Trigeneration: חלופה לאספקת אנרגיה ריכוזית

בהשוואה למדינות אירופה, בהן מתקני ייצור מבוזר מהווים כיום כמעט 30% מכלל התפוקה, ברוסיה, לפי הערכות שונות, חלקה של האנרגיה המבוזרת כיום הוא לא יותר מ-5-10%. בואו נדבר על האם הרוסי אנרגיה מבוזרת להתעדכן במגמות העולמיות, ולצרכנים יש מוטיבציה להתקדם לקראת אספקת אנרגיה עצמאית.  

מקור

חוץ מהמספרים. מצא הבדלים

ההבדלים בין מערכת ייצור החשמל המבוזר ברוסיה ובאירופה כיום אינם מוגבלים למספרים – למעשה, מדובר בדגמים שונים לחלוטין הן במבנה והן מבחינה כלכלית. לפיתוח הייצור המבוזר בארצנו היו מניעים שונים במקצת מאלה שהפכו לכוח המניע העיקרי של תהליך דומה באירופה, שביקש לפצות על המחסור בדלקים מסורתיים על ידי שילוב מקורות אנרגיה חלופיים (כולל משאבי אנרגיה משניים) במדינה. איזון אנרגיה. ברוסיה, הנושא של הפחתת עלות רכישת משאבי האנרגיה לצרכנים בכלכלה מתוכננת וקביעת תעריפים ריכוזית במשך זמן רב היה הרבה פחות רלוונטי, לכן, אנשים חשבו על ייצור החשמל שלהם בעיקר במקרים שבהם המיזם היה צרכן גדול במיוחד של אנרגיה, ובשל ריחוקו, נתקל בקשיים בחיבור לרשתות.

בסטנדרטים של אנרגיה מבוזרת, למתקני ייצור עצמי היה הספק גבוה למדי - מ-10 עד 500 מגוואט (ואפילו יותר) - בהתאם לצרכי הייצור ועל מנת לספק לישובים הסמוכים חשמל וחום. מכיוון שהעברת חום על פני מרחקים קשורה תמיד להפסדים משמעותיים, הייתה בנייה פעילה של בתי דודי מים חמים לצרכים הפרטיים של ארגונים וערים. בנוסף, מקורות האנרגיה שלנו, בין אם זה תחנות כוח תרמיות או בתי דוודים, נבנו על גז, מזוט או פחם, וטכנולוגיות RES (מקורות אנרגיה מתחדשים), למעט תחנות כוח הידרואלקטריות, ו-SER (משאבי אנרגיה משניים). ) שימשו במקרים בודדים. כעת התמונה משתנה: מתקני ייצור חשמל בקנה מידה קטן מופיעים בהדרגה, ומקורות אנרגיה חלופיים מעורבים במאזן האנרגיה, אם כי במידה פחותה.

במערב עושים הרבה כדי לפתח ייצור בקנה מידה קטן, ולאחרונה התפשט הרעיון של תחנת כוח וירטואלית (WPP). מדובר במערכת המאגדת את רוב השחקנים בשוק ייצור החשמל - יצרנים (מגנרטורים פרטיים קטנים ועד תחנות קוגנרציה) וצרכנים (מבנייני מגורים ועד למפעלי תעשייה גדולים). חוות הרוח מווסתת את צריכת האנרגיה, מחליקה פסגות וחלוקת עומסים מחדש בזמן אמת, תוך שימוש בכל כוח המערכת הזמין לכך. אבל התפתחות כזו בלתי אפשרית ללא גירוי של שוק הייצור המבוזר על ידי המדינה וללא שינויים מקבילים בחקיקה. 

ברוסיה, בתנאים של תחרות עזה ומונופול של אספקת חשמל ריכוזית, מכירת החשמל העודף המיוצר לרשת החיצונית נותרה, אם כי ניתנת לפתרון, משימה שהיא רחוקה מלהיות פשוטה מנקודת מבט של ארגון ועלות התהליך. . לכן, נכון להיום, הסיכוי של מתקני אנרגיה מבוזרת להפוך למשתתף שוק מן המניין בקרב ספקים גדולים קטן ביותר.

