1 стр. из 1

Децентрализация энерго- и теплогенерерующих  систем

Создание крупных энергетических систем, как правило, органически связано с капитальным строительством и, в частности, с его стоимостью. Так, чтобы построить блок ПГУ мощностью 450 МВт, необходимо иметь инвестиции в размере от $250 млн до $500 млн. Срок окупаемости этих блоков при нынешних тарифах составляет 15–20 лет. Время строительства таких блоков составляет до десятка лет. Да и природного газа для новых проектов таких масштабов у «Газпрома» уже нет.

В «Энергетической стратегии России на период до 2020 года» как решающий фактор предотвращения надвигающегося энергетического кризиса предполагается в качестве первоочередной задачи заменить часть газа, используемого в энергетических системах, на уголь. В связи с этим уже в ближайшие годы «Газпром» предлагает сокращение внутреннего потребления газа на электростанциях на 30 млрд куб. м в год, что потребует увеличения добычи угля на 50–60 млн т в год.

Однако помимо нежелания энергетиков переходить с газа на уголь и их готовности и дальше перекладывать на плечи потребителей свои растущие затраты есть и другие проблемы с увеличением потребления угля вместо газа.

Добыча угля все последние годы росла за счет экспорта. Объем экспорта в прошлом году, по данным «Росинформугля», составил более 80 млн т, что почти втрое больше по сравнению с 1999 г. (27,4 млн т).

Но на внутреннем рынке в это время потребление снизилось — с 212,5 млн до 197,5 млн т.

По заявлениям угольщиков, возможности для роста экспорта исчерпаны. Причина — больше нет свободных транспортных мощностей, в первую очередь портовых перевалочных терминалов. Чтобы и дальше увеличивать производство, нужно расширять угольные морские порты и строить новые.

К тому же угольные электростанции можно строить не на всей территории России, а только в относительной близости от угольных разрезов и шахт, это главным образом Сибирь, отчасти Дальний Восток, где добыча осуществляется наиболее дешевым открытым способом и, соответственно, с низкими транспортными затратами. При этом следует ориентироваться на сжигание твердого топлива в котлоагрегатах большой мощности, где экономически оправдано применение сложных, дорогостоящих, но высокоэффективных технологий: топок с кипящим слоем; внутрицикловой газификации топлива; рециркуляции продуктов сгорания; высокоэффективных фильтров и т. д.

Железнодорожные тарифы при плече перевозки свыше 3 тыс. км съедают всю прибыль угольщиков. Поэтому европейская часть России, Северо-Западный регион, за редким исключением, например Тульская область, выпадают из сферы возможных интересов угольщиков. А ведь именно эти регионы, как показала прошедшая зима, являются энергодефицитными, и именно здесь расположена большая часть тепловых электростанций, которые можно перевести на уголь.

Таким образом, несмотря на обещания и готовность правительства изменить топливный баланс страны в пользу угля, в действительности он продолжает медленно вытесняться газом. Поэтому можно констатировать, что перспективы в развитии угольной отрасли пока остаются туманными.

Строительство новых АЭС и ГЭС — это капиталоемкие проекты с длительными сроками окупаемости. Так, по оценкам экспертов, срок строительства АЭС составляет 7–10 лет, окупаемости — 15 лет. По словам бывшего главы «Росатома» Сергея Кириенко, чтобы выйти на заявленный уровень по АЭС, необходимо построить 40 атомных энергоблоков мощностью 1000 МВт каждый. По разным оценкам, на это потребуется от $60 млрд до $100 млрд, но пока непонятно где взять такие средства. Кроме того, есть большие сомнения, что мощности российской промышленности справятся с таким объемом изготовления энергетического оборудования. Известно, что цикл изготовления турбин типа К-1000 для атомных блоков-миллионников — гигаваттников на Ленинградском металлическом завода (ЛМЗ) концерна «Силовые машины» составляет 3–3,5 года. А единственный изготовитель атомных реакторов в стране — Ижорский завод — может производить для стандартного реактора ВВЭР-1000 лишь один котел в три года.

