Энергоинтеграция

24 октября, 2021, 17:07 Распечатать
Отправить
Отправить

Целостный подход к электроэнергетике и централизованному теплоснабжению

Энергоинтеграция
© Depositphotos/daniilphotos

Электроэнергетика и сектор централизованного теплоснабжения в настоящее время мало связаны между собой, за исключением теплоэлектроцентралей (ТЭЦ), которые вырабатывают электрическую и тепловую энергию, однако морально и физически устарели и теряют объемы сбыта как электрической, так и тепловой энергии. Национальная электроэнергетика составляет Объединенную энергетическую систему Украины (ОЭСУ), а централизованное теплоснабжение (ЦТ) является проблемой местных органов исполнительной власти. На национальном уровне о централизованном теплоснабжении вспоминают только перед отопительным сезоном в связи с долгами и подорожанием природного газа или с разрывами труб тепловых сетей.

В то же время в экономически развитых странах, в том числе в странах — членах ЕС, реализуется Стратегия интеграции энергетики (EU Strategy for Energy System Integration, 2020). При этом ключевая роль отводится сектору централизованного теплоснабжения как эффективному инструменту обеспечения устойчивости электроэнергетики в условиях перманентного наращивания переменчивой солнечной и ветровой электрической генерации.

Для украинской электроэнергетики, основу которой в соответствии с Энергетической стратегией до 2035 года составляют атомные электростанции (АЭС), целостный подход к модернизации электроэнергетики и централизованного теплоснабжения особенно актуален. ОЭСУ остро нуждается в балансирующих мощностях, роль которых на сегодняшний день выполняют устаревшие угольные энергоблоки, которые в принципе, так же, как и АЭС, предназначены для работы в базовом режиме, гидроэнергетика, мощность которой ограничена, и устаревшие ТЭЦ, многие из которых по своим техническим характеристикам не приспособлены для работы в сегментах балансирующих и вспомогательных услуг рынка электроэнергии.

В качестве стратегической перспективы повышения устойчивости электроэнергетики в условиях наращивания доли переменчивой солнечной и ветровой генерации могут рассматриваться мощные сетевые накопители электрической энергии и водород как накопитель энергии. Однако и первое, и второе направления пока нуждаются в технологическом совершенствовании и являются слишком дорогими, по крайней мере для внутреннего рынка Украины.

В этих условиях надо по-новому посмотреть на централизованное теплоснабжение, которое у нас уже есть и проблему модернизации которого в любом случае предстоит решать достаточно быстро, так как это не только техническая, но и острая социальная проблема, касающаяся половины населения страны. Не буду продолжать говорить о проблемах ЦТ, они достаточно подробно рассмотрены в целом ряде аналитических исследований, в том числе в публикации ZN.UA (выпуск №36, 2019 год). Тема этой публикации — синергия электроэнергетики и централизованного теплоснабжения в контексте декарбонизации энергетики, когда понятие «энергия» будет ассоциироваться не с мощной трубой, из которой клубами валит черный дым, а с величественными серебристыми гигантами, которые неспешно выполняют свою работу, сверкая на солнце уходящими за горизонт стеклянными конструкциями.

Так в чем же заключаются синергетические эффекты целостного подхода к модернизации электроэнергетики и централизованного теплоснабжения? Кратко назовем эти эффекты «совместная выработка», «удовлетворение повышенного спроса», «срезка пиков» и «электроотопление».

Совместная выработка электрической и тепловой энергии (когенерация) — это хорошо известный и широко распространенный термодинамический принцип, который реализуется на ТЭЦ. Теплоэлектроцентрали одновременно вырабатывают электрическую и тепловую энергию и экономят до 30% топлива по сравнению с раздельной выработкой этих видов энергии на конденсационных электрических станциях (КЭС) и в теплоцентралях. Однако на практике выработка тепловой энергии на ТЭЦ в Украине непрерывно падает и на сегодняшний день снизилась в четыре раза по сравнению с 1990 годом. Причин несколько: наши ТЭЦ физически и морально устарели, они не конкурентоспособны на рынке электроэнергии по сравнению с АЭС и угольными КЭС, потери энергии в тепловых сетях ТЭЦ существенны. Однако все эти причины не отменяют того, что совместная выработка электрической и тепловой энергии — наиболее экономичный способ получения этих видов энергии. Скорее, наоборот, устранение перечисленных барьеров — это способ развития когенерации в энергетике Украины. Необходимо модернизировать трубопроводы ТЭЦ, выделяя на это соответствующие средства. Новые ТЭЦ необходимо строить не только на природном газе, но и на биотопливе и отходах. А сохранение и расширение централизованного теплоснабжения является краеугольным камнем энергоэффективного производства как тепловой, так и электроэнергии.

Удовлетворение повышенного спроса на электрическую энергию. Суточное изменение электрической мощности ОЭСУ может достигать 30%, или 5–6 тыс. МВт в абсолютном выражении. Установленная мощность ТЭЦ, большая часть которых работает на природном газе, составляет около 6 тыс. МВт, а фактическая зимняя мощность — 2,5–3 тыс. МВт. Получается, располагаемая мощность ТЭЦ сопоставима с переменной составляющей суточного графика электрической нагрузки Объединенной энергосистемы, что создает предпосылки их использования для балансирования рынка электрической энергии. Однако для реализации этой возможности необходима модернизация существующих или создание новых маневренных ТЭЦ, способных одновременно обеспечивать потребителей тепловой энергией и работать в сегменте балансирующих услуг на рынке электроэнергии.

