Rispetto ai paesi europei, dove oggi quasi il 30% della produzione totale proviene da sistemi di generazione distribuita, in Russia si stima che la quota di energia distribuita non superi attualmente il 5-10%. Parliamo di come le energie rinnovabili russe possono allinearsi alle tendenze mondiali, e dei motivi che spingono i consumatori verso un approvvigionamento energetico autonomo.
Oltre ai numeri. Trova le differenze
Le differenze tra il sistema di generazione distribuita di energia elettrica in Russia e in Europa non si riducono ai numeri: si tratta sostanzialmente di modelli completamente diversi sia nella struttura che in termini economici. Lo sviluppo della generazione distribuita nel nostro paese ha avuto motivazioni leggermente diverse rispetto a quelle che sono diventate la forza trainante di questo processo in Europa, che ha cercato di compensare la carenza di fonti tradizionali di combustibile coinvolgendo nel bilancio energetico fonti alternative di energia (inclusi i secondari). In Russia, tuttavia, la questione della riduzione dei costi per l'acquisto di risorse energetiche per i consumatori in un'economia pianificata e con tariffe centralizzate è stata a lungo di gran lunga meno attuale; pertanto, la propria generazione di elettricità è stata considerata principalmente in quei casi in cui un'azienda era un consumatore di energia particolarmente grande e, a causa della sua remota posizione, aveva difficoltà a collegarsi alle reti.
Nel contesto dell'energia distribuita, gli impianti di generazione autonoma presentavano una potenza piuttosto elevata — da 10 a 500 MW (e anche oltre) — a seconda delle esigenze produttive e per fornire energia elettrica e riscaldamento ai centri abitati vicini. Poiché il trasferimento di calore su lunghe distanze comporta sempre notevoli perdite, si è assistito a una costruzione attiva di caldaie a vapore per le esigenze delle imprese e delle città. Inoltre, le fonti energetiche autonome— siano esse centrali termoelettriche o caldaie — venivano costruite a gas, olio combustibile o carbone, e le tecnologie delle RER (fonti rinnovabili di energia), ad eccezione delle centrali idroelettriche, e delle RER (risorse energetiche secondarie) venivano applicate in casi sporadici. Ora la situazione sta cambiando: stanno lentamente emergendo impianti di piccola generazione elettrica e, sebbene in misura minore, anche fonti di energia alternative entrano nel bilancio energetico.
In Occidente, molto si sta facendo per lo sviluppo della piccola generazione, e recentemente ha acquisito ampia diffusione il concetto di centrale elettrica virtuale (VPP). Si tratta di un sistema che unisce la maggior parte degli attori del mercato della generazione elettrica — dai produttori (da piccoli generatori di abitazioni private a impianti di cogenerazione) ai consumatori (da edifici residenziali a grandi imprese industriali). La VPP regola il consumo energetico, attenuando i picchi e riallocando i carichi in tempo reale, utilizzando tutte le capacità del sistema disponibili a tale scopo. Tuttavia, tale evoluzione è impossibile senza uno stimolo al mercato della generazione distribuita da parte dello Stato e senza i necessari cambiamenti normativi.
In Russia, in un contesto di forte concorrenza e monopolio dell'approvvigionamento elettrico centralizzato, la realizzazione di surplus di energia elettrica prodotta nella rete esterna rimane, sebbene sia un problema da affrontare, tutto fuorché semplice dal punto di vista dell'organizzazione e dei costi del processo. Pertanto, attualmente, le possibilità di diventare un partecipante pieno del mercato tra i grandi fornitori per gli impianti di energia distribuita sono estremamente ridotte.
Tuttavia, lo sviluppo della generazione indipendente oggi è sicuramente una tendenza. Il fattore principale della sua crescita è l'affidabilità dell'approvvigionamento energetico. La dipendenza dalle aziende produttrici e dalle compagnie di rete aumenta i rischi per i produttori. La maggior parte dei grandi impianti di generazione in Russia è stata costruita durante l'era sovietica, e la loro notevole età si fa sentire. Per un consumatore industriale, l'interruzione dell'approvvigionamento energetico a causa di un guasto rappresenta il rischio di fermare la produzione e perdite evidenti. Se il desiderio di ridurre i rischi è accompagnato da motivazioni economiche (definite principalmente dalla politica tariffaria del fornitore regionale) e opportunità di investimento, la generazione indipendente si ripaga al 100%, e sempre più aziende industriali oggi sono pronte (o considerano questa possibilità) ad intraprendere questa strada.
Di conseguenza, le prospettive di sviluppo della generazione elettrica distribuita "per uso proprio" in Russia sono piuttosto elevate.
Generazione indipendente. A chi conviene
L'economia di ogni progetto è rigorosamente individuale e dipende da molti fattori. Se cerchiamo di generalizzare il più possibile, nelle regioni con una maggiore concentrazione di capacità di generazione e imprese industriali, tariffe più alte per energia elettrica e calore, la generazione elettrica indipendente rappresenta un'opportunità oggettiva per ridurre significativamente i costi per l'acquisto di risorse energetiche.