Большинство ГЭС, которые планируется построить в будущем, расположены в Восточной Сибири (Богучанская, Саяно-Шушенская и др.), вырабатываемая ими электроэнергия будет ориентирована на экспорт, в первую очередь в Китай, но не на внутренний рынок. Так, Анатолий Чубайс, находившийся в составе президентской делегации во время прошлогодней поездки в Китай, подписал в Пекине по «энергетическому» направлению договора обязательства, согласно которым Россия в лице РАО «ЕЭС» будет поставлять в Поднебесную порядка 12 млрд кВт.ч в год, вырабатывать их будут новые ГЭС.

Если такими темпами будет идти строительство новых АЭС и ГЭС, страна скоро вообще может остаться без генерирующих мощностей.

Для того чтобы компенсировать возможности и потребности энергообеспечения, надо разворачивать массовое производство малой энергетики. В развитых странах децентрализация становится наиболее экономически целесообразным путем развития энергетики. При нынешнем уровне развития автономных источников энергии обслуживать централизованные сети распределения, особенно при больших расстояниях, оказывается значительно дороже, чем развивать малую энергетику.

Глобальное повышение цен на энергоносители должно подтолкнуть Россию вслед за США и Европой развивать технологии, позволяющие экономить традиционные виды топлива и использовать альтернативные источники энергии. России это позволит как минимум обеспечить бесперебойность экспортных поставок энергоносителей. В связи с этим наиболее перспективным направлением в решении энергетических проблем многих регионов РФ является создание небольших по мощности систем электро- и теплогенерации на основе использования местного топлива.

Наиболее интенсивно данное направление развивается в странах, имеющих значительный запас биоресурсов (лес, торфяные болота и т. д.), к числу которых относятся страны северной части Европы: Швеция, Норвегия, Дания, Финляндия, а также бывшие страны советской Прибалтики. Возврат к возобновляемым источникам энергии, прежде всего к биоресурсам, — это не возврат в прошлое, а разумный подход к экономике и экологии. КПД современных малых котлов на местном топливе достигает 90%. Потери тепла и затраты электроэнергии при транспортировке теплоносителя сводится к минимуму.

Известно, что в лесопильном производстве России 50% древесины превращается в отходы, к которым добавляются соизмеримые по величине отходы деревообрабатывающих и мебельных предприятий. Кроме того, в сельском хозяйстве ежегодно накапливаются значительные количества отходов биомассы. В качестве местного топлива для районных и сельских котельных мощностью от 0,3 до 5 МВт в Северо-Западном и Центральных районах России может быть использована древесная щепа, кусковой и фрезерный торф, дрова в коленьях, а также древесная кора и опилки.

Наиболее передовой опыт перевода региональных энергетических комплексов на местное дешевое топливо накоплен в Республике Карелии. Запасы торфа в Карелии оценены в 2 млрд т, ресурсы древесного сырья лиственных пород — около 2 млн куб. м/год. Только за счет использования торфа и древесного сырья можно на 60% уменьшить объем привозного топлива, а это практически третья часть бюджета Республики Карелии.

Учитывая важность решения проблемы использования местного топлива, правительством республики принята Программа внедрения теплоэнергетических станций (котельных), работающих на древесной щепе, отходах лесозаготовок, лесопиления и смешанном биотопливе на территории Республики Карелии. В настоящее время в плане реализации данной программы введены в эксплуатацию модульные котельные на биотопливе в населенных пунктах: Шуйская, Деревянное, Деревянка, Пряжа, Хюмпеля, Медвежьегорск, Калевала, Харлу, Вещколица, Беломорск и т. д.

Активно работает в этом направлении и правительство Ленинградской области.

В частности, областное правительство проявляет большой интерес к использованию биотоплива и предпринимает практические шаги к внедрению этих технологий. Так, в области разработана программа перевода на местное топливо 47 котельных. Например, в Тихвинском районе планируется активно использовать торф, в Лодейнопольском, Подпорожском и Приозерском — древесные отходы. Уже в настоящее время с участием Швеции, Дании и Голландии реализовано несколько пилотных проектов по строительству котельных на биотопливе. Благодаря этим проектам можно отобрать наиболее качественное оборудование для котельных. Наряду с европейским на муниципальных котельных используется оборудование для сжигания биотоплива совместного белорусско-французского и латвийского производства. В последнее время его стали выпускать и отечественные предприятия. Ведутся переговоры с зарубежными партнерами о создании совместных предприятий по выпуску технологического оборудования для котельных, работающих на биотопливе. Причины, по которым в последнее время уделяется все большее внимание использованию биотоплива, вполне объяснимы. С одной стороны, это экологически чистый вид энергетики, а с другой — менее затратный по сравнению с использованием традиционных энергоресурсов — нефти, газа, угля. Богатейшие запасы торфа и лесных ресурсов в Ленинградской области также позволяют активнее использовать биотопливо и развивать биоэнергетику. «Это позволит не увеличивать тарифы, а уменьшать издержки», — считает губернатор Ленинградской области Валерий Сердюков.

