З часу описаного події минуло вже понад 16 років. Однак згаданих безпаливних електростанцій поки лише кілька в енергосистемі країни. Чому ж не вибудовується довга черга прагнуть придбати цей паливозберігаючі і екологічно чисте джерело електроенергії? Та до того ж відносно дешевий, що окупається за два-три роки, що робить його дуже привабливим для енергопостачання окремих підприємств і населених пунктів.
Електроенергія з газової труби
Заклик відомого сатирика до балеринам, що прозвучав років сорок тому, крутити для загальної користі ще й «Динамо», не привів тоді до масового індивідуальному електричному виробництва. Адже служили Терпсихора ногами виявилося в країні не так вже й багато, та й палива, причому дешевого, в ті часи вистачало з надлишком. Так що проблема його заощадження не була актуальною. Інша річ зараз.
Треба сказати, що утилізація низькою енергії займала розуми не тільки сатириків, але і вчених. Як відомо, для перекачування природного газу по трубопроводах на великі відстані його стискають компресорами, збільшуючи тиск в транспортній магістралі. Інакше кажучи, газу надають чималу енергію, яка витрачається на його переміщення. Тиск в магістральних газопроводах підтримується в 50-70 атмосфер, для чого приблизно через кожні 200 км в газопровід врізані компресорні станції, що компенсують втрачається в дорозі енергію з тим, щоб проштовхувати газ далі.
Але для споживачів таке величезний тиск неприйнятно. Наприклад, в побуті воно рознесло б конфорки газових плит. Тому в місцях споживання газу від магістралі зроблені відводи на станції розподілу, де тиск газу скидається спочатку до 6-12 атмосфер, а далі - на газорозподільних пунктах (належать великим споживачам і муніципальним підприємствам збуту) воно знижується до однієї, максимум трьох атмосфер. А що значить скинути тиск? Це через спеціальне клапанне (дросельне) пристрій, що нагадує звичайний водопровідний кран, газ з магістралі пропустити в трубу, що живить споживачів. При цьому газ розширюється, і тиск його падає. Таким чином, величезна кількість енергії, витраченої на стиснення газу, безповоротно втрачається, так як «стравливается» в атмосферу. Як на смітник.
А якщо газ, використовуючи його дармове тиск, змусити крутити ще й «Динамо»? Таку ідею висловили в 40-х роках минулого століття, коли тільки почали будувати протяжні газопроводи, академіки Мільйонщиків і Капіца. Але для її втілення в життя знадобилося кілька десятиліть.
Детандер-генератор з «Кріокора»
Як же непридатну енергію, стравлювати в атмосферу, направити на користь справи? Надходять дуже просто: газ із магістрального трубопроводу замість дросселирующего пристрої подають в спеціальну машину, так званий детандер. Це триступенева турбіна, в принципі по конструкції мало чим відрізняється від звичайних газових і парових турбін. Газ входить в неї під високим тиском, розширюється там і виходить з низьким тиском. Коли газ розширюється, його температура знижується, так як він віддає при цьому теплову енергію. Відповідно до першого закону термодинаміки, якщо хто пам'ятає шкільний курс фізики.
Природно, за рахунок зміни енергії газу відбувається робота: впливаючи при розширенні на соплові лопатки турбіни, газ змушує обертатися її вал. Нова конструкція лопаток дозволяє при зміні тиску газу підтримувати стабільним його витрата в турбіні і тим самим стабілізувати її вихідну потужність. Вал турбіни пов'язаний з валом електрогенератора, ніж та утворюється детандер-генераторний агрегат (ДГА).
Таким чином, енергія стисненого газу, перш викидається в атмосферу, тепер перетворюється в електричну енергію. Газ же низького тиску з турбіни направляється споживачу. Але щоб при його розширенні детандер НЕ обледеневают (температура газу знижується на 60-70 ° С), газ перед надходженням в турбіну пропускають через теплообмінник, в якому він нагрівається теплом відпрацьованого теплоносія, наприклад підігрітою водою або мокрим паром ТЕЦ. Цей підігрів одночасно додатково збільшує енергію газу, через що зростають виконувана їм робота в турбіні, а, отже, її потужність і ккд.
Одночасно компенсується значна частина енергії, що витрачається на прокачування "блакитного палива" по газопроводах.
Виготовлений детандер-генераторний агрегат в компанії «Кріокор». Згадана вище установка, споруджена на московській ТЕЦ-21, складається з двох ДГА загальною потужністю 10 МВт і працює з перепадом тиску від 12 до 1 атмосфери.
У «Кріокоре» відпрацьована також схема комплексного агрегату з використанням газотурбінної установки (ГТУ), що працює на одному валу паралельно з детандером. Їх режими підбирають такими, щоб розвиваються ними механічні потужності були приблизно рівні. Для цього в ГТУ спалюють 1-2% надходить з магістралі газу, а решті йде в детандер.
Така схема дозволяє вдвічі збільшити потужність електрогенератора, а, отже, і вироблення їм електроенергії. При цьому, як і в першій з схем, на вході в детандер здійснюється попередньо підігрів газу в теплообміннику, для чого використовується, т. Е. Утилізується, вихлопної газ ГТУ, температура якого сягає 300-400 ° С.
