Журнал «Агротехника и технологии»
Одним из вариантов оптимизации электро- и теплопотребления является эффективное использование энергоресурсов. Этого можно достичь, в том числе за счет собственной генерации и утилизации тепловой энергии. Причем реалии российского рынка таковы, что внедрение автономного энергоблока порой становится для предприятия единственным вариантом решения вопроса обеспечения энергоресурсами — без перебоев и по адекватной цене. Какие достижения в сфере тепло- и электроснабжения предлагает сегодня рынок, и стоит ли игра свеч, разбирался корреспондент журнала «Агротехника и технологии»
Возможность технологического присоединения к источникам тепловой и электрической энергии, а также стабильное и бесперебойное снабжение производственного комплекса энергетическими ресурсами является одними из наиболее важных условий успешного развития аграрных предприятий, отмечает Роман Жердецкий, специалист по продажам компании «Цеппелин ПС Рус» (российское представительство Zeppelin Power Systems; поставка и обслуживание энергетического оборудования). Для большинства предприятий потребности в энергетических ресурсах выражаются в потреблении электрической энергии, пара и горячей воды в различных пропорциях, которые зависят от технологического процесса и способов производства или переработки продукции, объясняет специалист.
Решить вопрос энергообеспечения предприятия могут двумя путями. Самый распространенный вариант — это подключение к государственным электрическим сетям, говорит Роман Жердецкий, отмечая, что тут компании сталкиваются с целым рядом трудностей. «В одном случае это могут быть высокие затраты на выполнение технических условий электроснабжающей организации по присоединению к сетям или на увеличение мощности электроснабжения, — приводит пример специалист. — В другом трудности могут быть связаны с отсутствием или ограничением технических возможностей, в том числе из-за дефицита мощности в конкретном районе электросистемы или удаленности линий электропередач».
При этом, подчеркивает он, тарифы на электроэнергию могут достигать 7 рублей и более за 1 кВт‧ч в зависимости от региона и класса напряжения, к которому будет осуществлено присоединение.
Покупка на стороне: за и против
Цены на энергоресурсы постоянно растут, и это серьезно осложняет работу любого предприятия, ведь при расширении и развитии потребность в энергии только увеличивается, замечает Валерий Куприянов, ведущий инженер отдела энергообеспечения Группы «ПРОДО» (один из крупнейших агропромышленный холдингов на рынке птицеводства, свиноводства и мясопереработки). Поэтому вопрос снижения затрат на энергоснабжение, доля которых в себестоимости готовой продукции внушительна, неизменно актуален, добавляет Роман Жердецкий.
Валерий Куприянов видит решение данных проблем в выходе напрямую на оптовый рынок или заключении договора с одним из альтернативных поставщиков, работающих в регионе. «В России сейчас действует двухуровневый (оптовый и розничный) рынок электроэнергии и мощности, — поясняет он. — Для крупных потребителей электроэнергии выгодно приобретение на оптовом рынке. И Группа «ПРОДО» пошла по этому пути».
Изначально, рассказал Куприянов, все предприятия Группы приобретали электроэнергию (мощность) на розничном рынке. Но со временем стало очевидно, что условия покупки электроэнергии и мощности на оптовом рынке лучше.
Как объяснил специалист, электрическая энергия в пределах ценовых зон оптового рынка электроэнергии и мощности может продаваться следующими способами: по регулируемым ценам (в рамках регулируемых договоров) и по конкурентным, нерегулируемым ценам (то есть, по ценам конкурентного отбора на рынке на сутки вперед и на балансирующем рынке, а также в рамках свободных договоров).
По его словам, Группа «ПРОДО» выбрала свободный договор с независимой энергосбытовой компанией. При выборе поставщика электроэнергии приоритет отдавался крупным энергоснабжающим компаниям, которые имеют разрешение на заключение подобных договоров и могут быть, например, гарантирующим поставщиком в одном из регионов РФ.
Валерий Куприянов подчеркивает, что компания, решившая закупать электроэнергию на оптовом рынке, должна соответствовать требованиям, указанным в Постановлении Правительства РФ от 27 декабря 2010 года № 1172 «Правила оптового рынка электрической энергии (мощности)» и в Договоре о присоединении к торговой системе оптового рынка.
