Актуальность. О возможностях участия кредитных организаций в реализации проектов малой энергетики

Человечеству в последнее время постоянно не хватает энергии. С другой стороны, оно в буквальном смысле купается в ней. Так, например, для удовлетворения своих энергетических потребностей человечеству достаточно утилизировать всего 5% КПД солнечной энергии, падающей на 0,13% поверхности земного шара. И, тем не менее, энергии не хватает. Именно поэтому производство энергии является серьезным бизнесом.

В последнее время мы наблюдаем взрывной интерес к проблематике малой энергетики во всем мире: использование установок малой энергетики как дополнение к централизованному энергоснабжению становится все более массовым и популярным, хотя по сравнению с нашими европейскими партнерами мы здесь далеко позади: ее доля в общей выработке электричества в России колеблется в районе всего 1% против, например, 25% в Италии или 60% в Швеции.

Базовые определения Новая энергетика Малая энергетика Микроэнергетика — раздел энергетики, связанной с производством энергии при помощи компактных маломощных (от нескольких ватт до киловатт) источников различной природы: солнечные батареи, ветрогенераторы, водородные элементы и газовые микротурбины, т. е. маломощные генераторы электричества. Однако с учетом технических и экономических аспектов современной энергетики термин «микроэнергетика» необходимо трактовать более широко, рассматривая не только проблемы генерации электричества, но также и проблемы генерации тепла (когенерация) и холода (тригенерация).

Когенерация представляет собой высокоэффективное использование первичного источника энергии — газа, для получения двух форм полезной энергии — тепловой и электрической. Главное преимущество когенератора перед обычными теплоэлектростанциями состоит в том, что преобразование энергии здесь происходит с большей эффективностью. Иными словами, система когенерации позволяет использовать то тепло, которое обычно просто теряется. При этом снижается потребность в покупной энергии на величину вырабатываемых тепловой и электрической энергии, что способствует уменьшению производственных расходов. Применение когенератора сокращает расходы на энергообеспечение приблизительно на 100 $/кВт установленной электрической мощности когенератора.

Когенераторные установки более экологичны (требуется меньше топлива для производства такого же количества энергии) и более экономичны при удачной разработке проекта (инвестиции на закупку и монтаж КУ постепенно окупятся за счет производства более дешевой электроэнергии).

Едва общество привыкло к понятию когенерация и конструкторы начали оснащать котельные когенерационными установками, появилось новое понятие, к которому мы еще не совсем привыкли — тригенерация. B переводе это значит комбинированное производство электричества, тепла и холода. С технологической точки зрения имеется в виду соединение когенерационной установки с абсорбционной охладительной установкой.

Это является выгодным с точки зрения эксплуатации когенерационной установки, т.к. дает возможность утилизации тепла и летом, вне отопительного сезона, и этим продлить время работы установки в течение всего года. Именно снижение возможности утилизации тепла когенерационных установок летом вело к внедрению установок с более низкой мощностью. Если удастся изменить тепло на холод, то ничего не мешает тому, чтобы установки работали на полную мощность и летом. Произведeнный холод может использоваться в системах кондиционирования — в банках, гостиницах, торговых центрах, больницах, стадионах и т. п.

Резервы энергосбережения. Проблема исторического кризиса энергоэффективности отечественной экономики имеет относительно экономное решение. Как в промышленности, так и в коммунальном секторе есть масса узких мест, ликвидация которых, при сравнительно низких объемах вложений, способна обеспечить весьма высокую отдачу. В частности, за счет потенциала малой энергетики. По данным бывшего Минэнерго РФ, сейчас на децентрализованных котельных в России производится почти 30% тепловой энергии. По мнению специалистов, как минимум две трети из них могут быть использованы не только для выработки тепла, но при определенном дооснащении и для производства электроэнергии. При этом, в отличие от большой энергетики, строительство установок малой мощности (0,5−25 МВт) не требует сверхвысоких капитальных вложений, имеет относительно небольшой срок ввода в эксплуатацию, а расходы на их строительство порой окупаются за 2−4 года.

При выработке электроэнергии доля газа в топливном балансе страны сегодня составляет 65 процентов, а в коммунальном хозяйстве — 600 млн. Гкал тепла в год производят 68 тысяч котельных, как правило, работающих на газе. И пока цена газа будет самой низкой, какие бы форумы ни собирали угольщики или нефтепереработчики, как бы ни пытались включить административный ресурс, рыночный механизм будет делать свое дело — все потребители топлива попытаются максимально использовать газ. С другой стороны, газ не только самое дешевое, но и самое чистое сырье, поэтому даже при сегодняшних (и будущих в перспективе) требованиях экологов газ еще долго будет превалировать, и его доля будет только расти.