Si deve inoltre tener conto delle regioni difficili da raggiungere e scarsamente popolate, con infrastrutture di rete elettrica poco sviluppate o addirittura inesistenti, dove, senza dubbio, ci sono le tariffe elettriche più alte.
Nelle regioni con meno consumatori e fornitori di energia elettrica, e dove una maggiore proporzione dell'energia elettrica prodotta è rappresentata dalle centrali idroelettriche, le tariffe sono notevolmente più basse, e l'economia di tali progetti nell'industria non è sempre vantaggiosa. Tuttavia, per le aziende di alcuni settori, che hanno la possibilità di utilizzare combustibili alternativi, come i rifiuti di produzione, la generazione indipendente può essere una soluzione eccellente. Così, nell'immagine sottostante - una centrale termoelettrica che utilizza i rifiuti di un'azienda di lavorazione del legno.
Se parliamo di generazione per usi pubblici, edifici pubblici e oggetti di infrastruttura commerciale e sociale, fino a poco tempo fa l'economia di progetti simili era in gran parte determinata dal livello di sviluppo dell'infrastruttura energetica della regione e, non meno significativamente, dal costo del collegamento tecnologico dei consumatori di energia elettrica. Con lo sviluppo delle tecnologie di trigenerazione, tali vincoli hanno smesso di essere decisivi, e il calore residuo o generato durante il periodo estivo è diventato utilizzabile per le esigenze di condizionamento, aumentando notevolmente l'efficienza dei centri energetici.
Trigenerazione: energia elettrica, calore e freddo per l'oggetto
La trigenerazione è un settore piuttosto autonomo nello sviluppo della microenergia. Si distingue per l’individualismo, poiché è orientata a soddisfare le esigenze specifiche di un particolare oggetto in termini di risorse energetiche.
Il primo progetto con la concezione di trigenerazione è stato sviluppato nel 1998 grazie agli sforzi congiunti del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, del laboratorio nazionale ORNL e del produttore ABHM (macchine frigorifere ad assorbimento bromuro di litio) BROAD, ed è stato realizzato negli Stati Uniti nel 2001. La trigenerazione si basa sull'uso di macchine frigorifere ad assorbimento, che utilizzano il calore come principale fonte di energia e permettono di generare freddo e calore a seconda delle esigenze dell'oggetto. In questo schema, l'uso di caldaie convenzionali, come nella cogenerazione, non è un requisito obbligatorio.
Oltre al calore e all'elettricità tradizionali, la trigenerazione fornisce anche la produzione di freddo in ABHM (sotto forma di acqua refrigerata) per scopi tecnici o per il condizionamento degli ambienti. Il processo di produzione di energia elettrica avviene in ogni caso con grandi perdite di energia termica (ad esempio, dai fumi di scarico delle macchine generatori).
Il coinvolgimento di questo calore nel processo di generazione di freddo, da un lato, minimizza le perdite, aumentando l'efficienza globale del ciclo, e, dall'altro, consente di ridurre il consumo di energia elettrica dell'oggetto rispetto alle tecnologie tradizionali di produzione di freddo tramite macchine frigorifere a compressione di vapore.
La possibilità di lavorare con diverse fonti di calore (acqua calda, vapore acqueo, gas di scarico da impianti di generazione, caldaie e forni, nonché combustibile (gas naturale, gasolio, ecc.) consente di utilizzare l'ABHM in oggetti completamente differenti, impiegando esattamente la risorsa disponibile presso l'impresa.
Pertanto, nell'industria è possibile utilizzare il calore di scarto:
E nelle strutture urbane, negli edifici commerciali e pubblici sono possibili diverse combinazioni di fonti di calore:
Un centro energetico trigenerativo può essere progettato e costruito tenendo conto delle esigenze di energia elettrica, oppure può essere basato sul consumo di freddo dell'oggetto. A seconda di quale tra questi sia il criterio determinante per il consumatore. Nel primo caso, il recupero del calore residuo nell'ABHM potrebbe non essere completo, mentre nel secondo caso si può assistere a limitazioni nella propria generazione di energia elettrica (il supplemento è ottenuto acquistando elettricità dalla rete esterna).
Dove conviene la trigenerazione
L'area di applicazione della tecnologia è molto ampia: la trigenerazione può integrarsi altrettanto bene nella concezione di uno spazio pubblico (per esempio, un grande centro commerciale o un edificio aeroportuale) quanto nell'infrastruttura energetica di un'impresa industriale. La fattibilità di tali progetti e la loro produttività dipendono fortemente dalle condizioni locali, sia economiche che climatiche, e per le aziende industriali anche dai costi dei prodotti realizzati.
Il primo e più importante criterio è la necessità di freddo. L'applicazione più comune al giorno d'oggi è la climatizzazione degli edifici pubblici. Questi possono essere centri business, edifici amministrativi, complessi ospedalieri e alberghieri, strutture sportive, centri commerciali e di intrattenimento e parchi acquatici, musei e padiglioni espositivi, edifici aeroportuali: insomma, tutti gli oggetti in cui si trova un gran numero di persone e dove per creare un microclima confortevole è necessaria un sistema di climatizzazione centralizzata.
