Альтернативное топливо

Рациональное использование энергии как важнейшая составная часть энергетической политики многих электростанций.

По мере роста населения нашей планеты растёт и спрос на энергию. Последствиями этого спроса будет снижение поставок ископаемого топлива, которое на сегодняшний день  является основным источником  энергии в мире. Тем не менее, ископаемое топливо это причина в большей части выбросов CO2, которые оказывают сильное влияние на глобальный климат. Именно поэтому, пока остаётся стабильная уверенность в производстве энергии на основе ископаемого топлива, этот заколдованный круг будет сохраняться. Давно известно, что выход из этого  положения – это возобновляемые источники энергии. К сожалению, время, которое  отведено нам на поиски этих возобновляемых источников энергии или на осуществление прорыва в ядерной энергетике, заканчивается. Параллельно с этой работой должны быть предприняты меры, направленные на защиту планеты и сохранение её богатств и биосферы для будущих поколений. Этого можно достичь с помощью применения уже разработанных методов рационального использования энергии и технологий.
 

Сегодня большинство  производимой  электрической  энергии основано на сгорании ископаемого топлива. Угольное топливо обеспечивает свыше 40% электричества во всём мире, что делает его самым масштабным и быстрорастущим источником выбросов CO₂. Темп роста производства возобновляемой энергии высокий, соотношение между использованием энергии и уровнем выбросов можно снизить с помощью возобновляемых источников энергии. Доля возобновляемой  энергии  в  общем  объёме ещё слишком мала, но исследования в этом направлении продолжаются. Так как человечество не может позволить себе зря  тратить  время, поэтому параллельно необходимо проводить и другие  усовершенствования для того, чтобы оптимизировать энергопотребление  и  минимизировать  негативные  последствия выброса парниковых газов в атмосферу. Применение энергосберегающих технологий, методик  и  практик  поможет  снизить  соотношение между экономическим ростом и энергопотреблением. В области  производства энергии, в частности, на тепловых  электростанциях,  технологии  и методики,  требуемые  для  достижения этих  целей,  уже  находятся  в  арсенале концерна АББ.
 

Во всем мире  спрос на электрическую энергию растёт в два раза быстрее, чем спрос на первичную энергию  рис. 1. Эта тенденция примечательна в развивающихся экономиках Ближнего  Востока,  Индии  и  Китая,  где спрос, как ожидается, составит от 140 до 261 % по сравнению с 89 и 116 % для первичной энергии. Тем не менее, удовлетворение спроса может нарушить баланс между производством и потреблением электрической энергии. Поэтому глобальная цель энергоэффективности должна состоять в производстве из имеющегося ископаемого топлива максимально возможного  количества  электрической энергии при одновременном снижении её  потребления. Экономия каждого барреля нефти, необходимого для производства электроэнергии, может быть классифицирована как  «дополнительное  альтернативное  топливо». Рационализация использования энергии – другое альтернативное топливо. Цепочка  производства  и  потребления  электроэнергии  обычно  содержит  потери.  Основные  потери проиллюстрированы  на   рис. 2. Это доказывает, что на пути от первичных  источников  энергии,  таких как  газ  или  нефть,  до  промышленного пользователя  или  жилой  квартиры, теряется приблизительно 80% энергии. Большинство  этих  потерь  приходится на  процесс  выработки  энергии электростанциями из-за основных термодинамических свойств непосредственно самого  процесса.
 

Но прежде, чем любая электростанция начнёт  инвестировать  капитал  в  энергосберегающие  технологии,  необходимо рассмотреть  три  вопроса:

– у кого есть «ноу-хау» и технологии внедрения рентабельных процессов с низким энергопотреблением?

– экономия какого типа может быть получена?

– как можно всего этого достичь?

На первые два вопроса можно ответить следующим образом: процессы и технологии, разработанные АББ, дают возможность повысить  эффективность  использования энергии на 8–10%. В плане экономической осуществимости методов и технологий рационализации энергопотребления, опыт АББ показал, что для достижения этих целей вполне хватает среднего периода окупаемости от двух до трёх лет.

Методология концерна АББ по рационализации энергопотребления включает три стадии:

–идентификация возможности;

–генеральный план;

–внедрение.

Инструменты и методы, которые используются в этой методологии, были  разработаны  с  помощью  опыта, полученного в течение нескольких лет. Каждый шаг, предусмотренный в методологии рационализации энергопотребления, направлен на предоставление такой  информации, которая  необходима  для  того, чтобы дать возможность эксплуатантам электростанций уверенно двигаться вперёд и завершить программу внесения усовершенствований, которые   способны  обеспечить фактическую  и  стабильную  экономию энергии.

