W porównaniu z krajami Europy, gdzie obiekty rozproszonej produkcji energii odpowiadają dziś za prawie 30% całkowitej produkcji, w Rosji według różnych ocen udział rozproszonej energetyki wynosi dziś nie więcej niż 5-10%. Porozmawiajmy o tym, czy rosyjska ma szansę dogonić światowe trendy, a konsumenci mają motywację, aby dążyć do niezależnego zaopatrzenia w energię.
Oprócz liczb. Znajdź różnice
Różnice między systemem rozproszonej produkcji energii elektrycznej w Rosji a Europą na dziś nie ograniczają się do liczb — w zasadzie są to całkowicie różne modele zarówno pod względem struktury, jak i ekonomii. Rozwój rozproszonej produkcji w naszym kraju miał motywy, które różniły się nieco od tych, które stały się główną siłą napędową tego procesu w Europie, dążącej do zrekompensowania braku tradycyjnych źródeł paliwa przez włączenie do bilansu energetycznego alternatywnych źródeł energii (w tym wtórnych źródeł energii). W Rosji natomiast kwestia obniżenia kosztów zakupu zasobów energetycznych dla konsumentów w warunkach planowej gospodarki i scentralizowanego ustalania taryf przez długi czas miała znacznie mniejsze znaczenie, dlatego o własnej produkcji energii myślały głównie te przedsiębiorstwa, które były szczególnie dużymi odbiorcami energii i z powodu swojej odległości miały trudności z podłączeniem do sieci.
Według standardów rozproszonej energetyki, obiekty własnej generacji miały dość wysoką moc — od 10 do 500 MW (a nawet więcej) — w zależności od potrzeb produkcji i w celu zapewnienia najbliższym miejscowościom energii elektrycznej i ciepła. Ponieważ przesył ciepła na większe odległości zawsze wiąże się ze znacznymi stratami, intensywnie budowano kotłownie wodne dla własnych potrzeb przedsiębiorstw i miast. Ponadto, własne źródła energii — czy to ciepłownie, czy kotłownie — były budowane na gazie, oleju opałowym lub węglu, a technologie OZE (odnawialnych źródeł energii), z wyjątkiem elektrowni wodnych, i WEK (wtórnych źródeł energii) stosowano sporadycznie. Obecnie sytuacja się zmienia: stopniowo pojawiają się obiekty małej elektrogeneracji, a do bilansu energetycznego, choć w mniejszym stopniu, włączane są alternatywne źródła energii.
Na Zachodzie wiele robi się dla rozwoju małej generacji, a ostatnio zyskała szeroką popularność koncepcja wirtualnej elektrowni (WE). Jest to system, który łączy większość graczy rynku elektrogeneracji — producentów (od małych generatorów w domach prywatnych po kogeneracyjne stacje) i konsumentów (od domów mieszkalnych po duże przedsiębiorstwa przemysłowe). WE reguluje zużycie energii, wygładzając szczyty i redystrybuując obciążenia w czasie rzeczywistym, wykorzystując wszystkie dostępne moce systemu. Jednak taka ewolucja jest niemożliwa bez wsparcia ze strony państwa dla rynku rozproszonej generacji oraz odpowiednich zmian w przepisach.
W Rosji w warunkach silnej konkurencji i monopolu centralizowanego zaopatrzenia w energię elektryczną sprzedaż nadwyżek produkowanej energii elektrycznej do sieci zewnętrznej, choć wykonalna, pozostaje daleka od prostego zadania z punktu widzenia organizacji i kosztów procesu. Dlatego obecnie szanse na to, aby obiekty rozproszonej energetyki stały się pełnoprawnym uczestnikiem rynku wśród dużych dostawców są znikome.
