите. Повечето от големите производствени мощности в Русия са построени през съветската епоха и значителната им възраст се усеща. За промишлен потребител загубата на захранване поради авария означава риск от спиране на производството и очевидни загуби. Ако желанието за намаляване на рисковете е придружено от икономически мотиви (определени главно от тарифната политика на регионалния доставчик) и инвестиционни възможности, тогава вътрешното производство е 100% оправдано и все повече индустриални предприятия днес са готови (или обмислят) такава възможност) да следват този път.

Следователно перспективите за развитие на разпределеното производство на електроенергия „за собствени нужди“ в Русия са доста високи.

Собствено поколение. Кой има полза от това?

Икономиката на всеки проект е строго индивидуална и се определя от много фактори. Ако се опитаме да обобщим колкото е възможно повече, тогава в региони с по-голяма концентрация на генериращи мощности и промишлени предприятия, по-високи тарифи за електроенергия и топлина, собственото производство на електроенергия е обективен шанс за значително намаляване на разходите за закупуване на енергийни ресурси.

Това включва и труднодостъпни и слабо населени региони със слабо развита или несъществуваща инфраструктура на електропреносната мрежа, където, разбира се, тарифите за електроенергия са най-високи.

В региони, където има по-малко потребители и доставчици на електроенергия и по-голям дял от произведената електроенергия идва от водноелектрически централи, тарифите са значително по-ниски и икономиката на такива проекти в индустрията не винаги е изгодна. Въпреки това, за предприятия в определени отрасли, които имат възможност да използват алтернативно гориво, например промишлени отпадъци, собственото им генериране може да бъде отлично решение. И така, на фигурата по-долу има топлоелектрическа централа, използваща отпадъци от дървопреработвателно предприятие.

Ако говорим за производство за комунални нужди, обществени сгради и търговска и социална инфраструктура, то доскоро икономиката на подобни проекти се определяше до голяма степен от нивото на развитие на енергийната инфраструктура на региона и в не по-малка степен от цената на технологичното присъединяване на потребителите на електрическа енергия. С развитието на технологиите за тригенерация, подобни ограничения всъщност престанаха да бъдат решаващи, а вторичният продукт или генерираната топлина през лятото станаха възможни за използване за нуждите на климатизацията, което значително увеличи ефективността на енергийните центрове.

Тригенерация: ток, топлина и студ за обекта

Тригенерацията е доста самостоятелно направление в развитието на малката енергетика. Отличава се с индивидуализъм, тъй като е насочен към задоволяване нуждите на конкретен обект от енергийни ресурси.

Първият проект с концепцията за тригенерация е разработен през 1998 г. със съвместни усилия на Министерството на енергетиката на САЩ, националната лаборатория ORNL и производителя на абсорбционни хладилни машини с литиев бромид BROAD и е внедрен в Съединените щати през 2001 г. Тригенерацията се основава на използването на абсорбционни хладилни машини, които използват топлината като основен източник на енергия и позволяват производството на студ и топлина в зависимост от нуждите на съоръжението. В същото време използването на конвенционални котли, както при когенерацията, не е задължително условие в такава схема.

В допълнение към традиционната топлина и електричество, тригенерацията осигурява производството на студ в ABCM (под формата на охладена вода) за технологични нужди или за климатизация. Процесът на производство на електроенергия по един или друг начин протича с големи загуби на топлинна енергия (например с отработените газове на генераторни машини).

Включването на тази топлина в процеса на производство на студ, първо, минимизира загубите, увеличавайки крайната ефективност на цикъла, и второ, ви позволява да намалите потреблението на енергия на съоръжението в сравнение с традиционните технологии за производство на студ, използвайки хладилни машини с компресия на пара.

Възможността за работа с различни източници на топлина (гореща вода, пара, димни газове от генераторни установки, котли и пещи, както и гориво (природен газ, дизелово гориво и др.) позволява използването на ABHM в напълно различни съоръжения, използвайки точно ресурсът, който е на разположение на предприятието.

Така отпадъчната топлина може да се използва в промишлеността:

И в общински съоръжения, търговски и обществени сгради са възможни различни комбинации от източници на топлина:

Тригенерационен енергиен център може да бъде изчислен и изграден въз основа на нуждите от електроенергия или може да се основава на консумацията на охлаждане на съоръжението. Зависи кой от горните е определящият критерий за потребителя. В първия случай оползотворяването на отпадъчната топлина в ABHM може да не е пълно, а във втория случай може да има ограничение на собствената генерирана електроенергия (попълването се извършва чрез закупуване на електроенергия от външната мрежа).

Къде е полезно тригенерирането?

Обхватът на приложение на технологията е много широк: тригенерацията може да бъде интегрирана еднакво добре в концепцията на обществено пространство (например голям търговски център или летищна сграда), както и в енергийната инфраструктура на индустриално предприятие. Осъществимостта на изпълнението на такива проекти и тяхната производителност силно зависят от местните условия, както икономически, така и климатични, а за промишлените предприятия също и от цената на продуктите.

