Im Vergleich zu den europäischen Ländern, wo heute fast 30 % der gesamten Energieerzeugung auf Objekte der dezentralen Erzeugung entfallen, liegt der Anteil der dezentralen Energieerzeugung in Russland nach verschiedenen Schätzungen heute bei nicht mehr als 5-10 %. Lassen Sie uns darüber sprechen, ob es Chancen für die russische gibt, die weltweiten Trends aufzuholen, und ob die Verbraucher Anreize haben, in Richtung einer unabhängigen Energieversorgung zu gehen.
Neben den Zahlen. Finde die Unterschiede
Die Unterschiede zwischen dem System der dezentralen Stromerzeugung in Russland und Europa beschränken sich heute nicht nur auf Zahlen – es sind im Grunde völlig unterschiedliche Modelle, sowohl hinsichtlich der Struktur als auch der wirtschaftlichen Perspektive. Die Entwicklung der dezentralen Erzeugung in unserem Land hatte Motive, die sich etwas von denen unterschieden, die in Europa zur Haupttriebkraft eines solchen Prozesses geworden sind. Europa strebte danach, den Mangel an traditionellen Brennstoffen durch die Einbeziehung alternativer Energiequellen (einschließlich sekundärer Energieressourcen) in den Energiehaushalt auszugleichen. In Russland hingegen hatte die Frage der Kostensenkung für Energieressourcen für Verbraucher unter den Bedingungen einer Planwirtschaft und einer zentralisierten Preisgestaltung lange Zeit eine deutlich geringere Relevanz. Daher wurde über die eigene Stromerzeugung im Wesentlichen nur dann nachgedacht, wenn ein Unternehmen ein besonders großer Energieverbraucher war und aufgrund seiner Abgeschiedenheit Schwierigkeiten hatte, sich an die Netze anzuschließen.
Im Bereich der dezentralen Energieversorgung hatten Eigenstromerzeugungsanlagen eine relativ hohe Leistung – von 10 bis 500 MW (oder sogar mehr) – je nach den Bedürfnissen der Produktion und zur Versorgung der nächstgelegenen Gemeinden mit Elektrizität und Wärme. Da die Wärmeübertragung über größere Entfernungen immer mit erheblichen Verlusten verbunden ist, wurden aktiv Heizkessel für die Eigenbedarfsdeckung von Unternehmen und Städten gebaut. Darüber hinaus wurden die eigenen Energiequellen – seien es Heizkraftwerke oder Kesselanlagen – mit Gas, Heizöl oder Kohle betrieben, während die Technologien erneuerbarer Energiequellen (mit Ausnahme von Wasserkraftwerken) und sekundären Energieressourcen nur in Einzelfällen Anwendung fanden. Jetzt ändert sich das Bild: Allmählich kommen Anlagen zur dezentralen Stromerzeugung hinzu, und alternative Energiequellen werden, wenn auch in geringerem Maße, in den Energiemix integriert.
Im Westen wird viel für die Entwicklung der dezentralen Erzeugung getan, und kürzlich hat das Konzept des virtuellen Kraftwerks (VKW) an Verbreitung gewonnen. Es handelt sich um ein System, das einen Großteil der Marktakteure der Stromerzeugung – von kleinen Erzeugern privater Haushalte bis hin zu Blockheizkraftwerken – und Verbraucher (von Wohnhäusern bis zu großen Industrieunternehmen) vereint. Das VKW reguliert den Energieverbrauch, glättet Lastspitzen und verteilt die Lasten in Echtzeit unter Nutzung aller verfügbaren Kapazitäten des Systems. Eine solche Evolution ist jedoch ohne staatliche Anreize für den dezentralen Erzeugungsmarkt und ohne entsprechende Änderungen in der Gesetzgebung nicht möglich.
In Russland bleibt der Verkauf von überschüssig erzeugtem Strom an das externe Netz unter den Bedingungen harter Konkurrenz und der Monopolisierung der zentralisierten Stromversorgung eine zwar lösbare, jedoch alles andere als einfache organisatorische und kostenintensive Aufgabe. Daher sind die Chancen, ein vollwertiger Marktteilnehmer unter den großen Anbietern im Bereich der dezentralen Energieversorgung zu werden, derzeit äußerst gering.