Увеличение доли местного топлива в энергетическом балансе характерно практически для всех развитых стран. Наиболее значительных результатов в применении местного биотоплива достигла Швеция. Например, природный газ как энергетическое топливо в шведской энергетике занимает не более 5%, и в то же время местное топливо — биомасса (древесина, торф, бытовые отходы) — дает не менее 21%. Аналогичные показатели использования биомассы характерны для топливного баланса и других промышленно развитых стран. В Австрии оно составляет 12%, в Финляндии — 23%. В странах Европейского Союза, в среднем, около 14% общей энергии получено из биомассы. В Индии программа децентрализации производства энергии, инициированная еще в 1995 г., обеспечила поддержку проектов применения местных видов топлива. Такая политика позволяет уже в ближайшее время обеспечить получение энергии из биомассы, эквивалентной 44% запланированного потребления электроэнергии.

Одним из видов местного топлива являются городские твердые отходы (ГТО). Использование ГТО в качестве топлива для систем теплоснабжения позволит решить сразу несколько проблем крупных городов РФ: уменьшение площадей городских свалок, утилизация твердых городских отходов и использование неископаемых источников топлива. В нашей стране за год, в среднем, образуется более 360 кг бытовых отходов на одного жителя, что примерно эквивалентно 100 кг условного топлива, или 11 т горячей воды в год. Технологии использования ГТО как местного топлива широко применяются в Англии, Германии, США и других развитых странах. В Дании более 10% потребностей в тепле покрывается за счет сжигания отходов. В России твердые городские отходы как местное энергетическое топливо практически не применяются.

Производство альтернативных метаносодержащих газов для замещения природного газа
Шахтный метан. Ежегодно в странах СНГ дегазационными установками из угольных шахт извлекается и выбрасывается в атмосферу около 3 млрд куб. м метана, в том числе в России — более 1 млрд куб. м. Однако шахтный метан — превосходное топливо. Во многих странах, например в Чехии, Англии, США, утилизируется практически весь попутный метан. Несмотря на перспективность, практика использования шахтного метана как энергетического топлива в России находится на уровне 5–10% от общего объема дегазации.

Целевое назначение широкомасштабной добычи метана из угольных пластов — полное обеспечение потребностей шахтерских регионов России собственным местным газом, который является наиболее доступным, наиболее дешевым и наиболее экологически чистым резервом из известных газов, альтернативных природному газу. Так, прогнозные ресурсы метана в пластах Кузнецкого угольного бассейна (Кемеровская область), перспективных для добычи газа, оцениваются в 13,1 трлн. куб. м, при средней плотности (концентрации) ресурсов 717 млн куб. м/кв. км.

При оживлении промышленного производства и развитии энергетики потребление газа в Кемеровской области может составить около 32 млрд куб. м, весь объем которого предполагается покрыть за счет шахтного метана.

Чтобы оценить объемы и перспективность применения шахтного метана в Кемеровской области, необходимо сказать, что эта программа по объемам эквивалентна разработке месторождения Харасавэя на Ямальском полуострове, а по затратам на порядок ниже.

Биометан. Все большее значение в энергетике зарубежных стран принимает другой метаносодержащий газ — биометан (биогаз). Только в одном Китае эксплуатируется более 5 млн семейных биогазовых реакторов (ферментеров), ежегодно производящих около 1,3 млрд куб. м биогаза, что позволяет свыше 35 млн человек использовать его для отопления и бытовых нужд. Большое количество биогаза производится также и при переработке твердых бытовых отходов городов: в США — 9*1015 Дж, Германии — 14*1015 Дж, Японии — 6*1015 Дж, Швеции — 5*1015 Дж. В Дании около 8% современного потребления энергии приходятся на биогазовые технологии, и их доля, как ожидают, к 2035 г. увеличится до 35%. В России биогазовые технологии практически не используются.

