В последние годы в мире пришли к пониманию необходимости серьезного отношения к вопросам, касающимся охраны окружающей среды. Факт подписания Киотского протокола свидетельствует о наличии воли со стороны различных стран мира ответить вызову связанному с изменением климата и намерению сократить выбросы газов, вызывающих парниковый эффект. Именно в рамках данного контекста Европейской комиссией были обозначены три приоритетных направления по реализации своей энергетической политики, а именно:

Рациональное использование энергии;

Эффективность использования энергии;

Стимулирование разработок в области возобновляемых источников энергии.

Европе необходимо также найти решение по снижению своей энергетической зависимости. В настоящее время, фактически 50% ее потребностей покрываются благодаря импорту энергии. Если нынешняя тенденция сохранится, этот показатель может достигнуть 70%.

Если же верить прогнозам, то запасы нефти на планете будут исчерпаны менее чем через полвека, что дает основание предположить о резком росте цен в ближайшие годы.

Для того чтобы суметь противостоять этим новым угрозам, Европейская комиссия приняла решение по усилению своей стратегии в области диверсификации способов производства энергии и стимулирования процесса создания новых установок производства энергии, таких как установки когенерации. Цель заключалась в том, чтобы увеличить вдвое долю когенерации в общем объеме производимой Европейским союзом электроэнергии или, другими словами, с 9% в 1994 году достичь 18 % в 2010.

В европейских странах пришли к осознанию двойной выгоды от когенерации. С экономической точки зрения - это надежность энергоснабжения, рациональное использование энергии, экономия первичной энергии. С точки зрения охраны окружающей среды - это сокращение выбросов углекислого газа, выполнение обязательств в рамках Киотского протокола по изменению климата.

В 1998 году в странах Евросоюза 12% электроэнергии было получено методом когенерации. В Дании, Финляндии и Нидерландах показатель распространения когенерации на рынке является наивысшим, составляя 50% от общего объема производства электроэнергии. И, напротив, во Франции, Греции или Ирландии когенерация играет лишь второстепенную роль, составляя около 2% от общего объема производства.

С целью содействия развитию когенерации - технологии, позволяющей экономить первичную энергию и сократить выбросы углекислого газа, Еврокомиссией в 2004 году была опубликовано распоряжение, направленное на стимулирование когенерации.

В национальных масштабах, внедрение положений соглашения 97-01 и 99-02 активизировало работы по разработке установок средней и высокой мощности (> 1 MВт). Помимо этого, Закон от 10 февраля 2000 года, относящийся к модернизации и развитию коммунальных электроэнергетических служб в частях, касающихся установок когенерации малой мощности (менее 215 кВт), в свою очередь, предоставляет возможность выкупа (производимой электрической энергии - Прим. автора ) со стороны Государственного энергетического управления Франции, а также негосударственных электросетей.

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Технология когенерации, если и зовется революционной, все же не может считаться изобретением последнего времени, т.к. появилась в 1824 году. Она является результатом значительных достижений в области термодинамики и электротехники, полученных в ту эпоху.

Метод когенерации, как никогда актуален. Сегодня он представляет собой техническое решение, адаптированное с точки зрения, как экономики, так и экологии к энергетическим потребностям административно-территориальных образований и промышленных предприятий.

Когенерация - это одновременное производство тепла и механической энергии, как правило, преобразуемой в электрическую энергию от одного и того же источника энергии.

Рассмотрим пример когенерационной установки, использующей двигатель внутреннего сгорания (технология, наиболее широко распространенная в установках малой когенерации (так называемых установках ГПА - Прим. автора ) ). Речь идет о двигателе классического типа, берущем свое начало от автомобильных двигателей, который используется при когенерации малой мощности и работает на дизельном топливе или природном газе. Он приводит в действие генератор переменного тока, который преобразует механическую энергию в электрическую. Тепло, содержащееся в выхлопных газах, охлаждающей воде и смазочном масле, может быть отобрано для дальнейшего использования в отопительных системах или системах горячего водоснабжения.

При производстве электроэнергии в результате наличия двух отдельных классических процессов от 45 до 65% первичной энергии теряется в виде тепла, выделяемого в атмосферу (например, в градирнях). Технология когенерации, служащая для рекуперации этого тепла через теплообменники, способствует повышению энергоэффективности установки.

Тем самым она позволяет максимально использовать энергопотенциал топлива и довести общую производительность (электричество + тепло) до 80-90% вместо 35-40% при установке производства электроэнергии классического типа и 55% при цикле в комбинации с газом.

Сравнение между установками когенерации и раздельными процессами производства тепла и электричества при равных произведенных количествах тепла и электроэнергии:

u.e. : единица энергии, например, кВт x час

Данный пример позволяет сравнить установку когенерации общей производительностью 85 % со станцией раздельного производства тепловой и электрической энергии, использующей комбинированный газовый цикл производительностью 55 % (наиболее производительный в настоящее время способ производства) и газовый котел производительностью 90 %. При этом экономия первичной энергии составляет 17 %.

Производительность большинства работающих сейчас электростанций составляет 35 %. Если сравнить эту же когенерационную установку с современной электростанцией средней мощности (производительностью 35 %) и газовым котлом производительностью 90%, то экономия первичной энергии составит уже 35 %.

ВИДЫ ПРИМЕНЯЕМОГО ТОПЛИВА

В зависимости от локальных условий снабжения могут использоваться любые виды топлива. Однака, большинство когенерационных установок работает на природном газе.

Помимо этого, когенерация позволяет использовать также и возобновляемые источники, такие как биогаз.

ДЛЯ ЧЕГО НУЖНА КОГЕНЕРАЦИЯ?

Понятие когенерации характеризуется тремя словами: энергия, экономия, экология.

Энергетический и экономический эффект

Когенерация позволяет максимально использовать энергетический потенциал топлива. Другими словами, производство равного количества электрической и тепловой энергии требует меньше топлива. Расчетная экономия первичной энергии или топлива по сравнению с традиционными системами раздельного производства составляет от 10 до 35 %.

С экономической точки зрения, такая энергетическая эффективность означает существенное сокращение издержек по счетам за полученную энергию (уменьшение количества энергии купленной у энергосетей, оптимизация стоимости производства тепловой энергии) и \ или существенную экономию за счет перепродажи энергосетям произведенной энергии.

Фактически, когенерационные установки предоставляют возможность возникновения обязательств по выкупу производимой ими электроэнергии со стороны Государственного энергетического управления Франции или негосударственного поставщика.

Эффект в области охраны окружающей среды

Одна из форм получения энергии, совместимая с долгосрочным развитием и оптимальным управлением природными ресурсами.

Благодаря своей энергетической эффективности, когенерация позволяет заметно снизить выбросы загрязняющих веществ и парниковых газов. Данный положительный эффект возрастает в случае использования таких видов топлива не ископаемого происхождения, как биогаз.

Вместе с тем, определение воздействия когенерация на окружающую среду представляет собой сложную задачу.

В самом деле, предварительно требуется определить взамен каких средств централизованного производства тепла и электроэнергии служит когенерационная установка.

По результатам работ проведенных Клубом когенерации в сотрудничестве ГДФ ЭксперГаз можно подсчитать, что применение малой когенерации, в зависимости от того какие средства производства электроэнергии и тепла замещаются, позволяет снизить выбросы CO2 с 15 до 29 %*.

Влияние на сети электроснабжения

Когенерационные установки - это децентрализованные производственные агрегаты. Они располагаются в непосредственной близости от местонахождения потребителей электроэнергии (городских центров, промышленных зон, больниц и т.д.), что позволяет:

Избежать большей части потерь на сопротивление, связанных с передачей электроэнергии;

Сократить необходимость увеличения издержек на сети;

Снизить перегрузки в определенных зонах.

Взаимодополняемость централизованных и децентрализованных средств производства электроэнергии, диверсификация энергетического парка

Стихийные бедствия 1999 года выявили, какой хрупкой была французская система, основу которой составляло централизованное, на базе крупных электростанций, производство энергии, которая затем распределялась по передающим и распределительным сетям.

Когенерация представляет собой одно из возможных решений по диверсификации энергетического производственного парка и развитию производства электроэнергии на местном уровне.

Непрерывное и качественное электроснабжение

Промышленные предприятия, размещенные в зонах по типу SEVESO , особо зависимы от бесперебойных поставок электроэнергии. Перебои в работе электросети, которой управляют RTE** и GRD*** случаются редко, но все-таки бывают! Промышленное предприятие, которому необходима абсолютная защита от любых перебоев в подаче электроэнергии, видит в когенерации надежный способ обеспечения своего объекта электроэнергией (ASI = Бесперебойная подача электроэнергии).

Социальные преимущества

Когенерационная установка не заменяет котел полностью, а лишь с пользой дополняет его. Эти дополнительные капиталовложения автоматически означают создание новых рабочих мест, как в части детального технического проектирования, так и в части монтажных работ и технического обслуживания когенерационной установки.

* Данные расчеты производились на примере установки малой когенерации производительностью по электроэнергии 30 % и производительностью по теплу 50 %. Если котел, работающий на природном газе (производительностью 85 %), заменить на когенерационную установку и принять за основу гипотетический средний уровень содержания СО2 в кВт электроэнергии по европейскому парку (по оценкам, составляющее 400 г СО2 на кВт), то выбросы СО2 сократятся на 119 г/кВт, т.е. на 15 %. Если теперь такой же когенерационной установкой заменить котел, работающий на дизтопливе (производительностью 85 %) и комбинированный цикл на газе для производства электроэнергии (расчетное содержание СО2 составляет около 430 г СО2 на кВт), то выбросы СО2 сократятся на 276 г/кВт, т.е. 29 %.

** Компания, управляющая сетями электропередачи (имеется в виду очень высокое напряжение свыше 63 КВ)

*** Компания, управляющая распределительными сетями (уполномоченный представитель Государственного энергетического управления Франции, исполняющий роль распределения электроэнергии внутри коммун и местных административно-территориальных образований при напряжении менее 63 КВ)

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Область применения когенерации:

Когенерация находит применение, как в промышленном секторе, так и в коммунальном хозяйстве, а также сфере обслуживания. Как в промышленном секторе, так и в коммунальном хозяйстве тепло может подаваться в виде пара и в виде горячей воды (например, отопление от городской теплосети*, производство холода при помощи абсорбционных холодильных систем), а также в виде горячего воздуха (например, технологические процессы сушки).

В то же время, необходимо, чтобы когенерационные установки находились вблизи объектов, потребляющих тепло. Это связано с трудностями его передачи, которая может осуществляться лишь с помощью высокотемпературной жидкотекучей среды.

Получаемые электроэнергия и тепло могут быть использованы на самом объекте или выставлены на продажу.

Область применения когенерации очень широка, и в числе прочих можно привести такие примеры, как:

Промышленность: большая потребность в горячей воде и горячем воздухе, большое и интенсивное потребление электроэнергии (агрегаты сушки в агропромышленном комплексе, бумажной промышленности, химии и т.д.);

Сфера обслуживания: (банки, офисные здания, торговые центры и т.д.);

Места общего пользования (больницы, дома для престарелых, общежития, аэропорты и т.д.);

Объекты общей собственности (бассейны, теплосети, здания местных административно-территориальных органов и т.д.)

