Kraft-Wärme-Kopplung: eine Alternative zur zentralen Energieversorgung

Im Vergleich zu europäischen Ländern, in denen dezentrale Erzeugungsanlagen nach verschiedenen Schätzungen fast 30% der Gesamtleistung ausmachen, beträgt der Anteil der dezentralen Energie heute in Russland nicht mehr als 5-10%. Sprechen wir darüber, ob es für die russische dezentrale Energiewirtschaft eine Chance gibt, mit den globalen Trends Schritt zu halten, und ob die Verbraucher die Motivation haben, sich für eine unabhängige Energieversorgung einzusetzen.

Quelle

Neben Zahlen. Finde die Unterschiede

Die Unterschiede zwischen dem dezentralen Stromerzeugungssystem in Russland und in Europa werden heute nicht auf Zahlen reduziert. Tatsächlich handelt es sich sowohl in der Struktur als auch in wirtschaftlicher Hinsicht um völlig unterschiedliche Modelle. Die Entwicklung der dezentralen Stromerzeugung in unserem Land hatte andere Motive als diejenigen, die die Hauptantriebskraft für einen solchen Prozess in Europa darstellten, bei dem versucht wurde, den Mangel an traditionellen Brennstoffen durch die Einbeziehung alternativer Energiequellen (einschließlich sekundärer Energieressourcen) in die Energiebilanz auszugleichen. In Russland war die Frage der Senkung der Kosten für den Einkauf von Energieressourcen für Verbraucher in einer Planwirtschaft und einer zentralisierten Tarifgestaltung lange Zeit weitaus weniger relevant. Daher dachten sie über ihre eigene Stromerzeugung nach, hauptsächlich als das Unternehmen ein besonders großer Energieverbraucher war und aufgrund seiner Abgelegenheit Schwierigkeiten hatte mit Verbindung zu Netzwerken.

Im Hinblick auf die Energieverteilung verfügten die Anlagen ihrer eigenen Generation über eine relativ hohe Leistung - von 10 bis 500 MW (und mehr) - je nach Produktionsbedarf und um die nächstgelegenen Siedlungen mit Strom und Wärme zu versorgen. Da die Wärmeübertragung über Entfernungen immer mit erheblichen Verlusten behaftet ist, wurden Warmwasserkesselanlagen für den Eigenbedarf von Unternehmen und Städten aktiv gebaut. Darüber hinaus wurden eigene Energiequellen - ob Wärmekraftwerke oder Kesselhäuser - auf der Basis von Gas, Heizöl oder Kohle errichtet und in Einzelfällen erneuerbare Energiequellen (erneuerbare Energiequellen) mit Ausnahme von Wasserkraftwerken und sekundäre Energiequellen (sekundäre Energiequellen) eingesetzt. Jetzt ändert sich das Bild: Objekte mit geringer Stromerzeugung tauchen allmählich auf, und alternative Energiequellen sind in geringerem Maße an der Energiebilanz beteiligt.

Im Westen wurde viel getan, um die Erzeugung im kleinen Maßstab zu entwickeln, und in letzter Zeit hat sich das Konzept eines virtuellen Kraftwerks (WPS) verbreitet. Dieses System vereint die meisten Akteure auf dem Stromerzeugungsmarkt - Hersteller (von kleinen Generatoren privater Haushalte bis hin zu KWK-Kraftwerken) und Verbraucher (von Wohngebäuden bis hin zu großen Industrieunternehmen). Ein Windpark regelt den Energieverbrauch, indem Spitzen geglättet und Lasten in Echtzeit neu verteilt werden, wobei die gesamte verfügbare Systemleistung genutzt wird. Eine solche Entwicklung ist jedoch nicht möglich, ohne den dezentralen Erzeugungsmarkt durch den Staat zu stimulieren und ohne entsprechende Gesetzesänderungen.

In Russland bleibt unter den Bedingungen des harten Wettbewerbs und des Monopols der zentralisierten Stromversorgung die Umsetzung von überschüssigem Strom, der in ein externes Netz erzeugt wird, lösbar, jedoch unter organisatorischen und prozessbezogenen Gesichtspunkten alles andere als einfach. Daher sind die Chancen, unter großen Anbietern von dezentralen Energieanlagen ein vollwertiger Marktteilnehmer zu werden, derzeit äußerst gering.

