Энергоэффективные технологии в сфере распределенной энергетики Российская Федерация Генеральный директор ЗАО «АПБЭ», Сопредседатель Технологической платформы «Малая распределенная энергетика» И.С. Кожуховский сентября 2012 г.

2 Характеристика и недостатки сложившегося электроэнергетического комплекса России в качестве централизованной системы В 2011 году установленная мощность электростанций России составила 223,6 ГВт. Установленная мощность объектов малой распределенной генерации составила 3,2 ГВт (в зоне централизованного энергоснабжения электроэнергетического сектора) или 1,4 % от суммарной установленной мощности. Основу электроэнергетического комплекса России комплекса составляют крупные КЭС, АЭС, ГЭС, разветвленная сетевая инфраструктура, централизованное диспетчерское управление. Теплоснабжение осуществляется на 2/3 от котельных (без когенерации) и на 1/3 от крупных ТЭЦ. Распределенная генерация, преимущественно, используется для обеспечения автономного электроснабжения удаленных территорий. Недостатки централизованного электроснабжения от крупных источников и теплоснабжения от котельных (как фактор развития распределенной генерации): - низкое качество электроснабжения потребителей, высокая частота аварийных отключений, высокая степень износа электрогенерирующего и сетевого оборудования, удаленность от потребителей; - необоснованно высокие цены на электроэнергию и тарифы на тепло для потребителей, вследствие высоких потерь в сетях, низкой топливная эффективности КЭС по сравнению с когенерационными установками (КПИТ КЭС ~ 40%,КПИТ ТЭЦ~80%); - низкая эффективность сжигания топлива в котельных по сравнению с высокотемпературными когенерационными установками на базе современных ПГУ, ГТУ, СПД и др; - большие объемы выбросов загрязняющих веществ и тепловых сбросов от крупных источников

Централизованное и автономное энергоснабжение в Российской Федерации По материалам ОИВТ РАН (член ТП «МРЭ»)

4 Распределенная энергетика - генерирующие объекты, расположенные в непосредственной близости от потребителя с возможностью использования систем накопления энергии и технологий Smart Grid К распределенной энергетике относят объекты, использующие технологии когенерационной выработки энергии и возобновляемые источники энергии (кроме крупных ветропарков) Сфера распределенной энергетики Распределе нная генерация электроэнер гии Распределе нная генерация тепловой энергии Системы накоплени я энергии Потребител ь МИКРОГРИД Доля распределенного производства в общем объеме производства электроэнергии в странах ЕС и России Доля распределенной энергетики в производстве электроэнергии в России значительно ниже по сравнению с развитым странами Россия ~ 1,5%

Основные стадии развития распределенной энергетики в России 1 стадия 2 стадия Уход (автономное развитие) отдельных потребителей на распределенное энергоснабжение Повышение надежности Единой энергосистемы за счет большого числа распределенных генераторов, объединяемых в виртуальные электростанции (ВЭ) с помощью технологий Smart grid ВЭ* Резервирование мощности, повышение надежности ЕЭС * ВЭ – виртуаль- ные электро- станции ЕЭС России 1 стадия 2 стадия

66 Основные технологические направления распределенной энергетики 6 Высокое качество и экономическая эффективность энергоснабжения Снижение топливных рисков и затрат, тарифов на энергоснабжение Повышение коэффициента полезного использования топлива – до 80-90% Увеличение использования потенциала ВИЭ до 50-70% по выработке энергии Энергоснабжение мобильных и изолированных потребителей, автономных устройств и т.п.