L'applicazione dell'ABHM è più giustificata per oggetti di dimensioni comprese tra 20.000 e 30.000 mq (centri direzionali di medie dimensioni) e per oggetti giganti di diverse centinaia di migliaia di metri quadrati e anche di più (complessi commerciali e ricreativi e aeroporti).
Tuttavia, per tali oggetti deve esserci richiesta non solo di freddo ed energia elettrica, ma anche di riscaldamento. Inoltre, il riscaldamento non riguarda solo il riscaldamento degli ambienti in inverno, ma anche la fornitura continua di acqua calda per le esigenze del GVS. Maggiore è l'uso delle capacità del centro energetico di trigenerazione, maggiore è la sua efficienza.
In tutto il mondo ci sono molti esempi di applicazione della trigenerazione nel settore alberghiero, nella costruzione e modernizzazione degli aeroporti, nelle istituzioni educative, nei complessi business e amministrativi, nei centri di elaborazione dati, e non mancano esempi nell'industria — tessile, metallurgica, alimentare, chimica, della cellulosa e della carta, dell'ingegneria meccanica, ecc.
Come esempio, citerò uno degli oggetti per cui nella società «» è stata sviluppata la concezione del centro energetico di trigenerazione.
Con un fabbisogno di energia elettrica in un'impresa industriale di circa 4 MW (generati da due gruppi elettrogeni a gas (GPA)), è necessario un approvvigionamento di freddo a livello di 2,1 MW.
Il freddo è generato da una macchina frigorifera ad assorbimento a bromuro di litio, che funziona con i gas di scarico dei GPA. In questo caso, un GPA copre completamente il fabbisogno di calore dell'ABHM. Pertanto, anche con solo un GPA in funzione, l'impianto è sempre garantito del necessario quantitativo di freddo. Inoltre, quando entrambi i gruppi elettrogeni a gas sono fuori servizio, l'ABHM mantiene la capacità di generare calore e freddo, poiché ha una fonte di calore di riserva — gas naturale.
Centro energetico di trigenerazione
A seconda delle esigenze del consumatore, della sua categoria e dei requisiti di riserva, lo schema di trigenerazione (rappresentato nell'immagine sottostante) può essere molto complesso e può includere caldaie energetiche e idrauliche, caldaie di recupero, turbine a vapore o a gas, un'adeguata preparazione dell'acqua, ecc.
Tuttavia, per oggetti relativamente piccoli, la principale centrale di generazione è solitamente una turbina a gas o un impianto a pistoni (a gas o diesel) di potenza elettrica relativamente ridotta (1-6 MW). Questi producono energia elettrica e calore di scarto e acqua calda, riutilizzati nell'ABHM. Questo è un insieme minimo e sufficiente di attrezzature di base.
Sì, qui non si può fare a meno dei sistemi ausiliari: torre di raffreddamento, pompe, impianto di trattamento dei reagenti per stabilizzare le acque reflue, sistema di automazione e gestione elettrica, che consente di utilizzare l'energia generata per i propri bisogni.
Nella maggior parte dei casi, il centro di trigenerazione è un edificio indipendente, oppure blocchi di tipo container o una combinazione di queste soluzioni, poiché i requisiti per il posizionamento delle attrezzature di generazione di elettricità e calore variano leggermente.
Le attrezzature per la generazione di energia elettrica sono abbastanza standardizzate, a differenza dell'ABHM, sebbene siano tecnicamente più complesse. I tempi di produzione possono variare da 6 a 12 mesi e oltre.
Il tempo medio di produzione dell'ABHM è di 3-6 mesi (a seconda della capacità frigorifera e del numero e dei tipi di fonti di riscaldamento).
In generale, la produzione di attrezzature ausiliarie non supererà gli stessi tempi, quindi la durata complessiva dell'implementazione del progetto di costruzione del centro di trigenerazione è in media di 1,5 anni.
Risultato
Innanzitutto, il centro di trigenerazione permetterà di ridurre il numero di fornitori di energia a uno solo: il fornitore di gas. Escludendo l'acquisto di energia elettrica e calore, si possono, prima di tutto, escludere i rischi associati all'interruzione dell'approvvigionamento energetico.
L'uso del calore con «energia in eccesso» relativamente economica riduce il costo dell'energia elettrica e del calore prodotto rispetto al loro acquisto. E il caricamento continuo delle capacità di generazione di calore (in inverno per il riscaldamento, in estate per la climatizzazione e le esigenze tecnologiche) consente di garantire la massima efficienza. Ovviamente, come per altri progetti, la condizione principale è lo sviluppo di un concetto adeguato e la sua valutazione tecnico-economica.
Tra i vantaggi aggiuntivi c'è l'ecologicità. Utilizzando i gas di scarico per generare energia utile, riduciamo le emissioni nell'atmosfera. Inoltre, a differenza delle tecnologie tradizionali di produzione di freddo, che utilizzano ammoniaca e freon come refrigeranti, ABHM utilizza acqua come refrigerante, riducendo ulteriormente l'impatto ambientale.
Fonte: habr.com