עם זאת, התפתחות הדור הפנימי היא בהחלט במגמה כיום. הגורם העיקרי לצמיחתו הוא אמינות אספקת האנרגיה. תלות בחברות ייצור ורשת מגדילה את הסיכונים של היצרנים. רוב מתקני הדור הגדולים ברוסיה נבנו בתקופת ברית המועצות, וגילם הנכבד מורגש. עבור צרכן תעשייתי, אובדן אספקת חשמל עקב תאונה פירושו סיכון של השבתת ייצור והפסדים ברורים. אם הרצון לצמצם סיכונים מלווה במניעים כלכליים (שנקבעים בעיקר על ידי מדיניות התעריפים של הספק האזורי) והזדמנויות השקעה, אז ייצור עצמי מוצדק ב-100%, ויותר ויותר מפעלים תעשייתיים היום מוכנים (או שוקלים הזדמנות כזו) ללכת בדרך זו.

לכן, סיכויי הפיתוח של ייצור חשמל מבוזר "לצרכים של האדם" ברוסיה גבוהים למדי.

דור משלו. מי מרוויח מזה?

הכלכלה של כל פרויקט היא אינדיבידואלית לחלוטין ונקבעת על ידי גורמים רבים. אם ננסה להכליל ככל האפשר, אז באזורים עם ריכוז גדול יותר של יכולות ייצור ומפעלים תעשייתיים, תעריפים גבוהים יותר עבור חשמל וחום, ייצור חשמל עצמי הוא סיכוי אובייקטיבי להוזיל משמעותית את עלות רכישת משאבי האנרגיה.

זה כולל גם אזורים שקשה להגיע אליהם ומאוכלסים בדלילות עם תשתית רשת חשמל לא מפותחת או לא קיימת, שבהם, כמובן, תעריפי החשמל הם הגבוהים ביותר.

באזורים שבהם יש פחות צרכנים וספקי חשמל, וחלק גדול יותר מהחשמל המופק מגיע מתחנות כוח הידרואלקטריות, התעריפים נמוכים באופן ניכר, והכלכלה של פרויקטים כאלה בתעשייה לא תמיד מועילה. עם זאת, עבור ארגונים בתעשיות מסוימות שיש להם הזדמנות להשתמש בדלק חלופי, למשל, פסולת תעשייתית, הדור שלהם יכול להיות פתרון מצוין. אז, באיור למטה יש תחנת כוח תרמית המשתמשת בפסולת ממפעל עיבוד עץ.

אם אנחנו מדברים על ייצור לצורכי שירות, מבני ציבור ותשתיות מסחריות וחברתיות, אז עד לאחרונה, הכלכלה של פרויקטים כאלה נקבעה במידה רבה על פי רמת הפיתוח של תשתית האנרגיה באזור, ובמידה לא פחותה, על ידי העלות. של חיבור טכנולוגי של צרכני חשמל. עם התפתחותן של טכנולוגיות משולש, הגבלות כאלה למעשה הפסיקו להיות מכריעות, ותוצרי לוואי או חום שנוצר בקיץ התאפשרו לשימוש לצרכי מיזוג אוויר, מה שהגדיל מאוד את היעילות של מרכזי האנרגיה.

Trigeneration: חשמל, חום וקור לאובייקט

Trigeneration הוא כיוון עצמאי למדי בפיתוח אנרגיה בקנה מידה קטן. הוא נבדל על ידי אינדיבידואליזם, מכיוון שהוא מתמקד במתן מענה לצרכים של אובייקט ספציפי למשאבי אנרגיה.

הפרויקט הראשון עם קונספט הטרי-גנרציה פותח בשנת 1998 על ידי מאמץ משותף של משרד האנרגיה האמריקאי, המעבדה הלאומית ORNL ויצרנית מכונות הקירור לספיגת ליתיום ברומיד BROAD ויושם בארה"ב בשנת 2001. הטריגנציה מבוססת על שימוש במכונות קירור ספיגה, המשתמשות בחום כמקור האנרגיה העיקרי ומאפשרות הפקת קור וחום בהתאם לצרכי המתקן. יחד עם זאת, השימוש בדוודים קונבנציונליים, כמו בקוגנרציה, אינו תנאי מוקדם בתכנית כזו.