7 Примеры российских технологий распределенной энергетики (1) 7 Цель проекта: Разработка типовых энергоустановок мощностью до 50МВт для оснащения объектов электро- и теплоснабжения небольших и средних городов с использованием местных видов топлива (газ, биогаз, синтез-газ, твердого топлива и др.) Цель проекта: Разработка типовых энергоустановок мощностью до 50МВт для оснащения объектов электро- и теплоснабжения небольших и средних городов с использованием местных видов топлива (газ, биогаз, синтез-газ, твердого топлива и др.) Проект «Создание серийного производства типовых энергоустановок мощностью до 50 МВт для оснащения объектов электротеплоснабжения небольших и средних городов и городских районов» Разработка типовых энергоустановок ведется на базе перспективного энергетического газотурбинного агрегата номинальной мощностью 6,3/8 МВт Применяемое топливо – природный газ; Максимальная мощность (предельная рабочая мощность, развиваемая при температуре атмосферного воздуха ниже минус 2°С), не более 7,56/9,6 Мвт; Электрический КПД – не менее 32,0/33,0% ; Расход газа в режиме номинальной мощности – не более 1400/1730 кг/ч; Срок службы агрегата - 20 лет Преимущество: низкие затраты на всем жизненном цикле

88 Свободнопоршневые двигатели (многотопливные) Основные преимущества СПД: высокий КПД (до 58%) по сравнению с КПД традиционных ГТУ (35-40%); многотопливность, низкие затраты при эксплуатации и ремонте Прорабатывается проект использования технологии СПД в аграрном секторе на основе использования отходов сельскохозяйственного производства Мощностной ряд отдельных двигателей – от 7 кВт до 5,3 МВт. Возможна модульная компоновка. Примеры российских технологий распределенной энергетики (2)

9 Высокоэффективная г азотурбинная установка 8-10 МВт, НПП «Мотор» для выработки электрической и тепловой энергии. Основные показатели: Номинальная электрическая мощность 8-10 МВт и тепловая производительность Гкал/час с суммарным коэффициентом использования топлива более 80% Работает от промышленной газовой сети без газодожимной станции Высокая экономическая эффективность. Надстройка существующих котельных газотурбинной энергоустановкой позволит на 1 руб. затрат на топливный газ получить энергии – на 3,6 руб. вместо 2,0 у котельных. Срок окупаемости энергоустановки – 2,5-3,5 года Надстройка котельных тепловых сетей и ЖКХ (г. Ишимбай) Повышение тепловой мощности существующих котельных (г.Уфа) Замена традиционной котельной на энергосутановку ГТЭ-10/95 в крупном тепличном хозяйстве (г. Уфа) ГТУ – ТЭЦ на базе двух энергоустановок (г. павловский Посад) Действующие проекты: Примеры российских технологий распределенной энергетики (3)

Газотурбинная установка 2 МВт, НПП «Мотор» 10 Основные характеристики: Электрическая мощность – 2 МВт; КПД по электрической мощности – не менее 35%; Располагаемая тепловая мощность – 2,46 МВт; КПД использования тепла топлива – 77%; Удельный расход топлива – 206 г/кВт*ч; Ресурс в базовом классе использования: Межремонтный – ч Назначенный – ч Для проведения необходимых НИР (32 месяца) необходимо финансирование в размере 983 млн руб. Также ведется разработка серийного производства энергетических микротурбин (100 кВт, 250 кВт). Для реализации проекта необходимо 200 млн руб. Также ведется разработка серийного производства энергетических микротурбин (100 кВт, 250 кВт). Для реализации проекта необходимо 200 млн руб. Примеры российских технологий распределенной энергетики (4)

11 В основе технологии - принцип автотермической (без внешнего теплоподвода) неполной газификации угля с использованием эффекта "обратной тепловой волны" в слое угля. Переработка доступного местного углеродсодержащего сырья (уголь, торф и различные углеродсодержащие отходы) в генераторный газ, используемый для выработки тепловой и электрической энергии. Технология разработана и опробована в опытно-промышленном масштабе в г.Красноярске 11 Результаты реализации технологии (г. Красноярск): отработаны все основные технические и технологические решения проведены исследования процесса на различных углях наработаны промышленные и опытные партии продукта проведены испытания продукта на ряде предприятий России и за рубежом Результаты реализации технологии (г. Красноярск): отработаны все основные технические и технологические решения проведены исследования процесса на различных углях наработаны промышленные и опытные партии продукта проведены испытания продукта на ряде предприятий России и за рубежом Газификация угля Мощностной ряд отдельных энергоблоков – от 1МВт до 5 МВт. Возможна модульная компоновка. Примеры российских технологий распределенной энергетики (5)

