 |
Чем грозит электроэнергетике потеря СЦТ?
|
|
|
|
Хотя любая страна состоит из регионов, следует, по-видимому, различать такие два понятия, как энергетическая безопасность государства и энергетическая безопасность регионов. Ясно, что они тесно взаимосвязаны между собой, но обозначают несколько разные аспекты одной общей проблемы. Энергетическая безопасность государства, в первом приближении, — это его способность предупреждать кризисы, такие, как бензиновый, обеспечивать хотя бы простое, если не расширенное, воспроизводство основных фондов энергетики. Энергетическая безопасность регионов — это способность регионального ТЭК обеспечивать надежное и качественное энергоснабжение потребителей не только в штатных условиях, но и при природных или социальных катаклизмах.
В этой связи следует отметить, что безусловное преимущество ЭТС — в выполнении резервных функций по отношению к СЦТ. Видимо, именно этим ограничена верхняя граница масштабов его рационального применения. Вполне разумно не городить резервные тепломагистрали, ломать голову над наилучшим проектом кольцевания тепловых сетей, что представляет собой огромнейшую проблему в условиях уже имеющейся застройки городов, а просто содействовать развитию систем ЭТС, особенно там, где это позволяет инфраструктура электросетевого хозяйства. Аккумулированный населением электроотопительный потенциал должен быть таким, чтобы в случае аварии на теплосети потребители «продержались» на электроотоплении, пока не будет выполнен восстановительный ремонт. Но не больше.
А если, все-таки, больше? Вплоть до полного вытеснения СЦТ, чего не отрицают авторы «Концепции…»?
Здесь мы должны вспомнить, что СЦТ является крупнейшим потребителем тепловой энергии, выработанной в комбинированном цикле. Не будет ее, и резко ухудшатся условия для выживания ТЭЦ, которые, в свою очередь, представляют собой, пусть до конца не раскрытый и до сегодняшнего дня, потенциал маневренности ОЭС. По различным оценкам, ОЭС испытывает дефицит в маневренных мощностях от 2 до 7 тыс. МВт. Для его восполнения за счет строительства ГАЭС либо маломощных пиковых мощностей вроде ГТУ требуются многомиллионные инвестиции. Но ведь у нас есть ТЭЦ, способные за счет изменения соотношения в объемах производства тепловой и электрической энергии разгружаться до 50% от заявленного энергорынку технического максимума. Нет нужды доказывать, что это лучше, чем останавливать пылеугольные «двухсотки» на ночь. И не так уж и дорого, учитывая исключительно организационный характер всех необходимых для этого мероприятий. Не раз уже говорилось, что ценность ТЭЦ для ОЭС определяется не столько их квотой в объемах производства электроэнергии, сколько способностью предоставлять ресурс маневренности, а также предотвращать резкий рост электрической нагрузки в быту при снижении наружной температуры в зимние месяцы. Похоже, ни первое, ни второе из указанных обстоятельств не принято авторами «Концепции…» во внимание.
|
|
|
И последнее. Авторы «Концепции…» гиперболизируют степень износа тепловых сетей и чересчур оптимистично оценивают техническое состояние электросетевого хозяйства. А ведь оно находится не во много лучшем состоянии, чем теплосетевое, и нуждается не в меньших инвестициях. Майская крупная авария в энергосистеме Москвы — лучшее тому подтверждение.
Выводы
1 Расширение доли АЭС в структуре генерирующих мощностей ОЭС не является само по себе исчерпывающим по глубине вторичных последствий мероприятием, гарантирующим усиление энергетической безопасности Украины в условиях роста мировых цен на нефть. Однобокая реструктуризация генерирующих мощностей, не подкрепленная адекватным (сбалансированным) развитием источников пиковой и полупиковой мощностей, с одной стороны, а также усилением политики энергосбережения во всех секторах экономики, включая бытовой, — с другой, создает только видимость будущего благополучия электроэнергетики.
|
|
|
2 Как диверсификация топливной базы энергетики является необходимым условием энергетической безопасности государства, так и диверсификация источников теплоснабжения является залогом энергетической безопасности регионов. Делать ставку на монополизацию региональных рынков тепловой энергии каким-то одним типом источников теплоснабжения — что на базе тепловой энергии, выработанной котельными и ТЭЦ, что на базе электрической энергии, выработанной АЭС, — заведомо проигрышная позиция в современных условиях. Разные источники теплоснабжения, сосуществующие на общей территории, должны дополнять друг друга, создавая разумную конкуренцию и предлагая потребителям разнообразный спектр услуг разных качества и стоимости. Это не только соответствовало бы духу рыночных перемен в сфере коммунального обслуживания, но и способствовало укреплению надежности функционирования региональных энергокомплексов.