Dennoch ist die Entwicklung eigener Energieerzeugung heute zweifellos im Trend. Der Hauptfaktor für ihr Wachstum ist die Zuverlässigkeit der Energieversorgung. Die Abhängigkeit von Erzeugungs- und Netzgesellschaften erhöht die Risiken für die Produzenten. Die meisten großen Erzeugungsanlagen in Russland wurden noch zu Zeiten der Sowjetunion gebaut, und ihr solides Alter macht sich bemerkbar. Für industrielle Verbraucher stellt die Unterbrechung der Energieversorgung aufgrund eines Ausfalls ein Risiko für die Produktionsstilllegung und offensichtliche Verluste dar. Wenn der Wunsch, Risiken zu minimieren, von wirtschaftlichen Motiven (die hauptsächlich durch die Tarifpolitik des regionalen Anbieters bestimmt werden) und Investitionsmöglichkeiten begleitet wird, rechtfertigt sich die eigene Erzeugung zu 100 %, und immer mehr industrielle Unternehmen sind heute bereit (oder ziehen in Betracht, diese Möglichkeit für sich zu prüfen), diesen Weg zu gehen.
Daher sind die Entwicklungsperspektiven der verteilten Stromerzeugung „für den Eigenbedarf“ in Russland ziemlich hoch.
Eigene Erzeugung. Wer profitiert davon
Die Wirtschaftlichkeit jedes Projekts ist streng individuell und wird von vielen Faktoren bestimmt. Wenn man dies maximal verallgemeinern möchte, ist die eigene Stromerzeugung in Regionen mit einer höheren Konzentration von Erzeugungskapazitäten und Industrieunternehmen, höheren Strom- und Wärmepreisen eine objektive Chance, die Kosten für den Erwerb von Energieressourcen erheblich zu senken.
Hierzu zählen auch schwer zugängliche und dünn besiedelte Regionen mit schwach ausgeprägter oder sogar nicht vorhandener Infrastruktur der Elektrosysteme, wo die Strompreise zweifellos am höchsten sind.
In Regionen mit weniger Verbrauchern und Stromanbietern, in denen auch ein größerer Anteil der erzeugten Elektrizität aus Wasserkraftwerken stammt, sind die Tarife deutlich niedriger, und die Wirtschaftlichkeit solcher Projekte in der Industrie ist nicht immer vorteilhaft. Für Unternehmen bestimmter Branchen, die alternative Brennstoffe wie Produktionsabfälle nutzen können, kann die eigene Erzeugung jedoch eine hervorragende Lösung sein. So zeigt das folgende Bild ein Heizkraftwerk, das mit Abfällen eines holzverarbeitenden Unternehmens betrieben wird.
Wenn wir über die Erzeugung für öffentliche Zwecke, öffentliche Gebäude und die Objekte der kommerziellen und sozialen Infrastruktur sprechen, dann wurde die Wirtschaftlichkeit solcher Projekte bis vor kurzem maßgeblich durch den Entwicklungsstand der Energieinfrastruktur in der Region und, nicht weniger wichtig, die Kosten für die technische Anbindung von Stromverbrauchern bestimmt. Mit der Entwicklung der Trigenerationstechnologien haben solche Einschränkungen faktisch aufgehört, entscheidend zu sein; das Neben- oder erzeugte Wärme in den Sommermonaten kann nun für die Klimatisierung genutzt werden, was die Effizienz der Energiezentren erheblich gesteigert hat.
Trigeneration: Strom, Wärme und Kälte für das Objekt
Trigeneration ist ein recht eigenständiger Entwicklungszweig der kleinen Energieerzeugung. Sie zeichnet sich durch Individualität aus, da sie darauf abzielt, die Bedürfnisse eines bestimmten Objekts in Bezug auf Energieressourcen zu erfüllen.
Das erste Projekt mit dem Konzept der Trigeneration wurde 1998 in einer gemeinsamen Anstrengung des US-Energieministeriums, des nationalen Labors ORNL und des Herstellers von Absorptionskältemaschinen BROAD entwickelt und 2001 in den USA realisiert. Trigeneration basiert auf der Anwendung von Absorptionskältemaschinen, die Wärme als Hauptenergieträger nutzen und die Erzeugung von Kälte und Wärme je nach den Anforderungen des Objekts ermöglichen. Dabei ist die Verwendung gewöhnlicher Kessel, wie sie in der Kraft-Wärme-Kopplung eingesetzt werden, in einem solchen Schema keine zwingende Voraussetzung.
