МИНИ-ТЭЦ – очередной бум или объективная потребность отечественной энергетики

А. Л. Наумов, вице-президент НП «АВОК», генеральный директор ООО «НПО ТЕРМЭК»

Энергетическая авария в 2005 году в Москве всколыхнула проблему надежности энергоснабжения. Многие социально значимые объекты здравоохранения, транспорта, ЖКХ оказались не готовыми к перебоям централизованного энергоснабжения. Промышленные предприятия также понесли значительные убытки. Не удалось избежать и серьезного экологического ущерба.

В этой связи резко возрос интерес к МИНИ-ТЭЦ, и в первую очередь на базе газопоршневых двигателей.

Оказалось, что разрешенные к проектированию и строительству крупные объекты в столице также далеко не все обеспечены в полном объеме энергоресурсами. Увеличилось число отказов в выдаче технических условий на энергоснабжение строящихся объектов, а по выдаваемым разрешениям значительно выросла цена за присоединение к сетям энергоснабжения. И тут к радости заказчиков, инвесторов строительства, появились «серьезные» предложения десятков фирм обеспечить энергоснабжение объектов «под ключ» автономными газопоршневыми МИНИ-ТЭЦ с себестоимостью производства электроэнергии по 50–60 коп. за 1 кВт • ч.

Но радость строителей была недолгой.

Оказалось, что для эффективной работы МИНИ-ТЭЦ необходимо выполнение ряда условий:

• провести грамотный анализ электрических и тепловых нагрузок объекта и гармонизировать их с режимами энергопроизводства как в течение суток, так и в целом по году;

• обеспечить режимы энергопотребления и по теплу, и по электроэнергии на объекте, близкие к графику номинального энергопроизводства (коэффициент загрузки на уровне 70–100 %) или найти «внешнего» платежеспособного потребителя для реализации «излишков» производимой энергии;

• обеспечить недорогое и надежное техническое обслуживание, включая поставку профилактических и расходных материалов, запасных частей.

Кроме этого, оказалось, что из десятков отечественных фирм, позиционирующих себя на рынке малой когенерации, предъявить самостоятельно выполненные и реализованные проекты могут лишь единицы.

По нашим оценкам в стране функционирует всего около 200 современных когенерационных газопоршневых установок.

Большая их часть создана как автономные источники энергии вахтовых поселков, буровых, отдельных предприятий. Другая часть МИНИ-ТЭЦ построена как резервные источники энергии на объектах, не допускающих сбоев энергообеспечения, и в этом случае вопросы себестоимости производства резервной энергии рассматриваются как второстепенные. Лишь небольшая часть когенерационных газопоршневых установок в стране работает параллельно с единой энергосистемой, воспринимающей «излишки» выработки энергии МИНИ-ТЭЦ.

На первый взгляд, в условиях резкой неравномерности потребления тепловой и электрической энергии в сложившейся энергосистеме принимать нового производителя, поставляющего свои излишки энергии в период минимальной потребности в энергии, не имеет смысла.

С другой стороны, гибкое наращивание энергетики способствует росту общегосударственной экономики, а при разумной тарифной политике обеспечивает экономическую выгоду как поставщикам энергии от МИНИ-ТЭЦ, так и владельцам централизованных сетей.

Во многих странах гармонизация малой энергетики с централизованными системами регулируется на государственном и муниципальном законодательном уровне.

Коротко остановимся на характеристиках МИНИ-ТЭЦ на базе газопоршневых двигателей на примере установки электрической мощностью 1 МВт. Именно такой агрегат, по данным статистического анализа, выполненного ООО «Стройтрансгазэнерго», наиболее востребован в мировой практике.

Основные технические показатели современного агрегата приведены в табл. 1. Параллельно с выработкой электроэнергии агрегат выделяет тепловую энергию, которая с помощью теплообменников преобразуется в горячую воду системы теплоснабжения.

Агрегат в общем случае имеет три контура утилизации теплоты:

• контур охлаждения «рубашки» двигателя номинальной производительностью 500–550 кВт;

• контур охлаждения масла теплопроизводительностью около 100 кВт;

• контур охлаждения отработанных продуктов сгорания мощностью 700–750 кВт.

Таким образом, в номинальном режиме агрегат вырабатывает 1000 кВт электроэнергии и 1300–1400 кВт полезной тепловой энергии, обеспечивая общий энергетический КПД 80–85 %. Если же объект в теплое время года нуждается в холоде для систем кондиционирования воздуха, то с помощью абсорбционных холодильных машин агрегат может выдать до 1 МВт холода.