Попутный нефтяной газ. Согласно новому закону «О регулировании использования нефтяного (попутного) газа», нефтяные компании при добыче нефти должны собирать до 95% попутного газа. На сегодняшний день на различных нефтяных скважинах собирают не более 40% ПНГ, остальной газ сжигается в факелах. По оценкам зарубежных специалистов, в России ежегодно сжигается до 50 млрд куб. м попутного нефтяного газа.

В результате сжигания ПНГ в атмосферу ежегодно выбрасывается до 400 тыс. т вредных веществ: углекислого газа, оксида и диоксида азота, сажи, бензоперена, метана и пр. Сокращение этих выбросов позволит оздоровить экологическую обстановку в нефтедобывающих регионах и обеспечить выполнение обязательств России в соответствии с Киотским протоколом по ограничению выбросов парниковых газов.

Утилизация ПНГ позволит в условиях дефицита газотранспортных мощностей заместить природный газ газодобывающих предприятий продуктом переработки ПНГ (сухим отбензиненным газом) и тем самым значительно сохранить запасы природного газа.

Децентрализованные системы теплоснабжения на основе тепловых насосов

Не затрагивая всего комплекса проблем экономии топливных ресурсов с учетом рассредоточения тепловых нагрузок, необходимо отметить, что только частичная смена системы теплоснабжения с централизованного на автономное (децентрализованное) может позволить экономию топливных ресурсов до 25–35%.

В сложившихся условиях теплоснабжения в крупных городах России (Москве, Санкт-Петербурге и т. д.) децентрализованные системы теплоснабжения не являются конкурентами ТЭЦ и районных котельных, а служат их разумным дополнением. Целесообразная доля децентрализованных систем в крупных городах должна составлять 25–30% от потенциального рынка тепловой энергии.

К наиболее перспективным направлениям в развитии автономного теплоснабжения относится использование тепловых насосов. Использование уже существующих теплонасосных установок позволяет при удельных затратах в 1 кВт получить на выходе для теплоснабжения 3– 7 кВт тепла в зависимости от температурного уровня источника низкопотенциальной теплоты. Применение такого рода установок за рубежом становится нормой и позволяет ежегодно сокращать на 10% потребление топливных ресурсов.

По прогнозам Международного энергетического комитета по тепловым насосам, тепловая мощность, производимая тепловыми насосами к 2020 г. в передовых странах для отопления и горячего водоснабжения, составит 75%. В итоге предполагается снижение расхода топлива на отопление к 2020 г. на 90%. Кроме того, применение ТНУ установок уже в ближайшее время позволит существенно снизить негативное влияние энергетики на окружающую среду.

Внедрение теплонасосных установок происходит в настоящее время стремительно. Массовое производство и использование тепловых насосов осуществляется в США, Японии, ФРГ, Франции, Швеции, Дании, Австрии, Канаде и других развитых странах. В настоящее время в мире эксплуатируется более 50 млн ТНУ различной мощности.

Автономные системы для одновременного производства электроэнергии и тепла на основе когенерационных установок

Когенерационные установки (КУ) позволяют осуществлять комбинированное производство электроэнергии и тепла за счет передачи теплоты, образующейся в процессе работы двигателя, через систему теплообменников в отопительный контур. При этом в среднем на 100 кВт электрической мощности потребитель получает 150–160 кВт тепловой мощности в виде горячей воды с температурой 900 С для отопления и горячего водоснабжения. КУ могут использоваться в масштабах от миниблоков для отдельных сооружений и до энергоснабжения крупных промышленных объектов или небольших населенных пунктов.

По пути широкого применения КУ идет большинство стран Европы. Сегодня доля электроэнергии, вырабатываемая КУ, в странах Западной Европы составляет более 10%.

Конегерационные установки имеют большой ресурс, низкую стоимость эксплуатации, низкую стоимость установочной мощности $500–700 за 1 кВт, низкую стоимость производимой электроэнергии и тепла и безопасность. Опыт эксплуатации существующих КУ показывает, что удается обеспечить экономию до 40% природного газа по сравнению с раздельным получением тепла и электричества.