Trotzdem liegt die Entwicklung der eigenen Generation heute natürlich im Trend. Der Hauptfaktor für sein Wachstum ist die Zuverlässigkeit der Energieversorgung. Die Abhängigkeit von Erzeuger- und Netzunternehmen erhöht das Produzentenrisiko. Die meisten großen Erzeugungsanlagen in Russland wurden zu Sowjetzeiten gebaut, und ihr beträchtliches Alter macht sich bemerkbar. Ein unfallbedingter Stromausfall birgt für den Industrieverbraucher die Gefahr von Produktionsstillständen und offensichtlichen Verlusten. Wenn der Wille zur Risikominderung von wirtschaftlichen Motiven (hauptsächlich bestimmt durch die Tarifpolitik der regionalen Versorger) und Investitionsmöglichkeiten begleitet wird, rechtfertigt sich die Eigenerzeugung zu 100%, und immer mehr Industrieunternehmen sind heute bereit (oder erwägen eine solche Möglichkeit), diesen Weg zu beschreiten.

Die dezentrale Stromerzeugung „für den Eigenbedarf“ hat daher in Russland recht gute Entwicklungsperspektiven.

Eigene Generation. Für wen ist es vorteilhaft

Die Wirtschaftlichkeit jedes Projekts ist streng individuell und wird von vielen Faktoren bestimmt. Wenn Sie versuchen, so viel wie möglich zusammenzufassen, dann ist die eigene Stromerzeugung in Regionen mit einer höheren Konzentration von Erzeugungskapazitäten und Industrieunternehmen, höheren Tarifen für Strom und Wärme eine objektive Chance, die Kosten für den Kauf von Energieressourcen erheblich zu senken.

Dies schließt auch die unzugänglichen und dünn besiedelten Regionen mit schlecht ausgebauter oder gar fehlender Stromnetzinfrastruktur ein, in denen natürlich die höchsten Stromtarife gelten.

In Regionen mit weniger Verbrauchern und Versorgern von Elektrizität sowie einem großen Teil des erzeugten Stroms handelt es sich um Wasserkraftwerke, die Tarife sind viel niedriger, und die Wirtschaftlichkeit solcher Projekte in der Industrie ist nicht immer von Vorteil. Für Unternehmen einzelner Branchen, die alternative Brennstoffe, beispielsweise Produktionsabfälle, einsetzen können, kann die Eigenerzeugung jedoch eine hervorragende Lösung sein. Also, in der Abbildung unten - KWK bei der Verschwendung eines Holzverarbeitungsunternehmens.


Wenn es sich um eine Erzeugung für den kommunalen Bedarf, öffentliche Gebäude sowie gewerbliche und soziale Infrastruktur handelt, wurde die Wirtschaftlichkeit solcher Projekte bis vor kurzem hauptsächlich vom Entwicklungsstand der Energieinfrastruktur in der Region und in geringerem Maße von den Kosten für die technologische Anbindung der Stromverbraucher bestimmt. Mit der Entwicklung von Auslösetechnologien waren solche Beschränkungen praktisch nicht mehr bestimmend, und die seitliche oder im Sommer erzeugte Wärme konnte für den Klimabedarf genutzt werden, wodurch die Effizienz von Energiezentren erheblich gesteigert wurde.

Trigeneration: Strom, Wärme und Kälte für ein Objekt

Die Kraft-Wärme-Kopplung ist eine eher eigenständige Richtung für die Entwicklung von kleiner Energie. Es zeichnet sich durch Individualismus aus, da es sich darauf konzentriert, die Bedürfnisse eines bestimmten Objekts in Bezug auf Energieressourcen zu erfüllen.

Das allererste Projekt mit dem Konzept der Trigeneration wurde 1998 in Zusammenarbeit des US-Energieministeriums, des nationalen Labors ORNL und des Herstellers von BROAD (Absorption Bromide Chromium Absorption Chillers) entwickelt und 2001 in den USA umgesetzt. Die Kraft-Wärme-Kopplung basiert auf der Verwendung von Absorptionskältemaschinen, die je nach Bedarf der Anlage Wärme als Hauptenergiequelle nutzen und die Erzeugung von Kälte und Wärme ermöglichen. Darüber hinaus ist die Verwendung herkömmlicher Kessel wie bei der Kraft-Wärme-Kopplung in einem solchen Schema keine Voraussetzung.

