О когенерации в перспективе

В 2003 г. Правительством РФ была утверждена «Энергетическая стратегия России на период до 2020 г.» (ЭС-2020). Она стала первым в области энергетики официальным документом национального масштаба в новом столетии.

В последние два года специалисты разного профиля заняты подготовкой новой «Энергетической стратегии», которая должна обеспечить не только расширение временного горизонта до 2030 г., но и скорректировать ЭС-2020 в соответствии с требованиями времени, новыми задачами и приоритетами страны.

В процессе подготовки ЭС-2030 в мае 2010 г. была рассмотрена «Генеральная схема размещения объектов электроэнергетики России до 2020 г. с учетом перспективы до 2030 г.» (Генеральная схема). Конечно, основное внимание в этом документе уделено предстоящему сооружению новых тепло-, гидро- и атомных электростанций с энергоблоками мощностью 100 МВт и выше, а также сооружению электрических сетей напряжением 220, 330 кВ и выше. Но авторы документа не забыли, что кроме электроэнергии наша промышленность, различные коммерческие предприятия и особенно коммунально-бытовой сектор нуждаются еще и в тепловой энергии. Поэтому в Генеральной схеме имеются, например, такие разделы, как «Прогноз теплопотребления и отпуска тепла от централизованных источников теплоснабжения до 2030 г.» и «Прогноз развития распределенной генерации». В них приводятся цифры и факты, которые, несомненно, представляют интерес для читателей нашего журнала.

Начнем с того, что в период с 2000 по 2010 гг. производство тепловой энергии от централизованных источников (прежде всего, ТЭЦ и РСТ – районных станций теплоснабжения; некоторое количество централизованного тепла поставляют теплоутилизирующие установки – ТУУ), оказывается, снизилось на 8,2 % – с 1449 до 1329 млн Гкал. При этом все эти годы продолжался интенсивный рост ВВП, успешно развивалось промышленное производство и наращивались объемы жилищного строительства. Объясняется это противоречие просто: все чаще потребности в тепловой энергии решаются за счет автономных источников тепла (крышные и пристроенные котельные, поквартирное отопление). Какую-то роль играет, вероятно, и переход к новым, более современным технологиям, позволяющим экономить тепло как в промышленности, так и в коммунально-бытовом секторе.

В таблице 1 приведена динамика потребления централизованного тепла за период с 2000 по 2030 гг. 

Данные цифры позволяют сделать некоторые выводы. Во-первых, после 2010 г. потребление централизованного тепла все же начнет увеличиваться и к 2020 г. достигнет показателей 2000 г., а в 2030 г. – превзойдет этот уровень на 11 %. Потребление тепла в домашних хозяйствах также будет возрастать из-за предполагаемых высоких темпов жилищного строительства. В 2030 г., как ожидается, коммунально-бытовой сектор потребует на 13,9 % больше тепла только от централизованных источников.

Еще один интересный факт: потери в магистральных сетях (неизбежный спутник централизованного теплоснабжения) будут увеличиваться, хотя и не столь стремительно, как в период с 2000 по 2008 г., когда их доля возросла от 7,6 до 8,4 % общего потребления тепла. Предполагается, что в 2030 г. благодаря новым изоляционным материалам и другим методам экономии удастся сократить потери в магистральных сетях до 7,46 % (хотя и после этого потери составят 120 млн Гкал).

В разделе, посвященном прогнозу развития распределенной генерации, авторы ЭС-2030 справедливо отмечают, что повышение экономической и энергетической эффективности электроэнергетики, ее надежности невозможно без оптимального сочетания крупных электростанций с масштабным развитием распределенной генерации. К последней относят обычно источники генерирующей мощности до 25 МВт – мини-ТЭЦ, расположенные в непосредственной близости от потребителей. В качестве первичной энергии для мини-ТЭЦ используется органическое топливо (в условиях России – это, прежде всего, природный газ), а в некоторых случаях – возобновляемые источники энергии (ВИЭ).

Мини-ТЭЦ, рассчитанная на нужды ее владельца, комплектуется, как правило, несколькими модулями, одновременно вырабатывающими электрическую и тепловую энергию. Каждая когенерационная установка состоит из двигателя (обычно используется газовая турбина, дизельный или газопоршневой агрегат), электрогенератора, теплообменников и коммуникационных систем. При мощности мини-ТЭЦ до 2–5 МВт чаще используют газопоршневые двигатели и микротурбины, при большей мощности (особенно при наличии крупного теплового потребителя) – газотурбинные установки.

Как правило, мини-ТЭЦ могут выдавать излишки генерируемой электрической мощности в распределительную сеть (35 кВ и ниже). С учетом этого в Генеральной схеме масштаб развития распределенной генерации оценивался по каждому региону отдельно, и в каждом регионе (для каждой ОЭС – Объединенной энергетической системы) на соответствующую величину мощности сокращалась потребность в традиционных электростанциях (ТЭС, ГЭС, АЭС).

Оценка объемов ввода мощностей на мини-ТЭЦ по отдельным ОЭС осуществлялась с учетом численности городского населения и наличия в регионе природного газа. В таблице 2 приведена оценка развития распределенной генерации на базе когенерации по отдельным регионам для двух временных периодов: 2021–2025 и 2026–2030 гг. При этом было принято, что до 2020 г. наращивание мощности распределенной генерации будет осуществляться по предложениям генерирующих компаний. Кроме базового варианта ввода мощностей, в скобках приведены цифры максимального варианта.

Если принять, что средняя единичная мощность мини-ТЭЦ равна 7–8 МВт, то получается, что, например, за пятилетку с 2021 по 2025 гг. потребуется соорудить примерно 140–150 мини-ТЭЦ по базовому варианту, или 250–280 – по максимальному варианту.

Но нужно учитывать еще один фактор: в России, в многочисленных котельных, тепло вырабатывается без получения электроэнергии. При этом потребляется значительно больше топлива, чем на крупных тепловых электростанциях. Если это еще можно оправдать при сжигании угля, то на газе предпочтительнее, конечно, применить когенерацию. Следовательно, преобразование соответствующих газовых котельных в мини-ТЭЦ является наиболее значительным резервом экономии топлива и основным направлением развития распределенной генерации.

Укрупненная оценка, выполненная авторами Генеральной схемы, показывает, что в перспективе потенциальные возможности сооружения мини-ТЭЦ вместо действующих неэкономичных устаревших котельных в городах и поселках могут составить суммарную электрическую мощность порядка 120 ГВт. Для этого потребуется 15 тыс. газотурбинных или газопоршневых установок при их средней единичной мощности 8 МВт. И это без учета установок, которыми можно будет обеспечить прирост новых тепловых нагрузок.