При оптимальной годовой загрузке установки, учитывая ее автономность и минимальную протяженность энергокоммуникаций, себестоимость производства электрической, тепловой энергии и холода по расчету оказывается в 1,5–2 раза ниже действующих тарифов центральной энергосистемы. Некоторые фирмы в рекламном общении с заказчиком, как правило, ограничиваются примерно такой информацией.

На практике же приходится принимать во внимание еще целый ряд обстоятельств. Прежде всего, в какой степени суточный и годовой режимы энергопотребления объекта и по электрической, и по тепловой составляющим соответствуют оптимальному режиму энергопроизводства?

Следует иметь в виду, что глубина регулирования мощности газопоршневых двигателей, как правило, находится в пределах 50–100 %, и если ночная потребность в электроэнергии составляет 10 % от дневной, то в системе должно стоять не менее 2–3 двигателей с соответствующим подбором мощности.

Производство тепловой энергии в МИНИ-ТЭЦ жестко функционально связано с производством электроэнергии. Пиковые нагрузки на теплоснабжение отопления и вентиляции могут в 2–2,5 раза превышать потребность в электроэнергии и для восполнения дефицита тепловой энергии надо в систему включать пиковые водогрейные котлы.

С другой стороны, в теплый период года потребность в тепле таких объектов, как жилые и гражданские здания, ограничивается горячим водоснабжением, потребляющим всего лишь 10–15 % производимого установкой тепла, и в этом случае его избыток надо отводить в окружающую среду, например, в сухих градирнях.

В табл. 2 приведены характеристики энергопотребления жилых и гражданских зданий для условий средней полосы России.

Таблица 2 (подробнее) Примерные удельные энергетические нагрузки в зданиях (средняя полоса России)

К сожалению, степень годовой загрузки МИНИ-ТЭЦ в автономном режиме для жилых объектов не превышает 30–50 %. А это означает, что амортизационная составляющая в себестоимости электроэнергии с 15–20 коп./кВт • ч вырастает до 35–60 коп./кВт • ч.

Несколько выше годовая загрузка в офисных зданиях, торгово-развлекательных и спортивно-оздоровительных комплексах, но и на этих объектах автономная работа энергоблоков требует тщательного экономического анализа окупаемости затрат.

Проблем с соответствием режимов энергопроизводства и энергопотребления в значительной степени удалось бы избежать, если эксплуатировать МИНИ-ТЭЦ с номинальной годовой нагрузкой и продажей излишков энергии в единую энергосистему.

В большей степени гармонизировать режимы производства и потребления энергии можно на промышленных предприятиях с 2–3-сменными режимами работы (60–80 % годовой загрузки МИНИ-ТЭЦ).

В любом случае решение о строительстве МИНИ-ТЭЦ должен предварять глубокий анализ режимов энергопотребления объектов по отдельным составляющим.

Нередко в задании при подборе установки указывается суммарная установочная мощность всех потребителей объекта, включая и тепловой пункт, работающий в холодный период года, и холодильный центр, задействованный летом.

Правильный учет коэффициента одновременности работы оборудования, снятие пиковых нагрузок за счет аккумулирующих систем, рациональное построение технологического процесса, использование энергосберегающих решений позволяют без ущерба качества энергоснабжения сократить на 20–30 % и капитальные, и эксплуатационные затраты энергоцентра.

Вопрос о целесообразной области применения газопоршневых МИНИ-ТЭЦ с позиции их мощности также неоднозначен.

Ряд специалистов считает, что мощность таких станций не должна быть более 25 МВт, другие ограничиваются 3–5 МВт. При большей мощности считается целесообразным использовать газотурбинные и парогазотурбинные когенерационные системы.

Новым направлением в малой когенерации, успешно развивающимся в США и Западной Европе, стали микротурбинные установки единичной мощностью в 100–200 кВт.

Есть первый опыт их применения и в России.

Очевидно, что жесткие границы по области применения газопоршневых установок нет смысла устанавливать; вопрос должен решаться с использованием серьезного технико-экономического анализа в конкретных условиях.

Одной из самых мощных газопоршневых МИНИ-ТЭЦ в Европе является энергоцентр Мюнхенского аэропорта. Построенный в 1991 году аэропорт обеспечивался энергией от 7 двигателей фирмы DEUTZ мощностью по 1 650 кВт. В связи с расширением аэропорта энергоцентр в 2003 году был дополнен еще одним блоком из двух агрегатов DEUTZ мощностью по 3 720 кВт. Таким образом, общая мощность энергоцентра составила более 18 МВт.