Първият и най-важен критерий е необходимостта от студ. Най-често срещаното му приложение днес е климатизация на обществени сгради. Това могат да бъдат бизнес центрове, административни сгради, болнични и хотелски комплекси, спортни съоръжения, търговски и развлекателни центрове и водни паркове, музеи и изложбени павилиони, летищни сгради - с една дума всички обекти, където много хора присъстват едновременно, където за създаване на комфортен микроклимат е необходима централна климатична система.

Най-оправданото използване на ABHM е за такива обекти с площ от 20-30 хиляди квадратни метра. м (среден бизнес център) и завършвайки с гигантски обекти от няколкостотин хиляди квадратни метра и дори повече (търговски и развлекателни комплекси и летища).

Но в такива съоръжения трябва да има търсене не само на студ и електричество, но и на топлоснабдяване. Освен това топлоснабдяването е не само отоплението на помещенията през зимата, но и целогодишното снабдяване на съоръжението с топла вода за битови нужди. Колкото по-пълно се използват възможностите на тригенерационния енергиен център, толкова по-висока е неговата ефективност.

По целия свят има много примери за използване на тригенерация в хотелиерството, строителство и модернизация на летища, образователни институции, бизнес и административни комплекси, центрове за данни, както и много примери в индустрията - текстилна, металургична, хранително-вкусова, химическа, целулозна и хартия, инженерство и др. .P.

Като пример ще дам един от обектите, за които компанията “Първи инженер» разработи концепцията за тригенерационен енергиен център.

Ако търсенето на електрическа енергия в промишлено предприятие е около 4 MW (генерирано от две газови бутални единици (GPU)), се изисква захранване за охлаждане от 2,1 MW.

Студът се генерира от една абсорбционна хладилна машина с литиев бромид, работеща с отработените газове на газотурбинния агрегат. В същото време един графичен процесор покрива напълно 100% от потреблението на топлина на ABHM. По този начин, дори когато работи един GPU, централата винаги е осигурена с необходимото количество студ. Освен това, когато и двете газови бутални единици са извадени от експлоатация, ABKhM запазва способността да генерира топлина и студ, тъй като има резервен източник на топлина - природен газ.

Тригенерационен енергиен център

В зависимост от нуждите на потребителя, неговата категория и изисквания за излишък, схемата за тригенерация (показана на фигурата по-долу) може да бъде много сложна и може да включва котли за енергия и гореща вода, котли за отпадна топлина, парни или газови турбини, пълно пречистване на водата, и т.н.

Но за сравнително малки съоръжения основният генератор обикновено е газова турбина или бутален агрегат (газ или дизел) с относително ниска електрическа мощност (1-6 MW). Те произвеждат електричество и отделят топлина от отработени газове и гореща вода, която се рециклира в ABHM. Това е минимален и достатъчен набор от основно оборудване.

Да, не можете без спомагателни системи: охладителна кула, помпи, станция за пречистване на реагент за циркулираща вода, за да я стабилизирате, система за автоматизация и електрическо оборудване, което ви позволява да използвате генерираната електроенергия за собствените си нужди.

В повечето случаи центърът за тригенерация е отделна сграда, или контейнерни единици, или комбинация от тези решения, тъй като изискванията за разполагане на електрическо и топлогенериращо оборудване са малко по-различни.

Оборудването за производство на електроенергия е доста стандартизирано, за разлика от ABHM, макар и технически по-сложно. Времето за производство може да варира от 6 до 12 месеца или дори повече.

Средното време за производство на ABHM е 3-6 месеца (в зависимост от мощността на охлаждане, броя и видовете източници на топлина).

По правило производството на спомагателно оборудване няма да надвишава същата времева рамка, така че общата продължителност на проекта за изграждане на тригенерационен енергиен център е средно 1,5 години.

Резултат

Първо, тригенерационният център ще намали броя на доставчиците на енергия до един - доставчикът на газ. Като премахнете закупуването на електричество и топлина, можете на първо място да премахнете всички рискове, свързани с прекъсвания на енергийните доставки.

Работата с топлинно изгаряне, използваща относително евтина "излишна енергия", намалява разходите за генерирана електроенергия и топлина в сравнение с закупуването им. А целогодишното натоварване на топлинната мощност (през зимата за отопление, през лятото за климатизация и технологични нужди) позволява максимална ефективност. Разбира се, както и при другите проекти, основното условие е разработването на правилната концепция и нейното предпроектно проучване.

Допълнително предимство е екологичността. Използвайки отработените газове за генериране на полезна енергия, ние намаляваме емисиите в атмосферата. Освен това, за разлика от традиционните технологии за производство на студ, където хладилните агенти са амоняк и фреони, ABKhM използва вода като хладилен агент, което също намалява натоварването на околната среда до минимум.

Източник: www.habr.com