Comparé aux pays européens, où les installations de production d'énergie décentralisée représentent aujourd'hui près de 30% de toute la production, en Russie, la part de l'énergie décentralisée ne dépasse aujourd'hui, selon différentes estimations, pas plus de 5 à 10%. Discutons de savoir si la Russie a des chances de rattraper les tendances mondiales et si les consommateurs ont la motivation de se diriger vers une alimentation énergétique indépendante.
Au-delà des chiffres. Trouvez les différences
Les différences entre le système de production d'électricité décentralisée en Russie et en Europe ne se résument pas à des chiffres — ce sont en réalité des modèles complètement différents tant en termes de structure que d'un point de vue économique. Le développement de la production décentralisée dans notre pays avait des motivations quelque peu différentes de celles qui sont devenues la principale force motrice d'un tel processus en Europe, qui cherchait à compenser le manque de combustibles traditionnels en intégrant des sources d'énergie alternatives (y compris des ressources énergétiques secondaires) dans son bilan énergétique. En revanche, en Russie, la question de la réduction des coûts d'achat des ressources énergétiques pour les consommateurs dans un contexte d'économie planifiée et de fixation centralisée des tarifs a longtemps eu une pertinence bien moindre, c'est pourquoi la réflexion sur la propre production d'électricité ne se posait principalement que dans les cas où l'entreprise était un consommateur d'énergie particulièrement important et, en raison de son éloignement, rencontrait des difficultés pour se connecter aux réseaux.
En matière d'énergie décentralisée, les installations de production autonome avaient une puissance relativement élevée — de 10 à 500 MW (voire plus) — en fonction des besoins de production et de l'objectif d'approvisionnement en électricité et en chaleur des localités environnantes. Étant donné que la transmission de chaleur sur de longues distances entraîne toujours des pertes significatives, la construction de chaudières à eau chaude pour les besoins des entreprises et des villes a été activement encouragée. De plus, les sources d'énergie autonomes — qu'il s'agisse de centrales thermiques ou de chaudières — étaient alimentées au gaz, au fioul ou au charbon, tandis que les technologies des énergies renouvelables, à l'exception des centrales hydroélectriques, et des ressources énergétiques secondaires n'étaient utilisées que dans des cas isolés. Aujourd'hui, la situation évolue : des installations de petite production d'électricité émergent progressivement, et les sources d'énergie alternatives sont impliquées, bien que de manière moins significative, dans le bilan énergétique.
À l'Ouest, beaucoup est fait pour développer la petite production d'énergie, et récemment, le concept de centrale électrique virtuelle (CEV) a pris une ampleur considérable. Il s'agit d'un système qui regroupe la plupart des acteurs du marché de la production d'électricité — des producteurs (des petits générateurs des ménages aux centrales de cogénération) et des consommateurs (des maisons d'habitation aux grandes entreprises industrielles). La CEV régule la consommation d'énergie, en lissant les pics et en redistribuant les charges en temps réel, en utilisant toutes les capacités du système disponibles à cet effet. Mais une telle évolution est impossible sans l'encouragement du marché de la production décentralisée par l'État et sans les modifications législatives appropriées.
En Russie, dans un contexte de forte concurrence et de monopole dans l'approvisionnement électrique centralisé, la vente des excédents d'électricité produite sur le réseau extérieur reste une tâche assez complexe tant du point de vue de l'organisation que des coûts. Par conséquent, à l'heure actuelle, les chances de devenir un acteur à part entière du marché parmi les grands fournisseurs sont extrêmement faibles pour les installations d'énergie décentralisée.
Cependant, le développement de la production d'énergie sur site est aujourd'hui indéniablement à la mode. Le principal facteur de sa croissance est la fiabilité de l'approvisionnement électrique. La dépendance vis-à-vis des entreprises de production et des réseaux augmente les risques pour les producteurs. La plupart des grandes installations de production en Russie ont été construites à l'époque de l'URSS, et leur âge avancé se fait sentir. Pour un consommateur industriel, une interruption de l'approvisionnement en énergie en raison d'une panne représente un risque d’arrêt de production et des pertes évidentes. Si le désir de réduire les risques est accompagné de motifs économiques (déterminés principalement par la politique tarifaire du fournisseur régional) et de possibilités d'investissement, alors la production d'énergie sur site se justifie à 100 %, et de plus en plus d'entreprises industrielles sont aujourd'hui prêtes (ou envisagent cette option) à emprunter ce chemin.
C'est pourquoi les perspectives de la production d'électricité « pour les besoins propres » sont assez élevées en Russie.
Production d'énergie sur site. À qui cela profite-t-il ?
L'économie de chaque projet est strictement individuelle et déterminée par de nombreux facteurs. Si l'on essaie de généraliser au maximum, dans les régions où il y a une plus grande concentration de capacités de production et d'entreprises industrielles, avec des tarifs d'électricité et de chaleur plus élevés, la production d'électricité sur site représente une opportunité réelle de réduire considérablement les coûts d'achat d'énergie.
