Одной из составляющих модернизации производств с повышением их энергоэффективности является внедрение когенерационных установок, которые одновременно вырабатывают электрическую и тепловую энергию, тем самым увеличивая эффективность использования топлива. Данная работа ведется уже на протяжении ряда лет, в т. ч. в организациях строительной отрасли. Анализ эффективности и вопросов эксплуатации отдельных агрегатов в рамках пленарного заседания XVI Белорусского энергетического и экологического конгресса провел директор НП РУП "БелТЭИ", к. ф.-м. н. Михаил Леонидович Герман.
"В мировом энергопотреблении доля Беларуси оценивается в 0,3 % (0,5 % потребления природного газа) и очевидно, что изменение структуры объема энергопотребления в нашей республике не изменяет ситуации в мире, в т. ч. в экологическом аспекте. В этой связи необходимо, в первую очередь, решать актуальную задачу снижения энергоемкости ВВП исходя из интересов страны, делать это наименее затратно, — подчеркнул М. Л. Герман. — В настоящее время в каждом конкретном случае целесообразно использовать взвешенный, дифференцированный подход к использованию энергоресурсов и альтернативных путей в решении актуальных энергетических задач, но основным направлением все же следует признать качественное повышение эффективности использования природного газа".
Ситуация, складывающаяся на мировом рынке энергоносителей, а именно: высокая зависимость отраслей народного хозяйства Беларуси от постоянно дорожающего импортного углеводородного топлива снижает конкурентоспособность реального сектора экономики и отрицательно сказывается на состоянии энергетической и экономической безопасности страны. Вместе с тем, выступающий обратил внимание, что острота энергетических проблем страны существенно снижается при эффективном вовлечении в топливно-энергетический баланс местных и возобновляемых источников топлива, а также всемерной экономии всех видов ТЭР — энергосбережении, которое, в соответствии с Законом Республики Беларусь "Об энергосбережении" является приоритетом государственной политики в решении энергетической проблемы, формирование которой в республике целенаправленно ведется с 1993 г.
Стратегической целью государства в области энергосбережения до сих пор остается снижение энергоемкости ВВП, которое достигается при решении таких задач, как:
— структурная перестройка отраслей экономики и промышленности;
— повышение коэффициента полезного использования энергоносителей в результате внедрения новых энергосберегающих технологий, оборудования, приборов и материалов, утилизации вторичных энергоресурсов;
— увеличение в топливном балансе страны доли местных видов топлива и отходов производства, нетрадиционных и возобновляемых источников энергии.
В этой связи остро стала необходимость определения критериев эффективности работы и рассмотрения отдельных вопросов эксплуатации газотурбинных и газопоршневых установок. Несмотря на полученные положительные результаты в этой области, для достижения уровня европейских развитых стран необходимо еще много трудиться.
Прежде чем рассказать об отдельных проектах, реализация которых вносит вклад в энергобезопасность страны, Михаил Леонидович обратил внимание на преимущества использования когенерационных установок. Помимо возможности выработки нескольких видов энергии и высокого коэффициента полезного использования, их применение снижает выброс СО2 и уменьшает затраты на передачу электроэнергии, т. к. установки размещаются в местах потребления тепловой и электрической энергии, что минимизирует ее потери в сетях. Также когенерационные установки могут работать на биотопливе и других альтернативных видах топлива, обеспечивая собственные потребности котельных в электроэнергии.
Итак, ярким примером эффективности внедрения когенерации в большой энергетике является Минская ТЭЦ-3. Станция работает по тепловому графику нагрузок, обеспечивая теплоснабжение промышленного р-на г. Минска и социальной сферы, включая часть центра города.
Постоянная модернизация и реконструкция оборудования в сочетании с грамотной эксплуатацией позволяют уже более полувека поддерживать надежную и экономичную работу ТЭЦ. Так, в 2009 г. на станции введен в эксплуатацию парогазовый блок мощностью 230 МВт, предназначенный для производства электроэнергии и тепла в базовом режиме работы.
Как отмечают специалисты, при эксплуатации вновь установленного оборудования, работающего с удельным расходом топлива на отпуск электроэнергии 190–215 г у. т. на кВт/ч, будут вытесняться мощности конденсационных станций, таких как Лукомльская ГРЭС, имеющая удельный расход топлива на отпуск электроэнергии порядка 318 г у. т. на кВт/ч, и Березовская ГРЭС (360–370 г у. т. на кВт/ч). Это довольно высокие показатели, позволяющие снизить абсолютное потребление топлива по республике более чем на 150 тыс. т у. т. в год.
Другим положительным примером является мини-ТЭЦ в г. Жлобине мощностью 27 МВт, которая в 2009 г. преобразована из котельной. На ее базе смонтированы три современных газопоршневых агрегата мощностью по 9 МВт каждый. Благодаря новой энергоустановке на жлобинской станции комбинированно производится тепловая и электрическая энергия.
"Работа ТЭЦ высокоэффективная и экономичная. Удельные расходы на отпуск электроэнергии составляют 168,5 г у. т на кВт/ч, а тепловой — 168,1 кг у. т. на Гкал, — рассказал выступающий. — Обновленная станция обеспечивает электроэнергией потребителей г. Жлобина. Кроме того, часть вырабатываемой энергии направляется в общую сеть отечественной энергосистемы".
Таким образом, регулярное проведение мероприятий по улучшению режимов эксплуатации и модернизации оборудования обеспечивает работу станций с наиболее эффективным использованием топлива.