* Тепло, производимое когенерационной установкой может передаваться по теплосети. Это позволяет обеспечить потребность в тепле большого количества зданий и целых кварталов путем замены традиционных котлов на теплообменники для каждого обслуживаемого клиента в отдельности.

ОГРАНИЧЕНИЯ ПО ПРИМЕНЕНИЮ КОГЕНЕРАЦИИ

Потребляющие объекты должны находиться поблизости от когенерационной установки. Особенно это касается тепла в связи с трудностями его передачи.

Другим ограничением при использовании когенерации, является необходимость соблюдения соответствия между производством и спросом на тепло. Согласно нормативным актам критерием когенерационной установки, как в плане производства, так и в плане эффективного использования полученного тепла является энергетическая эффективность. Теплопроизводительность установки должна быть обязательно адаптирована по времени и количеству потребностей объекта с тем, чтобы тепло использовалось максимально эффективно. Поэтому, при разработке ТЭО, следует точно рассчитать мощности.

СПОСОБЫ КОГЕНЕРАЦИИ

Наиболее распространены следующие три метода: паровые турбины, газовые турбины, двигатели сгорания. Если говорить конкретно, то в сфере малой когенерации (< 215 kW), наиболее распространены двигатели внутреннего сгорания, так называемые двигатели «de Stirling» и микро-турбины.

К этим проверенным методам можно добавить топливный элемент (использование тепла, выделяемого в результате реакции водорода с кислородом). Этот метод прошел первичную промышленную проверку, но пока существует лишь в виде пилотных установок и не должен появиться на рынке в ближайшие годы.

Тип технологии должен отбираться в зависимости от характера и потребностей оснащаемого объекта.

Например, турбины, как правило, обеспечивают высокий уровень давления и тепла, необходимое для производства пара, в то время, как газовый двигатель лучше приспособлен к производству горячей воды температурой менее 100°C и давлением ниже 5 бар.

СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Когенерация (комбинированное производство электроэнергии и тепла) дает 12 % от производимой в Европе электроэнергии. В последние годы рост установленной мощности составил примерно 7 % по сравнению примерно с 3% при других способах производства электроэнергии. Этот успех объясняется преимуществами данного метода: высокая энергетическая производительность, удовлетворительные экологические составляющие, гибкость в использовании и т.д.

Во Франции на долю когенерации приходится лишь от 4 до 5 % производимой электроэнергии (заметный рост по сравнению с 1999 годом, когда ее доля составляла 3 %) при установленной мощности около 4 750 МВ.

ТЯЖЕЛЫЕ ВРЕМЕНА

Сложившаяся сейчас конъюнктура не благоприятна для развития когенерации. Открытие европейского рынка электроэнергии привело к снижению цены продаж электроэнергии. Такая ситуация, сопряженная с высокими ценами на природный газ (основное топливо при когенерации) и неопределенностью, витавшей в отношении тарифов на газ в связи с открытием газового рынка, поставила под сомнение жизнеспособность некоторых проектов. Помимо отдельных трудностей, связанных с эксплуатацией, на рентабельность проектов могут оказывать негативное воздействие высокие цены на подключение к распределительным сетям. Производители вынуждены также предпринимать многочисленные административные действия перед тем, как получить разрешение на подключение и приобрести возможность перепродажи.

МАЛАЯ КОГЕНЕРАЦИЯ. МОДУЛЬНЫЙ ПРИНЦИП.

К малой когенерации относятся установки, электрическая мощность которых составляет менее 2,5 МВт.

В целях упрощения и снижения стоимости, проектировщики нашли «комплектный» подход к решению проблемы, объединив в один и тот же модуль все элементы установки малой когенерации.

В сущности, такой модуль представляет собой компактный моноблочный агрегат, звукоизолированный корпус которого объединяет шесть основных элементов:

Производства механической энергии (двигатель);

Производства электрической энергии (генератор переменного тока);

Производства тепловой энергии (система рекуперации);

Удаления продуктов сгорания;

Распределительный щит, укомплектованный автоматикой, органами управления работой агрегата, и органами защиты и подключения к сети низкого напряжения;

Звукоизоляции.

Принципиальная схема подключения когенерационного модуля.

Когенерация

Процесс выработки электроэнергии, названный когенерация (cogeneration) - это получение одновременно электроэнергии и тепла в единой установке.

Раздельное производство электроэнергии и тепла

когенерация установка электростанция энергетический

Основной принцип когенерации : стремление к максимальному использованию энергии первичного топлива (например, использование тепловой энергии, которая раньше сбрасывалась в атмосферу). Общий КПД энергетической станции в режиме когенерации составляет 80-95%.

ЭЛТЕКО ГЛОБАЛ предлагает КГУ различных мощностей, с различными вариантами исполнений. Учитывая невысокую стоимость газа и возможность подключения, когенерация является более эффективным процессом, инвестиции от которого оправдываются за 2-3 года. Мощностной ряд представлен поршневыми двигателями LOMBARDINI, FORD, MAN, GUASCOR, PERKINS и DEUTZ использующими в виде топлива природный газ, газ свалок или биогаз. При выборе КГУ необходимо учитывать требуемые параметры электрической и тепловой мощности установок, тип газа и его расход. При затруднении в выборе, ЭЛТЕКО ГЛОБАЛ оказывает профессиональную консультацию и предоставляет таблицу подбора необходимой установки. Учитывая все факторы когенерация это современный, эффективный и экологичный метод выработки электроэнергии. Параллельное подключение установок даёт возможность наращивания мощности, а последовательная работа агрегатов увеличивает срок службы. Широкий модельный ряд энергоустановок, предлагаемый предприятием Elteco, позволяет максимально чётко решить проблему электропитания, а европейская сборка определяет качество, надёжность и долговечность.

Когенерационные установки (когенераторы) широко используются в малой энергетике (мини-ТЭЦ, MicroCHP). И для этого есть следующие предпосылки:

Тепло используется непосредственно в месте получения, что обходится дешевле, чем строительство и эксплуатация многокилометровых теплотрасс;

Электричество используется большей частью в месте получения без накладных расходов поставщиков энергии, и его стоимость для потребителя может быть несколько меньше, чем у энергии из сети.

Потребитель приобретает энергетическую независимость от сбоев в электроснабжении и аварий в системах теплоснабжения.

Использование когенерации наиболее выгодно для потребителей с постоянным потреблением электроэнергии и тепла. Для потребителей, у которых имеются ярко выраженные «пиковые нагрузки» (например, жилое хозяйство, ЖКХ), когенерация мало выгодна вследствие большой разницы между установленной и среднесуточной мощностями - окупаемость проекта значительно затягивается.

У современных когенерационных установок на базе газопоршневых двигателей коэффициент использования теплоты сгорания топлива доходит до 85...90% и только 10% теряются. Экономия топлива при выработке энергии в когенерационном цикле может достигать до 40% по сравнению с раздельным производством того же количества электроэнергии (конденсационная электростанция) и тепловой энергии (водогрейная котельная). Например, используя тепло выхлопных газов и охлаждающей жидкости газового двигателя мощностью 500 кВт для отопления, можно обеспечить теплом площадь размером в 4...4,5 тыс. м2, поддерживая нормальную температуру в помещениях.

Различают две основные группы когенерационных установок:

• 1. Установки одновременного производства электрической и тепловой энергии (зарубежный аналог: СНР -- combined heat and power plant);
• 2. Установки (электростанции) комбинированного цикла с утилизационным котлом и паровой турбиной (зарубежный аналог: ССР -- combined cycle power plant). Чаще -- это электростанции с газовой турбиной, котлом-утилизатором и паровой турбиной (ПГУ -- парогазовые установки большой мощности). Но есть проекты где вместо газовой турбины использовался газопоршневой двигатель и паровая турбина малой мощности

В зависимости от вырабатываемой электрической мощности, когенерационные электростанции разделяют на следующие группы:

• · микро электростанции (мощность от 1 до 250 кВт);
• · мини (мощность от 250 до 1000 кВт) и малые (мощность от 1 до 60 МВт) - для простоты зачастую объединяют;
• · средние (мощность от 60 до 300 МВт);
• · большие (мощность более 300 МВт).

Подчеркнем, что здесь речь идет о суммарной мощности электростанции, а не единичной мощности энергетического агрегата. Принято считать, что мощности до 250 кВт (микро электростанции) целесообразно и возможно покрывать газопоршневыми или дизельными агрегатами (к примеру, DEUTZ ADG), а также различными установками альтернативной энергетики. От 250 кВт до 10-15 МВт -- с помощью газопоршневых агрегатов. Мощности до 60 МВт -- с помощью газопоршневых агрегатов (или газовых турбин при единичных мощностях от 20 МВт), а средние и большие мощности -- с помощью газовых и паровых турбин или парогазовых установок.

Понятие «когенерация» не новое для отечественной энергетики. Но в малой энергетике данные технологии ранее применялись редко и долгие годы широко использовались, в основном, на крупных паротурбинных электростанциях. Однако сегодня, наряду с «большой» энергетикой, весьма значительной становится и роль объектов малой энергетики: автономных электростанций на базе газовых тепловых двигателей с диапазоном единичных мощностей 400...4500 кВт (таких автономных электростанций, которые и производит компания MWM GmbH). Коммунальные водогрейные котельные успешно реконструируются в когенерационные ТЭЦ на базе газопоршневых моторов, а заводские паровые котельные — в когенерационные газопоршневые энергоцентры. Итак, что же такое «когенерация»?

Физическая суть термина «когенерация»

Когенерация (от англ. «co + generation », «совместная генерация» ) — это совместный процесс производства электрической и тепловой энергии внутри одного устройства — когенерационной установки (мини ТЭЦ, КГУ). Механическим источником выработки электрической энергии является первичный привод, который вращает ротор электрогенератора: газопоршневой двигатель (), газовая или паровая турбина. Тепловая энергия получается за счёт утилизации тепловых потерь (утилизация тепла охлаждающей жидкости, смазочного масла, сжатой газовоздушной смеси и уходящих газов) первичного приводного двигателя — газопоршневого, газовой турбины, дизеля.

Вырабатываемую когенерационными установками тепловую энергию используют для производства горячей воды, пара, в холодильных установках, а также в технологических процессах сушки горячим воздухом.

У современных когенерационных установок на базе газопоршневых двигателей коэффициент использования теплоты сгорания топлива доходит до 85...90% и только 10% теряются. Экономия топлива при выработке энергии в когенерационном цикле может достигать до 40% по сравнению с раздельным производством того же количества электроэнергии (конденсационная электростанция) и тепловой энергии (водогрейная котельная). Например, используя тепло выхлопных газов и охлаждающей жидкости газового двигателя мощностью 500 кВт для отопления, можно обеспечить теплом площадь размером в 4...4,5 тыс. м 2 , поддерживая нормальную температуру в помещениях.

Сравнение энергетических потоков при раздельной и комбинированной выработке энергии (когенерация) выглядит следующим образом (данные приведены в условных единицах топлива):

* данные приведены в условных единицах топлива
иллюстрация базируется на: International Energy Agency analysis, USEPA, 2008

Различают две основные группы когенерационных установок:

1. Установки одновременного производства электрической и тепловой энергии (зарубежный аналог: СНР — combined heat and power plant);
2. Установки (электростанции) комбинированного цикла с утилизационным котлом и паровой турбиной (зарубежный аналог: ССР — combined cycle power plant). Чаще — это электростанции с газовой турбиной, котлом-утилизатором и паровой турбиной (ПГУ — парогазовые установки большой мощности). Но есть проекты где вместо газовой турбины использовался газопоршневой двигатель и паровая турбина малой мощности (см. Italiana Coke).