Другой вопрос: насколько эффективно используется потенциал этого невозобновляемого, очень ценного качественного сырья в энергетике и коммунальном хозяйстве? Если ответить на поставленный вопрос с точки зрения котельщиков, то ответ будет вполне удовлетворительный. На электростанциях КПД газовых котлов находится на уровне 92−94 процентов. Если котельные агрегаты коммунального хозяйства также поддерживаются на хорошем, уровне, то КПД их может быть не хуже этого показателя. А сторонники и лобби, так называемых крышных котельных (как правило, очень современных, автоматизированных и т. д.) могут привести такой непробиваемый аргумент: на их оборудовании КПД может составить более 100 процентов. И это в самом деле может быть.

А если еще вспомнить о потерях тепла при транспортировке по магистральным и межквартальным трубопроводам, да еще учесть объем работ по их строительству и содержанию, то вроде бы становится очевидным, что при техперевооружении и обновлении коммунального хозяйства «крышным» и местным котельным нет альтернативы. Почему же тогда во многих промышленно развитых (и не только) странах в законодательном порядке запрещено прямое сжигание газообразного топлива в топках котлов?

Вот тут-то стоит вспомнить, что газ у нас сжигается не только для выработки тепла для коммунальных нужд. Еще больше его сжигается в топках котлов электростанций. Известно, что КПД конденсационного цикла на наших ТЭС составляет всего от 23 до максимум … 40 процентов!!! Существующая паротурбинная технология такова, что остальное тепло просто выбрасывается. Это не только расточительство, это еще и тепловое загрязнение окружающей среды.

Но, как известно, безвыходных ситуации не бывает. Выход, оказывается, есть, и он давно известен. Более того, в этом деле Советский Союз был первым, кто нашел эффективное решение проблемы, и до сих пор мы пользуемся его плодами. Оно заключается в широком применении ТЭЦ, где определенная часть пара не доходит до конденсатора, а в виде тепловой энергии отправляется потребителю. При этом КПД использования потенциала газа достигает 90 и более процентов. Почему же тогда вся электроэнергия не вырабатывается по такой схеме? Беда в том, что даже в нашей холодной стране нет потребителей для такого количества тепла. Положение еще более усугубляется тем, что в последнее время из-за несовершенства тарифов и непринятия необходимых мер со стороны государства и регулирующих органов даже этот рынок тепла для ТЭЦ существенно сужается из-за строительства собственных теплоисточников со стороны потребителей.

Энергосистема Республики Башкортостан, занимающая второе место после Москвы по количеству вырабатываемого тепла, всего 25, в лучшие годы — 30 процентов электроэнергии вырабатывает по когенерации (если по-другому — по теплофикационному циклу). Что же тогда говорить о других регионах?

Что же нужно предпринять, чтобы потенциал газа на наших ТЭС использовался не на 25−35%, а хотя бы на 80−90% процентов? Вернусь к проблемам коммунальной энергетики, где также в больших объемах сжигается газообразное топливо. В этой отрасли потребители тепла есть и всегда будут, несмотря ни на какие кризисные явления в экономике, так почему бы не вырабатывать электроэнергию на этом рынке тепла? Выгода от этого очевидна: полезной продукции в виде электрической и тепловой энергии будет вырабатываться столько же, сколько и раньше, но газа при этом сжигаться будет в полтора раза меньше, причем экологические и экономические потери сводятся к минимуму. Но для этого коммунальщики должны перейти на совершенно другой уровень технологий, они обязаны начать строить электростанции и вырабатывать не только тепловую, но и электрическую энергию.

Пусть не обижаются работники ЖКХ, но эта сфера сегодня, думается, не готова и не способна воспринять и реализовать идею повышения эффективности использования энергии. В существующих условиях легче доказывать необходимость повышения цен на энергоресурсы, чем заниматься новыми технологиями. Если удается покупать тепловую энергию у энергетиков по 60 рублей за Гкал и перепродавать конечным потребителям за 600 и более рублей, зачем же заниматься поиском инвестиций и внедрением новых технологий для снижения себестоимости продукции? Да и муниципалитетам при грядущей ликвидации дотаций населению выгоднее забыть об энергосбережении…

Тогда энергетики должны изменить свою психологию (отголоски гигантомании живы до сих пор) и, наступив на горло своего самолюбия, заняться так называемыми мелкими проблемами коммунальной энергетики. Профессионально они для этого давно подготовлены и способны на это.