Целью первой стадии является  оценка эффективности использования энергии, то есть: как, где и для чего используется энергия; определение  участков  неэффективного  использования; сравнение текущих характеристик  с  зарекомендовавшими  себя передовыми  промышленными  практиками. На типичной работающей на угле электростанции 25-летней давности (т.е. выработка 500 МВт электроэнергии брутто, эффективность станции 34 %, удельный расход тепла 10,2 БТЕ на кВтч, годовой  коэффициент  использования приблизительно 70%), аспекты, которые  сформировали  бы  отправные точки  исследования  по  идентификации возможностей, даны в таблице 1. То есть, оценив  каждый  из  этих  аспектов,  специалисты АББ смогли бы описать характер и масштаб возможностей экономии энергии.

Таблица 1. Элементы исследования по идентификации возможностей для работающей на угле построенной 25 лет назад электростанции на 500 МВт в эффективностью 34 %

    

Другим способом определения мер, которые  должны приниматься является использование графика окупаемости, на котором представлен качественный краткий обзор идентифицированных возможностей экономии энергии по отношению к ожидаемой экономии энергии и вероятной стоимости инвестиций рис. 3. Такая  графическая оценка  помогает  определить, какие меры (как правило, расположенные  выше  оранжевой  линии) обладают потенциалом хорошей окупаемости инвестиций.

В примере с электростанцией, работающей на угле, меры, которые окончательно идентифицированы как  стоящие  капиталовложений в рационализацию энергопотребления, и которые являются вполне типичными для подобных примеров, приведены в таблице 2. В их число входят не только чисто технические меры, которые повысят эффективность  энергопотребления  электростанции;  совершенствование  производственного  процесса  как  на  уровне руководства  станции,  так  и  на  уровне операторов также окажет существенное воздействие.  Примеры  потенциальных участков  рационализации  можно  найти во многих производственных процессах электростанции:

– ручное отключение ненужных в данный момент устройств;

– повышенная локализация частоты отклонения параметров изоляций;

– разработка эффективной политики по замене освещения;

– введение политики по замене устройств на основе оценки стоимости срока службы (LCA);

– разработка политики по профилактическому обслуживанию;

– внедрение целевой программы эффективного пользования энергией.

5. Оценка стоимости энергии с применением трёхэтапной методологии АББ.

 

 

На этом этапе возможности, которые были идентифицированы на стадии оценки, перерабатываются  в  подробный  план  внедрения. Генеральный план это набор проектов усовершенствований, который в основном разрабатывается  концерном  АББ  совместно  с заказчиком, и в конце этапа разрабатывается чёткая «дорожная карта», включающая подробные проектные спецификации, для того, чтобы позволить осуществить максимально экономичное внедрение мер по экономии энергии. Некоторые из  быстровыполнимых  и  простых мер  могут  быть  уже  осуществлены  заказчиком в течение этой стадии без участия АББ. Тогда как многие возможности могут быть реализованы с помощью ключевых  технологий  АББ,а  те  из  них, которые не основаны на указанных технологиях, могут быть реализованы третьими сторонами.

Внедрение в большинстве случаев выполняется совместно силами АББ и заказчика, или, в зависимости от проекта, только АББ с соответствующими партнёрами или другими производителями оригинального оборудования.

Все  осуществлённые  методы  усовершенствования  эффективности  использования  энергии  будут  совершенно бесполезны,  если  не  будут  отмечаться постоянные  ощутимые  эффекты.  Следовательно, представляется существенным внедрение надлежащих инструментов  для  регистрации  и  демонстрации достигнутых  усовершенствований  на всех соответствующих участках станции. Эта информация необходима в отношении всех осуществлённых мер, как для технологий,  управления,  мониторинга и  определения  экономических  показателей ТЭЦ, так и для рабочих режимов и  практик.  Успехи,  в  особенности  для работающих  на  угле  электростанций, сильно  зависят  от  эксплуатационного режима  станции;  у  станций,  которыми управляют  в  установившемся  режиме, есть  лишь  небольшой  потенциал  для оптимизации, в то время как те станции, для которых характерен режим работы с  частичной  нагрузкой,  идеально  подходят для проведения работ по идентификации возможностей рационализации использования энергии рис. 5. В  примере  со  станцией  на  500  МВт можно достичь повышения тепловой мощности на 8%. Можно также добиться снижения выбросов  парниковых  газов  на  8%  по отношению  к  увеличившейся  выходной мощности  станции.  Этот  показатель  распределяется более или менее равномерно  между  различными  участками станции,  в  зависимости  от  влияния каждого  из  числа  таких  участков  на общую паразитную нагрузку станции рис. 6.