В результаті зростають потужність і ККД всього агрегату. Така схема енергоутілізаціонного комплексу призначена для використання в місцях, позбавлених непридатного тепла, в тому числі на розподільних станціях з високим перепадом тиску газу. ДГА можна використовувати і в комплексі з парогазової установкою.
Звичайно ж, детандер-генераторні агрегати не можуть скласти конкуренції великим електростанціям, але в перерахунку на кіловат потужності вони вимагають набагато (в 2-4 рази) менших капітальних витрат - в залежності від потужності ДГА приблизно до 450 доларів. Їх можна досить швидко, за кілька місяців, розміщувати на територіях вже діючих теплових станцій, окупаються вони за 2,5-3 роки, і вони екологічно чисті.
Щоб отримати кіловат-годину від детандер-генератора, на підігрів газу витрачається приблизно 70 г умовного палива, в той час як для вироблення такої ж кількості електроенергії на ТЕЦ спалюється до 300 г. Але тепло, яке використовується в детандере, відбирається у пари, яка попередньо вже попрацював в паровій турбіні, завдяки чому була проведена електроенергія. Тим самим збільшується ккд ТЕЦ.
Якщо ккд теплових турбінних установок не перевищує 40%, найкращих парогазових установок (газотурбінні двигуни в поєднанні з паровою турбіною) - 50, то ккд детандер-генераторного агрегату досягає 75%, а собівартість виробленої ним електроенергії істотно нижче, ніж на теплових станціях.
Системний ефект від включення детандер-генераторного агрегату в комплекс з тепловою електростанцією був доведений науковими і експериментальними дослідженнями, проведеними на ТЕЦ-21 Мосенерго. Їх організували керівник компанії «Кріокор» Олександр Степанець та директор ТЕЦ Юрій Гуськов. До цього часу в «Кріокоре» був створений ряд турбодетандеров різної потужності - на 2,5 і 6 МВт, і з різним тиском газу на вході, їх запатентували в декількох країнах, включаючи США, і вони отримали міжнародне визнання, про що свідчать численні дипломи і медалі різних виставок.
Почалося спорудження енергокомплексів на базі ДГА на декількох об'єктах ВАТ «Газпром» і теплових станціях деяких регіональних енергосистем, а також України і Білорусії. У Білорусії на Новолукомльской ГРЕС вже працює перша там така установка. Виготовляється обладнання для Рязанської ГРЕС і новочебоксарск ТЕЦ-3. А в минулому році на ТЕЦ-23 Мосенерго були включені в мережу два таких агрегати потужністю 12 МВт.
Чи загрожує нам детандерізація всієї країни?
Слід зазначити, Турбодетандери можуть працювати тільки в тих місцях, де з магістральних трубопроводів відбирається газ і скидається його тиск. Причому потужність подібних установок обумовлюється перепадом скидається тиску, а також витратою газу в місцях відбору, і тому обмежена межами від 2,5 до 30 МВт. Адже при сталості перепаду тиску газу потужність детандера прямо залежить від витрати газу споживачами, а зайвий дівати нікуди.
За оцінками голови ради директорів компанії «Кріокор» Олександра Степанця Турбодетандери можна встановити більш ніж на 600 газорозподільних станціях і пунктах газових мереж країни. Їх сумарна електрична потужність перевищить 2750 МВт, вони зможуть виробляти близько 22 млрд. КВт.год на рік, що дозволить щорічно економити приблизно 6 млрд. Кубометрів блакитного палива.
Тільки на теплових електростанціях «Мосенерго», виходячи з обсягу споживаного ними газу, може бути встановлено близько 20 ДГА загальною потужністю понад 105 МВт. Вони здатні будуть щорічно виробляти близько 800 млн. КВт.год, що перевищить один відсоток електроенергії, нині виробленої всіма станціями «Мосенерго». При цьому заощадити понад 150 тисяч тонн умовного палива, що становлять близько одного відсотка від нинішнього споживання. А так як така кількість палива не буде спалено, то в міське середовище НЕ буде щорічно потрапляти близько 400 тонн шкідливих речовин.
Здавалося б, вигоди при досить малих витратах в наявності. Але величезна кількість енергії, що витрачається на трубопровідну транспортування газу, як і раніше стравливается в атмосферу. Справа в тому, що, як зазначалося, до недавнього часу ніщо не спонукало економити відносно дешеве "блакитне паливо", в тому числі за рахунок застосування детандерних установок на електростанціях.
нужда змусить
Наростаючий дефіцит в поставках електростанціям газу і його подорожчання, а також прогнозоване збільшення в країні дефіциту електричних потужностей дещо змінили ставлення до детандерна установкам. Адже то кількість електроенергії, яку можна виробити за рахунок стравлювання тиску з газопроводів не в атмосферу, а в Турбодетандери, дозволить, як зазначалося, економити щорічно приблизно 6 млрд. Кубометрів газу. А це майже 3,5% його торішнього експорту, і варто було стільки в кінці минулого року близько 2 млрд. Доларів. Але крім виграшу від економії палива, впровадження детандерних установок дозволить заощадити також частина капітальних витрат, необхідних сьогодні на оновлення генеруючих потужностей.
