Im Vergleich zu europäischen Ländern, in denen heute fast 30 % der gesamten Energieproduktion auf dezentrale Erzeugungsanlagen entfallen, liegt der Anteil der dezentralen Energieerzeugung in Russland nach verschiedenen Schätzungen bei nicht mehr als 5-10 %. Lassen Sie uns darüber sprechen, ob die russische mit den globalen Trends Schritt halten kann und ob die Verbraucher motiviert sind, in Richtung einer unabhängigen Energieversorgung zu gehen.
Mehr als nur Zahlen. Finde die Unterschiede
Die Unterschiede zwischen dem System der dezentralen Stromerzeugung in Russland und Europa beschränken sich heute nicht nur auf Zahlen – es handelt sich tatsächlich um völlig unterschiedliche Modelle, sowohl in ihrer Struktur als auch aus wirtschaftlicher Sicht. Die Entwicklung der dezentralen Energieerzeugung in unserem Land hatte Motivationen, die sich erheblich von denen unterschieden, die in Europa zur Haupttriebkraft eines solchen Prozesses wurden. Europa wollte den Mangel an traditionellen Brennstoffen durch die Einbeziehung alternativer Energiequellen (einschließlich sekundärer Energieressourcen) in den Energiemix ausgleichen. In Russland hingegen war die Frage der Senkung der Kosten für den Kauf von Energieressourcen für die Verbraucher in einem geplanten Wirtschaftssystem und einer zentralisierten Tarifgestaltung lange Zeit deutlich weniger aktuell. Daher wurde über die eigene Stromerzeugung hauptsächlich in den Fällen nachgedacht, in denen ein Unternehmen ein besonders großer Energieverbraucher war und aufgrund seiner Abgelegenheit Schwierigkeiten bei der Anbindung an die Netze hatte.
Im Hinblick auf die dezentrale Energieerzeugung hatten die eigenen Erzeugungsanlagen eine ziemlich hohe Leistung – von 10 bis 500 MW (und sogar mehr) – abhängig von den Produktionsbedürfnissen und mit dem Ziel, die nächstgelegenen Siedlungen mit Strom und Wärme zu versorgen. Da die Wärmeübertragung über Distanzen immer mit erheblichen Verlusten verbunden ist, gab es einen aktiven Bau von Wasserheizkraftwerken für die eigenen Bedürfnisse von Unternehmen und Städten. Darüber hinaus wurden eigene Energiequellen – sei es KWK oder Heizwerke – auf Gas, Heizöl oder Kohle gefertigt, wobei Technologien der Erneuerbaren Energien (EE) – abgesehen von Wasserkraftwerken – und der sekundären Energieressourcen (SE) nur in Einzelfällen Anwendung fanden. Nun ändert sich das Bild: Allmählich entstehen kleine Erzeugungsanlagen, und alternative Energiequellen werden, wenn auch in geringerem Maße, in den Energiemix einbezogen.
Im Westen wird viel für die Entwicklung der kleinen Erzeugung getan, und in letzter Zeit hat das Konzept des virtuellen Kraftwerks (VK) große Verbreitung gefunden. Dies ist ein System, das einen Großteil der Marktakteure in der Stromerzeugung – von kleinen Erzeugern privater Haushalte bis hin zu KWK-Anlagen – sowie Verbraucher (von Wohnhäusern bis hin zu großen Industriebetrieben) vereint. Das VK reguliert den Energieverbrauch, nivelliert Spitzenlasten und verteilt Lasten in Echtzeit, indem es alle verfügbaren Kapazitäten des Systems nutzt. Eine solche Evolution ist jedoch ohne staatliche Anreize für den Markt der dezentralen Energieerzeugung und ohne entsprechende Änderungen in der Gesetzgebung nicht möglich.
In Russland bleibt die Realisierung von Überschüssen an erzeugtem Strom an das externe Netz, trotz bestehender Herausforderungen, eine schwierige organisatorische und kostenmäßige Aufgabe, selbst unter Bedingungen starker Konkurrenz und Monopole der zentralisierten Energieversorgung. Daher sind die Chancen für dezentralisierte Energieerzeugungsanlangen, sich als vollwertige Marktteilnehmer unter großen Lieferanten zu etablieren, gegenwärtig äußerst gering.
