В настоящее время существует ряд способов сокращения выбросов парниковых газов и увеличения экономии CO2. В данном контексте использование комбинированного электроснабжения и теплоснабжения системами ТЭЦ оказалось особенно перспективным и объясняется способностью экономии большого количества углекислого газа.
В данном материале поговорим о том, почему когенерационные модули действительно являются отличным методом сокращения выбросов парниковых газов.
Комбинированное производство электрической и тепловой энергии
Теплоэлектростанция – энергетическая система, связанная с двигателем, и обеспечивает одновременно производство электричества и тепла. Двигатель внутреннего сгорания, как часть когенерационного модуля, непрерывно развивается уже более века.
Таким образом, комбинированная теплоэлектростанция является одной из систем, полностью протестированной с целью достижения максимально возможной эффективности в производстве энергетических ресурсов и значительных экологических преимуществ, что, в свою очередь является ключевым фактором сокращения выбросов диоксида углерода.
Рядом стран достигнуто соглашения о сокращении выбросов CO2. Так, к примеру, Германии это удалось сделать еще в 2001 году. Реализация цели федерального правительства заключалась прежде всего в поддержании и модернизации систем ТЭЦ.
Проведенные исследования показали, что только за счет теплоэлектростанций уже до 2005 года Германии удалось достичь сокращения выбросов углекислого газа на уровне около 12 млн. т CO2 в год.
Когенераторы: статус-кво
Топливо, используемое в когенерации, оказывает решающее влияние на сокращение выбросов углекислого газа. Возобновляемые источники энергии, по сравнению с традиционными ископаемыми источниками, имеют значительно более низкие показатели выбросов.
Таким образом, ТЭЦ, эксплуатируемая на возобновляемых источниках энергии, является одним из лучших методов сокращения выбросов CO2. Когенерация позволяет производить высокоэффективное электричество и в будущем может стать еще более благоприятной для климата благодаря постоянно растущему использованию возобновляемых газов.
Следует отметить, что децентрализованные энергетические решения, такие как ТЭЦ, не только благоприятны для климата, они также экономичны, масштабируемы и абсолютно надежны. В частности, для промышленных компаний они предлагают огромные возможности для максимальной экономии CO2 и снижения воздействия на окружающую среду.
ТЭЦ – эффективная составляющая решений по сокращению CO2
Типичные котлы для теплоснабжения имеют коэффициент использования от 80% до 95%, электростанции для производства электроэнергии – от 35% до 60%. В свою очередь, когенерационные модули, имеют общий коэффициент использования более 80%. Видим, что сравнение двух технологий и их экономии CO2 зависит не только от электрической и тепловой эффективности, но и от системы, с которой они сравниваются.
Эталонные показатели эффективности каждого отдельного поколения когенерационного модуля прописаны в Регламенте ЕС 2015/2402. Эталонной системой для выработки электроэнергии является газопаровая электростанция (электростанция с комбинированным циклом) с электрическим КПД 53%.
Предполагается, что эталонный газовый котел с тепловым КПД 92% производит тепловую энергию. ТЭЦ представляет собой модульную систему с электрическим КПД на уровне 41% и тепловым КПД на уровне 47%. Экономия первичной энергии достигается за счет разницы энергий топлива, разделенной на расход топлива системы. Далее приведен пример получения первичной энергии, при которой сокращения эмиссий CO2 будут составлять около 22%.
Данный пример демонстрирует наилучший возможный случай технологии, однако в действительности существует большое количество электростанций, которые эксплуатируются с более низкими показателями эффективности. Таким образом, можно предположить, что экономия первичной энергии и CO2 в действительности значительно выше.
В таблице ниже показано, как может выглядеть абсолютная экономия CO2 на типовой ТЭЦ. Разбираем систему с выходной мощностью 999 кВт и предполагаемым годовым периодом эксплуатации в 5000 часов. Энергетический баланс приводит к ежегодной экономии 700 тонн CO2, что соответствует 22,1% (Источник: https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/461/publikationen/4195.pdf).
Следующая таблица демонстрирует сравнение комбинированной выработки энергоресурсов при помощи комбинированной теплоэнергетической установки (включая котел для покрытия пиковых нагрузок) с отдельными системами выработки энергии, которые работают на угле и/или нефти (Источник: https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/461/publikationen/4195.pdf).
В целом, как в лучшем случае, так и для фактического использования ТЭЦ на практике, можно сказать, что генерация нескольких энергетических ресурсов одновременно, особенно хорошо подходит для содействия сокращению выбросов углекислого газа и повышения общей эффективности системы. Потому что даже если в реальности результаты не сопоставимы с представленными идеальными условиями, концепции децентрализованного производства энергии с когенерационными модулями явно впереди с точки зрения экономии CO2.
Перспектива сокращения выбросов CO2
Когда речь идет о сокращении эмиссий углекислого газа, речь идет также и о цене CO2 за счет налога на CO2. В европейских странах уже сегодня обсуждается так называемый Закон о выходе угля. Например, тонна выделяемого CO2 уже к 2021 году должна стоить 25 евро. К 2026 году ожидается постепенное повышение цены до 60 евро за тонну.
Но, несмотря на цену за выбросы CO2, комбинированные теплоэлектростанции являются разумным вложением, поскольку преследуют цель сокращения эмиссий диоксида углерода. Однако они, пока что, не являются полностью нейтральными в отношении углерода, поскольку используемый природный газ является в основном ископаемым топливом.
Однако в будущем в сеть природного газа будут добавляться все больше синтетических газов и водорода, что должно улучшить его воздействие на климат. Таким образом, операторы таких станций должны будут платить определенную цену CO2, значительно более низкую, чем за традиционные источники энергии, несмотря на использование ресурсосберегающего топлива и ТЭЦ.
Природный газ производит гораздо меньше выбросов CO2 по сравнению с нефтью и углем, что делает цены на CO2 более низкими, нежели использование угля и нефти. А когда дело доходит до сокращения эмиссий CO2 – это, безусловно, хорошее решение.