12 Водородные технологии Энергетический комплекс: источник бесперебойного питания – водородно-кислородный аккумулятор (ИБП-ВКА) (мировых аналогов нет): - обеспечение большой энергоемкости, длительного времени работы источника питания при минимальной массе и объеме устройства (удельная энергоемкость для систем с высокой энергоемкостью, например 1000 кВтч, ~ 200Втч/кг); - мощность 100 кВА; - простота обслуживания и автоматизация полностью интегрированными и дистанционными средствами управления; - бесперебойное снабжение электрической энергией: 10 минут за счет электропитания от аккумуляторной батареи и 1 сутки за счет электропитания от водородно-кислородного аккумулятора; - применение на аварийных и резервных источниках питания, буферных аккумулирующие устройства в солнечных энергетических установках, ветроэнергоустановках и других ВИЭ; Проект находится на стадии исследования Примеры российских технологий распределенной энергетики (6)

13 Энерготехнологический комплекс получения электрической энергии, синтез-газа и моторного топлива на основе струйно-эмульсионных процессов 1. высокая производительность процесса - большие скорости протекания реакций; 2. низкие удельные капитальные затраты 3. экологически чистое производство (замкнутый цикл, самоочистка газа в шлаковой эмульсии) 4. широкий спектр получаемой продукции (тепловая и электрическая энергия, топливо, строительный полупродукт) Энерготехнологический комплекс получения тепловой, электрической энергии и производства кокса на основе процесса автотермического коксования углей 1. возможность организации ликвидного производства – кокса непосредственно приближенно к основной сырьевой базе добычи угля с выработкой тепловой и электрической энергией в необходимом соотношении их потребности; 2. возможность расширения сырьевой базы за счет использования более дешевых углей; 3. экологически чистый процесс; 4. низкие удельные затраты; 5. возможность производства дополнительных вторичных энергоресурсов с комбинацией энергоносителей: пар, горячая вода, электроэнергия. Примеры российских технологий распределенной энергетики (7) Применяется в мировой практике, в РФ - аналогичных процессов нет. Предложение - усовершенствование технологии в части более эффективного гидравлического режима агрегата (разработана концептуальная схема установки автотермического коксования).

14 Примеры отечественных разработок, находящиеся в стадии исследований ОАО "Всероссийский теплотехнический научно-исследовательский институт" Разработка тригенерационных установок на базе горючих отходов различных технологических процессов для распределенной энергетики ООО «Автоматикастройприбор»: Сетевая электроаккумулирующая станция мощностью 100 кВт и емкостью 350 кВтч на базе литий-ионных аккумуляторов Институт углехимии и химического материаловедения Сибирского отделения РАН: Проведение научно-исследовательских работ по разработке технологий получения высокоэффективных накопителей энергии на основе многофункциональных углеродных материалов ОАО «Доминанта – Энерджи»: «Создание мобильной энергоустановки мощностью 1 МВт на базе роторного двигателя» «Создание и опытно-промышленная отработка интегрированной территориальной системы энергоснабжения на основе распределенных источников электрической и тепловой энергии» ОАО «Оборонэнерго»: Разработка опытного образца оборудования мобильного теплового насоса для применения в системах теплоснабжения и горячего водоснабжения для собственных и хозяйственных нужд, удаленных объектов, не имеющих централизованных источников тепло- и водоснабжения

Сравнение раздельного и комбинированного энергоснабжения (для малых поселений и городов) (1) Действующая ГТУ ГУСП совхоз «Алексеевский», Республика Башкортостан Экономическая эффективность производства электроэнергии на ГТУ, руб./Квт*ч: Себестоимость на ГТУ1,10 Закупочная цена у Башкирэнерго2,58 15 Основные показатели за 2010 г. (окт., ноя) Выработка тепловой энергии, Гкал Выработка электроэнергии, МКвт*ч Расход газа, тыс. куб. м 5239 Экономическая эффективность производства тепловой энергии на ГТУ, руб./Гкал: Себестоимость на ГТУ394 Себестоимость тепловой энергии на существующих котельных519 Экономия затрат в год на энергопроизводство за 2010 год, млн руб: В том числе 4618 На производстве электроэнергии4115 На производстве тепловой энергии53 Электрическая Мощность -10 МВт Тепловая мощность -16 ГКкал.