Применение стирлинг-технологий

Широкая универсальность термодинамического цикла Стирлинга, позволяющая при различном конструктивном исполнении создавать как двигатели, так и тепловые насосы, наивысшая энергетическая эффективность (теоретический КПД цикла идеальной машины Стирлинга равен КПД цикла Карно) и высокая степень экологической чистоты как самих рабочих тел машин Стирлинга, так и отработанных сред, возникающих при их эксплуатации, позволяют создавать на их основе системы автономного энергоснабжения различного функционального назначения (стирлинг-технологии).

Особенности процессов в двигателе Стирлинга — двигателе с внешним подводом теплоты (ДВПТ) по сравнению с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) связаны с тем, что процесс горения осуществляется вне рабочих цилиндров, что позволяет использовать различные источники теплоты, добиваться более низкой токсичности при работе на органическом топливе, снижения уровня шумов и вибраций, экономить до 20% топлива по сравнению с ДВС.

В связи с проблемой ресурсосбережения для России представляет значительный интерес возможность серийного производства электрогенераторов средней мощности (от 3 до 500 кВт) с модификацией двигателя Стирлинга под местное топливо.

В качестве местного топлива для стирлинг-генераторов может использоваться торф, измельченный уголь, сланцы, отходы сельского хозяйства и лесоперерабатывающей промышленности. Решение данного вопроса уже в ближайшее время позволит обеспечить многие регионы России дешевыми в эксплуатации автономными электроисточниками на местном топливе.

В тепловых насосах Стирлинга рабочее тело — гелий — в процессе всего цикла не меняет своего фазового состояния. Это позволяет использовать в качестве низкопотенциальной теплоты даже окружающий воздух при температуре ниже минус 300 С и нагревать теплоноситель системы теплоснабжения свыше 1000 С.

Одним из наиболее перспективных направлений использования криогенных газовых машин (КГМ) Стирлинга является создание гаражных заправочных пунктов по получению сжиженного природного газа, сжиженного биометана и сжиженного шахтного метана, расположенных непосредственно у пользователей. Производительность гаражных пунктов, созданных на основе отечественных и зарубежных КГМ Стирлинга, колеблется в пределах от 10 до 700 кг/ч криогенного продукта. Сжиженные метаносодержащие газы являются наиболее перспективными моторными топливами, альтернативными традиционным нефтяным топливам.

Что мешает России быстро перейти на энергосберегающий путь развития энергетики?

Несмотря на существующую в настоящее время «Энергетическую стратегию развития России до 2020 года», предусматривающую экономию топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) и обосновывающую экономическую эффективность энергосбережения, практических шагов для этого не сделано до сих пор. Что мешает успешному внедрению энерго- и ресурсосберегающих технологий в России? Безусловно, это в первую очередь связано с тем, что до сих пор существуют:
несовершенство системы ценообразования на энергетические ресурсы;
затратная система планирования добычи, производства и распределения ТЭР;
отсутствие нормативно-правовой базы энергосбережения;
недостаточный объем производства энергосберегающего оборудования;
российский, вернее советский, менталитет — мы живем в очень богатой стране, в которой есть все природные ресурсы, поэтому считаем, что на наш век хватит;
отсутствие должного понимания проблемы (кому-то кажется, что ее вообще нет, а кому-то, что существуют более значительные проблемы, которые нужно решать сейчас, а это еще подождет);
отсутствие достаточного количества высококвалифицированного персонала в энергослужбах регионов, предприятий и технологических производств;
отсутствие информации о новейших энерго- и ресурсосберегающих технологиях;
устойчивые стереотипы, выражающиеся в неверии в эффективность и целесообразность энергосбережения, особенно на рабочих местах и т. д.

Однако наиболее важными причинами являются монополизм в энергоснабжении конечных потребителей и то, что у чиновников всех уровней власти отсутствуют экономические стимулы для рационального использования топливно-энергетических ресурсов. В стране не создан реальный механизм стимулирования энергосбережения.