Кроме того, продолжает он, необходимо создать комплекс оборудования, выполняющий автоматический сбор, измерение и обработку информации о расходе электроэнергии на подключенном к нему объекте (АИИС КУЭ). «Экономия при покупке электроэнергии на оптовом рынке достигается за счет снижения величины сбытовой надбавки (в среднем на 70 %). При этом доля сбытовой надбавки в конечной цене составляет 2-10 %», — говорит Куприянов.
Свои нюансы есть и в вопросах газоснабжения. Так, если в ходе тендера устанавливается более привлекательная цена, то по закупке газа выгоднее сотрудничать с альтернативным поставщиком, предупреждает Валерий Куприянов. Например, некоторые предприятия Группы «ПРОДО» закупают газ у компании «НОВАТЭК». По подсчетам специалиста, это позволяет экономить примерно 2-4 % стоимости покупки газа.
А вот в качестве альтернативного решения вопроса обеспечения предприятия тепловой электроэнергией часто рассматривается вариант строительства собственной газопоршневой электростанции. «Как показывают расчеты и практический опыт, производство собственной электрической и тепловой энергии обходится дешевле, чем закупка у внешних поставщиков», — уверяет Игорь Крикун, технический директор Группы компаний «АгроПромкомплектация» (агропромышленный холдинг с замкнутым циклом производства; свиноводство, молочное животноводство, переработка и реализация продукции).
На всех площадках «АгроПромкомплектации» есть автономные котельные, которые, в зависимости от назначения, обеспечивают теплом (отопление, ГВС, пар) как технологические процессы, так и вспомогательные производства. «Внедрение автономного энергоблока, во-первых, стало единственным вариантом получить необходимые параметры и обеспечить производство электричеством и теплом в полном объеме, — говорит Игорь Крикун. — Во-вторых, строительство собственных энергоблоков позволило сократить затраты на энергоресурсы».
Также, по его убеждению, важна надежность получения услуг. «Мы сами планируем ремонты, плановое обслуживание оборудования, что повышает надежность обеспечения электрической и тепловой энергией, позволяет оптимизировать загрузку производства», — поясняет Игорь Крикун.
На предприятиях АПК, в частности на площадках Группы «АгроПромкомплектация», надежное энергоснабжение позволяет организовать бесперебойную работу производства и избавляет от простоя в случае внеплановых, аварийных отключений внешней сети. «Важно понимать, что бесперебойная подача электроэнергии и тепла обеспечивает беспрерывный выпуск качественной продукции и, следовательно, выполнение плановых показателей», — развивает свою мысль Игорь Крикун.
Приводя еще один веский аргумент в защиту своей позиции, он напомнил, что, как правило, перерабатывающие предприятия находятся на достаточно удаленном расстоянии от населенных пунктов. В некоторых случаях из-за этого становится невозможным за разумные средства обеспечить себя внешней электроэнергией, т.к. стоимость технологического подключения оказывается неподъемной. К тому же далеко не всегда поблизости есть сети, к которым можно подключиться или получить необходимую мощность.
«Это касается электроэнергии. С теплоэнергией еще больше проблем, — отмечает Крикун. — Ведь централизованные котельные бывают в больших городах, расположенных, как правило, далеко от производства комбикорма или перерабатывающих предприятия с/х, требующих достаточно много тепла в виде горячей воды или пара». Поэтому внедрение автономного энергоблока порой становится единственным решением вопроса бесперебойного обеспечения энергоресурсами, заключает он.
На самом деле, решения, обеспечивающие сокращение электропотребления, делятся на две категории: кардинальные и осторожные, рассказывает Евгений Васильев, инженер компании «Бош Термотехника» (официальное российское представительство немецких марок Buderus и Bosch; системы отопления, горячего водоснабжения, оборудования для когенерации, в том числе на возобновляемых источниках энергии). Он убежден, что лучше с самого начала поставить себе задачу избежать зависимости от тарифов сетевых организаций и построить собственную котельную и/или энергоцентр.
«Если же у вас есть действующая котельная и/или вы присоединены к сетям и хотите снизить энергопотребление, то сперва необходимо обратить внимание на системы, обеспечивающие оптимизацию потребления, сглаживание графика нагрузки, уменьшение пусковых токов за счет применения устройств плавного пуска», — советует Евгений Васильев. Потом, по его словам, нужно устранить потери во внутренних сетях, и затем уже увеличивать эффективность котлов и генерирующих установок, если они есть, и по возможности даже запланировать их замену на современные решения с высоким КПД.