В зависимости от вырабатываемой электрической мощности, когенерационные электростанции разделяют на следующие группы :

• микро электростанции (мощность от 1 до 250 кВт);
• мини (мощность от 250 до 1000 кВт) и малые (мощность от 1 до 60 МВт) - для простоты зачастую объединяют;
• средние (мощность от 60 до 300 МВт);
• большие (мощность более 300 МВт).

Подчеркнем, что здесь речь идет о суммарной мощности электростанции, а не единичной мощности энергетического агрегата. Принято считать, что мощности до 250 кВт (микро электростанции) целесообразно и возможно покрывать газопоршневыми (к примеру, газовыми генераторами Deutz мощностью от 20 до 200 кВт) или дизельными генераторами (в случае аварийного источника питания, см. дизель-генераторы Deutz), а также различными установками альтернативной энергетики. От 250 кВт до 10-15 МВт — с помощью газопоршневых агрегатов . Мощности до 60 МВт — с помощью газопоршневых агрегатов (или газовых турбин при единичных мощностях от 20 МВт), а средние и большие мощности — с помощью газовых и паровых турбин или парогазовых установок.

Когенерация: страницы истории

Утилизацию тепла работы силовых агрегатов применяют сравнительно давно. В большой энергетике за последние пол столетия уже стала нормой реализация тепловых схем с применением больших паровых турбин типа Т, ПТ, Р с «теплофикационными» или «промышленными» отборами пара. Также, к примеру, на больших судах вскоре после окончания Второй мировой войны начали устанавливать утилизационные котлы, использовавшие для нагрева воды теплоту выпускных газов приводного двигателя. Т.е. эффективность и целесообразность применения когенерации уже многие годы не вызывает сомнений.

В 80-х годах прошлого века началось применение в широких масштабах малых электростанций, особенно местных децентрализованных, с одновременным производством электрической и тепловой энергии (когенерация). Вклад таких электростанций в энергетику постоянно возрастает. Лидерами по когенерации в малой энергетике являются европейские страны. По имеющимся оценкам суммарная мощность малых электростанций к 2000 году в странах Европы составляла порядка 65...70 ГВт, что примерно равно 9% мощности всех электростанций. По прогнозам COGEN EUROPE (ассоциация, стимулирующая развитие малой энергетики и когенерации), к 2010-2011 году ожидается рост до 180 ГВт, т. е. до 18% от мощности всех электростанций в Европе, а в странах бывшего СССР к 2015 году ожидается удвоение мощности когенерационных объектов малой энергетики.

Стоит отметить, что исторически термины «теплофикация» (применялся в СССР) и «когенерация» (применяется на Западе) по своей технической сути являются тождественными, хотя в смысловом отношении второй более точен, отражая комбинированную (совместную) генерацию тепловой и электрической энергии (в одном источнике и одновременно). Названием «теплофикация» в СССР акцент выносился на один из видов энергии и по сути был связан с широким применением в городах и других населенных пунктах централизованного теплоснабжения. Поскольку в большинстве случаев источником тепловой энергии являлись теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), то термин «теплофикация» в СССР начали применять и для обозначения процесса комбинированной выработки электрической и тепловой энергии, т.е. именно той технологии, которая с последней четверти XX века во всех промышленно развитых странах определялась как «когенерация» (cogeneration или СНР - combined heat & power). В связи с этим, в наше время термины «теплофикация» и «когенерация» употребляются равнозначно, однако при описании технологий, основанных на современных газопоршневых двигателях и газотурбинных установках, предпочтение отдается термину «когенерация».

Почему выгодна когенерация?

На сегодняшний день возникло множество аргументов для внедрения когенерационных технологий. Когенерационные установки обладают замечательными особенностями: дешевизной электрической- и тепловой энергии (по сравнению с покупаемой из сети), близостью к потребителю, отсутствием необходимости в дорогостоящих ЛЭП и подстанциях, экологической безопасностью, мобильностью, легкостью монтажа и многими другими факторами.

Малая энергетика является не только альтернативой централизованной системе — она становится основой для быстрого развития вновь осваиваемых районов, открывающихся новых производств и расширения существующих. Очень часто из-за изношенности оборудования существующих электросетей затруднено подключение новых промышленных потребителей, а иногда и просто экономически нецелесообразно (в случае большого удаления потребителя от ЛЭП). В результате, применение автономных энергоисточников с комбинированным производством электрической и тепловой энергии (когенерация) обеспечивает определенный энергетический резерв в централизованной системе.

Развитие когенерации (и малой энергетики в целом) обусловлено целым рядом факторов:

В настоящее время отмечается, что недостаточное и некачественное электроснабжение объектов различного назначения является одним из факторов сдерживания экономического роста. Особенно данное утверждение актуально для стран Азии где, в результате бурного роста промышленного производства и нехватки генерирующих мощностей центральной энергосистемы, наблюдается бум малой энергетики (см. проект Ashuganj на 60 МВт).

Когенерация является практически оптимальным вариантом, обеспечивающим надежность снабжения электрической энергией. Увеличение мощностей предприятия при традиционном энергообеспечении связано с множеством организационных, финансовых и технических трудностей, поскольку часто необходимы прокладка новых линий электропередачи, строительство новых трансформаторных подстанций, перекладка теплотрасс и т.д. В то же время когенерация предлагает крайне гибкие и быстрые в плане наращивания мощностей решения.

Увеличение мощностей с помощью когенерационных модулей может осуществляться как малыми, так и достаточно большими долями — этим поддерживается тесная взаимосвязь между генерацией и потреблением энергии. Таким образом, обеспечиваются все энергетические нужды, которые всегда сопровождают экономический рост.

Зачем нужна децентрализация энергоснабжения?

Одно из твердых убеждений представителей электроэнергетической индустрии заключается в том, что транспортировка электроэнергии является лучшим способом ее доставки конечным потребителям. Однако, все большее число экспертов подвергают сомнению эти укоренившиеся представления.

При этом ставится три основных вопроса:

1. Допустима ли высоковольтная передача с экологической точки зрения, с точки зрения здоровья населения и воздействия на ландшафт?
2. Являются ли необходимыми затраты на передачу энергии, которые ложатся на потребителей?
3. Необходима ли транспортировка вообще?

По первому вопросу необходимо сказать следующее. Сохраняется озабоченность населения по поводу долгосрочного воздействия электромагнитного излучения на здоровье людей, проживающих вблизи от линий высоковольтной электропередачи. Вопрос о существовании такого вида риска открыт для обсуждения. Но не подлежит обсуждению тот факт, что население все больше склоняется к мнению о недопустимости строительства новых линий.

Переходя ко второму вопросу, следует отметить, что вся система затрат на передачу электроэнергии, включая строительство, текущий ремонт, энергетические потери и операции, выглядит более привлекательно в случае либерализованного рынка, чем планируемого централизованно. Широко распространено мнение о том, что если сравнивать транспортировку электроэнергии и газа на честной и прозрачной основе, то окажется, что в случае электроэнергии затраты многократно превышают таковые для газа (по некоторым источникам — почти в 12 раз ). Это ставит под сомнение необходимость расширения сетей и подтверждает целесообразность увеличения числа объектов малой энергетики в непосредственной близости к потребителю.

Наконец, по поводу третьего вопроса нужно сказать следующее. Если страны двигаются в направлении широкомасштабной децентрализации энергоснабжения на базе когенерации и использования возобновляемых источников энергии, возникает вопрос о том, нужна ли центральная сеть общенациональных масштабов вообще? По мере роста темпов технологических изменений традиционная энергосистема, которую люди считают чем-то само собой разумеющимся, может превратиться в нечто практически не заслуживающее одобрения.

Лучшей альтернативой существующему энергоснабжению являются когенерационные установки, вырабатывающие более дешевые электроэнергию и тепло в непосредственной близости к потребителю, обеспечивая тем самым быстрый и устойчивый возврат инвестиций.

Когенерация в жилищно-коммунальном секторе

Преимущества когенерации на базе газо-поршневых электрогенераторных установок могут представлять особый интерес для жи-лищно-коммунальных хозяйств. Например, при использовании таких установок затраты на строительство коммуникаций уменьшаются в 1,5-4 раза по сравнению с подведением тепла и электроэнергии от больших централизованных источников.

Эти преимущества успешно используются в жилищно-коммунальных хозяйствах евро-пейских стран. Как правило, такие станции монтируют на базе существующих котельных, из которых убирается старое водогрейное оборудование (см. проект Фридрихсхафен). Тепловая энергия поступает жителям близ-лежащих домов, а электроэнергия — в централизованную сеть. По такому же пути целесообразно модернизировать коммунальную энергетику в малых городах нашей страны.

Материал подготовлен отделом когенерации GES Ltd.

Литература:

1. Гольдинер А.Я., Цыркин М.И., Бондаренко В.В. Газопоршневые электроагрегаты. - СПб.: Галерея Принт, 2006. - 240 с.
2. Разуваев А.В. Целесообразность применения систем утилизации тепла ДВС // Турбины и дизели. 2010. №1. С 48 - 50.
3. Доклад д-ра Симона Минетта, директора COGEN Europe, представленный на 5-ой ежегодной конференции COGEN Europe.
4. Combined Heat and Power. Evaluating the benefits of greater global investment // IEA Publications. 2008.
5. Когенерационные системы с тепловыми двигателями: справочное пособие. - В 3-х частях / Клименко В.Н., Мазур А.И., Сабашук П.П.; под ред. А.И. Мазура; Ин-т прикладных исслед. в энергетике. - К.: ИПЦ АЛКОН НАН Украины, 2008.

Мы будем рады предоставить вам дополнительную информацию, дать ответы на интересующие вас вопросы и
подготовить коммерческое предложение в соответствии с заполненным опросным листом .

Введение

В настоящем издании приведены общие сведения о процессах производства, передачи и потребления электрической и тепловой энергии, взаимной связи и объективных закономерностях этих процессов, о различных типах электростанций, их характеристиках, условиях совместной работы и комплексного использования. В отдельной главе рассмотрены вопросы энергосбережения.

Производство электрической и тепловой энергии

Общие положения

Энергетика - это совокупность естественных, природных и искусственных, созданных человеком систем, предназначенных для получения, преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Энергоресурсами являются все материальные объекты, в которых сосредоточена энергия для возможного использования ее человеком.

Среди различных видов энергии, используемых людьми, электроэнергия выделяется рядом существенных достоинств. Это относительная простота ее производства, возможность передачи на очень большие расстояния, простота преобразования в механическую, тепловую, световую и иную энергию, что делает электроэнергетику важнейшей отраслью жизнедеятельности человека.

Процессы, происходящие при производстве, распределении, потреблении электрической энергии, неразрывно взаимосвязаны. Также взаимосвязаны и объединены установки по выработке, передаче, распределению и преобразованию электроэнергии. Такие объединения называются электроэнергетическими системами (рис.1.1) и являются составной частью энергетической системы. В соответствии с энергетической системой называют совокупность электрических станций, котельных, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электроэнергии и теплоты при общем управлении этими режимами.