Потенційна потужність, яку можна створити в країні за допомогою ДГА, близька, як зазначалося, до 2750 МВт, і обійдеться їх будівництво приблизно в 850 млн. Доларів. Інакше кажучи, витрати виявляться менше вартості газу, зекономленого за рік завдяки майбутнім ДГА. Якщо використовувати традиційні газові або парові турбіни, то на створення таких потужностей буде потрібно сума приблизно втричі більша.
Однак в колишньому РАО «ЄЕС» внаслідок масштабності виробництва електроенергії ефект «детандерізаціі» опинявся відносно невеликим. Тому до декільком відсоткам економії там ставилися зверхньо. Нині «крига скресла». Зокрема, в генеруючої компанії «Мосенерго» на ТЕЦ-23, як зазначалося, побудовані два ДГА по 6 МВт і намічено ввести в Москві ще 18 таких установок.
Дуже вигідним представляється масове впровадження турбодетандерних установок і в «Газпромі». Їх використання дозволить повністю задовольнити потреби компанії в електроенергії, а це близько 16 млрд. КВт. ч в рік.
Утилізація в детандерах всього потенціалу нині стравливаемого з газових магістралей в атмосферу тиску може, як зазначалося, обернутися прямий додаткової щорічним прибутком від експорту зекономленого на електростанціях газу, виручка за який перевищить 1 млрд. Доларів. Щоб їх дістати, «Газпром» міг би профінансувати будівництво ДГА на своїх газорозподільних станціях, а надлишкову електроенергію продавати на сторону. У цій справі могли б взяти участь і інші видобувачі газу.
З огляду на зростання тарифів на електроенергію, ефективним виявиться «точкове» впровадження детандер-генераторних установок для електроживлення окремих підприємств, а також малих міст і селищ. Там вони дадуть непоодинокі відносні відсотки економії, як в енергосистемах або на окремих електростанціях, а значно більше. Причому найбільш сприятливі умови для цього є на підприємствах, які використовують у великих кількостях природний газ як сировину, так як на їх територіях зазвичай розташовані газорозподільні станції.
Звичайно ж, власне джерело не завжди дозволить повністю позбутися від зовнішнього електропостачання. До того ж необхідно резервування. Але власна дешева електроенергія, якщо вона навіть не повністю замінить покупну, значною мірою дозволить «розбавити» тариф покупної. Тим самим виявиться можливим збільшити рентабельність підприємств.
Здається, сама держава з подальшою вигодою для бюджету могло б посприяти фінансуванню будівництва підприємствами власних джерел дешевої електроенергії, в тому числі і детандер-генераторних. Адже після їх окупності додатковий прибуток, яка виникне завдяки зниженню енерговитрат, дозволить збільшити базу оподаткування підприємства, якщо цей прибуток використовувати для розширеного відтворення. Про яку допомогу у фінансуванні будівництва може йти мова?
По-перше, на ці цілі можна дозволити підприємству використовувати інвестиційну компоненту в тарифі на електроенергію, виключивши її з оплати підприємства.
По-друге, відстрочити на рік-два виплату всіх податків, пов'язаних з будівництвом установки.
По-третє, прирівняти будівництво детандерних установок до заходів із захисту навколишнього середовища з обов'язковим виділенням деяких засобів з регіональних екологічних фондів на це будівництво.
Побудувати власні ДГА там, де це можливо, виявиться вельми вигідно і місцевій владі. Адже забезпечуючи дешевою «детандерної» електроенергією «бюджетників» і населення, можна буде скоротити витрати місцевих бюджетів, в тому числі за рахунок зменшення дотацій малозабезпеченим. При цьому скоротяться і витрати підприємств на так зване перехресне субсидування населення, що дозволить додатково збільшити їх прибуток, а, отже, базу оподаткування.
Свої ДГА місцева влада зможе передати в експлуатацію розташованим на їх території ТЕЦ або ГРЕС, а оплату за це робити заліком їм місцевих податків. Причому в оплаті слід врахувати і частина прибутку, яку отримає теплова станція від підвищення її ККД при експлуатації детандерної установки.
Не виключено, що уряд і влада на місцях знайдуть ще якісь можливості, які стимулюють впровадження детандер-генераторних установок. У всякому разі, так хотілося б думати. Адже реанімація і модернізація реального сектора економіки, а, отже, розширення бази оподаткування, виявляться неможливими без впровадження ресурсо- і енергозберігаючих технологій, в тому числі у виробництві електроенергії.
Тому при нинішньому дефіциті дешевих кредитних ресурсів нечисленні фірми, такі, як «Кріокор», що займаються подібними технологіями, повинні бути обов'язково підтримані державою. Так це робиться в усіх нормальних країнах. А поки «Кріокор» сам, на свій страх і ризик, шляхом банківських запозичень кредитує будівництво своїх установок в тій же генеруючої компанії «Мосенерго», яка належить тепер «бідному» газовому монополісту.
енергозбереження, енергоефективність, детандер