Сергей Александрович БЕЛОВ, независимый эксперт
Идея энергоэффективности далеко не нова. Энергетический кризис 1973 года подтолкнул развитые страны Запада к пересмотру своей энергетической политики, в результате чего разработка энергосберегающих технологий стала одним из ее приоритетных направлений. Также энергоэффективность стала важным принципом ведения бизнеса и поддержания конкурентоспособности собственной продукции за счет снижения затрат на энергоресурсы. В 2009 году энергоэффективность стала одним из основных направлений модернизации и экономики России: в ноябре был принят новый закон об энергосбережении, а правительство поставило цель снизить энергоемкость экономики на 40 %. Анализ энергосберегающего опыта развитых стран позволяет выделить пути снижения энергоемкости производства.
Полезный эффект масштаба
Очень часто в случае удаленности поселков или производств от линий электропередачи или просто в ситуации нехватки энергии для обеспечения нужд бизнеса и населения остро встает вопрос не только об экономии покупной энергии, но и о генерации собственной. Решение данной проблемы находится в сфере малой энергетики. На 50–70 % территории России нет централизованного энергоснабжения. Недостаток энергии восполняют до 50 тыс. малых электростанций суммарной мощностью в 17 млн кВт, что составляет 8 % от общей установленной мощности России. Для сравнения: в США доля малой энергетики в общем объеме энергомощностей составляет 10 %, в Испании — 16 %, а в Германии — 25 %.
Программы строительства энергоблоков малой мощности активно стимулируются в США и странах Евросоюза. В частности, в США по прогнозу до 2020 года планируется ввести 300 млн кВт установок малой мощности. В 2009 году развитие локальной энергетики получило активную государственную поддержку и в России: государственный проект «Малая комплексная энергетика» — один из приоритетных в области повышения энергоэффективности экономики страны. Не требуя сверхвысоких инвестиций, малые генераторы окупаются за один — четыре года, что привлекательно для инвесторов. И дело не только в рентабельности.
Малая эффективность
Малые энергетические установки обладают высокой эффективностью работы. В частности, самый большой газовый двигатель J920 производства GE Jenbacher, предприятия американского энергетического гиганта General Electric, при мощности 9,5 МВт обладает КПД по выработке электроэнергии на уровне 48,7 %. В режиме когенерации (одновременная выработка тепловой и электроэнергии) его КПД возрастает до 90 %. Причем тот же двигатель J920 позволяет понизить выбросы углекислого газа на 1,5 тыс. т в год, что равносильно загрязняющим выбросам 800 автомобилей, а это в свою очередь позволяет снизить компенсацию за выброс вредных веществ в атмосферу.
В качестве целесообразности применения установок малой мощности можно привести опыт зарубежных университетов. В частности, в университете города Данди в Шотландии был установлен энергоблок из трех двигателей GE Jenbacher на природном газе. Интеграция установки в энергосеть университета позволила обеспечить более 98 % его нужд в электроэнергии и 50 % — в тепловой энергии, а суммарный КПД составил около 74 %. Один малый генератор мощностью 9,5 МВт способен удовлетворить потребности в энергии приблизительно 18,5 тыс. домохозяйств, что соответствует размерам небольшого города. На сегодняшний день энергетические установки малой мощности устанавливаются в Европе повсеместно.
Решение по науке
Все современные электростанции, в том числе и малой мощности, работают по классическому термодинамическому циклу, предложенному в середине XIX века инженером и физиком Уильямом Ренкиным. Данный цикл подразумевает преобразование тепла в работу с помощью водяного пара.
Можно усердно регулировать процессы работы предприятия, добиваясь сокращения расходов на 1–2 %, однако может быть достаточно одного высокотехнологичного решения, которое позволит снизить издержки на все 10 %. Одним из наиболее эффективных решений по энерго- и ресурсосбережению на ТЭС всех типов в мировой практике признана оптимизация энергопотребления для собственных нужд электростанции. Одной из последних разработок в данной сфере является установка на газовых турбинах оборудования для утилизации тепла, уходящего в атмосферу вместе с продуктами сгорания (так называемое сбросовое тепло). Такое оборудование позволяет получать электричество и тепло даже из сбросовых газов. Разработанная инженерами General Electric концепция данной технологии заключается в интеграции органической рабочей жидкости в классический цикл Ренкина. Это позволяет получать дополнительную электроэнергию и даже ограничить объем выбросов вредных веществ в атмосферу. Например, интеграция подобного цикла на «большой» турбине с мощностью 43,53 МВт и КПД 33,3 % позволяет получить 15,6 МВт дополнительной мощности, а суммарный КПД составит 45,2 %.
Технология органического цикла применяется и на малых двигателях GE Jenbacher, позволяя значительно снизить операционные затраты и выброс загрязняющих веществ. Примером может послужить интеграция новой технологии в Словении в городе Лендава на электростанции, использующей в качестве топлива биомассу. Оборудование трех двигателей GE Jenbacher c органическим циклом установкой утилизации сбросового тепла CO.rA позволило увеличить эффективность работы на 5 %.
Топливная независимость
Еще одним из преимуществ таких малых станций является их «всеядность» в отношении топлива: в его качестве помимо природного газа могут выступать попутный нефтяной газ, получаемый в процессе разработки месторождений, биогазы побочных продуктов сельского хозяйства, свалочный газ, а также самые различные виды биогазов. Такая топливная «гибкость» позволяет устанавливать малые энергоблоки в труднодоступных регионах и снижать зависимость от общедоступной газовой трубы или других видов энергоресурсов, за доставку которых потребителю приходится платить дополнительно.
К примеру, угольный метан обладает высоким потенциалом по замене природного газа в роли топлива для малых электростанций. По данным специалистов Университета штата Монтана (США), мировые запасы угля составляют 89,9–259,6 трлн куб. м. Являясь почти полноценной альтернативой природному газу, метан начал разрабатываться в 90-е годы XX века. По оценкам экспертов, при текущем уровне утилизации метана в 75–80 млрд куб. м в год тенденция к росту утилизации угольного метана сохранится и к 2020 году мировая добыча метана с угольных пластов достигнет 100–150 млрд. куб. м.
В этом году преобразование угольного метана в электроэнергию началось и в России: в середине февраля в Кемеровской области была запущена первая электростанция, работающая на угольном метане. Генерация электроэнергии из метана осуществляется при помощи газопоршневых технологий, описанных выше.
Учитывая эффект масштаба, увеличение доли генераторов малых мощностей в общем энергомощностном балансе России позволит значительно снизить потребление энергоресурсов и выбросы вредных веществ. Это в свою очередь даст возможность предприятиям снизить себестоимость продукции и направлять больше средств на инновации и развитие. Есть множество и других способов повысить энергоэффективность Российской экономики: от увеличения доли ветряков и других видов альтернативной энергетики в энергомощностном балансе до использования энергосберегающих ламп при промышленном освещении и в быту. Очевидно, что повышение энергоэффективности должно идти по всем направлениям.
