Махнуть не глядя: заменят ли котельные на мини-ТЭЦ? "Энергетика и промышленность России". № 07 (483) апрель 2024

Проблематика энергосбережения и повышения энергоэффективности, которая особо актуальна для энергоемких отраслей (электро- и теплоэнергетика, обрабатывающая промышленность, строительство, ЖКХ, транспорт), продолжает оставаться в фокусе повышенного внимания. Для ее решения предлагаются разные варианты. Один из них — заменить котельные в городах на мини-ТЭЦ.
Увеличение энергетической эффективности производства тепловой и электрической энергии соответствует цели снижения энергоемкости экономики страны, учитывая, что энергетика потребляет около 30% добываемого в стране углеводородного топлива.
Выбираем путь
Ученые называют несколько вариантов повышения энергоэффективности. Первый — увеличение доли совместного производства электрической и тепловой энергии на когенерационных установках. Второй — преобразование дешевой электрической энергии, производимой на основе возобновляемых энергоресурсов, в доступную по стоимости тепловую.
"В стране около 50% тепловой и 30% электрической энергии производится крупными ТЭЦ, расположенными в больших городах. Примером производства электротепла может служить Иркутская область, где располагаются крупные ГЭС.
В малых и средних городах доминирует раздельное производство энергии, где основным источником тепловой энергии являются угольные и газовые котельные средней и большой мощности. Предлагается замещение котельных на мини-ТЭЦ с когенерационными газопоршневыми и газотурбинными установками малой мощности, — пояснила "ЭПР" доцент кафедры автоматизированных электроэнергетических систем НГТУ Людмила Мышкина — разработчик методов создания интегрированных систем энергоснабжения. — Эффективность мини-ТЭЦ позволяет повысить техническую и экономическую доступность энергии для потребителей. Разница в затратах на производство и передачу электрической и тепловой энергии позволяет говорить о конкурентоспособности мини-ТЭЦ. Благодаря им снижается негативное влияние перекрестного субсидирования, увеличивается эффективность промышленных и сельскохозяйственных предприятий, особенно малого и среднего предпринимательства, которые являются основой экономики небольших городов. Нахождение источника в непосредственной близости от потребителей повышает надежность и эффективность системы тепло- и электроснабжения".
Специалисты НИУ "МЭИ" назвали комбинированную выработку самым эффективным способом получения тепловой и электрической энергии, отметив, что в этом случае коэффициент использования теплоты топлива может достигать 80% и даже больше.
"Существующие котельные используются в целях теплоснабжения потребителей для нужд горячего водоснабжения, отопления и вентиляции. КПД современных котельных агрегатов достигает 92–94%. Однако в этом случае вырабатывается только тепловая энергия. В результате при раздельной выработке электроэнергии КПД современных паротурбинных станций в РФ не превышает 40%, а в мировой энергетике 45%.
Преобразование котельных в ТЭЦ позволяет повысить коэффициент использования топлива до 80% и выше. В крупных городах уже построены ТЭЦ, которые в комбинированном цикле обеспечивают тепло и электроснабжение потребителей", — рассказал корреспонденту "ЭПР" заведующий кафедрой тепловых электрических станций НИУ "МЭИ" Алексей Дудолин.
Внимание на мировой опыт
В европейских странах с продолжительным периодом низких температур распространение получают источники тепловой энергии, использующие возобновляемые энергоресурсы.
"В системах теплоснабжения такими источниками, например, являются тепловые насосы различного типа, а также солнечные коллекторы. Сочетание с явными, скрытыми и термохимическими аккумуляторами тепловой энергии позволяет повысить эффективность их функционирования. Кроме этого, при наличии определенных условий избыток электроэнергии, производимой солнечными фотоэлектрическими установками в период снижения электрической нагрузки, аккумулируется в сезонных тепловых накопителях, позволяющих ее сохранять для использования в отопительный период.
Примеры различных по сочетанию установок по производству и накоплению тепловой энергии известны, накопленный опыт в Германии, Дании, Швеции, Финляндии и в других странах может оказаться полезен в условиях РФ. Конечно, высокая стоимость тепловых насосов в сочетании с низким коэффициентом использования установленной мощности сдерживает их массовое применение, — заметила Мышкина. — Однако с ростом требований к сокращению объемов вредных выбросов повышение стоимости загрязнения окружающей среды приведет к ситуации, аналогичной с развитием когенерационных установок малой мощности. Появление существенных штрафов за факельное сжигание попутного нефтяного газа создало стимулы и сделало эффективным освоение соответствующих когенерационных технологий нефтяными компаниями".