Составной частью электроэнергетической системы является система электроснабжения, представляющая собой совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией.

Аналогичное определение можно дать системе теплоснабжения.

Тепловые электрические станции

Получение энергии из топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) посредством их сжигания в настоящее время является наиболее простым и доступным способом производства энергии. Поэтому до 75% всей электроэнергии в стране вырабатывается на тепловых электростанциях (ТЭС). При этом возможны как совместная выработка тепловой и электрической энергии, например, на тепловых электростанциях (ТЭЦ), так и их раздельное производство (рис. 1.2).

Структурная схема ТЭС приведена на рис. 1.3. Работа происходит следующим образом. Система топливоподачи 1 обеспечивает поступление твердого, жидкого или газообразного топлива к горелке 2 парового котла 3. Предварительно топливо соответствующим образом подготавливается, например, уголь дробится до пылевидного состояния в дробилке 4, подсушивается и насыщается воздухом, который дутьевым вентилятором 5 от воздухо-заборника 6 через подогреватель 7 также подается к горелке. Тепло, выделяемое в топке котла, используется для нагрева воды в теплообменниках 8 и образования пара. Вода подается насосом 9 после того, как проходит специальную систему водоподготовки 10. Пар из барабана 11 при высоком давлении и температуре поступает в паровую турбину 12, где энергия пара преобразуется в механическую энергию вращения вала турбины и электрического генератора 13. Синхронный генератор вырабатывает переменный трехфазный ток. Отработанный в турбине пар конденсируется в конденсаторе 14. Для ускорения этого процесса используется холодная вода естественного или искусственного водоема 15 или специальные охладители - градирни. Конденсат насосами вновь подается в парогенератор (котел). Такой цикл называется конденсационным. Электростанции, использующие этот цикл (КЭС), вырабатывают только электрическую энергию. На ТЭЦ часть пара из турбины забирается при определенном давлении до конденсатора и используется для нужд потребителей тепла.

Рис. 1.1.

G - генераторы электроэнергии; Т - трансформаторы; Р - электрические нагрузки;

W - линии электропередачи (ЛЭП); АТ - автотрансформаторы

Рис.1.2.

а - совмещенное производство; б - раздельное производство

Рис.1.3.

Топливо и его приготовление. На ТЭС используется твердое, жидкое или газообразное органическое топливо. Его общая классификация приведена в таблице 1.1 .

Таблица 1.1. Общая классификация топлива

Топливо в том виде, в каком оно сжигается, называется "рабочим топливом”. В состав рабочего топлива (твердого и жидкого) входят: углерод С, водород Н, кислород О, азот N, зола А и влага W. Выражая компоненты топлива в процентах, отнесенных к одному килограмму массы, получают уравнение состава рабочей массы топлива.

Сера называется летучей и составляет часть общего количества серы, находящейся в топливе, остальная негорючая часть серы входит в состав минеральных примесей.

Естественное газообразное топливо содержит: метан, этан, пропан, бутан, углеводороды, азот, углекислый газ. Последние два компонента - балласт. Искусственное газообразное топливо имеет в своём составе метан, окись углерода, водород, углекислый газ, водяные пары, азот, смолы.

Основной теплотехнической характеристикой топлива является теплота сгорания, которая показывает, какое количество теплоты в килоджоулях выделяется при сжигании одного килограмма твердого, жидкого или одного кубического метра газообразного топлива. Различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Высшей теплотой сгорания топлива называют количество теплоты, выделяемой топливом при полном его сгорании c учётом теплоты, выделившейся при конденсации водяных паров, которые образуются при горении.

Низшая теплота сгорания отличается от высшей тем, что не учитывает теплоту, затрачиваемую на образование водяных паров, которые находятся в продуктах сгорания. При расчётах используют низшую теплоту сгорания, т.к. теплота водяных паров бесполезно теряется с уходящими в дымовую трубу продуктами сгорания.

Взаимосвязь высшей и низшей теплоты сгорания для рабочеймассы топлива определяется уравнением

Для сравнения различных видов топлива по величине теплоты сгорания введено понятие "условное топливо" (у. т.). Условным считают топливо, низшая теплота сгорания которого при рабочей массе равна 293 кДж/кг для твёрдого и жидкого топлива или 29300 кДж/м3 для газообразного топлива. В соответствии с этим каждое топливо имеет свой тепловой эквивалент Эт = QНР / 29300.

Перевод расхода рабочего натурального топлива в условное производится по уравнению

Вусл = Эт? Вт.

Краткая характеристика отдельных видов топлива приведена в табл.1.2.

Таблица 1.2. Характеристика топлива

Особо следует отметить низшую теплоту сгорания в кДж/кг мазута - 38000...39000, природного газа - 34000...36000, попутного газа - 50000...60000. Кроме того, это топливо практически не содержит влаги и минеральных примесей.

Перед подачей топлива в топку производят его подготовку. Особенно сложна система приготовления твердого топлива, которое последовательно проходит очистку от механических примесей и посторонних предметов, дробление, сушку, пылеприготовление, перемешивание с воздухом.

Система подготовки жидкого и особенно газообразного топлива значительно проще. Кроме тоготакое топливо экологически более чистое, практически не имеет зольности.

Простота транспортировки, легкость автоматизации управления процессами горения, высокая теплота сгорания обусловливают перспективность использования в энергетике природного газа. Однако запасы этого сырья ограничены.

Водоподготовка. Вода, являясь теплоносителем на ТЭС, непрерывно циркулирует по замкнутому контуру. При этом особое значение имеет очистка воды, подаваемой в котел. Конденсат от паровой турбины (рис.1.3) поступает в систему 10 очистки от химических примесей (химводоочистка - ХВО) и свободных газов (деаэрация). В технологическом цикле вода -пар-конденсат неизбежны потери. Поэтому от внешнего источника 15 (пруд, река) через водозабор 16 производится подпитка водяного тракта. Вода, поступающая в котел, предварительно подогревается в экономайзере (теплообменнике) 17 уходящими продуктами сгорания.

Паровой котел. Котел является парогенератором на ТЭС. Основные конструкции представлены на рис.1.4.

Котел барабанного типа имеет стальной барабан 1, в верхней части которого собирается пар. Питательная вода подогревается в экономайзере 2, находящемся в камере 3 уходящих газов, и поступает в барабан. Коллектор 4 замыкает паро-водяной цикл котла. В топочной камере 5 горение топлива при температуре 1500. ..20000С обеспечивает закипание воды. По стальным подъемным трубам 6, имеющим диаметр 30...90 мм и покрывающим поверхность топочной камеры, вода и пар поступают в барабан. Пар из барабана через трубчатый пароперегреватель 7 подается в турбину. Пароперегреватель может выполняться двух - трехступенчатым и предназначен для дополнительного нагрева и сушки пара. Система имеет опускные трубы 8, по которым вода из нижней части барабана опускается в коллектор.

В котле барабанного типа обеспечивается естественная циркуляция воды и пароводяной смеси за счет их разной плотности.

Такая система позволяет получить докритические параметры пара (критической называется точка состояния, в которой исчезает различие в свойствах жидкости и пара): давление до 22,5 МПа, а практически не более 20 МПа; температура до 374°С (без пароперегревателя). При большем давлении нарушается естественная циркуляция воды и пара. Принудительная циркуляция пока не нашла применения в мощных барабанных котлах из-за своей сложности. Поэтому котлы данного типа используются в энергоблоках мощностью до 500 МВт при паропроизводителъности до 1600 тонн в час.

В котле прямоточного типа специальные насосы осуществляют принудительную циркуляцию воды и пара. Питательная вода насосом 9 через экономайзер 2 подается в трубы-испарители 10,где превращается в пар. Через пароперегреватель 7 пар поступает в турбину. Отсутствие барабана и принудительна циркуляция воды и пара позволяют получить сверхкритические параметры пара: давление до 30 МПа и температуру до 590°С. Это соответствует энергоблокам мощностью до 1200 МВт и паропроизводителъности до 4000 т/ч.

Котлы, предназначенные только для теплоснабжения и устанавливаемые в местных или районных котельных, выполняются на тех же принципах, что рассмотрены выше. Однако параметры теплоносителя, определяемые требованиями потребителей тепла, существенно отличаются от рассмотренных ранее (некоторые технические характеристики таких котлов приведены в табл.1.3).

Таблица 1.3. Технические данные котлов отопительных систем

Например, котельные, пристроенные к зданиям, допускают применение котлов с давлением пара до 0,17 МПа и температурой воды до 1150С, а максимальная мощность встроенных котельных не должна превышать 3,5 МВт при работе на жидком и газообразном топливе или I,7 МВт при работе на твёрдом топливе. Котлы отопительных систем различаются по виду теплоносителя (вода, пар), по производительности и тепловой мощности, по конструкции (чугунные и стальные, малометражные и шатровые и др.).

Эффективность работы системы парогенерации или подготовки горячей воды во многом определяется коэффициентом полезного действий (КПД) котлоагрегата.

В общем случае КПД парового котла и расход топлива определяются выражениями:

Кг/с, (1.1)

где hk - КПД парового котла, %; q2, q3, q4, q5, q6 - потеря теплоты соответственно с уходящими газами, химическим недожогом, механическим недожогом, на наружное охлаждение, со шлаком, %; В - полный расход топлива, кг/с; QПК - теплота, воспринятая рабочей средой в паровом котле, кДж/м; - располагаемая теплота поступающего в топку топлива, кДж/кг.

Рис.1.4.

а - барабанного типа; б - прямоточного типа

1- барабан; 2 - экономайзер; 3 - камера уходящих газов; 4 - коллектор; 5 - топочная камера; 6 - подъёмные трубы; 7 - пароперегреватель; 8 - опускные трубы; 9 - насос; 10 - трубы-испарители

Если теплота уходящих газов не используется, то

а при разомкнутой системе сушки топлива уходящими газами

где Нух, Нотб, - энтальпия соответственно уходящих газов, газов в месте отбора на сушку и холодного воздуха, кДж/кг; r - доля отбора газов на сушку; ?yx - избыток воздуха в уходящих газах.

Энтальпия газа при температуре Т численно равна количеству теплоты, которое подведено к газу в процессе нагревания его от нуля градусов Кельвина до температуры Т при постоянном давлении.

При разомкнутой системе сушки все данные о топливе относят к подсушенному топливу.

В этом случае расход сырого топлива при изменении влажности от WР до Wсуш составляет

где Всуш - расход подсушенного топлива по (1.1), кг/с; Wсуш, WР - влажность подсушенного и неподсушенного топлива, %.

При изменении влажности меняется и низшая теплота сгораниятоплива от до:

КДж/кг (1.4)

Низшая теплота сгорания соответствует количеству теплоты, выделяемой топливом при полном его сгорании без учёта теплоты, затрачиваемой на образование водяных паров, которые находятся в продуктах сгорания.

Полная располагаемая теплота поступающего в топку топлива

КДж/кг, (1.5)

где - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг; - дополнительная теплота, вносимая в котел подогретым снаружи воздухом, паровым дутьем и т.д., кДж/кг.

Для ориентировочных расчетов.

Теплота, воспринимаемая рабочей средой в паровом котле

КДж/с, (1.6)

где Dп - паропроизводительность котла, кг/с; hпп, hпв - энтальпия перегретого пара и питающей воды, кДж/кг; ?Qпк - дополнительно воспринимаемая теплота при наличии в котле пароперегревателя, продувки водой и т.д., кДж/с.