Для этого необходимо применение на ТЭЦ тепловых аккумуляторов и тепловых насосов. В периоды пониженного спроса на электроэнергию она используется в тепловых насосах для выработки тепловой энергии, которая накапливается в аккумуляторе. А в периоды повышенного спроса на электроэнергию ТЭЦ работает на энергосистему без ущерба для тепловых потребителей, используя энергию из аккумулятора. Таким образом, основное оборудование ТЭЦ работает в наиболее экономичном базовом режиме.

Перспективным направлением развития ЦТ в Украине является также создание маневренных газопоршневых когенерационных установок с установленной мощностью более 20 МВт, работающих в сегменте балансирующих услуг рынка электроэнергии и обеспечивающих населенные пункты теплом.

Срезка пиков переменчивой во времени солнечной и ветровой генерации — это новая функция централизованного теплоснабжения, которая в Украине пока не реализована, а в европейской энергетике является важнейшим драйвером развития ЦТ. На техническом уровне реализация этой функции требует включения в структуру ЦТ тепловых аккумуляторов и тепловых насосов для повышения маневренности ТЭЦ. В периоды избыточной электрической мощности, связанной с повышенной солнечной и ветровой генерацией, вырабатываемая электроэнергия направляется на производство тепла, накапливается и хранится в тепловых аккумуляторах и используется в нужное время для обеспечения потребителей тепловой энергией. Интенсивность солнечной радиации в летний период почти в два раза выше, чем в зимний, а тепловая энергия нам больше нужна зимой, чем летом. Тут помогут сезонные тепловые аккумуляторы, технология строительства и эксплуатации которых хорошо известна и используется в мире.

Ветровая электрическая генерация более гармонично сочетается с теплоснабжением. Зимой мы нуждаемся в тепловой энергии, и ветер зимой дует мощнее, поэтому можно ограничиться суточными тепловыми аккумуляторами, которые значительно меньше по объемам и дешевле, чем сезонные тепловые аккумуляторы.

Однако вернемся к тепловым насосам. Они не просто преобразуют электроэнергию в тепло. С этим успешно справляются и электрические котлы, которые на порядок дешевле. Но теплонасосы черпают энергию из окружающей среды, повышая ее температурный уровень до необходимых нам отопительных параметров. Наиболее перспективными источниками энергии, то есть средой для теплонасосов централизованного теплоснабжения, являются морская вода (в Черном море ее температура не падает ниже 70С), канализационные стоки (в холодные периоды не ниже 100С), сбросная тепловая энергия промышленных предприятий (может достигать 400С и выше). На ТЭЦ тепловые насосы могут использовать всю сбросную тепловую энергию технологического цикла производства энергии, начиная от уходящих газов котлов и заканчивая системами охлаждения трансформаторов и электрогенераторов.

Электроотопление целесообразно рассматривать в качестве регулятора-потребителя электроэнергетической системы для выравнивания ночных провалов потребления электроэнергии. Такая практика в Украине существует, но только на уровне индивидуальных потребителей. Распространение этой практики на уровне отдельных домов и жилых кварталов открывает широкие перспективы развития электроотопления и представляется для Украины актуальным в связи с сохранением доминирующей роли АЭС. Автономное электроотопление с использованием относительно дешевой ночной электроэнергии низкокарбонового (ядерного) происхождения — достойная альтернатива индивидуальным газовым котлам. Для реализации такого решения необходимо внедрить пилотные проекты теплоаккумулирующего электроотопления, а также повысить институциональную способность теплоснабжающих организаций и совладельцев многоквартирных жилых домов по осуществлению закупок электроэнергии по минимальным ценам в периоды избыточной генерации.

***

Целостный подход к энергетике и ключевая роль централизованного теплоснабжения являются базовыми положениями европейской энергетической политики. К 2050 году в странах ЕС планируется почти в два раза увеличить долю централизованного теплоснабжения, преимущественно на основе когенерации, тепловых насосов, использования промышленной сбросной тепловой энергии, солнечной энергии.

Принцип такого целостного подхода должен быть задекларирован в Украине на законодательном уровне и подкреплен соответствующими нормативно-методическими документами и практическим шагами.

При этом важно учитывать не только локальный экономический эффект для каждого населенного пункта, но и эффект для всей электроэнергетической системы. Также должна быть разработана стимулирующая тарифная политика и повышена институциональная способность предприятий централизованного теплоснабжения по их работе в секторе балансирующих услуг рынка электроэнергии.

Централизованное теплоснабжение создавалось как элемент целостной государственной энергетической политики. На современном этапе развития декарбонизованной энергетики интегрирующая роль централизованной энергетики возросла. Поэтому модернизацию этого сектора нельзя рассматривать только как задачу местных органов власти. Без системной поддержки на национальном уровне эта задача не может быть решена. Взаимодействие центральных и местных органов власти является решающим фактором декарбонизации и повышения энергетической эффективности украинского централизованного теплоснабжения.

Все статьи Евгений Никитина читайте здесь.

По материалам: ZN.UA /
Оставайтесь в курсе последних событий! Подписывайтесь на наш канал в Telegram
Заметили ошибку?
Пожалуйста, выделите ее мышкой и нажмите Ctrl+Enter или Отправить ошибку
ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ
Текст содержит недопустимые символы
ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ
Осталось символов: 2000
Отправить комментарий
Последний Первый Популярный Всего комментариев: 0
Показать больше комментариев
Пожалуйста выберите один или несколько пунктов (до 3 шт.) которые по Вашему мнению определяет этот коментарий.
Пожалуйста выберите один или больше пунктов
Нецензурная лексика, ругань Флуд Нарушение действующего законодательства Украины Оскорбление участников дискуссии Реклама Разжигание розни Признаки троллинга и провокации Другая причина Отмена Отправить жалобу ОК