Rispetto ai paesi europei, dove oggi quasi il 30% della produzione energetica proviene da impianti di generazione distribuita, in Russia la quota di energia distribuita non supera, secondo varie stime, il 5-10%. Discutiamo se ci siano possibilità per la Russia di recuperare i trend globali e se i consumatori abbiano motivazioni per spostarsi verso un approvvigionamento energetico indipendente.
Oltre ai numeri. Trova le differenze
Le differenze tra i sistemi 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 dal punto di vista economico. Lo sviluppo della generazione distribuita nel nostro Paese ha avuto motivazioni leggermente diverse rispetto a quelle che hanno guidato questo processo in Europa, dove si cercava di compensare la mancanza di fonti di combustibile tradizionali coinvolgendo nel bilancio energetico fonti di energia alternative (inclusi i risorsi energetici secondari). In Russia, invece, la questione della riduzione dei costi per l'acquisto di risorse energetiche per i consumatori, in un contesto di economia pianificata e di formazione centralizzata delle tariffe, ha avuto per lungo tempo una rilevanza significativamente minore; pertanto, si è pensato alla generazione elettrica autonoma principalmente nei casi in cui l'azienda fosse un consumatore particolarmente grande di energia e, a causa della sua posizione remota, avesse difficoltà a collegarsi alle reti.
Nel settore dell'energia distribuita, gli impianti di generazione propria avevano una potenza piuttosto elevata, compresa tra 10 e 500 MW (e anche oltre), a seconda delle esigenze produttive e per fornire elettricità e calore alle località vicine. Poiché il trasferimento di calore su lunghe distanze comporta sempre significative perdite, sono state attivamente costruite caldaie a acqua calda per le esigenze aziendali e delle città. Inoltre, le fonti di energia proprie, che fossero centrali elettriche o caldaie, venivano realizzate utilizzando gas, olio combustibile o carbone, mentre le tecnologie delle fonti rinnovabili di energia (VIE), ad eccezione delle centrali idroelettriche, e delle risorse energetiche secondarie (VER) venivano utilizzate in casi isolati. Oggi la situazione sta cambiando: stanno progressivamente emergendo impianti di piccola generazione elettrica e, sebbene in misura minore, si stanno integrando fonti di energia alternative nel bilancio energetico.
In Occidente, molto si sta facendo per promuovere la piccola generazione, e recentemente ha guadagnato popolarità il concetto di centrale elettrica virtuale (VЭС). Si tratta di un sistema che riunisce la maggior parte degli attori del mercato della generazione elettrica — i produttori (da piccoli generatori domestici a centrali di cogenerazione) e i consumatori (da abitazioni a grandi imprese industriali). La VЭС regola il consumo di energia, livellando i picchi e ridistribuendo i carichi in tempo reale, utilizzando tutte le capacità disponibili del sistema. Tuttavia, tale evoluzione non è possibile senza uno stimolo da parte del governo per il mercato della generazione distribuita e senza le necessarie modifiche legislative.
In Russia, amid fierce competition and the monopoly of centralized power supply, the sale of surplus electricity to the external network remains a challenging task in terms of organization and cost, although it is solvable. Therefore, currently, the chances for distributed energy facilities to become full-fledged market participants among large suppliers are extremely low.
Tuttavia, lo sviluppo della generazione autonoma è sicuramente in voga oggi. Il principale fattore della sua crescita è l'affidabilità dell'approvvigionamento energetico. La dipendenza dalle aziende di generazione e dalle reti aumenta i rischi per i produttori. La maggior parte dei grandi impianti di generazione in Russia è stata costruita ancora ai tempi dell'URSS, e la loro considerevole età si fa sentire. Per il consumatore industriale, l'interruzione dell'approvvigionamento energetico a causa di un guasto rappresenta un rischio di fermo produzione e perdite evidenti. Quando al desiderio di ridurre i rischi si uniscono motivazioni economiche (definite principalmente dalla politica tariffaria del fornitore regionale) e possibilità d'investimento, la generazione autonoma si giustifica al 100%, e sempre più aziende industriali oggi sono pronte (o considerano questa possibilità) a intraprendere questo percorso.
Pertanto, le prospettive di sviluppo della generazione elettrica distribuita "per uso proprio" in Russia sono piuttosto alte.
Generazione autonoma. A chi conviene
L'economia di ciascun progetto è strettamente individuale e determinate da molti fattori. Se si cerca di generalizzare al massimo, nelle regioni con una maggiore concentrazione di capacità generativa e stabilimenti industriali, dove le tariffe per l'elettricità e il riscaldamento sono più alte, la generazione elettrica autonoma rappresenta un'opportunità oggettiva per ridurre significativamente i costi di acquisto delle risorse energetiche.
A questo si aggiungono le regioni difficili da raggiungere e poco popolate, con un'infrastruttura di rete elettrica poco sviluppata o addirittura assente, dove senza dubbio si registrano le tariffe più elevate per l'elettricità.