Для ориентировочных расчетов?Qпк=0,2…0,3 Dп(hпп - hпв).

где?ун- доля уноса золы с продуктами сгорания; Ншл - энтальпия шлака, кДж/кг; АР - рабочая зольность топлива, %.

Значения q3, q4, q5, Wр, Aр, приводятся в специальной литературе, а также в учебных пособиях .

При твердом шлакоудалении можно принять?ух=1,2…1,25; ?ун=0,95; Ншл=560 кДж/кг.

Кроме того, при температуре воздуха перед котлом 300С =223 кДж/кг, а при температуре уходящих газов 1200С Нух=1256 кДж/кг.

Пример расчета. Определить КПД и расход топлива для парового котла при следующих условиях: Dп=186 кг/с; топливо - подсушенный Березовский угль с Wсуш=13%; разомкнутая система сушки, r=0,34; отбираемый на сушку газ имеет Нотб=4000кДж/кг; энтальпия перегретого пара и питательной воды соответственно hпп =3449 кДж/кг, hпв=1086,5 кДж/кг.

Решение. Предварительно по (1.4) определяется низшая теплота сгорания подсушенного топлива.

Здесь Wр=33% и =16200 кДж/кг приняты по .

Принимая по (1.5)

находим по (1.2)

По находим: q3=1%, q4=0,2%, q5=0,26% и с учётом (1.7)

Для расчета расхода топлива по (1.6) находим

Расход подсушенного топлива по (1.1)

Расход сырого топлива при Wр =33% по (1.3) составляет

Паровая турбина. Это тепловой двигатель, в котором энергия пара превращается в механическую энергию вращения ротора (вала) и закреплённых на нём рабочих лопаток. Упрощенная схема устройства паровой турбины приведена на рис.1.5. На валу 1 турбины крепятся диски 2 с рабочими лопатками 3. На эти лопатки из сопла 4 подаётся пар из котла, подводимый по паропроводу 5. Энергия пара приводит во вращение рабочее колесо турбины, а вращение вала передаётся через муфту 6 валу 7 синхронного генератора. Отработавший пар через камеру 8 направляется в конденсатор.

Паровые турбины по конструкции разделяются на активные и реактивные. В активной турбине (рис.1.5в) объем пара V2 при входе на рабочие лопатки равен объёму пара V3 при выходе с лопаток. Расширение объёма пара от V1 до V2 происходит только в соплах. Там же изменяется давление от р1 до p2 и скорость пара от с1 до с2. В этом случае остаётся неизменным давление пара на входе р2 и выходе р3 с лопаток, а скорость пара падает от с2 до с3 за счет передачи кинетической энергии пара лопаткам турбины:

Gп?(с2-с3)2 / 2 Gт?ст2 / 2,

где Gп, Gт - масса пара и рабочего колеса турбины; с2, с3, ст - скорость пара на входе и выходе с лопаток и скорость перемещения рабочего колеса.

Конструкция лопаток реактивной турбины такова (рис.1.5г), что пар расширяется не только в соплах от V1 до V2, но и между лопатками рабочего колеса от V2 до V3. При этом изменяется давление пара от р2 до р3 и скорость пара от с2 до с3. Поскольку V2p3 и в соответствии с первым законом термодинамики элементарная работа расширения единицы пара

где F - площадь лопатки, м2; (р2 - р3) - разность давления на входе и выходе с лопаток, Па; dS - перемещение лопатки, м.

При этом - работа, используемая для вращения рабочего колеса турбины. Таким образом, в реактивных турбинах помимо центробежных сил, возникающих при изменении скорости движения пара, на лопатки действуют реактивные силы, вызванные расширением пара.

Современные турбины выполняются как активными, так и реактивными. В мощных агрегатах параметры пара на входе приближается к значениям 30 МПа и 6000С. При этом истечение пара из сопла происходит со скоростью, превышающей скорость звука. Это ведёт к необходимости большой частоты вращения ротора. Возникают огромные центробежные силы, действующие на вращающиеся части турбины.

Практически частота вращения ротора, обусловленная конструктивными особенностями, как самой турбины, так и синхронного генератора, составляет 3000 1/мин. При этом линейная скорость на окружности колеса турбины диаметром один метр составляет 157 м/с. В этих условиях частицы стремятся оторваться с поверхности колеса с силой в 2500 раз превышающей их вес. Инерционные нагрузки уменьшают применением ступеней скорости и давления. Каждой ступени отдаётся не вся энергия пара, а только часть ее. Это обеспечивает и оптимальный теплоперепад на ступени, который составляет 40...80 кДж/кг при окружной скорости 140...210 м/с. Общий теплоперепад, срабатываемый в современных турбинах, составляет 1400...1600 кДж/кг.

По конструктивным соображениям 5...12 ступеней группируются в одном корпусе, который называют цилиндром. Современная мощная турбина может иметь цилиндр высокого давления (ЦВД) с давлением пара на входе 15...30 МПа, цилиндр среднего давления (ЦСД) с давлением 8...10 МПа и цилиндр низкого давления (ЦНД) с давлением 3...4 МПа. Турбины мощностью до 50 МВт обычно выполняются в одном цилиндре.

Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор для охлаждения и конденсации. В трубчатый теплообменник конденсатора подаётся охлаждающая вода с температурой 10...15°С, что способствует интенсивной конденсации пара. С этой же целью давление в конденсаторе поддерживается в пределах 3...4 кПа. Охлаждённый конденсат вновь подаётся в котёл (рис.1.5), а охлаждающая вода, нагревшаяся до 20...25°С, удаляется из конденсатора. Если вода для охлаждения забирается из водоёма и затем безвозвратно сбрасывается, система называется разомкнутой прямоточной. В замкнутых системах охлаждения вода, нагревшаяся в конденсаторе, подается насосами на градирни - конусообразные башни. С верхней части градирен с высоты 40…80 м вода струится вниз, охлаждаясь при этом до необходимой температуры. Затем вода снова поступает в конденсатор.

Обе системы охлаждения имеют свои достоинства и недостатки и находят применение на электростанциях.

Рис.1.5. Устройство паровой турбины:

а - рабочее колесо турбины; б - схема трехступенчатой активной турбины; в - работа пара в активной ступени турбины; г - работа пара в реактивной ступени турбины.

1 - вал турбины; 2 - диски; 3 - рабочие лопатки; 4 - сопла; 5 - паропровод; 6 - муфта; 7 - вал синхронного генератора; 8 - камера отработавшего пара.

Турбины, у которых весь поданный в них пар после совершения работы поступает в конденсатор, называются конденсационными и используются для получения только механической энергии с последующим преобразованием её в электрическую. Такой цикл называется конденсационным, используется на ГРЭС и КЭС. Пример конденсационной турбины - К300-240 мощностью 300 МВт с начальными параметрами пара 23,5 МПа и 600°С.

В теплофикационных турбинах часть пара отбирается до конденсатора и используется для подогрева воды, которая затем направляется в систему теплоснабжения жилых, административных, производственных зданий. Цикл называется теплофикационным и используются на ТЭЦ и ГРЭС. Например, турбина Т100-130/565 мощностью 100 МВт на начальные параметры пара 13 МПа и 5650С имеет несколько регулируемых отборов пара.

Промышленно-теплофикационные турбины имеют конденсатор и несколько регулируемых отборов пара для теплофикационных и промышленных нужд. Они используется на ТЭЦ и ГРЭС. Например, турбина П150-130/7 мощностью 50 МВт на начальные параметры пара 13 МПа и 5650С обеспечивает промышленный отбор пара при давлении 0,7 МПа.

Турбины с противодавлением работают без конденсатора, а весь отработавший пар поступает теплофикационным и промышленным потребителям. Цикл называется противодавленческим, а турбины используются на ТЭЦ и ГРЭС. Например, турбина Р50-130/5 мощностью 50 МВт на начальное давление пара 13 МПа и конечное давление (противодавление) 0,5 МПа с несколькими отборами пара.

Использование теплофикационного цикла позволяет достичь на ТЭЦ КПД до 70% с учетом отпуска тепла потребителям. При конденсационном цикле КПД составляет 25...40% в зависимости от начальных параметров пара и мощности агрегатов. Поэтому КЭС размещаются в местах добычи топлива, что снижает затрата на транспортировку, а ТЭЦ приближаются к потребителям тепла.

Синхронные генераторы. Конструкция и характеристики этой машины, преобразующей механическую энергию в электрическую, подробно рассматриваются в специальных дисциплинах. Поэтому ограничимся общими сведениями.

Основные элементы конструкции синхронного генератора (рис.1.6): ротор 1, обмотка 2 ротора, статор 3, обмотка 4 статора, корпус 5, возбудитель 6 - источник постоянного тока.

Неявнополюсной ротор быстроходных машин - турбогенераторов (n = 3000 1/мин) выполняется из листовой электротехнической стали в форме цилиндра, находящегося на валу 7. Тихоходные машины - гидрогенераторы (n ? 1500 1/мин) имеют явнополюсный ротор (показан пунктиром). В пазах на поверхности ротора располагается медная изолированная обмотка, подключённая с помощью скользящих контактов 8 (щёток) к возбудителю. Статор представляет собой полный цилиндр из электротехнической стали, на внутренней поверхности которого в пазах располагаются три фазные обмотки - А, В, С. Обмотки выполняется медным изолированным проводом, идентичны друг другу и имеют осевую симметрию, занимая секторы по 120°. Начала фазных обмоток А, В, С через изоляторы выводятся наружу, а концы обмоток Х, У, Z соединяются в общую точку N - нейтраль.

Работа генератора происходит следующим образом. Ток возбуждения iB в обмотке ротора создает магнитный поток Ф, пересекающий обмотки статора. Вал генератора приводится во вращение турбиной. Тем самым обеспечивается равномерное вращение магнитного поля ротора с угловой частотой?=2?f, где f - частота переменного тока, 1/с - Гц. Для получения частоты переменного тока 50 Гц при числе пар магнитных полюсов р необходима частота вращения ротора n=60?f /p.

При р = 1, что соответствует наявнополюсному ротору, n= 3000 1/мин. Вращающееся магнитное поле пересекая обмотки статора наводит в них электродвижущую силу (ЭДС). В соответствии с законом электромагнитной индукции мгновенное значение ЭДС

где w - число витков.

ЭДС в обмотках статора наводятся синхронно с изменением магнитного поля по мере вращения ротора.

Рис.1.6.

а - конструкция генератора; б - схема соединения обмоток;

в - ЭДС на выводах обмоток генератора

1 - ротор; 2 - обмотка ротора; 3 - статор; 4 - обмотка статора; 5 - корпус; 6 - возбудитель; 7 - вал (ось) ротора; 8 - контактные кольца

При равномерном вращении ротора и осевой симметрии обмоток статора мгновенные значения фазных ЭДС равны:

где ЕМ - амплитудное значение ЭДС.

Если к выводам обмоток статора генератора подключена электрическая нагрузка Z во внешней цепи протекает электрически ток

где - напряжение на выводах обмоток при протекании в них тока i и сопротивлении обмотки статора Zвн.

На практике удобнее использовать не мгновенные, а действующие значения электрических величин. Необходимые соотношения известны из курса физики и теоретических основ электротехники.