Dennoch ist die Entwicklung der eigenen Energieerzeugung heute ohne Zweifel 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 hohes Alter ist spürbar. Für industrielle Verbraucher bedeutet eine Unterbrechung der Energieversorgung durch einen Ausfall ein Risiko für die Produktionsstilllegung und offensichtliche Verluste. Wenn der Wunsch, die Risiken zu senken, von wirtschaftlichen Motiven (hauptsächlich bestimmt durch die Tarifpolitik des regionalen Anbieters) und Investitionsmöglichkeiten begleitet wird, rechtfertigt sich die eigene Erzeugung zu 100 %, und immer mehr Industrieunternehmen sind heute bereit oder ziehen in Erwägung, diesen Weg zu gehen.
Daher sind die Aussichten für die dezentrale Stromerzeugung "für den eigenen Bedarf" in Russland recht hoch.
Eigene Erzeugung. Wer profitiert davon?
Die Wirtschaftlichkeit jedes Projekts ist streng individuell und hängt von zahlreichen Faktoren ab. Wenn man möglichst allgemein zusammenfassen möchte, dann hat in Regionen mit einer höheren Konzentration von Erzeugungskapazitäten und Industrieanlagen, höheren Strom- und Heizkosten, die eigene Elektrizitätsproduktion – eine objektive Chance, die Kosten für den Erwerb von Energieressourcen erheblich zu senken.
Dazu zählen auch schwer zugängliche und dünn besiedelte Regionen mit einer schwach entwickelten oder gar nicht vorhandenen Infrastruktur von Stromnetzen, wo die Strompreise zweifellos am höchsten sind.
In Regionen, in denen es weniger Verbraucher und Stromanbieter gibt und in denen ein größerer Anteil des erzeugten Stroms aus Wasserkraftwerken stammt, sind die Tarife deutlich niedriger, und die Wirtschaftlichkeit solcher Projekte in der Industrie ist nicht immer vorteilhaft. Für Unternehmen einzelner Branchen, die die Möglichkeit haben, alternative Brennstoffe zu nutzen, beispielsweise Produktionsabfälle, kann die eigene Stromerzeugung jedoch eine hervorragende Lösung darstellen. So zeigt die Abbildung unten ein Wärme-Kraft-Kopplungswerk, das Abfälle einer Holzverarbeitung nutzt.
Wenn wir von der Erzeugung für kommunale Bedürfnisse, öffentliche Gebäude und Einrichtungen der kommerziellen und sozialen Infrastruktur sprechen, dann wurde die Wirtschaftlichkeit solcher Projekte bis vor kurzem maßgeblich durch den Entwicklungsstand der Energienetzinfrastruktur der Region und nicht zuletzt durch die Kosten für die technische Anbindung der Stromverbraucher bestimmt. Mit der Entwicklung der Kraft-Wärme-Kopplungstechnologien sind solche Einschränkungen faktisch nicht mehr entscheidend, und die Neben- oder erzeugte Wärme kann in den Sommermonaten für Kühlungsbedürfnisse genutzt werden, was die Effizienz der Energiezentren erheblich erhöht hat.
Kraft-Wärme-Kopplung: Strom, Wärme und Kälte für das Objekt
Kraft-Wärme-Kopplung ist ein vergleichsweise eigenständiges Entwicklungsfeld der Kleinstromerzeugung. Sie zeichnet sich durch Individualismus aus, da sie darauf abzielt, die spezifischen Bedürfnisse eines bestimmten Objekts an Energieressourcen zu befriedigen.
Das allererste Projekt mit dem Konzept der Kraft-Wärme-Kopplung wurde 1998 gemeinsam von dem US-Energieministerium, dem nationalen Labor ORNL und dem Hersteller von Absorptions-Kältemaschinen BROAD entwickelt und 2001 in den USA umgesetzt. Die Kraft-Wärme-Kopplung basiert auf dem Einsatz von Absorptionskältemaschinen, die Wärme als Hauptenergiequelle nutzen und je nach Bedarf des Objekts Wärme und Kälte erzeugen. Dabei ist die Verwendung herkömmlicher Kessel, wie in der Kraft-Wärme-Kopplung, in einem solchen Schema keine zwingende Voraussetzung.
Neben der herkömmlichen Wärme- und Stromerzeugung ermöglicht die Kraft-Wärme-Kopplung auch die Herstellung von Kälte in Absorptionskältemaschinen (in Form von gekühltem Wasser) für technologische Bedürfnisse oder für Klimaanlagen. Der Prozess der Stromerzeugung geht in der Regel mit hohen Verlusten an thermischer Energie einher (zum Beispiel durch Abgase von Generatoren).