Nelle regioni con meno consumatori e fornitori di elettricità, e in cui una parte significativa dell'elettricità prodotta proviene da centrali idroelettriche, le tariffe sono notevolmente più basse, e l'economia di tali progetti industriali non è sempre vantaggiosa. Tuttavia, per le aziende di singoli settori che hanno la possibilità di utilizzare combustibili alternativi, come i rifiuti di produzione, la generazione autonoma può essere una soluzione eccellente. Nella figura sottostante – una centrale termoelettrica a rifiuti di un'azienda di lavorazione del legno.
Se parliamo di generazione per usi pubblici, edifici pubblici e infrastrutture commerciali e sociali, fino a poco tempo fa l'economia di tali progetti era in gran parte determinata dal livello di sviluppo delle infrastrutture energetiche della regione e, non meno importante, dal costo della connessione tecnologica dei consumatori di energia elettrica. Con lo sviluppo delle tecnologie di trigenerazione, tali limitazioni hanno di fatto smesso di essere determinanti, e il calore residuo o generato durante il periodo estivo è diventato utilizzabile per scopi di condizionamento, il che ha notevolmente aumentato l'efficienza dei centri energetici.
Trigenerazione: energia elettrica, calore e freddo per l'impianto
La trigenerazione è un settore piuttosto autonomo nello sviluppo della piccola energia. Si distingue per l'individualismo, poiché si concentra sulla soddisfazione delle esigenze energetiche specifiche di un determinato impianto.
Il primo progetto con la concezione della trigenerazione è stato sviluppato nel 1998 grazie agli sforzi congiunti del Ministero dell'Energia degli Stati Uniti, del laboratorio nazionale ORNL e del produttore di macchine frigorifere ad assorbimento BROAD, e 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 produrre freddo e caldo in base alle esigenze dell'oggetto. L'uso di caldaie tradizionali, come nella cogenerazione, non è una condizione obbligatoria in questo schema.
Oltre al tradizionale calore e elettricità, la trigenerazione fornisce la produzione di freddo nelle macchine frigorifere ad assorbimento (sotto forma di acqua refrigerata) per esigenze tecnologiche o per la climatizzazione degli ambienti. Il processo di produzione di elettricità si verifica, in un modo o nell'altro, con grandi perdite di energia termica (ad esempio, con i gas di scarico delle macchine generatori).
Coinvolgere questo calore nel processo di ottenimento del freddo, da un lato, minimizza le perdite, aumentando l'efficienza finale del ciclo, e dall'altro, consente di ridurre il consumo di energia dell'impianto rispetto alle tecnologie tradizionali di produzione di freddo che utilizzano macchine frigorifere a compressione di vapore.
La possibilità di lavorare su diverse fonti di calore (acqua calda, vapore, gas di scarico da impianti di generazione, caldaie e forni, così come carburanti (gas naturale, gasolio, ecc.) permette di utilizzare le A.B.C.M. su una gamma estremamente ampia di impianti, impiegando precisamente la risorsa disponibile presso l'azienda.
Ad esempio, nell'industria si può utilizzare il calore di scarto:
E negli impianti di pubblica utilità, in edifici commerciali e pubblici, sono possibili varie combinazioni di fonti di calore:
Un impianto di trigenerazione può essere progettato sia in base alle esigenze di energia elettrica sia basandosi sul consumo di calore dell'oggetto. Dipende da quale dei due criteri è considerato più rilevante per il consumatore. Nel primo caso, il recupero del calore residuo in un A.B.C.M. potrebbe non essere completo, mentre nel secondo caso potrebbero esserci limitazioni sulla propria energia elettrica generata (il reintegro avviene attraverso l'acquisto di elettricità dalla rete esterna).
Dove è vantaggiosa la trigenerazione
L'ambito di applicazione della tecnologia è molto ampio: la trigenerazione può integrarsi egualmente bene sia nel concetto di uno spazio pubblico (ad esempio, un grande centro commerciale o un aeroporto), sia nell'infrastruttura energetica di un'azienda industriale. La fattibilità di implementazione di tali progetti e la loro produttività dipendono fortemente dalle condizioni locali, sia economiche che climatiche, e per le aziende industriali, anche dai costi del prodotto finito.
Il primo e più importante criterio è la necessità di raffreddamento. Oggi, l'applicazione più comune è il condizionamento degli edifici pubblici. Questi possono essere centri direzionali, edifici amministrativi, complessi ospedalieri e alberghieri, impianti sportivi, centri commerciali e acquapark, musei e padiglioni espositivi, edifici aeroportuali e, in generale, tutte quelle strutture dove si trovano contemporaneamente molte persone e dove è necessaria un sistema di condizionamento centralizzato per creare un microclima confortevole.
L'uso di AБХМ è particolarmente giustificato per tali strutture con superfici a partire da 20-30 mila mq (centri direzionali di dimensioni medie) fino a giganteschi edifici di diverse centinaia di migliaia di metri quadrati o anche di più (centri commerciali e aeroporti).
