Что такое когенерация?

Воронцов С. Что такое когенерация? // Бизнес и безопасность. 2002 . №6. C. 25-27



Обезопасить собственный бизнес можно не только при помощи сейфов, сигнализации или систем теленаблюдения. Пораскинув мозгами, можно приобрести нечто, позволяющее достичь значительной экономии денег и, тем самым, повысить конкурентоспособность своей продукции и уровень собственной финансовой безопасности.



Взять, к примеру, оборудование для тепло- и электроснабжения. Тарифы на тепло и электроэнергию росли и растут. В том, что они будут продолжать расти и дальше, сомневаться не приходится. В эти тарифы входит как стоимость топлива, так и стоимость выработки энергии из него, а также затраты на передачу тепла (электричества) на расстояние, услуги разного рода посредников, компенсация потерь при передаче энергии на расстояние и т. д., и т. п. Возникает вопрос: а не лучше ли обеспечивать производство теплом и/или электричеством самостоятельно? Как показывают соответствующие расчеты, это и проще, и дешевле. В будущем мы надеемся поведать читателю о различных способах снижения затрат на отопление и электроснабжение, сегодня же остановимся на наиболее ?радикальном? варианте - приобретении и эксплуатации когенерационных установок.

О чем идет речь

Когенерация - это процесс одновременного производства тепла и электроэнергии. Этот процесс осуществляется при помощи одного устройства, которое представляет собой электрогенераторную установку с поршневым двигателем, оснащенную системой утилизации выделяемого тепла. В качестве горючего могут использоваться природный газ, биогаз (т. е. газ, образующийся при разложении бытового мусора), попутный газ нефтедобычи, пропан-бутановая смесь, коксовый газ, рудничный газ и другие виды топлива.

Когенерационные установки, предназначенные для работы на газообразном топливе, в большинстве случаев могут успешно эксплуатироваться при содержании в нем метана 35-40% и более. Следовательно, попутные газы нефтедобычи, рудничный газ, биогаз и другие виды топлива, которые обычно попросту попадают в атмосферу или (в лучшем случае) сжигаются, являются прекрасным горючим для питания когенерационных установок.

Когенерационные установки уже эксплуатируются в России и приносят прибыль своим владельцам, но в Украине пока что в действие не вводились.

Конкретный пример

Всем хорошо известно, как часто гибнут украинские шахтеры. В США на каждый миллион тонн добытого угля приходится 0,03 погибших шахтера, в России -1,1, а в Украине - 5,5. Коли с техникой безопасности не лады, ничего другого ожидать и не следует. И ни для кого не секрет, что большинство пожаров и взрывов в шахтах происходит из-за выделения рудничного газа. ?Вытягивать? его из шахт на Западе научились давно, есть подобные наработки и у нас. Использовать же его можно в тех же когенерационных установках.

Учитывая то, что ежегодно из шахт Украины в атмосферу выделяется несколько миллионов кубометров рудничного газа, идею его использования в когенерационных установках никто не назовет бесперспективной, такое на Западе существует повсеместно. Почему бы не использовать когенерационные установки для сжигания рудничного газа? Тогда и работать в шахтах станет безопаснее, и проблема электроснабжения Донбасса будет частично решена.

Выгода

Себестоимость 1 Гкал тепла, вырабатываемого когенерационной установкой, работающей на природном газе, близка к $ 7,5 при стоимости природного газа $ 88 за 1 тыс. куб. м. Стоимость 1 кВт-ч электроэнергии, вырабатываемой этой же установкой в тех же условиях, близка к $ 0,0088. (Это усредненные расчетные данные: чем выше мощность установки, тем дешевле при прочих равных условиях вырабатываемые тепло и электричество).

В то же время стоимость 1 Гкал тепла, поставляемого источниками централизованного теплоснабжения, близка к 100-120 грн. (т. е. около $ 20), а стоимость 1 кВт-ч электроэнергии, поступающей из электросети, доходит до 0,3 грн. (т. е. примерно $ 0,056). Платить такие деньги за то же тепло и при этом еще и бояться жуткого зверюги по имени Недотоп (это когда отопление работает неэффективно) по крайней мере неразумно, а привлечь тепловиков к ответственности за недопоставленные калории ой как сложно. Тем, кого мы все еще не убедили в необходимости ?автономизации?, рекомендуем прочитать главу ?Что творится в ?большой? энергетике?.