Il convient également d'inclure les régions difficilement accessibles et peu peuplées, où l'infrastructure des réseaux électriques est mal développée ou complètement absente, où, sans aucun doute, les tarifs de l'électricité sont les plus élevés.
Dans les régions où il y a moins de consommateurs et de fournisseurs d'électricité, et où une plus grande part de l'électricité produite provient des centrales hydroélectriques, les tarifs sont nettement plus bas, et la rentabilité de tels projets dans l'industrie n'est pas toujours favorable. Cependant, pour les entreprises de certains secteurs ayant la capacité d'utiliser des combustibles alternatifs, comme les déchets de production, la production d'énergie sur site peut être une excellente solution. Ainsi, dans l'image ci-dessous – une centrale thermique à partir des déchets d'une entreprise de transformation du bois.
Lorsque nous parlons de production d'énergie pour les besoins publics, les bâtiments commerciaux et les infrastructures sociales, jusqu'à récemment, l'économie de tels projets était en grande partie déterminée par le niveau de développement de l'infrastructure énergétique de la région et, dans une moindre mesure, par le coût de la connexion technologique des consommateurs d'électricité. Avec le développement des technologies de tri-génération, de telles restrictions ont effectivement cessé d'être prépondérantes, et la chaleur résiduelle ou produite pendant l'été peut désormais être utilisée pour les besoins de climatisation, ce qui a considérablement amélioré l'efficacité des centrales énergétiques.
Tri-génération : électricité, chaleur et froid pour les installations
La tri-génération est un domaine de développement relativement autonome dans le secteur de l'énergie de petite échelle. Elle se distingue par son individualisme, car elle se concentre sur la satisfaction des besoins énergétiques spécifiques d'une installation.
Le tout premier projet avec le concept de tri-génération a été élaboré en 1998 grâce à la collaboration du ministère de l'Énergie des États-Unis, du laboratoire national ORNL et du fabricant de machines frigorifiques à absorption bromure de lithium, BROAD, et a été réalisé aux États-Unis en 2001. La tri-génération repose sur l'utilisation de machines frigorifiques à absorption, qui utilisent comme principale source d'énergie la chaleur et permettent de produire du froid et de la chaleur en fonction des besoins de l'installation. L'utilisation de chaudières ordinaires, comme dans la cogénération, n'est pas une condition obligatoire dans ce schéma.
En plus de la chaleur et de l'électricité traditionnelles, la tri-génération assure la production de froid dans les machines frigorifiques à absorption (sous forme d'eau réfrigérée) pour les besoins technologiques ou pour la climatisation des locaux. Le processus de production d'électricité se fait inévitablement avec d'importantes pertes d'énergie thermique (par exemple, avec les gaz d'échappement des machines génératrices).
L'inclusion de cette chaleur dans le processus de production de froid, d'une part, minimise les pertes, augmentant ainsi le rendement global du cycle, et d'autre part, permet de réduire la consommation d'électricité de l'installation par rapport aux technologies traditionnelles de production de froid utilisant des machines frigorifiques à compression de vapeur.
La possibilité de travailler avec différentes sources de chaleur (eau chaude, vapeur d'eau, gaz d'échappement des installations génératrices, chaudières et fours, ainsi que des combustibles (gaz naturel, diesel, etc.) permet d'utiliser l'ABKHM sur des sites très variés, mobilisant exactement la ressource dont dispose l'entreprise.
Ainsi, dans l'industrie, il est possible d'utiliser la chaleur résiduelle:
Dans les infrastructures urbaines, les bâtiments commerciaux et publics, diverses combinaisons de sources de chaleur sont possibles:
Un centre énergétique à tr génération peut être conçu et construit en fonction des besoins en électricité ou, alternativement, en se basant sur la demande en froid de l'endroit. Selon ce qui constitue le critère déterminant pour le consommateur. Dans le premier cas, la valorisation de la chaleur résiduelle dans l'ABKHM peut ne pas être complète, tandis que dans le second cas, il peut y avoir une limitation de l'électricité générée sur place (la compensation se fait par l'achat d'électricité sur le réseau externe).
Où la tri-génération est-elle avantageuse ?
Le champ d'application de la technologie est très large : la tri-génération peut s'intégrer de manière égale dans le concept d'un espace public (par exemple, un grand centre commercial ou un bâtiment d'aéroport) ainsi que dans l'infrastructure énergétique d'une entreprise industrielle. La pertinence de mise en œuvre de tels projets et leur performance dépendent fortement des conditions locales tant économiques que climatiques, et pour les entreprises industrielles, aussi du coût des produits fabriqués.
Le premier et le plus important critère est le besoin en froid. Son application la plus répandue à ce jour est la climatisation des bâtiments publics. Cela peut inclure des centres d'affaires, des bâtiments administratifs, des complexes hospitaliers et hôteliers, des installations sportives, des centres commerciaux et de loisirs, des musées et des pavillons d'exposition, ainsi que des bâtiments d'aéroport - en somme, tous les sites où se trouvent simultanément de nombreuses personnes, où un système de climatisation centralisée est nécessaire pour créer un microclimat confortable.