Die Einbeziehung dieser Wärme in den Kälteerzeugungsprozess minimiert zunächst die Verluste und steigert die Gesamteffizienz des Zyklus, und zweitens ermöglicht sie eine Senkung des Stromverbrauchs des Objekts im Vergleich zu herkömmlichen Technologien zur Kälteerzeugung mit Dampfkältekompressionsmaschinen.
Die Möglichkeit, mit verschiedenen Wärmequellen (Warmwasser, Dampf, Abgase von Generatoranlagen, Kesseln und Öfen sowie Brennstoffen (Erdgas, Diesel und anderen) zu arbeiten, ermöglicht den Einsatz von Absorptionskältemaschinen in ganz unterschiedlichen Objekten, wobei genau die Ressourcen genutzt werden, die dem Unternehmen zur Verfügung stehen.
So kann in der Industrie Abwärme genutzt werden:
In städtischen Einrichtungen, in kommerziellen und öffentlichen Gebäuden sind verschiedene Kombinationen von Wärmequellen möglich:
Ein Kraft-Wärme-Kopplungszentrum kann entweder auf dem Bedarf an Elektrizität oder auf dem Kälterequirement des Objekts basieren. Je nach dem, was das entscheidende Kriterium für den Verbraucher ist. Im ersten Fall kann die Nutzung von Abwärme in Absorptionskältemaschinen unvollständig sein, während im zweiten Fall eine Begrenzung der eigenen, erzeugten Elektrizität bestehen kann (die Konsumtion wird durch den Bezug von Elektrizität aus dem externen Netz ergänzt).
Wo ist Kraft-Wärme-Kopplung vorteilhaft?
Der Anwendungsbereich der Technologie ist sehr breit: Die Trigenerierung kann sowohl in das Konzept eines öffentlichen Raums (z. B. eines großen Einkaufszentrums oder eines Flughafengebäudes) als auch in die Energieinfrastruktur eines Industrieunternehmens integriert werden. Die Wirtschaftlichkeit der Implementierung solcher Projekte und deren Leistung hängen stark von den lokalen Bedingungen, sowohl wirtschaftlichen als auch klimatischen, und für Industrieunternehmen zusätzlich von den Produktionskosten ab.
Das erste und wichtigste Kriterium ist der Kältebedarf. Die häufigste Anwendung heute ist die Klimatisierung öffentlicher Gebäude. Dazu gehören Geschäfts-, Verwaltungs- und Krankenhausgebäude, Hotelanlagen, Sportstätten, Einkaufs- und Freizeitcenter sowie Aquaparks, Museen und Ausstellungsräume, Flughafenanlagen – kurz gesagt, alle Objekte, in denen viele Menschen gleichzeitig anwesend sind und zur Schaffung eines komfortablen Klimas ein zentrales Klimatisierungssystem erforderlich ist.
Der Einsatz von ABHM ist am sinnvollsten für solche Objekte mit einer Fläche von 20-30.000 m² (Mittelgroßes Bürogebäude) bis hin zu riesigen Objekten von mehreren Hunderttausend Quadratmetern und mehr (Einkaufs- und Freizeitkomplexe sowie Flughäfen).
Aber an solchen Orten muss nicht nur Bedarf an Kälte und Elektrizität vorhanden sein, sondern auch an Wärmeversorgung. Und Wärmeversorgung bedeutet nicht nur die Beheizung von Räumen im Winter, sondern auch die ganzjährige Bereitstellung von warmem Wasser für den Bedarf der Warmwasserversorgung. Je umfassender die Möglichkeiten des trigenerativen Energiezentrums genutzt werden, desto höher ist seine Effizienz.
Weltweit gibt es zahlreiche Beispiele für die Anwendung von Trigenerierung im Hotelgewerbe, beim Bau und der Modernisierung von Flughäfen, in Bildungseinrichtungen, in Geschäfts- und Verwaltungszentren, in Rechenzentren sowie viele Beispiele aus der Industrie – der Textil-, Metallurgie-, Lebensmittel-, Chemie-, Zellstoff- und Papier- sowie Maschinenbauindustrie usw.
Als Beispiel nenne ich ein Objekt, für das in der Firma «» das Konzept eines trigenerativen Energiezentrums entwickelt wurde.