Расчеты сроков окупаемости когенерационной установки одной из известных моделей, которая работает на природном газе, проведенные ПП ?Экотерм Ltd.? (г. Киев), представлены в таблице. В заключение добавим, что срок эксплуатации когенерационных установок составляет примерно 25-30 лет, в течение которых они могут окупиться раз десять.

Как работает когенерационная установка

Когенерационная установка как таковая - это миниатюрная теплоэлектроцентраль (ТЭЦ). Однако имеется принципиальное отличие в их работе: коэффициент полезного действия (КПД) ТЭЦ, предусматривающей совместное использование котла отопления и дизельного генератора, не превышает 54%, а КПД когенерационных установок достигает 90-92%.

Весь ?фокус? заключается именно в том, что получение тепла и выработку электроэнергии осуществляет одна и та же установка, которая представляет собой ту или иную комбинацию паровых или водогрейных котлов, топок, печей и других теплогенерирующих устройств и теплоутилизаторов с газотурбинными или газо-поршневыми установками и газоперекачивающими агрегатами. Двигатель внутреннего сгорания приводит в движение электрогенератор, а тепло системы охлаждения этого самого двигателя, масла и отработавших газов отводится при помощи теплообменников и подается в систему отопления, горячего водоснабжения иди кондиционирования воздуха. Мы не ошиблись: именно кондиционирования. Для того чтобы получить холод из тепла, вырабатываемого когенерационной установкой, применяются абсорбционные холодильные машины. Как показывает практика, при использовании таких установок целесообразно подключение к электрической сети. При необходимости избыток электроэнергии, вырабатываемый когенерационной установкой, подается в эту сеть, а в случае повышения нагрузки выше определенного предела электричество, наоборот, отбирается из сети.

В состав когенерационных установок входят такие элементы:


газо-поршневой или газотурбинный двигатель внутреннего сгорания с катализатором;

электрогенератор;

теплообменник для охлаждения выхлопных газов;

теплообменник для охлаждения смазочного масла;

теплообменник для нагрева холодной воды;

глушитель выхлопных газов;

звукоизоляция;

электрическое устройство контроля и управления;

пусковой механизм (стартер);

трубопроводы для подачи (отвода) горючего, выхлопных газов и сетевой воды.

Как выглядят такие установки, можно узнать, взглянув на рисунок.

Где их использовать?

Когенерационные установки используются не только в качестве резервных, вспомогательных источников тепло-и электроэнергии, но и как независимые мини-ТЭЦ. Когенерационные установки можно строить вблизи от потребителя, при их использовании нет необходимости в создании дорогостоящих линий электропередачи и подстанций. Применение подобных установок дает возможность и отапливать довольно крупные промышленные объекты или группы жилых или общественных зданий, и снабжать их электроэнергией.

На сегодняшний день в мире разработано и производится немало энергетического оборудования такого назначения, создавать когенерационные установки дешевле, нежели строить ?настоящие? электростанции, они позволяют получать более дешевую энергию, меньше загрязняют окружающую среду и безопаснее в эксплуатации.

Когенерационные установки наиболее выгодно эксплуатировать при трехсменной работе предприятия, когда не нужно производить ?сброс? избытка электроэнергии в сеть. Трудность состоит в том, что механизм приема энергии централизованными электрическими сетями в Украине не разработан. Тому, кто решится обзавестись когенерационной установкой, придется договариваться с местными власть предержащими.