Интересны характеристики этого энергоблока (табл. 3). При общей энергетической эффективности 0,86 годовая загрузка блока по электроэнергии и теплу превышает 70 %, а с учетом холодопроизводительности общая годовая загрузка приближается к 75 %.

Приходится признать, что многие заказчики отдают предпочтение высокотехнологичной западной технике, по ряду характеристик превосходящей отечественные разработки. Также не редкость, когда их ожидания эффективного энергоснабжения оправдываются далеко не в полной мере.

Выше уже говорилось о недооценке соответствия режимов производства и потребления энергии и неоптимальности выбора характеристик МИНИ-ТЭЦ. Здесь сказывается недостаточность нормативной и проектно-методической базы, а также дефицит квалифицированных специалистов-проектировщиков.

Другая проблема, с которой приходится сталкиваться в работе с импортным оборудованием – техническое обслуживание и сервис.

Трудно рассчитывать на своевременный и качественный сервис достаточно сложных импортных двигателей и мотор-генераторов, когда количество машин, установленных в разных регионах нашей страны, исчисляется всего десятками.

Все мелочи: фильтры, масла, прокладки, датчики, болтики и гаечки должны быть оригинальными и привезенными из-за границы. Хотя ведущие производители МИНИ-ТЭЦ организуют обучение и стажировку на своих предприятиях российских специалистов, не всегда их квалификации достаточно для диагностики и устранения неисправностей агрегатов.

Не простой вопрос и цены технического обслуживания. Некоторые сервисные центры предлагают свои услуги за 5–7 % в год от контрактной стоимости поставки и монтажа МИНИ-ТЭЦ, а это опять же добавка к себестоимости энергии в 25–40 коп. за кВт • ч. Но это проблемы временного характера, чем больше будет в стране МИНИ-ТЭЦ, тем будет лучше и дешевле их сервис.

Могут ли конкурировать с западными технологиями МИНИ-ТЭЦ отечественных производителей?

Да, и здесь несколько перспективных направлений. Разработка газопоршневых двигателей как усовершенствование дизельных. Они уступают по эффективности массогабаритным показателям западных аналогов, но значительно дешевле, и самое главное – неприхотливы в техническом обслуживании.

Расходные материалы, запчасти доступны практически во всех регионах страны.

МИНИ-ТЭЦ – продукт интеграции технологий нескольких десятков производителей (двигатели, генераторы, теплообменники, насосы, котлы, горелки, электрооборудование, автоматика и т. п.).

Сборочные производства в стране с использованием импортных и отечественных комплектующих могут обеспечить мировой уровень качества при существенно меньших издержках на производство и техническое обслуживание установок.

Успешный опыт работы чешского предприятия «TEDOM», отечественных предприятий ПГ «Генерация» (Свердловская область), ООО «Прогресс» и ОАО «Электросистемы» (Санкт-Петербург) свидетельствует о широких перспективах развития интеграционной модели производства МИНИ-ТЭЦ в России.

ООО «НПО ТЕРМЭК» (Москва), освоив методологию режимного анализа, конструирования и проектирования газопоршневых МИНИ-ТЭЦ. Реализовав первые пилотные проекты совместно с партнерами ОАО «Стройтрансгаз», Институтом химической физики им. Н. Н. Семенова РАН, Нижегородским техническим университетом, сформировали программу разработки отечественных когенерационных МИНИ-ТЭЦ модульного типа. Программа предусматривает освоение технологии конструирования, проектирования, изготовления, монтажа и обслуживания газопоршневых МИНИ-ТЭЦ с использованием высокотехнологичных импортных и отечественных двигателей, разработкой и производством теплообменного оборудования и модульных водогрейных котлов нового поколения.

Интеграция лучших отечественных и импортных разработок в условиях отечественного современного производства позволит в самое ближайшее время создать газопоршневые МИНИ-ТЭЦ высокого уровня, существенно дешевле и по стоимости, и по эксплуатационным затратам, чем зарубежные пакетированные аналоги. Программа получила поддержку Министерства образования и науки Российской Федерации.

Подводя итоги, следует подчеркнуть первоочередные задачи, стоящие перед малой когенерацией в стране:

• необходимость принятия закона и нормативных актов, регулирующих интеграцию МИНИ-ТЭЦ в единую энергосистему страны;

• включение МИНИ-ТЭЦ в систему перспективного планирования энергоснабжения регионов как разумное дополнение единой энергосистемы;

• развитие проектно-методической базы;

• создание отечественных конкурентоспособных производств МИНИ-ТЭЦ с привлечением высоких технологий российских и зарубежных фирм;

• создание развитой сети надежного технического обслуживания.