Когенерация это – бесспорное превосходство термодинамического потенциала природного газа и газового топлива

Валерий Кириллович Судиловский – кандидат технических наук, доцент,заведующий сектором Института энергетики Национальной академии наук Беларуси был одним из докладчиков на международной научно-практической конференции «Энергосбережение в промышленности», прошедшей недавно в Минске. Его взгляд на превосходство современных технологий когенерации привлек внимание многих специалистов. По его данным,  когенерационные технологии обеспечивают выработку электроэнергии на тепловом потреблении в 2,5-6 раз выше, чем паротурбинные…

Обратим более пристальное внимание на энергетический портрет Беларуси. Что он собой представляет в плоскости энергопотребления?

Ежегодно в республике потребляется:  110-114 млн. Гкал тепла; 38 млрд. кВт-ч электроэнергии; 38 млн. тонн условного топлива, включая светлые продукты; 22 млн.м природного газа. Следует отметить, что в перспективе тепла может потребляться в 3 раза больше, чем электричества. Это обусловлено, главным образом, теплотехнологическим характером промышленности и, частично, холодной климатической зоной, в которой находится страна.

Последние 10-12 лет заметный рост ВВП происходит практически при одной и той же величине потребления энергоресурсов, что показывает позитивную тенденцию. Такое положение связано с созданием в Беларуси четко функционирующей системы управления энергосбережением. Эта система затрагивает все сферы энергопроизводства и энергопотребления, организационную, правовую и образовательную базу на всех уровнях управления от первичных звеньев до правительства. Безусловно, она нуждается в дальнейшем развитии и совершенствовании уже сегодня. Не нужно забывать, что именно системная многосторонняя деятельность позволила значительно сократить энергоемкость ВВП страны. По этому важнейшему показателю, принятому во всем мире как интегральный критерий энергоэффективности, Беларусь опережает все страны СНГ, включая Украину и Россию, но отстает от промышленно развитых стран в 1,6-1,8 раза (недавно, эта величина была равна 2,5-3 раза).

 В настоящее время в условиях высоких и постоянно растущих цен на энергоресурсы это стало негативно отражаться на росте экспортного потенциала и ВВП страны в целом.

Это обусловлено, главным образом, тем, что не сама теплоэнергия «виновата» в таком положении, а дорогие и энергоемкие способы ее получения, фактически не меняющиеся со средины XX века. Пальма первенства в производстве тепла на технологические цели по-прежнему принадлежит по абсолютной величине котельным. Большинство из них физически и морально устарели, имеют низкий КПД. Даже то небольшое количество котельных, построенных в последнее время с зарубежным оборудованием с супервысоким КПД до 94-95 %, только создает видимость высокой энергоэффективности, имея при этом, безусловно, еще и такие привлекательные качества, как высокую степень надежности и автоматизации.

Однако, главное, что отличает эти самые-самые суперкотельные даже с прекрасным дизайном - это большая потеря термодинамического потенциала топлива, потеря напрасная и безвозвратная, о чем умалчивается в рекламно-информационных материалах.

Суть этой потери котельных заключается в прямом сжигании природного газа, так как теоретическая температура горения природного газа порядка 2200°С, а для генерации теплоносителей (пара, горячей воды) на производственные цели достаточно температуры 150-200^вС, реже – 300-500°С. Отсюда разность температур между теоретической и фактически требуемой на предприятиях составляет 1500-1800*С. Именно эта разность даже в самых лучших котлах и котельных не используется и принципиально не может быть использована.

Фактически такое же положение и с другими техническими установками по прямому сжиганию газообразного топлива, используемыми на предприятиях. Это разного рода печи, теплогенераторы, сушилки и т.п., в которых тепловой КПД, как правило, значительно ниже, чем в котельных.

В условиях продолжающегося экономического кризиса для преодоления его последствий нужен адекватный ответ, в том числе в области дальнейшей рационализации энергопроизводства и энергопотребления. При большом разнообразии существует единственный технологический путь значительно лучше использовать термодинамический потенциал природного газа или другого газообразного топлива и получить за счет этого на каждом предприятии крупные энергетические, экономические и финансовые выгоды. Этот единственный путь - комбинированная совместная выработка электро- и теплоэнергии в одном современном тепловом двигателе - газопоршневом либо газотурбинном, устанавливаемом в удобном для обслуживания месте на площадке предприятия.