Что творится в ?большой? энергетике

Граничный ресурс работы основного оборудования отечественных тепловых электростанций составляет 170-220 тысяч часов (20-25 лет). Сегодня 100% оборудования украинских тепловых электростанций уже отработало 100 тысяч часов, а 50% оборудования - граничный ресурс. То же можно сказать и в отношении атомных электростанций, одну из которых, как известно, предполагается вообще вывести из эксплуатации. Гидроэлектростанции, как стало понятно несколько десятилетий назад, тоже не панацея, хотя бы по причине необходимости создания водохранилищ и затопления огромных площадей. О том, чтобы заменить существующие электростанции разного рода ?нетрадиционными? источниками энергии типа солнечных или ветровых электростанций, пока можно лишь мечтать. Осмелимся предположить, что в ближайшие десятилетия чего-либо принципиально нового человек не придумает.

По имеющимся данным, в 1998 году объем производства электроэнергии в Украине составил 172 млрд. кВт-ч, что составляет 57,5% от уровня 1990 года. Наряду с этим, за период с 1991 г. до 1998 г. установленные мощности электростанций сократились с 53,4 ГВт до 49,1 ГВт, и за последующие годы пресловутых ?зрушень на краще?, по-видимому, не произошло. Правда, есть сведения, что сейчас суммарная установленная мощность электростанций Украины близка к 52 ГВт. Если сейчас электрическую и тепловую энергию можно купить (пусть даже она очень дорога и может поставляться с перебоями), то на фоне износа оборудования электростанций, вывода из эксплуатации Чернобыльской АЭС и прочих событий можно делать весьма мрачные прогнозы.

Существующие теплосети стары и ненадежны, часто случаются различные аварии. О том, что КПД существующих ТЭЦ крайне низок (примерно 54%) и чуть ли не половина горючего расходуется на ?обогрев вселенной?, уже говорилось. Доподлинно известно, что при распределении тепла из украинских сетей централизованного отопления теряется порядка 15-20%, при транспортировке - до 50% вырабатываемой тепловой энергии, 5-10% ее теряется при нагревании котлов и так далее. Когда зимой около теплотрасс растет трава или цветут цветы, удивляться наступлению энергетического кризиса не стоит. Кроме того, для подачи горячей воды на дальние расстояния необходимо дополнительное оборудование, расходующее' немало электричества.

Все сказанное относится в большей или меньшей степени ко всем странам бывшего СССР. В материалах 21-го заседания Электроэнергетического совета СНГ говорится: ?В 2001 г. произошло значительное сокращение производства и потребления электроэнергии на душу населения. В большинстве государств СНГ снизилась экономическая эффективность работы энергосистем. До недопустимого минимума снизились инвестиции в развитие электроэнергетики и эффективность их использования?. Отмечается, что от 30% до 50% основного оборудования отработали свой временной ресурс и не соответствуют современным требованиям как по технико-экономическим, так и по ?природоохранным? показателям, причем уже к 2010 году доля таких электростанций может достичь 60%.

Не секрет, что объемы производства в Украине сократились примерно вдвое по сравнению с 1990 годом, произошло снижение объемов добычи нефти, угля, аналогичная тенденция наметилась и в газодобывающей отрасли. Но все это не привело к эквивалентному снижению потребления электрической и тепловой энергии. Как бы родное государство не хотело удерживать монополию на производство тепловой и электрической энергии, сил на это у него не хватит. Существующие мощности придется либо обновлять, либо выводить из эксплуатации и заменять их энергогенерирующими установками меньшей мощности. Догадываетесь, из каких источников будут ?выкачиваться? деньги на все это? Лучше уж заранее обзавестись собственной системой тепло- и электроснабжения и не надеяться на милость государства.

В мире прослеживается устойчивая тенденция к увеличению производства и потребления энергии. Даже с учетом значительных структурных изменений в промышленности развитых стран и перехода на энергосберегающие технологии, потребности в энергии в ближайшие десятилетия, по оценкам ученых, будут увеличиваться.

Специалисты произвели расчеты, которые привели к интересным выводам. Оказывается, если использовать в качестве топлива отходящие горючие газы украинских предприятий и сократить до разумных пределов расстояния между производителями и потребителями электроэнергии, то расход последней сократится примерно на 10 ГВт, т. е. на величину, равную мощности двух таких электростанций, как Запорожская АЭС.

А как ?у них??

По данным журнала ?Новости Дат