Ma in tali strutture la domanda non deve riguardare solo il raffreddamento e l'elettricità, ma anche il riscaldamento. Inoltre, il riscaldamento non si limita solamente al riscaldamento degli spazi in inverno, ma comprende anche la fornitura continua di acqua calda per il fabbisogno sanitario. Maggiore è il sfruttamento delle potenzialità di un centro energetico a trigenerazione, più alta è la sua efficienza.
In tutto il mondo ci sono numerosi esempi di applicazione della trigenerazione nel settore alberghiero, nella costruzione e modernizzazione di aeroporti, nelle istituzioni educative, nei complessi aziendali e amministrativi, nei centri di elaborazione dati, e molti esempi sono presenti anche nell'industria – tessile, metallurgica, alimentare, chimica, cartaria, ingegneria meccanica, ecc.
A titolo di esempio, cito una delle strutture per le quali in azienda «» è stata sviluppata la concezione di un centro energetico a trigenerazione.
Con una necessità di energia elettrica in un'industria di circa 4 MW (prodotta da due impianti di cogenerazione a gas), è richiesto un raffreddamento di livello 2,1 MW.
Il freddo è generato da una macchina frigorifera ad assorbimento a base di bromuro di litio, alimentata dai gas di scarico del generatore di gas naturale. In questo modo, un singolo generatore copre interamente il 100% del fabbisogno termico dell'ABHM. Pertanto, anche con un solo generatore in funzione, l'impianto è sempre garantito di ricevere la quantità necessaria di freddo. Inoltre, anche in caso di inattività di entrambi i motori a gas, l'ABHM mantiene la capacità di generare calore e freddo, grazie alla sua fonte di calore di riserva: il gas naturale.
Centrale trigenerativa
A seconda delle esigenze del consumatore, della sua categoria e dei requisiti di riserva, lo schema di trigenerazione (presentato nell'immagine sottostante) può essere molto complesso e può includere caldaie energetiche e per il riscaldamento dell'acqua, caldaie di recupero, turbine a vapore o a gas, un sistema completo di trattamento dell'acqua, ecc.
Per oggetti relativamente piccoli, una turbina a gas o un'installazione a pistoni (a gas o diesel) di potenza elettrica relativamente bassa (1-6 MW) è solitamente la principale fonte di generazione. Queste producono energia elettrica e calore di scarto e acqua calda, riutilizzati nell'ABHM. Questo è l'insieme minimo e sufficiente di attrezzature principali.
Sì, non si può fare a meno dei sistemi ausiliari: torre di raffreddamento, pompe, impianto di trattamento chimico dell'acqua di riciclo per la sua stabilizzazione, sistema di automazione e gestione dell'energia elettrica, che consente di utilizzare l'elettricità generata per i propri fabbisogni.
Nella maggior parte dei casi, un centro di trigenerazione è un edificio a sé stante, oppure blocchi in formato container, o una combinazione di queste soluzioni, poiché i requisiti per il posizionamento dell'attrezzatura per la generazione di energia elettrica e termica differiscono in parte.
Le attrezzature di generazione elettrica sono abbastanza standardizzate, a differenza dell'ABHM, sebbene tecnicamente più complesse. I tempi di produzione possono variare da 6 a 12 mesi e anche oltre.
Il tempo medio di produzione del sistema ABBM è di 3-6 mesi (a seconda della potenza frigorifera, del numero e dei tipi di fonti di calore).
In generale, la produzione di attrezzature ausiliarie non supera questi tempi, quindi la durata totale per la realizzazione del progetto di costruzione di un centro di cogenerazione è in media di 1,5 anni.
Risultato
In primo luogo, il centro di cogenerazione ridurrà il numero di fornitori di energia a uno solo – il fornitore di gas. Escludendo l'acquisto di energia elettrica e calore, si possono, in primo luogo, eliminare i rischi legati alle interruzioni dell'approvvigionamento energetico.
L'uso del calore con l'energia 'in eccesso' relativamente economica riduce il costo dell'elettricità e del calore prodotti rispetto al loro acquisto. Inoltre, il caricamento continuo delle capacità generative per il calore (in inverno per il riscaldamento, in estate per il condizionamento e le esigenze tecnologiche) consente di garantire la massima efficienza. Naturalmente, come per altri progetti, la condizione principale è lo sviluppo di un concetto adeguato e la sua giustificazione tecnico-economica.
Un ulteriore vantaggio è l'ecologicità. Utilizzando i gas di scarico per produrre energia utile, riduciamo le emissioni in atmosfera. Inoltre, a differenza delle tecnologie tradizionali di produzione di freddo, dove gli agenti refrigeranti sono ammoniaca e freon, l'ABHM utilizza acqua come refrigerante, riducendo così al minimo l'impatto ambientale.
Fonte: habr.com