3 Думая о будущем энергетики Украины, не следует забывать трагических уроков советского прошлого. Вера в возможность решить все энергетические проблемы, понастроив АЭС или АТЭЦ и забыв об энергосбережении, — химера, за приверженность к которой общество однажды уже заплатило дорогую цену. Вряд ли стоит вступать на этот путь во второй раз.
За счет эффективного использования топлива, которое сегодня расходуется в Украине для обогрева зданий и на горячее водоснабжение, можно вырабатывать такое количество электроэнергии, которое дало бы возможность закрыть все атомные и тепловые конденсационные электростанции.
Ключевые слова: топливо, теплота, электроэнергия, энергосохранение, теплоизоляция
Успешное развитие экономики Украины в значительной степени зависит от решения вопроса с энергоносителями. Недостаточное количество собственных энергоносителей обязывает к их импортированию. Сегодня около 25% валового внутреннего продукта (ВВП) расходуется на импорт энергоносителей. Поэтому важнейшей задачей является вопрос их экономии путем эффективного и сберегательного использования. Энергосбережение должно стать основным приоритетом энергетической политики Украины, поскольку сокращение энергопотребления за счет энергосбережения означает сокращение импорта энергоносителей. Затраты на использование потенциала энергосбережения в несколько раз ниже от стоимости поставок импортного топлива, поэтому от повышения энергоэффективности достигается значительный экономический эффект.
|
|
|
Один из путей экономии энергоносителей - эффективное использование высокопотенциальной составной теплоты сгорание топлива, которое используется для отопления и горячего водоснабжения. Такое энергосбережение является довольно известным, а один из способов его реализации - комбинированное производство электроэнергии и тепла0 на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ). Соответственно термодинамической терминологии, такой способ обеспечивает значительное повышение энергетического коэффициента полезного действия. Но, несмотря на это, использование теплофикационного цикла было и есть слабораспостранённым. Причинами этого были дешевые энергоносители раньше, и недостаточное понимание проблемы сегодня. Только 4% электроэнергии от всего объема потребления вырабатывается на ТЭЦ, а близко 90% - на конденсационных электростанциях, на которые только одна третья теплоты топлива превращается в электроэнергию, а две третьих - выбрасывается в окружающую среду и есть основным источником теплового загрязнения.
Комбинированный способ выработки электроэнергии и теплая имеет значительные экономические преимущества. В результате применения этого способа, доходы от реализации выработанных теплоты и электроэнерги на единицу количества сожженного топлива возрастают в сравнении с доходами, которые полученные от реализации выработанных теплоты и электроэнерги в отдельности - в котельных и на конденсационных электростанциях. Например, если стоимость тепла, полученного с 1 м3 газа в обычной котельной, составляет 0.448 грн. при стоимости газа 0.226 грн./ м3, а стоимость электроэнергии полученной с 1 м3 газа на конденсационной электростанции 0.36 грн., то стоимость полученной продукции при комбинированном производстве электроэнергии и теплоты с 1 м3 газа составляет 0.616 грн. В среднему стоимость выработанной с 1 м3 газа продукции по комбинированной схеме по сравнению с обычной повышается на 35-40%, при существующих сегодня ценах. Но эта стоимость будет возрастать при росте цен на электроэнергию. К девальвации гривны эта разность в стоимости составляла 52%.
|
|
|
Из 1 м3 газа, при сжигании его с к.п.д. 0.85, можно получить около 8 кВт*год тепловой энергии (28,8МДж) или около 2.8 кВт*год электроэнергии (к.п.д 30%). Цена 1 м3 газа потребляемого городскими котельнями - 0.226 грн. Стоимость 1Гкал - около 65 грн. Стоимость теплоты, полученной из 1 м3 газа в городских котельнях - 0.056 х 8 кВт*час = 0.448 грн. Стоимость электроэнергии, полученной из 1 м3 газа составляет 0.12 х 2.8 кВт*час =0.34 грн. (Стоимость газа в 1 кВт*час теплоты - 0.028 грн., а в 1 кВт*час электроэнергии - 0.096 коп., при стоимости 0.288 грн/м3).