Niemniej jednak, rozwój własnej generacji energii elektrycznej jest obecnie w trendach. Głównym czynnikiem jej wzrostu jest niezawodność dostaw energii. Zależność od firm generujących i sieciowych zwiększa ryzyko producentów. Większość dużych obiektów generacyjnych w Rosji została zbudowana jeszcze w czasach ZSRR, a ich znaczący wiek daje o sobie znać. Dla przemysłowego odbiorcy przerwanie dostaw energii w wyniku awarii to ryzyko zatrzymania produkcji i oczywiste straty. Jeśli chęci zmniejszenia ryzyka towarzyszą motywy ekonomiczne (głównie określane polityką taryfową regionalnego dostawcy) oraz możliwości inwestycyjne, to własna generacja w pełni się opłaca, a coraz więcej przedsiębiorstw przemysłowych dziś jest gotowych (lub rozważa tę możliwość) podążać tą drogą.
Dlatego perspektywy rozwoju rozproszonej elektrogeneracji 'dla własnych potrzeb' w Rosji są dość wysokie.
Własna generacja. Kto na tym korzysta?
Ekonomia każdego projektu jest ściśle indywidualna i określona przez wiele czynników. Jeśli spróbować uogólniać w maksymalnym stopniu, to w regionach z większym stężeniem mocy generacyjnych i przedsiębiorstw przemysłowych, wyższymi taryfami na energię elektryczną i ciepło, własna elektrogeneracja to obiektywna szansa na znaczne obniżenie kosztów zakupu surowców energetycznych.
Należy tu również uwzględnić trudno dostępne i słabo zaludnione regiony z słabo rozwiniętą lub w ogóle nieobecną infrastrukturą sieci elektrycznych, gdzie niewątpliwie najwyższe są taryfy na energię elektryczną.
W regionach, gdzie jest mniej odbiorców i dostawców energii elektrycznej, a także większy udział produkowanej energii elektrycznej mają elektrownie wodne, taryfy są znacznie niższe, a ekonomika takich projektów w przemyśle nie zawsze jest opłacalna. Jednak dla przedsiębiorstw z określonych branż, które mają możliwość wykorzystania alternatywnego paliwa, na przykład odpadów produkcyjnych, własna generacja może być doskonałym rozwiązaniem. Tak, na poniższym rysunku – ciepłownia na odpadach zakładu przetwórstwa drewna.
Jeśli mówimy o wytwarzaniu energii dla użyteczności publicznej, budynków użyteczności publicznej oraz obiektów infrastruktury komercyjnej i społecznej, to do niedawna ekonomika takich projektów w dużej mierze była zdeterminowana poziomem rozwoju infrastruktury energetycznej regionu i, w nie mniejszym stopniu, kosztami technicznego przyłączenia odbiorców energii elektrycznej. Wraz z rozwojem technologii trigeneracji podobne ograniczenia praktycznie przestały być decydujące, a ciepło odpadowe lub wytwarzane latem zaczęło być wykorzystywane do potrzeb klimatyzacji, co znacząco zwiększyło efektywność źródeł energii.
Trigeneracja: energia elektryczna, ciepło i chłód dla obiektu
Trigeneracja to dość samodzielne kierunek rozwoju małej energetyki. Charakteryzuje się indywidualizmem, ponieważ koncentruje się na zaspokajaniu potrzeb konkretnego obiektu w zakresie zasobów energetycznych.
Pierwszy projekt z koncepcją trigeneracji został opracowany w 1998 roku wspólnymi siłami Departamentu Energii USA, krajowego laboratorium ORNL oraz producenta ABWM (absorpcyjne maszyny chłodnicze bromistolitowe) BROAD i zrealizowany w USA w 2001 roku. Trigeneracja opiera się na zastosowaniu absorpcyjnych maszyn chłodniczych, które jako główne źródło energii wykorzystują ciepło i umożliwiają generowanie chłodu i ciepła w zależności od potrzeb obiektu. Przy tym zastosowanie zwykłych kotłów, jak w kogeneracji, w takim schemacie nie jest warunkiem koniecznym.
Oprócz tradycyjnego ciepła i energii elektrycznej, trigeneracja zapewnia produkcję chłodu w ABWM (w postaci schłodzonej wody) do potrzeb technologicznych lub do klimatyzacji pomieszczeń. Proces wytwarzania energii elektrycznej w takim czy innym przypadku odbywa się z dużymi stratami ciepła (na przykład ze spalin maszyn generatorowych).
