Высокотехнологичная эффективность малых размеров

Белов С.А., независимый эксперт

Затраты на энергоснабжение являются существенной частью себестоимости конечного продукта многих производственных предприятий. Сегодня цены на энергоносители постоянно растут, доля стоимости топлива в тарифах на электроэнергию и тепло составляет 50-60%. Таким образом, одной из первоочередных задач для бизнеса становится повышение энергоэффективности производства.

Идея энергоэффективности далеко не нова. Энергетический кризис 1973 года подтолкнул развитые страны Запада к пересмотру своей энергетической политики, в результате чего развитие энергосберегающих технологий стало одним из ее приоритетных направлений. Так, в западных странах энергоэффективность давно является одним из основных принципов ведения бизнеса и поддержания конкурентоспособности собственной продукции за счет снижения затрат на энергоресурсы.

В 2009 году энергоэффективность также стала одним из основных направлений модернизации экономики России: в ноябре был принят новый закон об энергосбережении, а правительством поставлена цель - снизить энергоемкость экономики на 40%. Анализ энергосберегающего опыта развитых стран позволяет выделить пути снижения энергоемкости производства.

Полезный эффект масштаба

Очень часто в случае удаленности поселков или производств от линий электропередач или просто в ситуации нехватки энергии для обеспечения нужд бизнеса и населения остро встает вопрос не только об экономии покупной энергии, но и о генерации собственной. Решение данной проблемы находится в сфере малой энергетики.

На 50-70% территории России нет централизованного энергоснабжения. Недостаток энергии восполняют до 50 тысяч малых электростанций суммарной мощностью в 17 млн. кВт, что составляет 8% от общей установленной мощности России. Однако для сравнения в США доля малой энергетики в общем объеме энергомощностей составляет 10%, в Испании – 16%, а в Германии целых 25%.

Программы строительства энергоблоков малой мощности активно стимулируются в США, в Великобритании и других странах Евросоюза. В частности, в США по прогнозу до 2020 года планируется ввести 300 млн. кВт установок малой мощности. В 2009 году развитие локальной энергетики получило активную государственную поддержку и в России: государственный проект "Малая комплексная энергетика" является одним из приоритетных в области повышения энергоэффективности экономики страны.

Не требуя сверхвысоких инвестиций, малые генераторы окупаются за 1-4 года, что становится привлекательным для инвесторов. И не только в рентабельности дело.

Малая эффективность

Малые энергетические установки обладают высокой эффективностью работы. В частности, самый большой газовый двигатель J920 производства GE Jenbacher, предприятия американского энергетического гиганта General Electric, при мощности 9, 5 МВт обладает КПД по выработке электроэнергии на уровне 48, 7%. В режиме когенерации (одновременная выработка тепловой и электроэнергии) его КПД возрастает до 90%. Причем тот же двигатель J920 позволяет понизить выбросы углекислого газа на 1 500 тонн в год, что равносильно загрязняющим выбросам 800 автомобилей, а это в свою очередь позволяет снизить компенсацию за выброс вредных веществ в атмосферу.

В качестве целесообразности применения установок малой мощности можно привести опыт зарубежных университетов. В частности, в университете города Данди в Шотландии был установлен энергоблок из трех двигателей GE Jenbacher на природном газе. Интеграция установки в энергосеть университета позволила обеспечить более 98% его нужд в электроэнергии и 50% - в тепловой энергии, а суммарный КПД составил до 74%.

Один малый генератор мощностью 9, 5 МВт способен удовлетворить потребности в энергии приблизительно 18, 500 домохозяйств, что соответствует размерам небольшого города. На сегодняшний день энергетические установки малой мощности устанавливаются в Европе повсеместно.

Решение по науке

Все современные электростанции, в том числе и малой мощности, работают по классическому термодинамическому циклу, предложенному в середине XIX века инженером и физиком Уильямом Ренкиным. Данный цикл подразумевает преобразование тепла в работу с помощью водяного пара.

Можно усердно регулировать процессы работы предприятия, добиваясь сокращения расходов на 1-2%, однако может быть достаточно одного высокотехнологичного решения, которое позволит снизить издержки на все 10%. Одним из наиболее эффективных решений по энерго- и ресурсосбережению на ТЭС всех типов в мировой практике признана оптимизация энергопотребления для собственных нужд электростанции.

Одной из последних разработок в данной сфере является установка на газовых турбинах оборудования для утилизации тепла, уходящего в атмосферу вместе с продуктами сгорания (так называемое сбросовое тепло). Такое оборудование позволяет получать электричество и тепло даже из сбросовых газов. Разработанная инженерами General Electric, концепция данной технологии заключается в интеграции органической рабочей жидкости в классический цикл Ренкина. Это позволяет получать дополнительную электроэнергию и даже ограничить объем выбросов вредных веществ в атмосферу. Например, интеграция подобного цикла на «большой» турбине с мощностью 43, 53 МВт и КПД 33, 3% позволяет получить 15, 6 МВт дополнительной мощности, а суммарный КПД составит 45, 2%.

Технология органического цикла применяется и на малых двигателях GE Jenbacher, позволяя значительно снизить операционные затраты и выброс загрязняющих веществ. Примером может послужить интеграция новой технологии в Словении в городе Лендава на электростанции, использующей в качестве топлива биогаз. Оборудование трех двигателей GE Jenbacher c органическим циклом установкой утилизации сбросового тепла CO.rA позволило увеличить эффективность работы на 5%.

Топливная независимость

Еще одним из преимуществ таких малых станций является их "всеядность" в отношении топлива: в его качестве, помимо природного газа, могут выступать попутный нефтяной газ, получаемый в процессе разработки месторождений, биогазы побочных продуктов сельского хозяйства, свалочный газ, а также самые различные виды биогазов. Такая топливная "гибкость" позволяет устанавливать малые энергоблоки в труднодоступных регионах и снижать зависимость от общедоступной газовой трубы или других видов энергоресурсов, за доставку которых потребителю приходится платить дополнительно.

К примеру, угольный метан обладает высоким потенциалом по замене природного газа в роли топлива для малых электростанций. По данным специалистов Университета штата Монтана (США), мировые запасы угля составляют 89, 9 – 259, 6 трлн. куб. м. Являясь почти полноценной альтернативой природному газу, метан начал разрабатываться в 90-е года XX века. По оценкам экспертов, при текущем уровне утилизации метана в 75-80 млрд. куб. м в год тенденция к росту утилизации угольного метана сохранится, и к 2020 году мировая добыча метана с угольных пластов достигнет 100-150 млрд. куб. м.

В этом году преобразование угольного метана в электроэнергию началось и в России: в середине февраля в Кемеровской области были запущена первая электростанция, работающая на угольном метане. Генерация электроэнергии из метана осуществляется при помощи газопоршневых двигателей GE Jenbacher.

Эффективный выбор

Учитывая эффект масштаба, увеличение доли генераторов малых мощностей в общем энергомощностном балансе России позволит значительно снизить потребление энергоресурсов и выбросы вредных веществ. Это в свою очередь позволит и предприятиям снизить себестоимость продукции и направлять больше средств на инновации и развитие.

Существует множество и других способов повысить энергоэффективность Российской экономики: от увеличения доли ветряков и других видов альтернативной энергетики в энергомощностом балансе до использования энергосберегающих ламп при промышленном освещении и в быту. Очевидно, что повышение энергоэффективности должно идти по всем направлениям.