При изготовлении электроэнергии на конденсационных электростанциях из 1 м3 газа получают 2.8 кВт*час электроэнергии, а около 6.8 кВт*час теплоты выбрасывается в окружающую среду. Если же перейти на комбинированное производство электроэнергии и теплоты, то с 1 м3 газа можно вырабатывать около 2.8 кВт*час электроэнергии, а около 5 кВт*час использовать для отопления или гарячего водоснабжения. В этом случае стоимость полученной из 1 м3 газа теплоты и электроэнергии будет: 2.8 кВт*час х 0.12 + 5 кВт*час х 0.056 = 0.616 грн., т.е, сжигая 1 м3 газа при таком способе, можно получить на 0.616 - 0.448 = 0.168 грн. больше, или на 0.168: 0.448 х 100% = 38 % больший доход.
Кроме экономических преимуществ, изготовление тепла и электроэнерги комбинированным способом значительно снижает затрату топлива (близко 50%), поскольку разрешает использовать то тепло, которое почти не используется на конденсационных электростанциях.
По данным работы [1] в Украине на отопление и горячее водоснабжение имеющегося жилого фонда используется 70-75 млн. т.у.т., из них около 34 млрд. м3 газа. При этом, около 30-50% выработанной теплоты теряется из-за эксплуатации малоэффективного и изношенного оборудования, аварийного состояния инженерных сетей, низких теплозащитных свойств заградительных конструкций зданий и т.д. [1-3].
Эффективное сжигание всего объема топлива, которое используется сегодня для отопления и горячего водоснабжения по теплофикационному циклу разрешило бы вырабатывать около 200 млрд. квт*час. электроэнергии, которая превышает ее выработку на всех электростанциях Украины за год (в 1997 году было выработано 177 млрд. кВт*час). А за счет устранения потерь, которые имеют место при настоящем транспортировании и потреблении тепла, можно компенсировать затраты тепловой энергии, которая необходимая для производства электроэнергии на ТЭЦ. Таким образом, полное использование на ТЭЦ топлива, которое тратится сегодня в Украине на отопление и горячее водоснабжение, а также эффективная теплоизоляция теплосетей и зданий дало бы возможность обеспечить полностью наши потребности в тепле и электроэнергии. Внедрение комбинированного способа производства теплоты и электроэнергии и их сберегательное использование разрешило бы отказаться от производства электроэнергии на атомных и тепловых конденсационных электростанциях. При этом отпадёт необходимость импортировать ядерное топливо и на 30 млн. т.у.т. сократится потребление энергоносителей, которые сегодня сжигают на тепловых конденсационных электростанциях. Значительное снижение, приблизительно на 52 млн. т.у.т, потребление химического и ядерного топлива существенно снизит количество вредных выбросов и тепловое загрязнение окружающей среды. Уменьшение потребления энергоносителей на 30 млн. т.у.т. позволило бы снизить импорт природного газа на 26 млрд. м3, что означало бы экономию средств в размере 2.1 млрд. долларов. Если сюда добавить средства, которые идут на закупку ядерного топлива, то экономия окажется еще большей и будет составлять вцелом около 4 млрд. долларов в год.
|
|
|
Конечно, реализация такого глобального проекта довольно таки проблематична, но приведенные расчеты являются свидетельством мощного потенциала энергосбережения за счет эффективного использования высокопотециальной составляющей теплоты сгорания топлива, которое используется для отопления и горячего водоснабжения. Сегодня у нас процент маленьких промышленных и коммунальных ТЭЦ в производстве тепла составляет менее 10%, тогда как процент их в производстве тепла в Финляндии составляет - 43%, в Германии - 53%, в Голландии - 67%, Великобритании и США - более 90% [1]. Последние цифры являются доказательством того, что такой проект является реальным. Для его реализации необходимо создать национальную программу по перестройке всей топливно-энергетической области. Нужны значительные средства для реконструкции теплоэнергетических предприятий, инженерных сетей, проведение мероприятий по теплоизоляции зданий. С другой стороны, вследствие их значительного физического и морального износа, такие изменения, так или иначе, необходимо будет проводить уже в ближайшее время. Большие затраты на техническое переоборудование теплоэнергетических предприятий с переходом их на комбинированное производство тепла и электроэнерги быстро окупятся.
Например, УкрЭСКО работает над реализацией нескольких инвестиционных проектов по трансформации обычных котельных на комбинированное производство электроэнергии и теплая.
Так, государственная компания "Энергия", что вырабатывает тепло для ряда фабрик и горячую воду для центрального отопления города Обухов, предлагает установку паровых турбин для производства электроэнергии как для внутреннего потребления, так и на продажу. Затраты на инвестицию составляют 4,0 млн. долл. США с дальнейшей чистой годовой экономией для компании 2.1 млн. долл. США.