Mit einem Bedarf an elektrischer Energie von etwa 4 MW (erzeugt von zwei Gasturbinenanlagen (GTA)) ist eine Kälteversorgung von 2,1 MW erforderlich.
Die Kälte wird mit einer einzigen absorptiven Bromlithium-Kältemaschine erzeugt, die mit den Abgasen der GTA betrieben wird. Dabei deckt eine GTA den gesamten Wärmebedarf der ABHM vollständig ab. So ist die Fabrik auch bei Betrieb einer einzigen GTA stets mit der erforderlichen Kälte versorgt. Darüber hinaus bleibt die ABHM auch bei Stilllegung beider Gasturbinenanlagen in der Lage, Wärme und Kälte zu erzeugen, da sie eine alternative Wärmequelle – Erdgas – hat.
Trigeneratives Energiezentrum
Je nach den Bedürfnissen des Verbrauchers, dessen Kategorie und Anforderungen an die Redundanz kann das Trigenerierungsschema (siehe Abbildung unten) sehr komplex sein und Energiekessel sowie Wasserheizkessel, Abgasboiler, Dampfturbinen oder Gasturbinen, umfassende Wasseraufbereitung usw. umfassen.
Aber für relativ kleine Objekte ist in der Regel eine Gasturbine oder eine Kolbenanlage (auf Gas oder Diesel) mit vergleichsweise geringerer elektrischer Leistung (1-6 MW) die Hauptgeneratoranordnung. Diese erzeugen Elektrizität und Abwärme aus den Abgasen sowie heißes Wasser, welches in der ABHM genutzt wird. Dies ist die minimale und ausreichende Grundausstattung.
Ja, hier kommen Hilfssysteme ins Spiel: Kühltürme, Pumpen, eine Reagenzbehandlungsanlage für das Umlaufwasser zur Stabilisierung, ein Automatisierungssystem und eine Elektroversorgung, die es ermöglicht, die erzeugte Elektrizität für die eigenen Bedürfnisse zu nutzen.
In den meisten Fällen ist das trigenerative Zentrum ein freistehendes Gebäude, entweder Containeranlagen oder eine Kombination aus diesen Lösungen, da die Anforderungen an die Anordnung der Elektro- und Wärmeerzeugungsanlagen etwas variieren.
Die elektrischen Erzeugungsanlagen sind recht standardisiert, im Gegensatz zur ABHM, obwohl sie technisch komplexer sind. Die Herstellungszeiten können zwischen 6 und 12 Monaten oder sogar länger liegen.
Die durchschnittliche Fertigungszeit für ABHM beträgt 3-6 Monate (je nach Kälteleistung, Anzahl und Typ der Heizquellen).
In der Regel wird die Herstellung von Hilfsausrüstungen nicht länger dauern, daher beträgt die durchschnittliche Gesamtdauer für die Umsetzung des Projekts zur Errichtung eines Kraft-Wärme-Kopplungszentrums etwa 1,5 Jahre.
Ergebnis
Erstens ermöglicht das Kraft-Wärme-Kopplungszentrum, die Anzahl der Energieanbieter auf einen einzigen zu reduzieren – den Gasanbieter. Durch den Ausschluss des Kaufs von Strom und Wärme können in erster Linie alle Risiken, die mit Unterbrechungen in der Energieversorgung verbunden sind, ausgeschlossen werden.
Der Einsatz von Wärme unter Verwendung relativ günstiger "überschüssiger Energie" senkt die Kosten für die erzeugte Elektrizität und Wärme im Vergleich zu deren Einkauf. Die ganzjährige Auslastung der Wärmeerzeugungskapazitäten (im Winter zur Heizung, im Sommer zur Kühlung und für technische Bedürfnisse) sorgt für maximale Effizienz. Wie bei anderen Projekten ist das Hauptkriterium die Entwicklung eines richtig konzipierten Konzepts sowie seine wirtschaftlich-technische Begründung.
Ein zusätzlicher Vorteil ist die Umweltfreundlichkeit. Durch die Nutzung von Abgasen zur Erzeugung nützlicher Energie reduzieren wir die Emissionen in die Atmosphäre. Zudem verwendet die direkte Kühlung anstelle traditioneller Kühlsysteme, die Ammoniak und FCKW einsetzen, Wasser als Kältemittel, was ebenfalls die Umweltbelastung auf ein Minimum reduziert.
Quelle: habr.com