בנוסף לחום וחשמל מסורתיים, טריגנרציה מבטיחה ייצור של קור ב-ABCM (בצורת מים צוננים) לצרכים טכנולוגיים או למיזוג אוויר. תהליך הפקת חשמל בדרך זו או אחרת מתרחש עם הפסדים גדולים של אנרגיה תרמית (למשל, עם גזי הפליטה של ​​מכונות גנרטור).

שילוב החום הזה בתהליך הפקת קור, ראשית, ממזער הפסדים, מגדיל את היעילות הסופית של המחזור, ושנית, הוא מאפשר להפחית את צריכת האנרגיה של המתקן בהשוואה לטכנולוגיות ייצור קור מסורתיות באמצעות מכונות קירור דחיסת אדים.

היכולת לעבוד על מקורות חום שונים (מים חמים, קיטור, גזי פליטה ממערכות גנרטורים, דוודים ותנורים, כמו גם דלק (גז טבעי, סולר וכו') מאפשרת שימוש ב-ABHM במתקנים שונים לחלוטין, תוך שימוש בדיוק המשאב העומד לרשות הארגון.

לפיכך, ניתן להשתמש בחום פסולת בתעשייה:

ובמתקנים עירוניים, מבני מסחר וציבור, שילובים שונים של מקורות חום אפשריים:

ניתן לחשב ולבנות מרכז אנרגיה משולש בהתאם לצרכי החשמל, או להתבסס על צריכת הקירור של המתקן. תלוי איזה מהאמור לעיל הוא הקריטריון הקובע עבור הצרכן. במקרה הראשון, יתכן שחזור החום הפסולת ב-ABHM לא יהיה שלם, ובמקרה השני, תיתכן הגבלה על החשמל המיוצר שלו (ההשלמה מתבצעת על ידי רכישת חשמל מהרשת החיצונית).

היכן מועיל טריגנציה?

טווח היישום של הטכנולוגיה הוא רחב מאוד: טריגנרציה יכולה להשתלב באותה מידה בתפיסה של מרחב ציבורי כלשהו (למשל, מרכז קניות גדול או בניין נמל תעופה) ובתשתית האנרגיה של מפעל תעשייתי. כדאיות יישום פרויקטים כאלה והפרודוקטיביות שלהם תלויים מאוד בתנאים המקומיים, הן כלכליים והן אקלימיים, ועבור מפעלים תעשייתיים גם בעלות המוצרים.

הקריטריון הראשון והחשוב ביותר הוא הצורך בקור. היישום הנפוץ ביותר שלו כיום הוא מיזוג אוויר של מבני ציבור. אלה יכולים להיות מרכזי עסקים, מבנים מנהליים, מתחמי בתי חולים ומלונאות, מתקני ספורט, מרכזי קניות ובידור ופארקי מים, מוזיאונים וביתני תערוכות, מבני שדות תעופה - במילה אחת, כולם חפצים שבהם אנשים רבים נמצאים בו זמנית, שבהם כדי ליצור מיקרו אקלים נוח נדרשת מערכת מיזוג אוויר מרכזית.

השימוש המוצדק ביותר ב-ABHM הוא עבור חפצים כאלה בשטח של 20-30 אלף מטרים רבועים. מ' (מרכז עסקים בינוני) וכלה בחפצים ענקיים של כמה מאות אלפי מטרים רבועים ואף יותר (מתחמי קניות ובילוי ושדות תעופה).

אבל במתקנים כאלה חייב להיות ביקוש לא רק לקור וחשמל, אלא גם לאספקת חום. יתר על כן, אספקת חום היא לא רק חימום של מתחמים בחורף, אלא גם אספקת מים חמים לאורך כל השנה למתקן לצרכי מים חמים ביתיים. ככל שמשתמשים ביכולותיו של מרכז אנרגיה משולש בצורה מלאה יותר, כך יעילותו גבוהה יותר.

בכל העולם ישנן דוגמאות רבות לשימוש בטריגנרציה בתעשיית המלונאות, בנייה ומודרניזציה של שדות תעופה, מוסדות חינוך, מתחמים עסקיים ומנהליים, מרכזי נתונים, ודוגמאות רבות בתעשייה - טקסטיל, מתכות, מזון, כימיקלים, עיסת. ונייר, הנדסה וכו' .פ.