Работа генератора во многом зависит от режима возбуждения и охлаждения машины. Различные системы возбуждения (независимое и самовозбуждение, электромашинное и тиристорное и т.д.) позволяют изменять величину iB и, следовательно, магнитного потока Ф и ЭДС в обмотках статора. Это даёт возможность регулировать напряжение на выводах генератора в определённых пределах (обычно ±5%).

Величина активной мощности, отдаваемой турбогенератором в электрическую сеть, определяется мощностью на валу турбины и регулируется подачей в турбину пара.

В процессе работы генератора происходит его нагрев, прежде всего из-за выделения тепла в обмотках, обтекаемых током. Поэтому существенное значение имеет эффективность системы охлаждения.

Генераторы малой мощности (1...30 МВт) имеют воздушное охлаждение внутренних поверхностей по проточной (разомкнутой) или регенеративной (замкнутой) схеме. На генераторах средней мощности (25...100 МВт) применяют поверхностное водородное охлаждение по замкнутой схеме, что более эффективно, но требует применения специальных мер безопасности. Мощные генераторы (более 100 МВт) имеют форсированное водородное, водяное или масляное охлаждение, при котором охладитель прокачивается под давлением внутри статора, ротора, обмоток по специальным полостям (каналам).

Основные технические характеристики генераторов: номинальное напряжение на выводах обмотки статора генератора, Uном: 6,3-10,5-21 кВ (бoльшие значения соответствуют более мощным генераторам); номинальная активная мощность, Рном, МВт; номинальный коэффициент мощности; номинальный КПД, составляющий 90...99%.

Эти параметры связаны между собой:

Собственные нужды электростанций. Не вся электрическая и тепловая энергия, произведённая на ТЭС, отдаётся потребителям. Часть остаётся на станции и используется для обеспечения её работы. Основными потребителями этой энергии являются: система транспортировки и подготовки топлива; насосы подачи воды, воздуха; система очистки воды, воздуха, уходящих газов и др.; отопление, освещение, вентиляция бытовых и производственных помещений, а также целый ряд других потребителей.

Многие элементы собственных нужд относятся к первой категории по надёжности электроснабжения . Поэтому они подключаются, по крайней мере, к двум независимым источникам энергии, например, к источникам на своей станции и к энергосистеме.

Распределительное устройство. Электроэнергия, выработанная генераторами, собирается на распределительном устройстве (РУ), а затем распределяется между потребителями. Для этого выводы обмоток статоров генераторов через специальные коммутационные аппараты (выключатели, разъединители и др.) жесткими или гибкими проводниками (шинами) присоединяются к сборным шинам РУ. Каждое присоединение в РУ осуществляется посредством специальной ячейки, содержащей необходимый комплект аппаратуры. Поскольку передача, распределение и генерация электроэнергии, а также ее потребление происходят при разном напряжении, на станции есть несколько РУ. На номинальное напряжение генераторов, например, 10,5 кВ, выполняется РУ генераторного напряжения. Обычно оно находится в здании станции и по конструкции является закрытым (ЗРУ). К этому РУ подключаются близко расположенные потребители. Для передачи электроэнергии по линиям электропередачи (ЛЭП) на большие расстояния и связи с другими станциями и системой необходимо использовать напряжение 35...330 кВ. Такая связь осуществляется с помощью отдельных РУ, обычно открытого исполнения (ОРУ), где устанавливаются повышающие трансформаторы. Для подключения потребителей собственных нужд служит - РУСН. С шин РУСН электроэнергия непосредственно и через понижающие трансформаторы передаётся потребителям на электростанции.

Схожие принципы используются и при распределении тепловой энергии, вырабатываемой на ТЭЦ. Специальные коллекторы, паропроводы, насосы обеспечивают подачу тепла промышленным и коммунальным потребителям, а также в систему собственных нужд.

Ringsted, Denmark октябрь 1994 г.
Материал рабочей группы
Соруп Манор

Введение

Предлагаемый материал рабочей группы представляет собой дискуссионную статью, подготовленную для Европейской конференции по комбинированному проиводству тепловой и электрической энергии и когенерации членами Комитета по подготовке программы.

Как и прежде, комбинированное производство тепловой и электрической энергии (СНР) и когенерация играют важную комплексную роль в европейском развитии. Роль, которую СНР и когенерации предстоит сыграть в рамках европейской системы энергоснабжения будущего, должна иметь широкую базу, а не быть просто «рыночным капризом» или поспешной ответной реакцией на озабоченность состоянием окружающей среды.

Комбинированное производство тепловой и электрической энергии и когенерация могут содействовать устойчивому развитию, что является целью Маастрихтских Соглашений. СНР сравнимо с более чистыми технологиями, на которых был сделан акцент в Белой книге Европейского Союза 1993 г. «Рост, конкуренция, занятость - задачи и пути продвижения в XXI век». В данном материале рассматривается роль, которую предстоит сыграть СНР в Европе в будущем, и высказаны предложения по поводу комплексной стратегии.

Элементы модели перспективного развития для Европы

Модель перспективного развития была выдвинута и обсуждена в «Белой книге» Европейского Союза в 1993 г. Параллельно с ее обсуждением в рамках Европейского Союза, пути развития энергетики, вопросы занятости и состояния окружающей среды обсуждаются как на национальном уровне, так и в рамках Международного Агентства по Энергетике (IEA). Здесь чрезвычайно важно обеспечить взаимодействие между политическими структурами на европейском, национальном и локальном уровнях.

«Белая книга» Комиссии

В «Белой книге» Европейского Союза 1993 г. «Рост, конкуренция, занятость ¾ задачи и пути продвижения в XXI век» подчеркивалась необходимость разработки новой модели развития, предполагающей комбинирование основных ресурсов

Союза ¾ трудовых и природных. Современная модель развития уже устарела и не является оптимальной, что приводит к недостаточному использованию трудовых и избыточному использованию энергетических и природных ресурсов. Необходимо разработать новую модель, направленную на содействие устойчивому экономическому росту, при котором повышается уровень занятости и снижается уровень потребления энергетических и природных ресурсов. Несмотря на то что многие проблемы можно решить за счет ускорения технического прогресса, следует помнить о том, что энергетические ресурсы уже нельзя считать неограниченными, особенно с учетом внешних затрат, связанных с изменением климата, выбросами кислых газов, опасностью для здоровья, а также ядерными отходами и соответствующим риском. Следовательно, положение энергетики в новой модели развития является одним из ключевых элементов, которые требуют рассмотрения.

В "Белой книге" предложены пути содействия осуществлению структурных перемен. Особого внимания заслуживают следующие политические инструменты:

· Необходимость стратегической микроэкономической политики. Следует устранить существующие барьеры в регулировании, которые не соответствуют новой устойчивой модели. Все внешние затраты для общества необходимо систематически трансформировать во внутренние. Первым ключевым элементом является серьезная переориентация фундаментальных исследований, связанных с моделью устойчивого развития, включая возобновляемые источники энергии и, например, «зеленый учет», а также содействие проведению этих исследований.

· Инструменты политики на макроэкономическом уровне. В контексте постепенного систематического пересмотра инструментов политики особого внимания заслуживают следующие инструменты:

1. Косвенные налоги на загрязнение окружающей среды, например, на источники энергии в зависимости от содержания СО 2 в выбросах;

2. Финансовое регулирование, в частности, схемы исчисления налогов, способствующие устойчивой экономической деятельности;

3. Контроль динамики внутреннего рынка с целью обеспечения оптимального использования ресурсов;

4. Включение экологических аспектов трансграничного и глобального характера в политику международной торговли и сотрудничества. Это особенно касается регионов, близких к Европейскому Союзу (например, Центральной и Восточной Европы).

· Инструменты политики секторального уровня. Роль этих инструментов возрастает ввиду стремления Европейского Союза к новой экономической модели.

Проблемы энергетического сектора были рассмотрены в рамках 5-й программы экологических действий.

Внутренний энергетический рынок в Европе

Предполагается, что создание внутреннего энергетического рынка станет частью более комплексной стратегии, включающей инструменты макроэкономической политики, секторальной энергетической политик и т. д.

Ряд европейских стран уже приступил или намерен приступить к регулированию в целях создания рынка на национальном уровне. Европейский Союз уже реализовал директивы по прозрачности цен и единым энерго- и теплоносителям. Эти директивы открывают дорогу для трансграничной продажи электроэнергии и газа; они были приняты странами, подписавшими EEA.

В 1988 г. Совет Министров согласовал рекомендацию по автономному производству электроэнергии, в соответствии с которой государства-участники должны обеспечить необходимые гарантии по закупочным ценам на электроэнергию, полученную в результате СНР, на базе долгосрочных предельных цен.

Более того, ожидается, что благодаря предложенным директивам по внутреннему рынку электроэнергии и газа эти рынки станут доступными. В настоящее время формулировка этого предложения позволяет государствам-членам отдавать приоритет СНР при передаче нагрузок в национальных масштабах со ссылкой на рекомендацию 1988 г. Совет Министров обсуждает требования относительно доступа третьих лиц на оптовый рынок.

Новые рыночные механизмы для поставки электроэнергии и газа неизбежно повлияют на развитие систем СНР. Последнее зависит от движения наличных средств на тpех, по меньшей мере, различных рынках (топлива, электроэнергии, тепловой энергии), и если один из них становится нестабильным, то это стимулирует других рыночных инструментов. Потенциальное негативное экономическое воздействие можно предотвратить за счет гарантированного ценообразования (как в случае рекомендации 1988 г.) и использования механизмов возмещения инвестиционных и эксплуатационных затрат.

5-я Программа экологических действий

В рамках 5-й Программы экологических действий предусмотрены секторальные инструменты:

"Энергия: Центральное место в модели развития занимает способ производства и передачи энергии. Параллельно с либерализацией внутреннего рынка электроэнергии и газа Европейскому Союзу придется выбирать вариант стратегии, что до сих пор было прерогативой государств-членов. Эти варианты, в частности, касаются как интенсивного развития управления спросом, так и создания разнообразных вариантов предложений, относящихся к экологически чистым источникам энергии ."

Программы SAVE, THERMIE, ALTENER и JOULE

В 1989 г. Европейским Союзом была поставлена задача по повышению энергетической эффективности на 20% к 1995 г. Программа SAVE , представленная Комиссией в 1990 г., направлена на повышение энергоэффективности. В своем первоначальном виде программа была нацелена на изучение барьеров на пути реализации СНР (в частности, автономного производства) и выработку предложений по их устранению. В рамках программы THERMIE на примере ряда проектов демонстрируются возможности использования новых технологий СНР.

Цель программы ALTENER ¾ содействие использованию возобновляемых источников энергии, например, за счет утилизации биомассы в качестве топлива для ТЭЦ.

Программа JOULE направлена на оказание содействия исследованиям и разработкам в области неядерной энергетики. Недавно в эту программу были включены меры по энергоэффективности.

Реализация эти программ способствует развитию СНР.

Международные и Европейские конвенции и протоколы

по окружающей среде

Принятые соглашениям обязывают европейские страны сокращать выбросы вредных веществ, в частности, на электростанциях и теплоэнергетических установках.