Сравнение раздельного и комбинированного энергоснабжения (для малых поселений и городов) г. Тутаев, Ярославская область Численность населения, тыс. чел. Тариф на эл.э. для населения руб./кВтч Тариф на передачу котел руб./кВтч Тариф на тепло для котельных руб./Гкал Ср. мес. платеж д/хозяйства эл. & тепло, руб. 482,590, Распределенное энергообеспечение Энергоснабжение от ПГУ-ТЭС Мощность электро - 52 МВт, Мощность тепло – 36 Гкал/час Электроснабжение от централизованной сети Теплоснабжение от котельных ПГУ -ТЭС - 52 способна обеспечить: - теплом - 10 тыс. домохозяйств, т.е. практически весь г. Тутаев, - - электроэнергией - 60 тыс. домохозяйств, т.е. поставлять в общую сеть за пределы города Средний месячный платеж домохозяйства за энергию в Тутаеве может быть ориентировочно уменьшен: на 15% по сравнению с централизованным энергоснабжением (с учетом котлового тарифа электросети) на 20% с ограничением учета котла в электросетевом тарифе *Указаны расчетные тарифы с НДС и возвратом инвестиций в течение 7 лет Среднее месячное потребление энергии домохозяйством принято: Электричество кВтч/мес. ; Тепло - 1,17 Гкал/мес. Численность населения, тыс. чел. Тариф на эл.э. на шинах ПГУ ТЭС, руб./кВтч Тариф на передачу котел руб./кВтч Тариф на тепло для ПГУ ТЭС руб./Гкал Ср. мес. платеж д/хозяйства эл. & тепло, руб. 481,877*0, *1221 Централизованное энергообеспечение (Существует сейчас) (Будет после ввода в мае 2013 ПГУ-52) С С

Многофункциональные энергетические комплексы – будущая основа локальных энергосистем В мире ведутся активные поиски таких комплексов, которые включают: «умные» локальные электрические сети, в т.ч. оборудование и программное обеспечение «микрогрид», накопители энергии и другие элементы, необходимые для устойчивой работы; комбинирование различных видов генерации, в т.ч. на основе топливной генерации и максимально возможного использования возобновляемых источников энергии 17

18 Ожидаемые позитивные результаты развития распределенной энергетики в электро- и теплоэнергетических комплексах Российской Федерации Повышение энергетической эффективности электроэнергетики и систем теплоснабжения: ввод в регионах страны малых и средних когенерационных установок (вместо котельных) суммарной мощностью до 50 ГВт обеспечит несение заданной тепловой нагрузки, выработку 250 млрд. кВт.ч распределенной электроэнергии, увеличение коэффициента использования топлива в 1,3-1,4 раза, снижение потерь при передаче энергии не менее, чем на 5% (за счет приближения потребителей к распределенным генерирующим энергообъектам); Расширение использования местных видов топлива (газ (природный или попутный), уголь, биомасса (древесные пеллеты, отходы деревообработки, отходы сельского хозяйства, ТБО и др.), торф, возобновляемые источники энергии); Повышение качества и надежности электро- и теплоснабжения потребителей, повышение энергобезопасности; Появление возможностей не только сдерживания роста, но и снижения цен на электроэнергию и тарифов на тепловую энергию; Рост качества жизни, особенно в малых и средних населенных пунктах, где тарифы на тепло более высокие, чем в крупных городах