Это в первую очередь относится к области коммунально-жилищного хозяйства. Эта сфера сегодня не готова и не способна воспринять и реализовать идею повышения эффективности использования энергии. В этой отрасли не допускается конкуренция и в ней поощряется монополистическая практика, что препятствует реальным реформам, направленным на становление энергосберегающих технологий. В существующих условиях поставщикам энергии и чиновникам легче доказывать необходимость повышения цен на энергоресурсы, чем заниматься новыми технологиями. Так, чиновникам ЖКХ, если удается покупать тепловую энергию у энергетиков по 60–100 руб.

за Гкал и перепродавать конечным потребителям за 700–900 и более рублей, не зачем заниматься поиском инвестиций и внедрением новых технологий для снижения себестоимости продукции. Да и муниципалитетам при грядущей ликвидации дотаций населению выгоднее забыть об энергосбережении...

У российского населения не существует альтернативы в получении электроэнергии и тепла. А монополизм, какой бы он ни был — частной компании или государственной организации, порождает желание у их руководства получить сверхприбыль за счет потребителей, даже если качество коммунальных услуг оставляет желать лучшего. В связи с этим компании, добывающие энергоресурсы и производящие энергию (электрическую и тепловую), в основном идут по пути повышения тарифов, а не по пути энергосбережения.

Приходится констатировать, что, в целом, несмотря на действующие в области энергосбережения документы, программные разработки и мероприятия, окончательного, целенаправленного и комплексного решения проблемы ресурсосбережения в России до сих пор нет. В стране до сих пор не создан реальный механизм стимулирования ресурсосбережения. Об этой проблеме время от времени говорят на федеральном уровне, но практических путей решения этого острейшего вопроса для экономической жизни России пока не видно. Достижение положительных результатов в сфере ресурсосбережения во многом зависит от того, насколько будет эффективно, скоординировано взаимодействие различных федеральных и региональных органов власти, а также коммерческих и общественных структур.

Целесообразно было бы в ближайшее время разработать такую стратегию ресурсосбережения, которая бы позволяла выявить внутренние ресурсы значительного сокращения расхода ископаемых энергоносителей комплексно, как у самих производителей энергии, так и непосредственно у потребителей, а проблему дефицита энергоносителей решить за счет применения новых, передовых технологий энергосбережения.

Заключение

В России уже в течение многих лет не утихают страсти и споры по вопросам реформирования электроэнергетической отрасли (РАО ЕЭС) и жилищно-коммунального комплекса. Многим видится решение этих проблем в структурной перестройке — в делении или слиянии компаний, перераспределении функций между ними и т. д. Но, как правило, это приводит лишь к одному — появлению новых посредников, повышению тарифов и дальнейшему старению основных фондов ТЭК. Сейчас отчетливо видится, что без новых технологий и реальной политики энергосбережения общество не сумеет сделать качественного прорыва в желаемом направлении.

Проблема в том, что сейчас должно определиться, по какому пути пойдет развитие российской энергетики. Надо быстрее переходить на путь, который ведет к максимальному энергосбережению. Уж слишком нерачительно используем энергоресурсы и за это дорого платим, что подтверждают постоянно растущие тарифы.

Если не провести настоящей реформы в энергетике страны, то в ближайшем будущем ТЭК окажется самым «узким местом» в экономике, тормозом ее развития. Объемы производства топливно-энергетических ресурсов смогут обеспечить лишь внутренние потребности страны. В этом случае экспорт энергоресурсов из России должен быть практически прекращен с потерей внешних рынков, валютного дохода и источников финансирования отечественной промышленности. Такое положение, связанное с потерей валютной выручки от продажи первичных энергоресурсов за рубеж, может привести к катастрофическим последствиям для всей экономики страны. Только переход на ресурсосберегающий путь развития поможет выйти из складывающейся критической ситуации.

Энергосберегающий путь — это путь, который предполагает возможность экономического роста при сохранении настоящего уровня добычи первичных энергоносителей за счет преобразования структуры ресурсопотребления и активного внедрения энергосберегающего оборудования, новых передовых технологий. Это путь учета и экономии ископаемых невосстанавливаемых природных ресурсов, путь, по которому идет цивилизованный мир и который позволит России приблизиться к индустриально развитым странам по показателям удельной энергоемкости промышленного производства. Государство становится богаче не только прибавлением к тому, что есть, но и путем сокращения внутренних расходов.

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!