М. Л. Герман также привел несколько примеров внедрения отдельных энерго-сберегающих мероприятий в промышленности. Например, в цементной отрасли реализуется три проекта по строительству технологических линий по производству цемента сухим способом. Энергосберегающие технологии выпуска цемента позволяют максимально сократить потребление топливно-энергетических ресурсов, что особенно важно для данной отрасли в условиях постоянно растущих тарифов на ТЭР и учитывая, что производство цемента — самое энергоемкое в спектре стройматериалов.
"При производстве цемента традиционно используется сушка клинкера в печах высокотемпературными дымовыми газами, получающимися от прямого сжигания углеводородного топлива (преимущественно природного газа) с повышенным коэффициентом избытка воздуха и последующим разбавлением их холодным воздухом до температуры порядка 500 оС, т. е. теплотворная способность природного газа изначально используется не рационально, — отметил выступающий. — Повысить коэффициент его полезного использования можно, направляя природный газ для комбинированной выработки электроэнергии и сушильного агента в газомоторном агрегате".
В результате, учитывая качество сушильного агента, для установки на ПРУП "БЦЗ" были выбраны две (по количеству печей) газотурбинные установки электрической мощностью 16 МВт в контейнерном исполнении. Более чем пятилетняя эксплуатация предложенной РУП "БелТЭИ" энерготехнологической схемы показала высокую эффективность. Годовая экономия топлива от выработки 32 МВт электрической мощности по теплофикационному циклу с удельными нормами на отпуск электроэнергии (197,29 г у. т. на кВт/ч) и сушильного агента (нормативный — 30,3 кг у. т. на тонну цемента) составляет 30,5 тыс. т у. т. в год. Проектный срок окупаемости — 5,1 лет. "Учитывая повышение стоимости топлива и тарифа на электроэнергию, фактический срок окупаемости составит не более 4 лет. В результате строительства энергоэффективного комплекса себестоимость производства цемента снизилась примерно на 10 %", — отметил Михаил Леонидович.
Сейчас аналогичный проект реализуется на строящейся линии по производству цемента в ОАО "Красносельскстройматериалы".
Подобные решения применены и в ОАО "Мозырьсоль". На предприятии реализован проект по внедрению генерирующих мощностей на базе газопоршневого агрегата в отделении сушки электрической мощностью 1,6 МВт и суммарным эффектом энергосбережения более 3,6 тыс. т у. т. в год. Установка соответствующего оборудования полностью обеспечила акционерное общество дешевой электроэнергией, повысив конкурентоспособность его продукции и снизив ее себестоимость.
Показательным является когенерационный комплекс мощностью 8,9 МВт с дожигом абсорбционных газов химического производства в паровом котле-утилизаторе на заводе "Полимир" ОАО "Нафтан". Данный комплекс представляет собой мини-ТЭЦ из одного поршневого агрегата единичной электрической мощностью 3,044 МВт, для которого в качестве топлива используется природный газ, и трех газопоршневых агрегатов (1,956 МВт), работающих на топливном газу (смесь метано-водородной фракции и природного газа). Установлен паровой котел-утилизатор, обеспечивающий выработку пара давлением 38 атм. и дожигание (обезвреживание) до 55 тыс. м3/ч абсорбционных газов, в состав которых помимо горючих элементов входят ингредиенты, выброс которых в атмосферу не допустим. Так, использование когенерационного комплекса позволило достичь расчетной экономии топлива 7600 т у. т. в год.
Тригенерационный комплекс установлен на Белорусском газоперерабатывающем заводе. Он сжигает попутный газ нефтепереработки (местный вид топлива) и состоит из восьми газопоршневых агрегатов мощностью 3 МВт, трех абсорбционных холодильных машин суммарной производительностью по холоду 8,7 МВт, а также котлов-утилизаторов для подогрева керосина и сетевой воды. Таким образом, комплекс генерирует три энергетических потока: электрическую и тепловую энергии и холод, существенно повышая коэффициент полезного использования топлива. К слову, расчетная его экономия составляет 31,3 тыс. т у. т. в год.
"Эти показательные примеры из разных отраслей свидетельствуют, что промышленность Беларуси обладает существенным потенциалом комбинированной выработки электроэнергии на собственном тепловом потреблении, интенсивное использование которого, в конечном счете, приведет к дальнейшему снижению энергоемкости ВВП и повысит конкурентоспособность отечественной продукции на внешних рынках", — отметил М. Л. Герман.
Однако, несмотря на то, что когенерационные энергоблоки на базе ряда технологических циклов обладают высоким коэффициентом генерации, случается, что данные показатели не достигают проектных мощностей.
Среди наиболее часто встречающихся причин Михаил Леонидович назвал поломки и естественный износ оборудования; установку избыточных когенерационных мощностей, т. е. когда по отдельным объектам имеет место завышение установленной мощности в 2–3 раза существующего теплового потребления. Это приводит к снижению коэффициента загрузки оборудования и, соответственно, эффективности выработки электрической и тепловой энергии.
Далее следует неполная реализация проектов. К примеру, в ОАО "Интергал" налажена выработка электрической и тепловой энергии, но не выполнена тригенерация. В результате в межотопительный период агрегаты работают частично в конденсационном режиме, что приводит к росту удельного расхода топлива на отпуск электрической энергии.
Еще одной важной причиной не достижения установленных мощностей является не соответствие теплотехнических параметров закупленного оборудования проектному решению.
В качестве субъективного фактора выступающий назвал несоблюдение оптимального режима эксплуатации оборудования. В этом плане необходимо уделять большое внимание квалификации обсуживающего персонала.
Вместе с тем, на сегодняшний день когенерационные установки лучше всего соответствуют принципу энергоэффективности — имеют самый высокий показатель полезного использования топлива — до 90 %. Их популярность и преимущество обусловлены возможностью комбинированного производства тепловой и электрической энергии.