«Окупаемость этих решений становится очевидной при сравнении расходов после внедрения энергоэффективных технологий с затратами прошлых лет, — уверяет Васильев. — Вложения в эту сферу окупаются, как правило, за период от 3 до 7 лет».
Надежное энергоснабжение позволяет организовать бесперебойную работу производства и избавляет от простоя в случае внеплановых и аварийных отключений внешней сети.
Внедрение автономного энергоблока порой становится единственным решением вопроса бесперебойного обеспечения энергоресурсами
Собственная генерация электроэнергии
Эффективного использования энергоресурсов можно добиться путем собственной генерации электроэнергии из природного газа с помощью когенерационной установки, эффективность которой достигает более 90 %, рассказывает Игорь Громовой из департамента международных продаж компании «АБ Энержи РУС» (российское представительство итальянского производителя когенерационных решений АВ Group). Таким образом, подсчитывает он, из 1 м куб. газа возможно получить около 4 кВт‧ч электроэнергии и около 5 кВт‧ч тепловой энергии.
Принцип работы когенерационной установки заключается в полезном использовании тепловых потерь, возникающих во время генерации электроэнергии. «В результате обычной генерации, сжигая 100 условных единиц топлива при 43 %-ном электрическом КПД установки, мы можем получить только 43 условных единицы в виде электроэнергии. Остальные 57 единиц — это тепловые потери. А при когенерации, вырабатывая те же 43 условные единицы электроэнергии, мы можем дополнительно утилизировать 47 условных единиц в виде тепловой энергии и уменьшить таким образом потери до 10 условных единиц», — объясняет Громовой.
По его словам, данная технология позволяет значительно снизить стоимость кВт‧ч электроэнергии (зачастую — в несколько раз). Она уже долгое время используется как аграрными, так и промышленными предприятиями во всем мире, в том числе в странах, которые не являются добытчиками природного газа, и где его стоимость значительно выше, чем в России. А при российских ценах на газ эта технология — просто находка для энергонасыщенных агропромышленных предприятий, уверен Игорь Громовой.
Топливом для когенерационной установки могут служить и другие виды газов (не только природный), в том числе полученный из биоотходов, что актуально для аграрных предприятий, замечает Евгений Васильев.
Кстати, в настоящее время птицефабрики Группы «ПРОДО» рассматривают новые подходы к утилизации помета, в частности проект котельной по сжиганию этого побочного продукта. Как уточнил ведущий инженер отдела энергообеспечения «ПРОДО» Валерий Куприянов, выработанное в результате сжигания тепло будет использоваться на производстве. «Двойной эффект такого проекта делает его привлекательным, несмотря на довольно длительный срок окупаемости — более 5 лет», — считает он.
Продолжая тему собственной генерации электроэнергии, Игорь Громовой обращает внимание, что технологии в этой сфере шагнули очень далеко. По его словам, на сегодняшний день предприятие, ставящее цель оптимизации энергопотребления, может получить полностью скомпонованный и предварительно собранный и испытанный на заводе производителя когенерационный модуль, который будет генерировать электроэнергию из природного газа, а также дополнительные модули, которые будут утилизировать тепловые потери и вырабатывать горячую воду, пар или перегретую воду. «Также возможно получать холодную воду при установке дополнительного модуля АБХМ (Абсорбционная холодильная машина), — добавляет специалист. — А для предприятий, у которых существует потребность в СО2 (тепличные комбинаты, производители газированных напитков), есть возможность дополнительной установки модуля очистки отходящих газов и производства СО2».
Игорь Громовой считает, что модульность когенерационной установки позволяет вывести энергогенерацию на новый уровень. Современные установки легко транспортировать, намного быстрее монтировать на объекте, их можно передислоцировать при необходимости и масштабировать, если нужно увеличить мощность, объясняет он. А самое главное, подчеркивает специалист, модульность значительно уменьшает риски, такие как ошибки при монтаже, недопоставка, «подгонки» на объекте, несвоевременный ввод в эксплуатацию.