Zaangażowanie tego ciepła w proces pozyskiwania chłodu, po pierwsze, minimalizuje straty, zwiększając ostateczną sprawność cyklu, a po drugie, pozwala na zmniejszenie zużycia energii elektrycznej obiektu w porównaniu z tradycyjnymi technologiami wytwarzania chłodu przy użyciu maszyn chłodniczych z parowym cyklem kompresji.
Możliwość pracy na różnych źródłach ciepła (gorąca woda, para wodna, gazy uchodzące z instalacji generatorów, kotłów i pieców, a także paliwa (gaz ziemny, olej napędowy itp.) pozwala na wykorzystanie AБXМ w zupełnie różnych obiektach, angażując zasób, który jest dostępny w przedsiębiorstwie.
W przemyśle można wykorzystać ciepło odpadowe:
W obiektach infrastruktury miejskiej, w budynkach komercyjnych i użyteczności publicznej możliwe są różne kombinacje źródeł ciepła:
Trigenacyjne centrum energii można projektować i budować, opierając się na potrzebach w zakresie energii elektrycznej, lub można się kierować zużyciem chłodu obiektu. Zależy to od tego, co z wymienionych aspektów jest decydującym kryterium dla klienta. W pierwszym przypadku wykorzystanie ciepła odpadowego w AБXМ może być niepełne, a w drugim przypadku mogą wystąpić ograniczenia w zakresie własnej generowanej energii elektrycznej (uzupełnienie następuje poprzez zakup energii elektrycznej z zewnętrznej sieci).
Gdzie trigenacja jest korzystna
Zakres zastosowania technologii jest bardzo szeroki: trigenacja może równie dobrze wpasować się w koncept przestrzeni publicznej (na przykład dużego centrum handlowego lub budynku lotniska), jak i w infrastrukturę energetyczną zakładu przemysłowego. Opłacalność wdrażania takich projektów i ich wydajność silnie zależą od lokalnych warunków, zarówno ekonomicznych, jak i klimatycznych, a dla zakładów przemysłowych dodatkowo od kosztów produkowanej towaru.
Pierwszym i najważniejszym kryterium jest zapotrzebowanie na chłód. Najczęściej jego zastosowaniem dzisiaj jest klimatyzacja obiektów publicznych. Mogą to być zarówno centra biznesowe, jak i budynki administracyjne, zespoły szpitalne i hotele, obiekty sportowe, centra handlowo-rozrywkowe i aquaparki, muzea i pawilony wystawowe, budynki lotnisk - krótko mówiąc, wszystkie obiekty, w których przebywa wiele osób i gdzie do stworzenia komfortowego mikroklimatu wymagana jest centralna klimatyzacja.
Najbardziej uzasadnione jest zastosowanie trójgeneracji dla obiektów o powierzchni od 20-30 tys. m² (średniej wielkości centrum biznesowego) po gigantyczne obiekty o kilku setkach tysięcy metrów kwadratowych i więcej (kompleksy handlowo-rozrywkowe i lotniska).
Jednak w takich obiektach popyt powinien występować nie tylko na chłód i energię elektryczną, ale także na ciepło. Przy czym ciepło to nie tylko ogrzewanie pomieszczeń zimą, ale także całoroczne dostarczanie ciepłej wody do potrzeb GVS. Im pełniej wykorzystywane są możliwości trójgeneracyjnego źródła energii, tym wyższa jego efektywność.
Na całym świecie istnieje wiele przykładów zastosowania trójgeneracji w sektorze hotelowym, budownictwie i modernizacji lotnisk, instytucjach edukacyjnych, kompleksach biurowych i administracyjnych, centrach przetwarzania danych, a także w przemyśle — tekstylnym, metalurgicznym, spożywczym, chemicznym, papierniczym, maszynowym i wielu innych.
Jako przykład podam jeden z obiektów, dla którego w firmie „” opracowywano koncepcję trójgeneracyjnego źródła energii.
Przy zapotrzebowaniu na energię elektryczną na przemysłowym zakładzie w wysokości około 4 MW (wytwarzanych przez dwa gazowe silniki tłokowe (GPT)), potrzebne jest chłodzenie na poziomie 2,1 MW.