Neben der herkömmlichen Wärme- und Stromerzeugung wird durch die Kraft-Wärme-Kopplung in der ABHM Kälte (in Form von gekühltem Wasser) für technologische Zwecke oder zur Klimatisierung erzeugt. Der Prozess der Stromerzeugung auf die eine oder andere Weise erfolgt mit großen Verlusten an thermischer Energie (zum Beispiel mit den Abgasen von Erzeugungsmaschinen).

Die Einbeziehung dieser Wärme in den Prozess der Gewinnung von Kälte minimiert zum einen die Verluste und erhöht den endgültigen Wirkungsgrad des Kreislaufs. Zum anderen kann der Energieverbrauch der Anlage im Vergleich zu herkömmlichen Technologien zur Erzeugung von Kälte mit Dampfkompressionskältemaschinen gesenkt werden.

Die Möglichkeit, an verschiedenen Wärmequellen (Heißwasser, Dampf, Abgase von Stromaggregaten, Kesseln und Öfen sowie Kraftstoff (Erdgas, Dieselkraftstoff usw.) zu arbeiten, ermöglicht den Einsatz von ABCM in völlig unterschiedlichen Einrichtungen, wobei genau die Ressource verwendet wird, die vorhanden ist zur Verfügung des Unternehmens.

In der Industrie können Sie also Abwärme nutzen:


In städtischen Einrichtungen, in gewerblichen und öffentlichen Gebäuden sind verschiedene Kombinationen von Wärmequellen möglich:




Ein Kraft-Wärme-Kopplungszentrum kann auf der Grundlage des Strombedarfs berechnet und gebaut werden, und Sie können sich auf den Kälteverbrauch der Anlage verlassen. Es kommt darauf an, welches der oben genannten Kriterien für den Verbraucher ausschlaggebend ist. Im ersten Fall ist die Nutzung der Sekundärwärme im ABCM möglicherweise nicht vollständig, und im zweiten Fall kann es zu einer Beschränkung des selbst erzeugten Stroms kommen (die Auffüllung erfolgt durch den Kauf von Strom aus einem externen Netz).

Wo Trigeneration von Vorteil ist

Das Einsatzspektrum der Technologie ist sehr breit: Die Kraft-Wärme-Kopplung kann ebenso gut in das Konzept eines öffentlichen Raums (z. B. eines großen Einkaufszentrums oder eines Flughafengebäudes) wie in die Energieinfrastruktur eines Industrieunternehmens integriert werden. Die Realisierbarkeit solcher Projekte und ihre Produktivität hängen stark von den wirtschaftlichen und klimatischen Bedingungen vor Ort sowie von den Kosten der Produkte für Industrieunternehmen ab.

Das erste und wichtigste Kriterium ist das Bedürfnis nach Kälte. Die heute gebräuchlichste Anwendung ist die Konditionierung von öffentlichen Gebäuden. Es können Geschäftszentren, Verwaltungsgebäude, Krankenhaus- und Hotelkomplexe, Sportanlagen, Einkaufs- und Unterhaltungszentren und Wasserparks, Museen und Ausstellungshallen, Flughafengebäude sein - kurz gesagt, alle Objekte, bei denen sich viele Menschen gleichzeitig aufhalten, um ein komfortables Ambiente zu schaffen Das Mikroklima erfordert eine zentrale Klimaanlage.

Die gerechtfertigtste Anwendung von ABCM für solche Einrichtungen ist eine Fläche von 20-30 Tausend Quadratmetern. m (ein mittelgroßes Geschäftszentrum) und endend mit riesigen Objekten von mehreren hunderttausend Quadratmetern und mehr (Einkaufs- und Unterhaltungskomplexe und Flughäfen).

In solchen Anlagen sollte aber nicht nur Kälte und Strom, sondern auch Wärme nachgefragt werden. Darüber hinaus wird durch die Wärmeversorgung nicht nur das Gelände im Winter beheizt, sondern auch das ganze Jahr über Warmwasser für die Anlage zur Warmwasserversorgung bereitgestellt. Je besser die Möglichkeiten des Kraft-Wärme-Kopplungszentrums genutzt werden, desto effizienter ist es.

Überall auf der Welt gibt es viele Beispiele für den Einsatz von Trigeneration in der Hotellerie, den Bau und die Modernisierung von Flughäfen, Bildungseinrichtungen, Geschäfts- und Verwaltungskomplexen, Rechenzentren, viele Beispiele in der Industrie - Textil-, Metallurgie-, Lebensmittel-, Chemie-, Zellstoff- und Papierindustrie, Maschinenbau usw. .p.