Если до сих пор электроэнергия на ТЭС вырабатывалась только по паротурбинной технологии, то сегодня уже используются новые технологии, когда рабочим телом цикла является не только пар, а и непосредственно само топливо, в частности газ. Такой подход с успехом используется в газотурбинных установках и газопоршневых агрегатах, где коэффициент использования потенциала газа доходит до 80−90 процентов. Не вдаваясь в тонкости происходящих термодинамических процессов при производстве энергии по разным технологиям, важно отметить принципиальные отличия этих направлений. Выработка электроэнергии по традиционней паротурбинной технологии начинается при температуре рабочего тела порядка 500−550°С, а по технологии, где рабочим телом является само топливо, — уже при температурах порядка 1300−1500°С, а когда в котлах, сжигая газ (с температурой горения около 2000°С), получают сетевую воду с температурой 70−130°С, с точки зрения возможностей газа можно считать, что гора родила мышь.

Следует подчеркнуть, что рабочее тело — газы после ГТУ и ГПА — еще способно не только нагреть сетевую воду до 100−150°С, но и вырабатывать пар с температурой около 500−550°С. А вот как использовать энергию пара с температурой 30 °C, как это сегодня имеет место на всех ТЭС с конденсаторами — это уже вопрос. В результате огромное количество тепла, высвобождаемое при конденсации этого пара, сейчас просто выбрасывается с циркуляционной (охлаждающей) водой. Чтобы свести такие потери к минимуму, во многих странах прямое сжигание газообразного топлива в топках котлов запрещено в законодательном порядке. С точки зрения термодинамики можно считать верхом безграмотности и расточительства то, что рядом с магистральными трубопроводами тепловых сетей, идущих от ТЭЦ, вырастают самые современные автоматизированные котельные, сжигающие газообразное топливо.

На ситуацию влияют и наши парадоксальные тарифы. Пока реалии таковы, что технология сама по себе, тарифы сами по себе. А надо бы, чтобы передовые технологии способствовали снижению тарифов, а тарифы в свою очередь стимулировали внедрение новых технологий.

Разумеется, решение многих из названных проблем органически связано с капитальным строительством и, в частности, с его стоимостью. Когда говорят о ПГУ, то в голову сразу приходят блоки огромной мощности. Чтобы построить блок ПГУ-450 МВт, необходимо иметь инвестиции в размере от 250 до 500 млн. долларов США. Срок окупаемости этих блоков при нынешних тарифах составляет 15−20 лет. В прессе появилось сообщение, что удельная стоимость ПГУ-450 МВт Северо-Западной ТЭЦ составила более 1600 долларов США. Следовательно, стоимость блока уже превышает 700 млн. долларов. Время строительства таких блоков составляет до десятка лет.

А сколько у нас в стране электростанций, которые, отработав расчетный ресурс, ждут своей участи: быть или не быть? Если такими темпами будет идти строительство новых станций, страна скоро вообще может остаться без генерирующих мощностей. Представляется весьма привлекательным следующий путь реновации действующих газовых ТЭС: смонтировать несколько газовых турбин достаточной мощности, чтобы котлы-утилизаторы после ГТУ постепенно вытеснили существующие (отработавшие ресурс) газовые котлы. А остальная схема — паропроводы, паровая турбина, генератор, водоподготовка и электрическая часть — использовалась бы по их прямому назначению, не требуя новых капитальных затрат.

Мировой опыт показывает, что в этом случае удельная стоимость надстройки существующих ТЭС газотурбинными установками составит от 400 до 600 долларов на кВт. Первые надстройки ГТУ отопительных котельных обошлись меньше 400 долларов на кВт. Значит, последующие установки после начала их серийного производства и превращения этих проектов в типовые должны стать еще дешевле.

Самое замечательное в этой схеме заключается в том, что такая надстройка позволяет снизить температуру и давление пара для оставшейся части ТЭС практически без ущерба для КПД обновленной электростанции. А снижение давления и особенно температуры пара позволяет намного увеличить оставшийся ресурс работы старого оборудования.

Следует добавить, что надстройка существующих ТЭС или котельных занимает меньше года. Абсолютные затраты на такую надстройку по карману отдельным предприятиям и даже частным лицам, так как вводимая мощность может колебаться от 1 до 100 МВт.

Если в отдаленной перспективе проблема стареющих ТЭС, сжигающих газ, может быть решена таким образом, то как быть с многочисленными коммунальными котельными?

Что же делать? На мой взгляд, при обновлении котельных коммунального хозяйства ни в коем случае нельзя менять старые котлы на котлы нового образца, пусть даже со 100-процентным КПД. В третьем тысячелетии при использовании газа как топлива при производстве электрической и тепловой энергии вода и пар как рабочее тело должны уступить место газу и продуктам его сгорания. Нужно рядом с этой котельной устанавливать или ГТУ, или ГПА в качестве надстройки. Конкретно, что устанавливать — ГТУ или ГПА — зависит от удельной стоимости оборудования и от количества отпускаемого котельной тепла.