Координатор работ в распределенной энергетике - Технологическая платформа «Малая распределенная энергетика» Цель Структурная перестройка российской энергетики, переход от жестко централизованной системы с крупными источниками генерации к разнообразию типов и форм в соответствии с особенностями конкретных потребителей и конкретных локальных условий развития Ожидаемые результаты внедрение когенерационных установок при одновременной модернизации систем теплоснабжения; использование местных топливных ресурсов и ВИЭ; внедрение новых технологий МРЭ – газификации, водородной энергетики, новых типов двигателей; повышение надежности энергообеспечения; снижение капитальных затрат в строительстве, связанных с объектами энергетической инфраструктуры; Снижение объемов ввода мощностей в большой энергетике 19 На к ТП МРЭ присоединилось 168 организаций – участников, ожидается дальнейшее увеличение числа участников ТП Со-координаторы ТП «МРЭ» ОАО «ИНТЕР РАО ЕЭС», НП «Российское торфяное и биоэнергетическое общество» Организация-координатор ТП «МРЭ» ЗАО «АПБЭ» Исполнительная Дирекция Дирекция по экологии и энергоэффективности 19 Решением Правительственной комиссии по высоким технологиям и инновациям (Протокол от , В.В. Путин) утвержден перечень технологических платформ, в том числе Технологическая платформа «Малая распределенная энергетика»

Выводы Развитие распределенной генерации, совместное развитие электроэнергетического и теплоэнергетического комплексов является основой нового структурно-инновационного сценария развития энергетического сектора России. 2. Расширение применения средней и малой распределенной генерации (включая энергообъекты, функционирующие на основе использования ВИЭ) позволит повысить энергетическую эффективность за счет: - увеличения коэффициента использования топлива на когенерационных энергообъектах распределенной энергетики не менее, чем в 1,3 раза; - замещения традиционной генерации производством энергии на ВИЭ-генераторах с отказом от использования органического топлива (кроме топлива, используемого резервными мощностями). 3. Технологическая платформа «Малая распределенная энергетика» является действенным механизмом продвижения наиболее передовых технологий в сфере распределенной энергетики в целях инновационного обновления отрасли.

Благодарю за внимание !

Дополнительные слайды (о политике развития когенерации в Китае)

Политика развития когенерации в Китае 23 В Китае когенерационное производство энергии развивается с 80-х годов Проекты станций, мощностью более 25 МВт должны быть утверждены государством; Проекты станций, мощностью менее 25 МВт утверждаются провинциальным правительством. Утверждение проектов о строительстве когенерационных станций: В целях стандартизации и эксплуатации используется «положение о развитии когенерации» ( Jijichu, No.1268, 2000) Стандартизация:

Особенности когенерации в Китае ,7% когенерационных установок составляют станции мощностью 6-12 МВт. 2. В отличие от практики большинства стран, Китайские когенерационные установки основываются на спросе на тепловую энергию. 3. В целях удовлетворения требований окружающей среды, используются котлы с циркулирующей жидкостью, что сокращает выбросы оксидов азота. Мощность большинства циркулирующих котлов составляет 35 т/ч или 73 т/ч, но существуют котлы мощностью 130 т/час или 220 т/час. 4. Основное количество станций расположено в северных регионах страны и рассчитано на отопление площадей 10 млн.кв.м.

Особенности когенерации в Китае (продолжение) Диапазон нагрева: 5 км для пара и 10 км для горячей воды. 2. Государство поощряет внедрение циркулирующих котлов 3. Когенерационные установки используются в нефтепереработке, цветной металлургии, целлюлозно-бумажной и химической промышленности.

26 TEDOM Cogeneration Equipments 26 Конференция Combined Heat & Power production in China: TEDOM Conference 2012 проводилась в двух китайских городах. Первая конференция прошла г. в здании чешского посольства в Пекине. Вторая конференция была организована в Шанхае в конференц-зале гостиницы Renaissance. На конференции были представлены когенерационные и тригенерационные технологии для комбинированного производства тепла и холода. Конференция встретилась с высоким интересом и положительным откликом со стороны профессиональной общественности. Компания TEDOM посредством этих конференций установила широкий спектр потенциальных партнеров и заказчиков на китайском рынке.