L'application de la trigénération est particulièrement justifiée pour des locaux de 20 à 30 000 m² (centre d'affaires de taille moyenne) jusqu'à de gigantesques structures de plusieurs centaines de milliers de mètres carrés, voire plus (centres commerciaux et complexes aéroportuaires).
Cependant, la demande pour ces installations ne se limite pas à la climatisation et à l'électricité, mais inclut également le chauffage. Le chauffage ne concerne pas seulement le réchauffement des locaux en hiver, mais aussi la fourniture d'eau chaude tout au long de l'année pour les besoins de l'eau chaude sanitaire. Plus les capacités du centre énergétique de trigénération sont pleinement exploitées, plus son efficacité est élevée.
Dans le monde entier, il existe de nombreux exemples d'application de la trigénération dans le secteur hôtelier, la construction et la modernisation d'aéroports, dans les établissements d'enseignement, les complexes d'affaires et administratifs, les centres de données, ainsi que plusieurs exemples dans l'industrie – textile, métallurgique, alimentaire, chimique, de pâte à papier, de fabrication de machines, etc.
À titre d'exemple, je vais mentionner l'un des projets pour lequel la société «» a développé le concept d'un centre énergétique de trigénération.
Lorsqu'une entreprise industrielle nécessite environ 4 MW d'énergie électrique (produite par deux installations de moteurs à gaz), la demande en froid s'élève à 2,1 MW.
Le froid est généré par une machine frigorifique à bromure de lithium fonctionnant à l'échappement des moteurs à gaz. Dans ce cadre, une seule installation couvre entièrement les besoins en chaleur du système de trigénération. Ainsi, même si une seule installation est en fonctionnement, l'usine est toujours assurée de disposer des quantités nécessaires de froid. De plus, lorsque les deux installations de moteurs à gaz sont hors service, le système de trigénération continue de générer chaleur et froid, car il dispose d'une source de chaleur de secours – le gaz naturel.
Centre énergétique de trigénération
Selon les besoins du consommateur, sa catégorie et les exigences en matière de secours, le schéma de trigénération (présenté sur l'image ci-dessous) peut être très complexe et peut inclure des chaudières énergétiques et à eau chaude, des chaudières de récupération, des turbines à vapeur ou à gaz, un traitement de l'eau complet, etc.
Pour les installations de petite taille, une turbine à gaz ou une centrale à piston (fonctionnant au gaz ou au diesel) de faible puissance (1-6 MW) est généralement utilisée comme principale source d'énergie. Elles produisent de l'électricité ainsi que de la chaleur résiduelle sous forme de gaz d'échappement et d'eau chaude, qui sont ensuite récupérées dans le CHP. C'est l'ensemble minimal et suffisant de l'équipement principal.
Oui, il est indispensable d'avoir des systèmes auxiliaires : une tour de refroidissement, des pompes, une station de traitement des eaux usées pour stabiliser leur qualité, un système d'automatisation et des installations électriques permettant d'utiliser l'électricité générée pour ses propres besoins.
Dans la plupart des cas, un centre de trigénération est un bâtiment autonome, soit des blocs conteneurisés, soit une combinaison de ces solutions, car les exigences relatives à l'emplacement de l'équipement de production d'électricité et de chaleur varient quelque peu.
L'équipement de production d'électricité est assez standardisé, contrairement au CHP, bien qu'il soit techniquement plus complexe. Les délais de fabrication peuvent aller de 6 à 12 mois, voire plus.
Le délai moyen de fabrication d'un CHP est de 3 à 6 mois (en fonction de la capacité de froid et du nombre et des types de sources de chaleur).
En général, la fabrication de l'équipement auxiliaire ne dépassera pas ces mêmes délais, donc la durée totale de réalisation du projet de construction d'un centre énergétique trigénération est en moyenne d'environ 1,5 an.
Résultat
Tout d'abord, un centre de trigénération permettra de réduire le nombre de fournisseurs d'énergie à un seul : le fournisseur de gaz. En éliminant l'achat d'électricité et de chaleur, on peut surtout exclure les risques associés aux interruptions d'approvisionnement en énergie.
L'exploitation de la chaleur avec l'utilisation d'une « énergie excédentaire » relativement peu coûteuse réduit le coût de l'électricité et de la chaleur produites par rapport à leur achat. De plus, une charge maximale des capacités génératrices de chaleur tout au long de l'année (en hiver pour le chauffage, en été pour la climatisation et les besoins technologiques) garantit une efficacité maximale. Bien sûr, comme pour d'autres projets, la condition essentielle est de développer le bon concept et de fournir une justification technique et économique.
Parmi les avantages supplémentaires, on trouve l'écologie. En utilisant les gaz d'échappement pour produire de l'énergie utile, nous réduisons les émissions dans l'atmosphère. De plus, contrairement aux technologies traditionnelles de production de froid, où les agents réfrigérants sont l'ammoniac et les fréons, les systèmes à absorption utilisent l'eau comme agent réfrigérant, ce qui réduit également l'impact environnemental au minimum.
Source : habr.com