В мировой практике использование распределенной энергетики (к ним можно отнести ТЭЦ малой мощности) благодаря появлению компактных, высокоэффективных агрегатов малой мощности и высокой заводской готовности медленно, но верно по объемам ввода новых мощностей начинает догонять строительство новых мощных ЭС и ТЭЦ. Это одна из основных тенденций развития мировой энергетики.
"В России тоже наблюдается аналогичная тенденция, но она в основном обусловлена вводом мощностей конкретными промышленными потребителями, имеющими большие затраты на электроэнергию, особенно при строительстве и расширении предприятий, когда требуется дополнительное подключение к сетям. Подключение к сетям новых объектов довольно дорого и соизмеримо со строительством собственного источника, но в этом случае потребитель получает тепло- и электроснабжение в комбинированном цикле по себестоимости", — поделился своим мнением Алексей Дудолин.
Главные проблемы
Поскольку использование западного оборудования из-за санкций ограничено, то основной проблемой реконструкции котельных в малые ТЭЦ остается отсутствие производства оборудования в РФ.
"ГТУ мощностью 12–25 МВт достаточно высокой эффективности производит завод "Авиадвигатель", но он загружен, и для наращивания производства потребуется время.
Газопоршневые агрегаты, наиболее востребованные для котельных с теплопроизводительностью 20–100 Гкал/ч, мощностью 1–6 МВт, в РФ практически не выпускаются. Только завод в Калуге производит газодизельные агрегаты мощностью до 1,7 МВт", — заметил доцент кафедры тепловых электрических станций НИУ "МЭИ" Евгений Ильин.
По словам Людмилы Мышкиной, основной проблемой на пути масштабного распространения мини-ТЭЦ является противодействие со стороны крупных федеральных и региональных субъектов энергетики.
"Действующие нормативно-правовые акты, включая правила оптового и розничных рынков, технологические регламенты и многое другое, формирующее институциональную среду, практически убивают частную инициативу по развитию распределенной энергетики, которая может стать эффективным дополнением существующей индустриальной энергетики", — подчеркнула Людмила Мышкина.
Плюсы реконструкции
"Наиболее целесообразно реконструировать котельные в ТЭЦ в небольших и средних городах, с населением до 200 тыс. человек, где ТЭЦ отсутствуют. Потенциал установленных котельных производительностью 20 Гкал/ч и выше в настоящее время обеспечивает отпуск тепла более 500 млн Гкал в год. Это позволит при реконструкции котельных в ТЭЦ увеличить производство электроэнергии по комбинированному циклу на 200–250 млрд кВт•ч в год, — считает Ильин. — Реконструкцию котельных можно осуществить с использованием газотурбинного, газопоршневого и паросилового оборудования (при наличии свободных паровых мощностей). При этом увеличивается надежность энергообеспечения потребителя за счет его приближения к источнику энергии, а также снижаются потери в сетях".
Наибольший эффект и окупаемость проектов достигается при установке оборудования, обеспечивающего покрытие собственных нужд котельной в объеме 60–70% и продаже части избыточной мощности внешним потребителям. Увеличение электрической мощности сверх собственных нужд, даже при работе на тепловом потреблении, снижает эффективность проекта. Окупаемость оборудования при выработке электроэнергии выше собственных нужд приблизительно равна окупаемости крупных ТЭЦ.
"Нужно решать не только актуальные на текущий момент времени задачи, где основной проблемой является плохое техническое состояние тепловых сетей. Но проводить научно-прикладные исследования и накапливать собственный опыт по освоению новых для страны технологий по производству и передаче тепловой энергии", — резюмировала Мышкина.
Мегаполисы или небольшие города?
В мегаполисах такое решение, как мини-ТЭЦ, можно использовать при строительстве новых удаленных районов города, подключение которых к существующим ТЭЦ экономически нецелесообразно, а строительство мощных ТЭЦ невозможно из-за отсутствия достаточной тепловой нагрузки. В зонах действия существующих ТЭЦ логичнее котельные переключать на ТЭЦ вместо реконструкции их в малые ТЭЦ.
"Следует отметить, что реконструкция котельных в малые ТЭЦ в мегаполисах со сложившейся структурой приведет к нарушению экологической ситуации. В первую очередь, речь идет об увеличении шума. Существующие генерирующие установки малой мощности на базе газопоршневых агрегатов или ГТУ малой мощности имеют высокие шумовые характеристики и потребуют расширения зоны отчуждения, которая в старой части мегаполиса практически невозможна. Кроме этого, значительно вырастают выбросы вредных веществ. Возможно, возникнет ограничение по предельно допустимым выбросам, что потребует необходимости установки систем снижения выбросов", — рассказал Дудолин.
Он также отметил, что большие возможности для малых ТЭЦ и реконструкции котельных скрыты все же не в мегаполисах, а в средних и малых городах, удаленных от источников энергии.