На конференции в Рио-де-Жанейро в 1992 г. была принята рамочная конвенция по ряду вопросов ¾ в том числе, по сокращению выбросов парниковых газов, включая СО 2 . Эта конвенция вступила в силу 21 марта 1994 г.; она будет содействовать использованию более чистых видов топлива и осуществлению инициатив по оптимизации эффективности в европейском энергетическом секторе.

В декабpе 1990 г. министры энергетики и окружающей среды стран Европейского Союза провели совместное заседание, на котором пришли к согласию по вопросу о стабилизации выбросов СО 2 к 2000 г. на уровне 1990 г. Весной 1994 г. Европейская Комиссия рассмотрела результаты, которых удалось достичь. Комиссия констатировала, что ряд стран-членов, а именно Дания, Германия, Греция, Италия, Люксембург, Нидерланды, Португалия, Испания и Великобритания, приступили к реализации схем комбинированного производства тепловой и электрической энергии и когенерации как меры по снижению уровня выбросов СО 2 .

Кроме того, Европейский Союз присоединился к конвенциям и протоколам европейской Экологической Конвенции (ЕСЕ) по выбросам оксидов серы и азота.

Сотрудничество со странами Центральной и Восточной Европы

Наряду с программами PHARE и TACIS, в 12 странах Европейского Союза были инициированы пpогpаммы крупномасштабной помощи, направленной на совершенствование инфраструктуры в Восточной Европе. В этих программах, при поддержке аналогичных национальных программ в каждой из европейских стран Европейского Инвестиционного Банка, международных банков развития, а также других организаций, приоритет отдан энергетическому сектору. Ввиду широкого распространения СНР и систем центрального отопления (ЦО) в странах Центральной и Восточной Европы задача создания современных технологий СНР считается высокоприоритетной. Реализация СНР может способствовать обеспечению независимости экономики от импорта энергии, а также замене производства электроэнергии на опасных атомных электростанциях в этих странах на системы СНР.

Инфраструктура - реконструкция городов

Европейский Союз предоставляет помощь и финансовую поддержку для развития инфраструктуры посредством ряда программ (INTERREG, ENVIREG, VALOREN, Cohesion Fund и т. д.) и через банки (Европейский Инвестиционный Банк, Европейский Банк Реконструкции и Развития и т.д.). Помощь поступает в пограничные зоны, развивающиеся регионы; она идет на реконструкцию городов, создание трансевропейских сетей и т. д.

Возможно, такие виды инфраструктуры, как электрические и газовые системы, а также системы СНР и ЦО, будут получать помощь и финансовую поддержку в будущем. Расширение трансевропейских электрических и газовых сетей может в той или иной степени способствовать сооружению новых ТЭЦ и проложить дорогу для взаимодействия между СНР и гидроэнергетикой в рамках европейской системы энергоснабжения.

СНР ¾ европейский вариант с большим потенциалом

При условии реализации модели развития для Европы, которая рассматривалась выше, можно говорить о значительном потенциале СНР. В данном разделе обсуждены характеристики и потенциал СНР.

Устойчивость

Когенерация электрической и тепловой энергии представляет собой энергоэффективную технологию, которая может сыграть важную роль в XXI веке в осуществлении перехода Европы на путь устойчивого развития. С помощью СНР возможно одновременное производство нескольких видов энергетических услуг:

· отопление и холодоснабжение зданий;

· выработка электроэнергии для освещения и работы двигателей;

· производство технологической энергии для промышленности и т. д.

При комбинированном производстве тепловой и электрической энергии возможна утилизация большого числа различных видов топлива ¾ не только природного газа, угля и нефти, но и, например, биомассы и твердых отходов, с использованием энергоэффективных крупномасштабных установок для сжигания, оборудованных современными системами, а также с применением экологичных технологий.

Кроме того, комбинированное производство тепловой и электрической энергии может благотворно повлиять на локальную окружающую среду, если системы СНР заменят ряд объектов энергетики как источников атмосферного загрязнения.

Реализация СНР способствует повышению уровня занятости. Это объясняется тем, что энергоэффективность и использование местных энергетических ресурсов, связанные с СНР, означают возможность сокращения импорта топлива в Европе, а это способствует увеличению денежной массы, остающейся для инвестиций в местные системы комбинированного производства тепловой и электрической энергии.

Тем самым СНР может способствовать достижению ряда целей, поставленных как на уровне Европейского Союза, так и на национальном уровне.

Потенциал СНР в Европе

В рамках программы SAVE была заново произведена оценка технико-экономического потенциала СНР. Для получения более точных данных необходим дальнейший структурированный и комплексный анализ.

Предварительная оценка показала, что в 12 странах Европейского Союза мощность генерации энергии по технологиям СНР может быть удвоена к 2000 г.; тогда она будет составлять значительную долю общего объема неядерной термической мощности в этих странах и сможет заменить соответствующий объем тепловой и электрической энергии, вырабатываемых раздельно.

Таким образом, СНР можно рассматривать как важный инструмент стабилизации выбросов СО 2 в Европе к 2000 г.

На рисунке приведены ориентировочные значения потенциалов СНР для стран Европы. В первой колонке указана установленная мощность на 1993 г. (мощность генерации электроэнергии в гигаваттах). Данные на 2000 г. включают рост СНР в сфере обслуживания, в промышленности и в секторе центрального отопления.

В более отдаленной перспективе потенциал СНР связан, главным образом, с рынком тепловой энергии. Он зависит от принятия решений по теплоснабжению городских зон в Европе на перспективу.

С внедрением СНР произойдет сокращение общего объема выбросов СО 2 . Комбинированное производство тепловой и электрической энергии играет определенную роль и за пределами 12 стран-членов Европейского Союза. Так, в Финляндии, Швеции и Австрии уже сейчас велика доля СНР. Вступление этих государств в Европейский Союз непременно повлияет на ход обсуждения перспектив СНР в Европе.

В некоторых странах Центральной и Восточной Европы уже имеются крупномасштабные системы СНР/ЦО. Это подчеркивает важность СНР как элемента общеевропейской системы энергоснабжения. Главная задача, стоящая перед Центральной и Восточной Европой, заключается в обновлении и модернизации систем СНР/ЦО. Ожидается значительный выигрыш от сокращения потребления топлива и выбросов вредных веществ.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что СНР по всем аспектам может сыграть ключевую роль в европейской энергетической политике.

СНР как долгосрочный интегрированный выбор

С реализацией СНР связаны такие технологические преимущества, как энергоэффективность и возможность утилизации природного газа, угля, биомассы, отходов и т.п. экологически приемлемым способом.

Диапазон применения СНР широк ¾ от малых установок до крупных станций, обслуживающих объединенные городские зоны; комбинированное производство тепловой и электрической энергии также используется в различных взаимосвязанных энергетических службах. Что касается аналогичных вариантов более чистых технологий, то развитие СНР зависит от последовательной интеграции различных видов его применения, а также от территориальной и экономической базы.

Речь идет, в основном, о территориальной интеграции, которая касается сетей центрального отопления, объединенных технологических установок, установок в зданиях и т. д. Интеграция касается и сферы управления.

В то же время, необходима общая экономическая и организационная база. Эксплуатация установок требует значительных инвестиционных и текущих затpат. В финансовом отношении в этот процесс должны быть вовлечены все заинтересованные стороны .

СНР следует рассматривать как вариант на долгосрочную перспективу с участием сохранения необходимой организационной стабильности (это особенно касается крупномасштабных систем центрального отопления) и обесценивания инвестиций. Амортизационные сроки для крупных городских систем зачастую составляют 20-30 лет. Это также характерно для других видов базовых инвестиций, например, в установки, работающие на природном газе, а также в электростанции и энергетические сети.

Понятие комбинированного производства тепловой и электрической

энергии с трудом поддается определению

В рамках европейской энергетической политики не было выработано адекватного определения СНР; в разных странах используются разные определения:

· Технологии и масштабы СНР различны в различных странах. Так, в странах Северной Европы, а также в Центральной и Восточной Европе, имеются крупномасштабные системы центрального отопления, основанные на работе ТЭЦ; в Нидерландах, Великобритании, Италии, Португалии, Греции и Франции быстро растет доля локальных установок СНР, автономных и промышленных производителей.

· Владеют и управляют системами СНР мелкие, частные производители, обрабатывающая промышленность, третьи лица, органы местного самоуправления, дистрибьютеры и коммунальные предприятия энергетического сектора. Они имеют самые разнообразные мотивы и даже становятся конкурентами, когда речь идет о завоевании рынков тепловой или электрической энергии (если только они не регулируется властями или не поделены между коммунальными предприятиями по взаимному согласию).

· Понятие СНР не вписывается в узкие рамки концепции рынка. Конкуренция в одной сфере (например, в газовом секторе) неизбежно будет иметь экономические последствия для других сфер (например, в электро- или теплоснабжении), и невозможно предсказать, каковы будут последствия этой конкуренции.

· Более того по статистике и базам данных трудно сказать, идет ли речь об электростанции, тепловой системе или о чем-то ином. Используется ли топливо однократно или двукратно? Является ли тепловая энергия разновидностью отходов?

Необходимо продумать вопрос о рациональном расположении систем СНР на карте Европы.

Важно не только подчеркивать преимущества СНР, но и выработать базовое определение СНР как энергетически эффективной, экологически приемлемой комплексной технологии.

Основные условия успешной pеализации СНР и ЦО

Практика показывает, что можно выявить ряд базовых условий успешной реализации СНР и ЦО (см. Приложение). Речь идет о стабильной ситуации на рынках тепловой энергии, газа и электроэнергии, а также об удовлетворительной финансовой базе. Ниже предложен перечень возможных условий:

· стабильные экономические условия на долгосрочную перспективу;

· адекватный рынок тепловой и электрической энергии;

· большая доля рынка тепловой энергии в общем энергетическом рынке;

· внедрение усовершенствований в области эксплуатации и технологий;

· энергетическое и экологическое налогообложение;

· субсидии;

· планирование и зонирование рынка;

· взаимосвязь между производством тепловой и электрической энергии;

· легальный доступ к продажам энергетической продукции и услуг;

· партнерские отношения между электрическими и теплоэнергетическими компаниями;

· спрос со стороны государственного сектора.

Предложения по комплексной стратегии СНР

в рамках Европейского Союза

В данном разделе изложены соображения, которые могут стать частью всеобъемлющей стратегии СНР. Каждое предложение, безусловно, требует дальнейшего обсуждения.

Для того чтобы СНР заняло более почетное место в структуре повестки дня европейской политики в области энергетики, необходимо разработать комплексную стратегию.

В рамках такой стратегии можно пpедложить, например, инструменты комплексной и интерактивной политики как основу новой модели европейского развития в соответствии с "Белой книгой". Европейский Союз и его отдельные члены могли бы сотрудничать при разработке общей стратегии по развитию СНР и составлении графика осуществления различных инициатив. Можно сформулировать и стратегии СНР на национальной основе, по принципу вспомогательности.

Стратегия СНР может определить, каким образом и когда будет осуществлена каждая из инициатив. Например, в директивах по внутреннему европейскому энергетическому рынку можно оставить место для СНР. Кроме того, регулирование должно, по возможности, способствовать дальнейшему расширению СНР.

В соответствии с принципом вспомогательности, стратегия может предусматривать осуществление инициатив государствами-членами ранее срока, установленного в схемах для Европейского Союза.