Установка паровой турбины с генератором на Житомирском заводе химических волокон будет стоить близко 550 тыс. долл. США, которое обеспечит годовую финансовую экономию 33% от суммы инвестиции.
Мероприятия по замене тепловых магистралей и утепления зданий имеют срок окупаемости приблизительно - 4-6 лет [4].
Реорганизации энергетики на ориентацию получения электроэнергии и тепла на ТЭЦ оказывает содействие высокая степень централизации системы снабжения тепла и горячей воды. Сегодня такая система теплоснабжения жилого фонда вызовет справедливые замечания вследствие ее высоких потерь и высокой стоимости. Поэтому планируется проведение децентрализации системы теплоснабжения за счет использования кровельных котельных и индивидуальных нагревателей. Следует заметить, что такая тендеция является ошибочной и вредной с точки зрения энергосбережения. Без централизованной системы теплоснабжения практически невозможно использовать високопотенциальную составляющую теплоты сгорание топлива. С другой стороны, недостатки централизованной системы теплоснабжения можно устранить, если снизить потери тепла при транспортировании и использовании его для обогрева зданий. Реконструкция котельных в теплоцентрали, замена труб тепловых трасс на современные трубы с пенополиуритановой изоляцией, тепловая изоляция зданий, установка теплообменных пунктов и современных приборов регулирования и контроля позволит снизить в два-три раза оплату за теплоснабжение, при сохранении высокого уровня комфортности и меньших капитальных затратах. Переход на децентрализованную систему теплоснабжения требует дорогого оснащения и не выключает необходимости тепловой изоляции зданий, поэтому будет требовать не меньших капитальных и эксплуатационных затрат, но экономия средства и топлива при этом будет меньшая.
Применение труб с пенополиуритановой изоляцией позволит снизить потери тепла при его транспортировании с 20-30% до 1%, при нормативных - 8% [5]. Современные технологии и новые теплоизоляционные материалы дают возможность уменьшить затраты тепла на обогрев зданий на 50-70% [1,4]. Проведение этих мероприятий позволит использовать до 30% теплоты для выработки электроэнергии без изменения сегодняшних объемов потребления топлива, которое используется для отопления и горячего водоснабжения. За счет средств, полученных от реализации дополнительно выработанной электроэнергии, можно будет покрывать затраты на топливо, которое используют в теплоснабжении. Таким образом, после периода окупаемости затрат на реконструкцию, учитывая эксплуатационные затраты, стоимость снабжения теплоты для потребителей можно будет снизить в два-три раза.
Децентрализация системы теплоснабжение связана еще с одной проблемой - преждевременным разрушением централизованной системы. Уменьшение количества потребителей тепла от больших котельных, при децентрализации системы теплоснабжения, вызовет снижение их рабочей мощности, а затем и эффективности вследствие падения коэффициента полезного действия и увеличения эксплуатационных затрат. Все это приведет к увеличению стоимости теплоты и возрастанию бюджетных расходов на их покрытие, или - к банкротству котельных.
Правильная организация централизованной системы теплоснабжения с комбинированной системой выработки электроэнергии и теплоты, кроме экономии средств и топлива, имеет дополнительные преимущества, поскольку будет создавать возможность маневра мощностями при пиковых погрузках и в экстремальных ситуациях. Большое количество электрогенерующих установок маленьких и средних мощностей, при создании высокоэффективной системы централизованного управления, разрешит легко маневрировать их общей мощностью в зависимости от потребностей.
Переход на комбинированное производство электроэнергии и теплоты будет оказывать содействие созданию большого количества электрогенерующих установок разной мощности. Их работу необходимо будет согласовывать с работой всей энергосистемы и локальными графиками подачи тепла. Соответственно, необходимо будет организовать систему теплоснабжения. В период пиковых нагрузок на энергосистему, электрогенерующие установки ТЭЦ будут работать в режиме максимальной мощности. В этот период будет максимальное выделение теплоты, которую следует использовать для нагревания воды и выработки пара. При спаде нагрузки в энергосистеме, мощность электрогенерующих установок можно будет снижать, а при использовании блочных установок, часть их отключать. Снижение количества выделения теплоты, будет компенсироваться ранее накопленной теплотой, а также использованием избыточной электроэнергии. В этом случае количество необходимой теплоты будет меньшее, поскольку она будет использоваться для поддержания температуры прежде выработанного пара и нагретой воды
Для повышения эффективности работы ТЭЦ с учетом цикличности нагрузка энергосистемы и потребления теплоты можно применить тепловые насосы. Это разрешило бы вырабатывать дополнительную теплоту, используя излишек электроэнергии в период снижения нагрузка на энергосистему.