Помимо когенерационных установок можно также применять тригенерацию и квадрогенерацию, вырабатывая дополнительно холод с помощью абсорбционных холодильных машин и СО2 из выхлопных газов, очищая их при помощи катализаторов, говорит Евгений Васильев. Как рассказал специалист «Бош Термотехника», зачастую это газопоршневые (реже микро- и газотурбинные) установки, двигатели которых вращают генераторы переменного тока и, нагреваясь сами и выбрасывая выхлопные газы высокой температуры, позволяют за счет применения котлов-утилизаторов и теплообменников рубашки охлаждения получать тепло для ГВС, отопления и даже пар для технологических нужд. Тем самым, по словам Васильева, они увеличивают КПД всей установки до уровня выше 90 %, в отличие от электростанции той же мощности, которая работает только на выдачу электричества, потребляя тот же объем газа и выбрасывая в атмосферу через градирни неутилизированное тепло, и достигает КПД не более 38-48 % (в зависимости от производителя, топлива и условий эксплуатации).
Компания «Цеппелин ПС Рус» рекомендует использовать установку собственной генерации на базе газопоршневых электростанций с системой утилизации тепловой энергии, отводимой от первичного двигателя внутреннего сгорания, в дополнение к газовой котельной. «Этот способ позволяет получить следующие преимущества: снижение затрат на потребление электроэнергии, обеспечение собственных потребностей предприятия в качественной электроэнергии в необходимом объеме, дополнительное производство горячей воды с температурой 95 °C», — перечисляет преимущества установки Роман Жердецкий.
Объекты, на которых реализован данный способ энергоснабжения, успешно эксплуатируются в России уже более 20 лет на многих промышленных и сельскохозяйственных предприятиях. А в тепличной отрасли, подчеркивает Роман Жердецкий, такое решение уже стало своеобразным стандартом при проектировании и строительстве современных тепличных хозяйств и техническом перевооружении старых.
Из 1 м куб. газа возможно получить около 4 кВт‧ч электроэнергии и около 5 кВт‧ч тепловой энергии
Пар или газ?
Точки зрения экспертов на то, что лучше, пар или газ, расходятся. Если говорить про генерацию электричества для нужд агропромышленного предприятия, то, по мнению Евгения Васильева, стоит выбрать газ.
«В свое время мне объяснили по-простому. Стоит ответить на вопросы: что первично, откуда берется пар? Согласно закону рассеивания энергии при переходе из одной формы в другую, КПД паровой установки всегда будет ниже КПД газовой установки, поскольку пар еще надо получить. К тому же паровые турбины большой единичной мощности обычно используются в средних и больших ТЭЦ, мы же сейчас говорим о малой энергетике с мощностью энергоцентра до 25МВт», — приводит он доводы в защиту своей позиции.
В вопросах энергообеспечения ГК «АгроПромкомплектация» старается идти в ногу со временем и внедрять передовые и инновационные технологии. «На сегодняшний день у нас эксплуатируется три энергоблока, — рассказывает технический директор группы компаний. — Первый проект энергоблока был реализован в 2012 году на комбикормовом заводе в Конышевке Железногорского района Курской области. В работу были запущены три газопоршневых машины мощностью по 0,8 МВт каждая и два гибридных паровых котла, использующих для производства пара энергию выхлопных газов газопоршневой машины. Когда возникала потребность в дополнительном количестве пара для нужд производства, в ход шла газовая горелка. Принцип работы гибридного парового котла как раз и заключается в использовании двух источников энергии для получения пара».
Второй проект автономного энергоблока был реализован в Тверской области на базе Дмитрогорского мясоперерабатывающего завода в 2014 году, продолжает Игорь Крикун. Там в составе энергоблока три газопоршневые машины мощностью по 1 МВт каждая, котел-утилизатор выхлопных газов для выработки пара производительностью 3,6 т/час, два паровых котла общей производительностью 16 т/час. От рубашки охлаждения газопоршневых машин тепло утилизируется для нужд ГВС и отопления».
На производственных площадках Группы «АгроПромкомплектация» пар используется для приготовления горячей воды, обеспечения функционирования технологического оборудования, систем отопления, вентиляции и кондиционирования. «При выборе теплоносителя мы руководствовались тем, что единый энергоблок должен обеспечить потребности всех наших производств (бойня, мясоперерабатывающий завод, завод по переработке отходов бойни, хладокомбинат, вспомогательные производства), — объясняет Игорь Крикун. — При этом теплоэнергию для потребителей необходимо передавать на достаточно большое расстояние».