В рамках данной стратегии можно поставить задачу расширения СНР, а также предложить инструменты последовательной политики, способствующие устойчивому развитию СНР на долгосрочную перспективу.

Высказано предложение о том, чтобы Комиссия, Парламент и Совет Министров Европейского Союза подготовили материал рабочей группы, который послужил бы фоном для проведении переговоров по вопросу о рыночной директиве и новом договоре для Европейского Союза.

Поэтапное осуществление

Роль СНР можно усилить за счет постепенного осуществления процесса по всей Европе с участием потребителей и рынков, неправительственных организаций, а также центральных и местных правительственных органов.

Общие представления, базы данных и статистика

На первом этапе будут выработаны общие представления, терминология и стандарты для различных видов СНР. Необходимо инициировать конкретную европейскую программу через Европейский Союз, CEN, Международное агентство по энергетике и т.д.

Конкретная цель будет заключаться в разработке методологической терминологии для программы действий по СНР с последующим созданием базы данных для программ СНР и их характеристик в соответствии с Соглашением Междунаpодного Агентства Энеpгетики (IEA) по данным INDEEP и программам контроля стороны спроса. Эту задачу можно pассматpивать как продолжение программы SAVE.

Евростат и национальные статистические бюро могут разработать общий регламент по статистике и создать европейскую базу данных, в которой найдет ясное отражение СНР и которая будет использоваться для анализа энергетического баланса.

Кроме того, необходимо инициировать научно-технические разработки по комплексной методологии составления программ по СНР.

Создание информационной сети

Государственная информационная сеть по программе THERMIE была создана через центры OPET. Сотрудничество по EnR направлено на создание баз данных. EnR было предложено создать специальные базы данных по СНР, а также информационную сеть для выполнения общих задач.

Европейское лобби СНР

Ряд организаций профессионально заинтересован в индустрии СНР. Весьма полезным может быть гармоничное представление этих интересов перед Комиссией и Европарламентом. Полезным может быть также создание сети, охватывающей всю Европу.

Сценарии предоставления услуг в сфере энергетики и варианты

осуществления СНР

Спрос на энергетические услуги, который может быть удовлетворен за счет СНР, на локальном, национальном и европейском уровне. При этом во внимание принимается внутренний, коммерческий и промышленный спрос. В то же время можно оценить уровень спроса на электроэнергию, а также степень доступности различных источников энергии и различных видов топлива, в том числе биомассы и отходов.

Результаты могут быть просуммированы на локальном и национальном уровне и использовать для оценки потенциала СНР.

СНР и комплексное планирование в энергетике

Потенциалы СНР можно учесть пpи pазpаботке Комиссией сценариев по перспективам развития энергоснабжения в Европе и использовать при оценке воздействия на окружающую среду.

Возможна выработка реального сценария развития СНР в Европе. Такой общий план может стать основой для инициатив.

Комбинированное производство тепловой и электрической энергии можно сделать постоянным элементом локальных и национальных стратегий в области энергетики (в том числе, национальных задач), а также комплексного планирования ресурсов, которое будет осуществляться энергетическими компаниями в соответствии с последующими указаниями Европейской Комиссии. Соответствующие положения могут быть отражены в Директиве Европейского Союза по комплексному планированию ресурсов.

Проведение качественной оценки в отношении СНР может содействовать принятию решений по выбору технологий СНР, включая проблемы энергоэффективности в целом.

Кроме того, такое планирование и оценки помогут установить иерархию приоритетов для различных видов СНР (автономное производство, системы центрального отопления и газовые системы). Необходимо также иметь возможность оценки взаимосвязи между различными решениями в области СНР.

Устранение барьеров и реализация СНР

В ходе реализации программы SAVE было выявлено несколько видов барьеров на пути дальнейшего расширения СНР. Существенным препятствием оказались барьеры организационного характера. Неразумные рыночные предписания могут стать еще одним серьезным фактором, сдерживающим развитие СНР.

Перечень элементов, необходимых для реализации СНР, может включать:

· организационную структуру и устранение барьеров;

· планирование и зонирование рынка (картирование, городское планирование, организация заповедных зон и т.д.);

· меры в области маркетинга и регулирования (кампании, субсидии, скидки, стимулы, паи, приоритеты, обязательное подключение, предписания);

· вложение средств в строительство установок, скидки и т.д.;

· регулирование цен на услуги в области комбинированной энергии;

· приоритет для СНР при распределении нагрузок;

· экологическое налогообложение и субсидии для схем СНР;

· финансирование энергетической инфраструктуры (газ, электричество, СНР, ЦО) и обеспечение инвестиций;

· регулирование внешних подключений.

Особое значение имеет создание надежной инвестиционной базы для расширения крупномасштабных систем СНР.

Описанные меры могут приниматься на национальном уровне, тогда как на уровне Европейского Союза можно рассмотреть вопрос о разработке конкретных положений и т.п.

Оказание помощи странам Восточной Европы в реализации СНР

Помощь странам Восточной Европы в реализации СНР можно активизировать и скоординировать с национальными и международными программами. При осуществлении финансирования международные банки развития могут сделать акцент на инвестиции в энергоэффективность и схемы СНР. Можно произвести оценку воздействия энергоэффективности, что станет основой для установления приоритетов при осуществлении соответствующих мер.

Последующие действия (технологии, программы и т.п.)

Необходимость развития технологий и систем СНР весьма актуальна, в том числе в плане совершенствования известных технологий. В качестве примера можно привести транспортирование тепловой энергии на большие расстояния.

Возможна разработка и существенное улучшение программ контроля стороны спроса на тепловую энергию, контроля и комбинирования нагрузок и т. д.

Кроме того, существует настоятельная необходимость в оценке энергетических показателей, энергоэффективности, воздействия на окружающую среду и т.п. как основы для оптимизации концепций СНР и во избежание стремления производителей к «снятию сливок».

Приложение

Основные условия успешной реализации СНР и ЦО

Ниже предложен ряд основных условий успешной реализации СНР и ЦО,

выявленных эмпирическим путем.

· Стабильные экономические условия на долгосрочную перспективу

Системы СНР и ЦО являются долгосрочными и капиталоемкими. Для принятия верных экономических решений необходимо, чтобы долгосрочные экономические условия для их функционирования были как можно более стабильными и предсказуемыми.

Например, затраты основного капитала составляют 75% от общих затрат потребителей. Таким образом, в сравнении с индивидуальным отоплением потребительские цены на ЦО оказываются относительно нечувствительными к колебаниям цен на топливо. С другой стороны, в ситуациях, когда цены на топливо низки, потребители не будут проявлять желания подключаться к сети ЦО, и, следовательно, теплоэнергетические компании будут поставлены перед дилемой: расширять ЦО или создавать СНР. Подобный риск можно сократить за счет использования политических инструментов и последующих инициатив.

· Адекватный рынок тепловой и электрической энергии

Необходимо существование такого рынка тепловой энергии, который зависел бы от спроса на тепловую энергию, плотности застройки в городах и климатических условий. Это важно как с точки зрения обеспечения экономической целесообразности, так и с точки зрения снижения потерь тепловой энергии в распределительной системе. Аналогичным образом, не должно существовать технических, юридических или организационных барьеров для подключения к энергетической сети, а тарифы должны быть разумными.

· Значительная доля рынка тепловой энергии

Предельные цены на подключение дополнительного количества потребителей к сети ЦО ограничены. Таким образом, значительная доля рынка тепловой энергии будет способствовать повышению энергоэффективности и увеличению экономии.

· Текущий ремонт и технологические усовершенствования

Как показывает опыт, важную роль в функционировании систем СНР и ЦО играет регулярный текущий ремонт и модернизация за счет внедрения технологических усовершенствований.

Данные предпосылки успешного развития не всегда реализуются, что порождает экономические сложности. Низкие цены на конкурентные виды топлива могут привести к уменьшению объема экономических благ для потребителей тепловой энергии и даже к отключению некоторых потребителей [от системы] и переходу на другие виды отопления. Конкуренция может привести и к тому, что новые потребители не будут подключиться к данной системе, что ухудшит экономическое положение коммунального предприятия СНР/ЦО и оставшихся потребителей. Это породит замкнутый круг «рост темпов ¾ уменьшение доли рынка», в результате чего произойдет потеря энергоэффективности, а это зачастую оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Ниже приведены примеры того, каким образом можно создать предпосылки для развития ЦО и использования СНР за счет ряда политических мер локального и национального уровня

· Поддержка за счет налогообложения, субсидирования и регулирования

В некоторых случаях были приняты адекватные политические меры государственного и локального уровня для решения проблем, связанных с кpаткосрочными колебаниями цен, за счет соответствующей системы налогообложения и субсидирования, а также посредством регулирования.

· Энергетическое и экологическое налогообложение

Налоги на энергию и выбросы могут сгладить колебания потребительских цен при колебаниях цен на мировом рынке.

· Субсидирование

Во многих странах для снижения затрат на инвестиции, оказания помощи в проведении текущего ремонта и модернизации, а также для интенсификации подключения потребителей к сети использовалась система субсидий и дотаций для потребителей и/или теплоэнергетических компаний.

· Регулирование

В некоторых случаях органы местного самоуправления получили разрешение предоставлять потребителям стимулы для подключения к системе ЦО при замене их установок, или же сделать такое подключение обязательным.

· Рыночные стратегии и зонирование

Неуместная конкуренция между различными системами теплоснабжения на одной и той же территории может поставить эти системы под угрозу в экономическом отношении. Конкуренция между системами снабжения может также привести к снижению энергоэффективности ЦО, так как темпы подключения могут быть низкими. Во избежание этих проблем, некоторые рынки были поделены на географические зоны для различных систем снабжения посредством планирования со стороны центрального или локального правительств или по договоренности между предприятиями.

· Связь между тепловой и электрической энергией

При использовании СНР возникает тесная физическая связь между производством электрической и тепловой энергии. С целью утилизации обоих видов выработанной энергии предложение и спрос можно совместить. Часто гибкость системы повышается за счет предоставления доступа к более крупным системам ЦО и к государственной электрической сети, что обеспечивает возможность внедрения

СНР. Требование гибкости порождают необходимость в соответствующей правовой базе для сотрудничества между сторонами, предоставляющими электрическую и тепловую энергию.

· Легальный доступ к продажам энергетической продукции и услуг

Предприятия, кpупные районы жилой застройки и такие учреждения, как школы, больницы и т.д., во многих случаях получают легальный доступ к продаже избытка тепловой энергии местным ЦО-компаниям, а также избытка электрической энергии электрическим компаниям.

Теплоэнергетические компании, использующие системы СНР, также могут иметь легальный доступ к продажам электроэнергии в государственную электрическую сеть.

· Тесное сотрудничество с электрическими компаниями

Независимо от того, идет ли речь о промышленных СНР-установках или об установках, являющихся собственностью теплоэнергетических компаний, важны соответствующие условия и тарифы на обмен электроэнергией.

· Потребители в государственном секторе

Для успешной реализации СНР и ЦО часто необходима поддержка со стороны органов государственной власти. Быстрое подключение общественных зданий к сетям ЦО может явиться ценным вкладом в экономику этих систем. Координация физического планирования и городского развития в муниципалитетах с развитием систем ЦО создаст благоприятные условия на рынке тепловой энергии и тем самым укрепит экономику компании-владельца системы ЦО, а также и сократит расходы для потребителей.