Chłód generowany jest przez jedną absorpcyjną maszynę chłodniczą z bromkiem litu, pracującą na spalinach z GPT. Przy tym jedna GPT w pełni zaspokaja 100% potrzeb trójgeneracyjnego źródła energii na ciepło. W ten sposób, nawet przy pracy tylko jednej GPT, zakład zawsze ma zapewnioną niezbędną ilość chłodu. Co więcej, w przypadku awarii obu silników tłokowych, źródło energii na ciepło i chłód nadal działa, ponieważ ma rezerwowe źródło ciepła — gaz ziemny.
Trójgeneracyjne źródło energii
W zależności od potrzeb odbiorcy, jego kategorii oraz wymagań dotyczących rezerwacji, schemat trójgeneracji (przedstawiony na poniższym rysunku) może być bardzo skomplikowany i może obejmować kotły energetyczne i wodne, kotły odzyskujące, turbiny parowe lub gazowe, pełną obróbkę wody itd.
Jednak w przypadku stosunkowo niewielkich obiektów jako główna jednostka wytwórcza zazwyczaj występuje turbogenerator gazowy lub jednostka tłokowa (na gazie lub oleju napędowym) o stosunkowo niewielkiej mocy elektrycznej (1-6 MW). Generują one energię elektryczną oraz ciepło odpadowe w postaci spalin i ciepłej wody, które są wykorzystywane w AWHM. To minimalny i wystarczający zestaw podstawowego wyposażenia.
Tak, nie obejdzie się bez systemów pomocniczych: wieża chłodnicza, pompy, stacja reagencyjna do obróbki wody obiegowej w celu jej stabilizacji, system automatyzacji oraz zarządzanie energią, które umożliwia wykorzystanie generowanej energii elektrycznej na własne potrzeby.
W większości przypadków centrum trigeneracyjne to samodzielny budynek, kontenerowe bloki, lub kombinacja tych rozwiązań, ponieważ wymagania dotyczące umiejscowienia sprzętu elektrycznego i cieplnego różnią się nieco.
Sprzęt elektrogenerujący jest dość znormalizowany, w przeciwieństwie do AWHM, chociaż bardziej skomplikowany technicznie. Czas jego produkcji może wynosić od 6 do 12 miesięcy, a nawet dłużej.
Średni czas produkcji AWHM wynosi 3-6 miesięcy (w zależności od wydajności chłodniczej oraz liczby i typów źródeł grzewczych).
Zazwyczaj produkcja sprzętu pomocniczego nie przekroczy tych samych terminów, dlatego całkowity czas realizacji projektu budowy trigeneracyjnego centrum energetycznego wynosi średnio 1,5 roku.
Wynik
Po pierwsze, centrum trigeneracyjne pozwoli na zmniejszenie liczby dostawców energii do jednego – dostawcy gazu. Wykluczając zakup energii elektrycznej i ciepła, można, przede wszystkim, wyeliminować wszelkie ryzyka związane z przerwami w zasilaniu.
Praca na ciepłe z wykorzystaniem stosunkowo taniej "nadwyżkowej energii" obniża koszty wytwarzania energii elektrycznej i ciepła w porównaniu z jej zakupem. A całoroczne obciążenie mocy wytwórczych ciepła (zimą do ogrzewania, latem – do klimatyzacji i potrzeb technologicznych) pozwala zapewnić maksymalną wydajność. Oczywiście, jak w przypadku innych projektów, podstawowym warunkiem jest opracowanie właściwej koncepcji i jej uzasadnienie techniczno-ekonomiczne.
Dodatkową zaletą jest ekologiczność. Wykorzystując gazy spalinowe do produkcji użytecznej energii, redukujemy emisję do atmosfery. Ponadto, w przeciwieństwie do tradycyjnych technologii wytwarzania chłodu, gdzie czynnikami chłodniczymi są amoniak i freony, ABHM wykorzystuje wodę jako czynnik chłodniczy, co również minimalizuje obciążenie ekologiczne.
Źródło: habr.com
