Модернизация энергохозяйств на основе когенерации - условие подъма экономики предприятий

Постоянная работа, проводимая на предприятиях промышленного комплекса республики по энергосбережению, рационализации энергопотребления и энергоснабжения, несомненно, позволила снизить абсолютную величину потребления топливно-энергетических ресурсов, уменьшить энергоемкость ВВП страны. Однако в последние годы темпы этого снижения оказались ниже перманентного роста цен на первичные энергоресурсы. Это привело в целом к увеличению топливно-энергетической составляющей в себестоимости продукции большинства предприятий промышленного комплекса. В свою очередь, это не могло не сказаться на ухудшении финансового положения и уменьшении экспорта предприятий. В условиях продолжающегося экономического кризиса для преодоления его последствий требуется адекватный ответ, в том числе в области дальнейшей рационализации энергопроизводства и энергопотребления.

Структурный анализ энергопотребления предприятий промышленного комплекса показывает, что значительную роль в нем играет технологическое потребление тепла, составляющее около 60 млн. Гкал в год. Такая структурная особенность промышленного комплекса страны в настоящее время играет резко отрицательную роль, является серьезным финансовым тормозом в развитии предприятий. 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 ХХ 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. Отметим, что 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 даже эти самые-самые суперкотельные с прекрасным дизайном – это большая потеря термодинамического потенциала топлива, потеря напрасная и безвозвратная, о чем никогда не говорится в рекламно-информационных материалах. Суть этой потери в котельных заключается в том, что теоретическая температура горения природного газа порядка 2200˚С, а для генерации теплоносителей (пара, горячей воды) на производственные цели достаточно температуры 150-200˚С, 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 сушилках не используется и принципиально не может быть использована.

При их большом разнообразии существует единственный технологический путь значительно лучше использовать термодинамический потенциал природного газа 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.

Выгоды обусловлены, во-первых, более полным использованием термодинамического потенциала природного газа, так как начальная температура сожженного газа при подаче его в тепловые двигатели доходит до 1500˚С. Лучшие газопоршневые агрегаты имеют электрический КПД 44-47 % (фирмы GE Jenbacher, Wärtsila), газотурбинные – 34-36 % (фирмы Siemens, GE).

Во-вторых, в простом когенерационном цикле с каждого сожженного кубометра природного газа получается в газопоршневых агрегатах до 44-47 %, а в газотурбинных – 34-36 % электроэнергии при полном КПД использования топлива до 90-94 % в ГПА и до 81-85 % в ГТУ. 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 котельной доходит до 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 кВт•ч, в ПГУ – 1600 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. Напомним, что 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 может быть введено, как минимум, 3 ГВт электрических мощностей на существующем 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 Беларуси чрезвычайно важным является рост электропотребления. В мировой практике доказано, что именно применение электроэнергии обеспечивает высокий рост производительности труда, качества продукции и экспортный потенциал. По потреблению электроэнергии на технологические цели Беларусь отстает от развитых стран мира в 3-4 раза. Получаемая в когенерационном цикле собственная электроэнергия до 3-4 раз меньше тарифа Белэнерго. Таким образом, открывается реальная возможность многим предприятиям выйти со значительно подешевевшей продукцией на мировой рынок.

Валерий СУДИЛОВСКИЙ,

кандидат технических наук,

ведущий научный сотрудник Института энергетики

Национальной Академии наук Беларуси.

Материал подготовлен на основе доклада на семинаре в рамках  Бнлорусского промышленного форума-2012.