Neben der traditionellen Wärme und Elektrizität sorgt Trigeneration auch für die Produktion von Kälte in Absorptionskältemaschinen (in Form von gekühltem Wasser) für technologische Bedürfnisse oder zur Klimatisierung von Räumen. Der Prozess der Stromproduktion erfolgt mehr oder weniger mit hohen Verlusten an Wärmeenergie (z.B. durch Abgase von Generatormaschinen).
Die Einbindung dieser Wärme in den Kälteerzeugungsprozess minimiert erstens die Verluste und erhöht die Gesamtwirkungsgrad des Zyklus und ermöglicht es zweitens, den Stromverbrauch des Objekts im Vergleich zu herkömmlichen Kältetechnologien, die Dampfdruckkältemaschinen einsetzen, zu senken.
Die Möglichkeit, mit verschiedenen Wärmequellen (heißes Wasser, Dampf, Abgase von Generatoren, Kesseln und Öfen sowie Brennstoffen wie Erdgas, Diesel usw.) zu arbeiten, ermöglicht den Einsatz von ABHM in verschiedenen Objekten, wobei genau die Ressource genutzt wird, die dem Unternehmen zur Verfügung steht.
In der Industrie kann Abwärme genutzt werden:
In städtischen Einrichtungen, gewerblichen und öffentlichen Gebäuden sind verschiedene Kombinationen von Wärmequellen möglich:
Ein trigeneratives Energiezentrum kann basierend auf dem Bedarf an Elektrizität oder dem Kältebedarf des Objekts geplant und gebaut werden, abhängig davon, welche der beiden Optionen für den Verbraucher entscheidend ist. Im ersten Fall kann die Nutzung der Nebenwärme in ABHM unvollständig sein, während im zweiten Fall eine Begrenzung der selbst erzeugten Elektrizität auftreten kann (die Nachbeschaffung erfolgt durch den Einkauf von Strom aus dem externen Netz).
Wo sich Trigeneration lohnt
Die Anwendungsbereiche der Technologie sind sehr vielfältig: Trigeneration kann sowohl in das Konzept eines öffentlichen Raumes (wie beispielsweise eines großen Einkaufszentrums oder eines Flughafengebäudes) als auch in die Energieinfrastruktur eines Industrieunternehmens gut integriert werden. Die Sinnhaftigkeit solcher Projekte und deren Produktivität hängen stark von den lokalen Bedingungen, sowohl wirtschaftlichen als auch klimatischen, ab und für Industrieunternehmen zusätzlich von den Kosten für die hergestellten Produkte.
Das erste und wichtigste Kriterium ist der Kältebedarf. Die am weitesten verbreitete Anwendung ist derzeit die Klimatisierung öffentlicher Gebäude. Dazu gehören Bürokomplexe, Verwaltungsgebäude, Krankenhaus- und Hotelanlagen, Sporteinrichtungen, Einkaufs- und Freizeitcenter, Wasserparks, Museen und Ausstellungsplätze, Flughafenanlagen – kurzum, alle Einrichtungen, in denen sich gleichzeitig viele Menschen aufhalten und wo ein zentralisiertes Klimatisierungssystem für ein angenehmes Mikroklima erforderlich ist.
Die Anwendung von TRIGEN für solche Objekte ist am sinnvollsten für Flächen von 20-30 Tausend Quadratmetern (mittelgroße Bürozentren) bis hin zu riesigen Objekten von mehreren Hunderttausend Quadratmetern und mehr (Einkaufs- und Freizeitzentren sowie Flughäfen).
Doch an solchen Objekten sollte die Nachfrage nicht nur nach Kälte und Elektrizität, sondern auch nach Wärmeversorgung bestehen. Dabei umfasst die Wärmeversorgung nicht nur die Heizung der Räume im Winter, sondern auch die ganzjährige Bereitstellung von Warmwasser für den Bedarf der Warmwasserversorgung. Je vollständiger die Möglichkeiten des trigenerativen Energiezentrums genutzt werden, desto höher ist dessen Effizienz.
Weltweit gibt es zahlreiche Beispiele für den Einsatz von Trigeneration in der Hotelbranche, im Bau und in der Modernisierung von Flughäfen, in Bildungseinrichtungen, in Geschäfts- und Verwaltungszentren, in Rechenzentren und zahlreiche Beispiele in der Industrie – Textil-, Metallurgie-, Lebensmittel-, Chemie-, Zellstoff- und Papierindustrie, Maschinenbau usw.
Als Beispiel nenne ich eines der Objekte, für das in der Firma „“ das Konzept eines trigenerativen Energiezentrums entwickelt wurde.