Каковы преимущества?

Во-первых, более полное использование термодинамического потенциала природного газа, так как начальная температура сожженного газа при подаче его в тепловые двигатели доходит до 1600°С. Лучшие газопоршневые агрегаты имеют электрический- КПД 44-48 % (фирмы GE Jenbacher, Wartsila), газотурбинные - 34-36 % (фирмы Siemens, GE).

Во-вторых, в простом когенерационном цикле с каждого сожженного кубометра природного газа получается в газопоршневых агрегатах до 44-48 %, а в газотурбинных - 34-36 % электроэнергии при полном КПД использования топлива до 90-94 % в ГПА и до 81-85 % е (ТУ.

Но, как известно, электроэнергия в Беларуси в 4 раза дороже тепла (в России это соотношение равно 5-6 раз в зависимости от региона). Следовательно, прямая финансовая выгода от КГУ по отношению к лучшей котельной доходит до 300-340%.

В-третьих, выработка электроэнергии - наиболее дорогого продукта - в простом когенерационном цикле в газопоршневых агрегатах доходит до 1160 кВт-ч, а в газотурбинных - до 850 кВт-ч на каждую отпущенную на производство Гкал тепла. В парогазопоршневом цикле в ПГПА - 1400 кВтЩ в ПГУ - 1800 кВт-ч на 1 Гкал тепла.

На паротурбинных ТЭЦ Белэнерго она равна в среднем 390 кВт-ч/ Гкал.

Таким образом, современные технологии когенерации обеспечивают выработку электроэнергии на тепловом потреблении в 2,5-6 раз выше, чем паротурбинные. Увеличенная в разы выработка электроэнергии неотвратимо сопровождается таким же ростом чистого дохода, экономией топлива, снижением энергоемкости и себестоимости продукции. Все вместе взятое ведет к росту экспорта и новых валютных поступлений, часть из которых может направляться на технологическое и техническое переоснащение основного производства.

Что касается сроков строительства когенерационных объектов, то они в 4-6 раз меньше, чем на объектах электроэнергетики. Это связано с высокой заводской готовностью когенерационных установок, малой массой и габаритами, небольшим объемом строительно-монтажных работ.

У когенерационных установок короткий срок окупаемости. Он лежит в диапазоне от 1 года да 3-х лет. И только для односменных предприятий он доходит до 4-5 лет. Причем при росте цен на топливо эти сроки сокращаются. В электроэнергетике ТЭЦ строятся 5-6 лет, а срок окупаемости - от 8 до 12 лет.

Таким образом, на объектах когенерации по сравнению с ТЭЦ энергосистемы обращаемость инвестиционных средств, в целом, в 5-7 раз выше. По существу это означает, что на ввод в действие за какой-то срок, например, привычную для нас пятилетку, на объекты когенерации министерствам и концернам вместе с предприятиями требуется в 5-7 раз меньше капитальных вложений на одну и ту же вводимую электрическую мощность, например 100-300 МВт.

Проведенные расчетные исследования показали, что на предприятиях промышленного комплекса республики может быть введено, в качестве первой очереди, 3 ГВт электрических мощностей на:

уществующем технологическом потреблении тепла с экономией топлива до 4,3 млн. т у.т. импортозамещение 3,7 млрд. м³ природного газа в год и увеличением чистого дохода до 1,3 млрд. долларов США в год, что существенно увеличивает экспортный потенциал.

Для предприятий промышленного комплекса страны чрезвычайно важным является рост электропотребления. Мировой практикой доказано, что именно применение электроэнергии обеспечивает высокий рост производительности труда, качества продукции и экспортный потенциал.

В потреблении электроэнергии на технологические цели Беларусь отстает от развитых стран мира в 3-4 раза. Получаемая в когенерационном цикле собственная электроэнергия по стоимости в 3 раза меньше тарифа Белэнерго. Таким образом, перед многими предприятиями открывается реальная возможность выйти на мировые рынки со значительно подешевевшей, но высококачественной продукцией.