У противников централизованного теплоснабжения на вооружении имеется «железный» аргумент: мол, при транспортировке тепла от источника до потребителя теряется до 20−30 процентов тепловой энергии. И, кроме того, это еще постоянное рытье дорог и улиц, и отлучение потребителей от горячей воды при проведении ремонтных работ на теплотрассах, и т. д. Что на это можно возразить? КОГЕНЕРАЦИЯ базируется на объективных законах природы, а они, как известно, не зависят ни от воли, ни от желаний человека. Потери тепла при транспортировке и частота ремонтов теплотрасс — это уже чисто человеческий фактор. Качественное выполнение теплоизоляционных и монтажных работ, поддержание каналов и теплосетевого хозяйства на должном уровне — все это находится во власти и в пределах возможностей человека.

Это первый контраргумент, а второй заключается в следующем. Даже при самом высоком уровне потерь в тепловых сетях (25−30%) они все же в два раза ниже, чем потери в конденсаторах тепловых электростанций.

И наконец, важно подчеркнуть, что КОГЕНЕРАЦИЯ и централизованное теплоснабжение — это не одно и то же. Имеющиеся сети помогают развитию когенерации, но было бы совершенно неразумно тянуть магистральные трубопроводы, чтобы доставить тепло нескольким домам за городом. А вот рядом с теми же домами электрои теплоэнергия могут производиться комбинированным способом и без схемы централизованного теплоснабжения. Сегодня такие микроТЭЦ уже существуют. Значит, КОГЕНЕРАЦИЯ может развиваться и без схемы централизованного теплоснабжения, важно, чтобы газ не горел в топках котлов исключительно для выработки тепла.

Не отвергая важность строительства блоков ПГУ, следует подчеркнуть, что 100 ГТУ-ТЭЦ мощностью по 4,5 МВт потребуют, в раза 3−4 меньше капитальных вложений и примерно в два раза меньше эксплуатационных расходов при выработке электроэнергии, чем один блок ПГУ-450 МВт. 100 установок, разбросанных по региону, — это еще и отсутствие необходимости строительства новых линий и электроподстанций, доставляющих энергию потребителям от одного блока. Это, кроме всего прочего, высочайшая надежность и устойчивость энергосистемы и сетей. (11 сентября в США и чеченская война у нас, природные катаклизмы — все это заставляет не забывать об этом.) То же самое можно сказать и об экологии.

Предстоящая реформа электроэнергетической отрасли страны по проекту РАО «ЕЭС России» предусматривает делегирование некоторых важнейших функций энергообеспечения местной администрации. Проблемы обеспечения тепловой энергией потребителей всех рангов уж точно станут проблемами нуждающихся в ней: промышленных предприятий и региональных властей. При грамотной постановке дела местные власти могут оказаться в большом выигрыше. Сегодня наиболее эффективно функционирующие крупнейшие ГЭС и ГРЭС РАО. «ЕЭС России» практически оставляет за собой. Но энергии этих станций для покрытия всей потребности страны не хватит, поэтому ТЭЦ регионального значения еще долго будут работать. Тепловой рынок, как правило, на все 100 процентов — прерогатива региональных властей и крупных промпредприятий. Используя возможности теплового рынка и внедряя новые технологии, местные энергоисточники имеют намного больший шанс на вытеснение энергии, поставляемой из источников РАО «ЕЭС».

Да и частным лицам есть над чем задуматься. За рубежом солидные фирмы и бытовые потребители интересуются энергоустановками очень маленькой мощности. Так, в германском городе Гера организуется производство моторгенераторов электрической мощностью до 5 кВт и тепловой — до 13,5 кВт. Коэффициент использования теплоты топлива — 93%. Для кого они предназначены? Подобные установки с большим успехом могут быть установлены в частных загородных домах и коттеджах.

С точки зрения рассматриваемой проблемы проводимая политика газификации сельскохозяйственных районов заслуживает всяческого одобрения. Во-первых, вытесняются многочисленные электрокотельные, которые по-варварски превращали электроэнергию в тепло, хотя, сжигая газ, получать только тепло — тоже не лучший вариант. Во-вторых, в перспективе эти сети открывают прямой путь развитию малой энергетики в сельской местности со всеми преимуществами комбинированного способа выработки электрои теплоэнергии. Со временем собственная электростанция может стать столь же привычным атрибутом нашей повседневной жизни, как им сегодня стал автомобиль.

Надо быстрее переходить на путь, который ведет к максимальному энергосбережению. Уж слишком нерачительно используем энергоресурсы и за это дорого платим, что подтверждают постоянно растущие тарифы.