כדוגמה, אתן את אחד מהאובייקטים שעבורם החברה "מהנדס ראשון» פיתח את הרעיון של מרכז אנרגיה משולש.

אם הביקוש לאנרגיה חשמלית במפעל תעשייתי הוא כ-4 MW (המופק על ידי שתי יחידות בוכנת גז (GPU)), נדרשת אספקת קירור של 2,1 MW.

הקור נוצר על ידי מכונת קירור ליתיום ברומיד ספיגה אחת הפועלת על גזי הפליטה של ​​יחידת טורבינת הגז. במקביל, GPU אחד מכסה לחלוטין 100% מדרישת החום של ה-ABHM. לפיכך, גם כאשר GPU אחד פועל, המפעל מסופק תמיד בכמות הקור הדרושה. בנוסף, כאשר שתי יחידות בוכנת הגז יוצאות מפעילות, ה-ABKhM שומר על יכולת הפקת חום וקור, שכן יש לה מקור חום גיבוי - גז טבעי.

מרכז אנרגיה טריגנרציה

בהתאם לצרכי הצרכן, הקטגוריה שלו ודרישות היתירות שלו, ערכת הטרי-גנרציה (המוצגת באיור למטה) יכולה להיות מורכבת מאוד ועשויה לכלול דודי אנרגיה ומים חמים, דודי חום פסולת, קיטור או טורבינות גז, טיפול מלא במים, וכו '

אבל עבור מתקנים קטנים יחסית, יחידת הייצור הראשית היא בדרך כלל יחידת טורבינת גז או בוכנה (גז או דיזל) עם הספק חשמלי נמוך יחסית (1-6 MW). הם מייצרים חשמל וחום פסולת מפליטות ומים חמים, אשר ממוחזרים ב-ABHM. זהו סט מינימלי ומספיק של ציוד בסיסי.

כן, אתה לא יכול להסתדר בלי מערכות עזר: מגדל קירור, משאבות, תחנת טיפול מגיב להזרים מים לייצוב, מערכת אוטומציה וציוד חשמלי המאפשר לך להשתמש בחשמל המופק לצרכים שלך.

ברוב המקרים, מרכז טריגנרציה הוא בניין נפרד, או יחידות מכולות, או שילוב של פתרונות אלו, שכן הדרישות להצבת ציוד חשמל וחום שונות במקצת.

ציוד לייצור חשמל הוא די סטנדרטי, בניגוד ל-ABHM, אם כי מורכב יותר מבחינה טכנית. זמן הייצור שלו יכול לנוע בין 6 ל-12 חודשים ואף יותר.

זמן הייצור הממוצע של ABHM הוא 3-6 חודשים (בהתאם לכושר הקירור, מספר וסוגי מקורות החימום).

ככלל, ייצור ציוד עזר לא יעלה על אותה מסגרת זמן, ולכן משך הזמן הכולל של הפרויקט להקמת מרכז אנרגיה משולש הוא בממוצע 1,5 שנים.

תוצאה

ראשית, מרכז הטריגנציה יצמצם את מספר ספקי האנרגיה לאחד - ספק הגז. על ידי ביטול רכישת חשמל וחום, אתה יכול, קודם כל, לבטל את כל הסיכונים הקשורים להפרעות באספקת האנרגיה.

תפעול חום באמצעות "עודפי אנרגיה" זול יחסית, מפחית את עלות החשמל והחום המופקים בהשוואה לרכישתו. והעמסת כושר חימום לאורך כל השנה (בחורף לחימום, בקיץ לצרכים טכנולוגיים למיזוג אוויר) מאפשרת יעילות מרבית. כמובן שבאשר לפרויקטים אחרים, התנאי העיקרי הוא פיתוח הקונספט הנכון ובדיקת היתכנות שלו.

יתרון נוסף הוא ידידותיות לסביבה. על ידי שימוש בגזי פליטה להפקת אנרגיה שימושית, אנו מפחיתים פליטות לאטמוספירה. בנוסף, בניגוד לטכנולוגיות המסורתיות לייצור קור, שבהן חומרי הקירור הם אמוניה ופריאונים, ABKhM משתמשת במים כחומר קירור, מה שגם מפחית את העומס הסביבתי למינימום.

מקור: www.habr.com