Bei einem Bedarf an elektrischer Energie in einem Industriebetrieb von etwa 4 MW (erzeugt von zwei gasbetriebenen Motoren (GPM)), wird eine Kühlung von 2,1 MW benötigt.
Kälte wird von einer Absorptionsbromid-Lithium-Kältemaschine erzeugt, die mit den Abgasen der GPM betrieben wird. Dabei deckt eine GPM vollständig 100 % des Wärmebedarfs der TRIG ab. Somit ist die Anlage selbst bei Betrieb einer GPM immer mit der erforderlichen Kälte versorgt. Darüber hinaus behält die TRIG die Fähigkeit zur Wärme- und Kältegenerierung bei, auch wenn beide gasbetriebenen Motoren abgeschaltet sind, da sie über eine Wärmequelle — Erdgas — verfügt.
Trigeneratives Energiezentrum
Je nach den Bedürfnissen des Verbrauchers, seiner Kategorie und den Anforderungen an die Sicherstellung kann das Trigenerationsschema (siehe Abbildung unten) sehr komplex sein und Energiekessel, Warmwasserbereiter, Abfallwirtschafts- und Dampf- oder Gasturbinen sowie eine vollständige Wasseraufbereitung beinhalten.
Für relativ kleine Objekte dient normalerweise eine Gasturbine oder eine Kolbenanlage (mit Gas oder Diesel) mit vergleichsweise geringer elektrischer Leistung (1-6 MW) als Hauptstromerzeugungseinheit. Sie produzieren Elektrizität und Abwärme in Form von Abgasen und warmem Wasser, die in der KWK genutzt werden. Das ist eine minimale, aber ausreichende Ausstattung mit grundlegenden Geräten.
Ja, hier kommt man nicht ohne Hilfssysteme aus: Kühltürme, Pumpen, eine Reagenzaufbereitungsstation für die Stabilisierung des Umlaufwassers, ein Automatisierungssystem und die Elektroversorgung, die es ermöglicht, den erzeugten Strom für den Eigenbedarf zu nutzen.
In den meisten Fällen ist das Blockheizkraftwerk ein freistehendes Gebäude oder Containerblöcke oder eine Kombination dieser Lösungen, da die Anforderungen an die Unterbringung der Elektro- und Wärmeerzeugungsanlagen unterschiedlich sind.
Die elektrischen Erzeugungsanlagen sind relativ standardisiert im Vergleich zur KWK, obwohl sie technisch komplexer sind. Die Fertigungszeiten können von 6 bis 12 Monaten und sogar länger betragen.
Die durchschnittliche Herstellungszeit für die KWK beträgt 3-6 Monate (je nach Kälteerzeugungskapazität, der Anzahl und Art der Heizquellen).
In der Regel wird die Herstellung von Hilfsgeräten die gleichen Fristen nicht überschreiten, daher beträgt die durchschnittliche Gesamtdauer der Umsetzung eines Projekts zur Errichtung eines Blockheizkraftwerks etwa 1,5 Jahre.
Ergebnis
Erstens ermöglicht das Blockheizkraftwerk die Reduzierung der Zahl der Energieanbieter auf einen – den Gasanbieter. Durch den Ausschluss des Kaufs von Strom und Wärme können vor allem alle Risiken im Zusammenhang mit Energiesch alternationen ausgeschlossen werden.
Die Nutzung von Wärme mit relativ kostengünstiger 'Überkapazität' senkt die Kosten für die erzeugte Elektrizität und Wärme im Vergleich zum Kauf. Zudem ermöglicht die ganzjährige Auslastung der Erzeugungskapazitäten für Wärme (im Winter zum Heizen, im Sommer zur Klimatisierung und für technologische Bedürfnisse) eine maximale Effizienz. Natürlich ist, wie bei anderen Projekten, die grundlegende Bedingung die Entwicklung des richtigen Konzepts und dessen technische und wirtschaftliche Machbarkeitsstudie.
Zu den weiteren Vorteilen gehört die Umweltfreundlichkeit. Durch die Nutzung von Abgasen zur Erzeugung nützlicher Energie reduzieren wir die Emissionen in die Atmosphäre. Zudem verwendet die ABHM im Gegensatz zu traditionellen Kälterzeugungstechnologien, bei denen Ammoniak und FCKW als Kühlmittel eingesetzt werden, Wasser als Kühlmittel, was ebenfalls die ökologische Belastung auf ein Minimum reduziert.
Quelle: habr.com