Als Beispiel gebe ich eines der Objekte an, für die die Firma First Engineer das Konzept einer ausgelösten Energiezentrale entwickelt hat.

Wenn der Bedarf an elektrischer Energie in einem Industrieunternehmen etwa 4 MW beträgt (erzeugt durch zwei Gaskolbeneinheiten (GPU)), ist eine Kühlleistung von 2,1 MW erforderlich.

Kälte wird von einer einzelnen Absorptions-Brom-Lithium-Kältemaschine erzeugt, die mit GPU-Abgasen betrieben wird. Gleichzeitig deckt eine GPU 100% des Wärmebedarfs von ABCHM. So wird die Anlage auch mit einer GPU immer mit der notwendigen Kältemenge versorgt. Darüber hinaus behält der ABXM bei der Stilllegung beider Gas-Kolbenanlagen die Fähigkeit, Wärme und Kälte zu erzeugen, da er über eine Reservewärmequelle verfügt - Erdgas.

Trigenerationales Energiezentrum

Abhängig von den Bedürfnissen des Verbrauchers, seiner Kategorie und den Anforderungen an die Redundanz kann das in der folgenden Abbildung dargestellte Kraft-Wärme-Kopplungsschema sehr komplex sein und Energie- und Wasserkessel, Abhitzekessel, Dampf- oder Gasturbinen, vollwertige Wasseraufbereitung usw. umfassen.


Bei relativ kleinen Objekten ist die Haupterzeugungseinheit normalerweise eine Gasturbinen- oder Kolbeneinheit (Gas oder Diesel) mit relativ geringer elektrischer Leistung (1 bis 6 MW). Sie erzeugen Strom und Nebenproduktwärme aus Abgasen und Warmwasser, die im ABM entsorgt werden. Dies ist eine minimale und ausreichende Grundausstattung.


Ja, auf Hilfssysteme können Sie nicht verzichten: einen Kühlturm, Pumpen, eine Reagenzienaufbereitungsstation für wiederverwendetes Wasser zur Stabilisierung, ein Automatisierungssystem und eine elektrische Anlage, mit der Sie den erzeugten Strom für Ihren eigenen Bedarf nutzen können.

In den meisten Fällen handelt es sich bei dem Kraft-Wärme-Kopplungszentrum um ein eigenständiges Gebäude oder um Containerblöcke oder um eine Kombination dieser Lösungen, da die Anforderungen für die Aufstellung von Elektro- und Wärmeerzeugungsanlagen etwas unterschiedlich sind.

Die Stromerzeugungsanlage ist im Gegensatz zur ABHM recht standardisiert, wenn auch technisch komplexer. Die Herstellungsdauer kann 6 bis 12 Monate oder mehr betragen.

Die durchschnittliche Produktionszeit von ABXM beträgt 3-6 Monate (abhängig von der Kühlleistung, der Anzahl und der Art der Heizquellen).

In der Regel wird die Herstellung von Hilfseinrichtungen nicht länger dauern als geplant, sodass die durchschnittliche Projektdauer für den Bau eines Energiezentrums für die Kraft-Wärme-Kopplung 1,5 Jahre beträgt.

Ergebnis

Erstens wird das Kraft-Wärme-Kopplungs-Zentrum die Anzahl der Energieversorger auf einen einzigen reduzieren - einen Gasversorger. Durch den Wegfall des Kaufs von Strom und Wärme können zum einen Risiken im Zusammenhang mit Unterbrechungen der Energieversorgung ausgeschlossen werden.

Die Arbeit an Wärme mit relativ billiger "überschüssiger Energie" reduziert die Kosten für erzeugten Strom und Wärme im Vergleich zum Kauf. Eine ganzjährige Last an erzeugter Wärmekapazität (im Winter zum Heizen, im Sommer zur Klimatisierung und für technologische Anforderungen) ermöglicht maximale Effizienz. Wie bei anderen Projekten ist natürlich die Entwicklung des richtigen Konzepts und seiner Machbarkeitsstudie die Hauptbedingung.

Von den zusätzlichen Vorteilen - Umweltfreundlichkeit. Durch die Nutzung von Abgasen zur Erzeugung von Nutzenergie reduzieren wir die Luftemissionen. Darüber hinaus verwendet ABCM im Gegensatz zu herkömmlichen Technologien zur Kälteerzeugung, bei denen Ammoniak und Freone als Kältemittel fungieren, Wasser als Kältemittel, wodurch auch die Umweltbelastung minimiert wird.