Для решения проблемы эффективности использования энергоустановок с учетом цикличности наггрузка энергосистемы, которая связана с отсутствием компенсирующих мощностей, можно создать централизованные котельные с тепловыми насосами [6]. В период излишка электроэнергии ее можно потреблять для изготовления и накопления тепла с низкопотенциальных источников теплоты. Использование электроэнергии таким образом повышает эффективность в среднем в три-четыре раза (на 1кВт*час электроэнергии можно получить 3-4 кВт*час низкопотенциальной теплоты). Цикл тепловых насосов, как и теплофикационный цикл, дает возможность эффективно использовать високопотенциальную составляющую теплоты сгорания топлива, но с другим принципом работы.
В Швеции теплонасосные станции (котельные) начали строить еще в 80-х годах. Мощнейшая из них (320 МВт) была построена в 1986 году для теплоснабжения Стокгольма. Источник низкопотенциальной теплоты - морская вода [6]. В Англии создан исследовательский образец парокомпрессионного теплового насоса с приводом от двигателя внутреннего сгорания для утилизации теплоты сточных вод[7]. При потреблении 1кВт*час теплоты сгорания природного газа эта теплонасосная установка дает до 1.5 кВт*час низкопотенциальной теплоты.
Еще один способ эффективного использования високопотенцийноїй составляющей теплоты сгорания топлива - это топливные элементы. Такая технология разрешает получать из природного газа электроэнергию и теплоту с высоким к.п.д. При этом отпадает необходимость в сложном оборудовании, значительно уменьшается количество вредных выбросов. Малые габариты генерующих мощностей позволяют размещать их в любом месте в непосредственной близости к потребителям. За этим способом получения электроэнергии и теплоты будущее мировой энергетики. Вместе с тем, сегодня в мире уже работает 144 производственно-экспериментальных установок на топливных элементах. Фирма ONCI (США) поставляет на рынок коммерческие блоки РС25АО, ЗС25СТ электрической и тепловой мощностью 200 квт, (к.п.д. 40%) и 220 квт (45%), соответственно[8].
Реализация программы на перестройку развития топливно-энергетического комплекса будет иметь значительное влияние на экономику страны и даст толчок развитию производства. Ведь речь идет о создании продукции и экономии топлива на десятки миллиардов гривен. Следует также помнить о значительном снижении техногенного влияния на окружающую среду за счет сокращения мощностей конденсационных электростанций. Но всё это невозможное без значительных инвестиций. Для реализации предложенной программы средства можно получить от западных инвесторов, но следует использовать и собственные резервы.
Одним из путей инвестирования - привлечение средств населения. Сегодня эти средства очень тяжело привлекать из-за нестабильности гривны и недоверия население к банкам, которые не дают достаточных гарантий своим вкладчикам. Создание опережающей системы оплаты за коммунальные услуги с последующим понижением стоимости этих услуг или выплатой соответствующих дивидентов даст возможность задействовать значительные средства населения. В данном случае вкладчики будут иметь полную гарантию того, что их средства не пропадут и не обесценятся вследствие инфляции.
Другой путь инвестирования - это снижение стоимости разработки проектов и их реализации. Этого можно достичь за счет объединения для общей деятельности разных заинтересованных предприятий - проектно-конструкторских институтов, строительных организаций, производителей оснащения и аппаратуры и др. Объединение их ресурсов, использование внутренних резервов позволило бы значительно снизить затраты на изготовление оборудования и реконструкцию энергетики с целью широкого использования високопотенциальной части теплоты сгорания топлива. Снижение затрат можно достичь также за счет льготного налогообложения и оплаты работы по минимуму с доплатой акциями на собственность производства, которое создается, то есть право на часть будущих прибылей. Важно дать начальный толчок реализации этой программы, которая в дальнейшем будет разворачиваться и самоинвестирываться за счет экономии средства, которые сегодня расходуются на импорт энергоносителей.
Огромные возможности энергосбережения за счет использования высокопотенциальной составляющей теплоты сгорание топлива и многовариантность его технического обеспечения должны быть заложены в основу стратегического направления развития топливно-энергетического комплекса Украины и превратиться в базовую область экономики на ближайшее будущее. Сегодня это не просто решение технической проблемы, но и решение экономических и политических вопросов. Реализация предложенного проекта такого масштаба даст толчок восстановлению производства, созданию большого количества рабочих мест, будет оказывать содействие значительному улучшению экологии, оздоровлению нашей экономики.
|
|
|