С учетом того, что приготовление горячей воды для нужд производства, отопления, вентиляции, горячего водоснабжения, происходит непосредственно на площадке потребителя, при выборе тепловых пунктов учитывались энергоэффективность, габаритные размеры и универсальность, отмечает он. «После проведенного анализа было решено выбрать пар как наиболее оптимальный вид теплоносителя», — заключает Игорь Крикун.
Третий проект ГК «АгроПромкомплектация» — энергоблок на Курском мясоперерабатывающем заводе (с. Линец Железногорского района Курской области). В его состав вошли три газопоршневые машины мощностью 2 МВт каждая, три паровых гибридных котла производительностью 4 т/час каждый, которые производят пар, обеспечивают отопление, ГВС, вентиляцию и кондиционирование основного и сопутствующих производств, перечисляет Игорь Крикун. «Для производства пара используются утилизированные выхлопные газы, при необходимости можно увеличить объем производимого пара за счет газовых горелок, от рубашки охлаждения газопоршневых машин тепло утилизируется для нужд горячего водоснабжения», — уточняет специалист.
По его словам, производить электроэнергию и тепло самим очень выгодно: себестоимость киловатт-часа электроэнергии составляет немногим более 3-х рублей, тогда как покупаемая от внешних гарантированных поставщиков электроэнергия стоит 5,7 руб./ киловатт-час (без НДС). «На предприятии подсчитали, что покупка и установка двух новых газогенераторов окупится за три года, — подчеркивает Игорь Крикун. — За счет системы утилизации тепла удалось снизить потребление газа от 100 до 300 тыс. м. куб. в месяц, в зависимости от сезона».
Себестоимость кВтч электроэнергии составляет немногим более 3 руб., тогда как покупаемая от внешних гарантированных поставщиков электроэнергия стоит 5,7 руб./ кВт‧ч (без НДС)
Инновационные решения
Евгений Васильев отмечает, что сегодня широко распространены решения с использованием ГПУ, с системой утилизации тепла (СУТ) и пиковой котельной для полного обеспечения потребности предприятия в электричестве и тепле. К традиционным, зарекомендовавшим себя на рынке относятся решения на основе трехходовых жаротрубных котлов с высоким КПД с использованием экономайзера, модулируемой газовой или комбинированной горелки с пониженным содержанием NOx в выхлопе и с современной системой управления, перечисляет он. Кроме того, пользуются спросом решения на основе когенерационных установок в кожухах до 400 кВт и открытого типа до 2 МВт.
В последнее время, продолжает Васильев, рынок оборудования предлагает новые для России решения, такие как четырехходовые котлы, один ход которых работает на выхлопных газах, а три хода воспроизводят работу обычного трехходового жаротрубного котла с горелкой, доводя параметры выдаваемого тепла до необходимого для технологии уровня вне зависимости от графика потребления электроэнергии и, соответственно, режима работы ГПУ. По его словам, это позволяет экономить на капитальных затратах и месте, не устанавливая отдельно котел и ГПУ с СУТ.
Евгений Васильев считает нужным упомянуть также про решения на основе систем хранения электроэнергии, которые позволяют накапливать электроэнергию в те периоды, когда потребность минимальна, и отдавать ее в пики, равномерно загружая генерирующее оборудование, снижая затраты на топливо и уменьшая установочную мощность электростанции.
«Одна из инноваций в сфере теплоснабжения — использование конденсата от технологического оборудования, воссоздание системы сбора и возврата конденсата в котельную, — отмечает специалист Группы «ПРОДО» Валерий Куприянов. — Это существенно экономит объемы сжигаемого газа, электричества и реагентов при подготовке котловой воды для системы теплоснабжения». Такая система быстро окупается, в среднем до 2-х лет, поэтому очень популярна, подчеркивает он, добавляя, что подобный проект многие компании на рынке могут реализовывать под ключ (т.е. от проектирования до пусконаладочных работ смонтированной системы) по энергосервисному договору.
Снижать энергопотребление позволяет применение энергоэффективных систем обогрева на основе электрических нагревательных кабелей, рассказывает еще об одном решении Юрий Данилин, продукт-менеджер Группы компаний «Специальные системы и технологии» (производство нагревательных кабелей и систем электрообогрева промышленного и бытового назначения). Как объясняет специалист, в сельском хозяйстве и пищевой промышленности такие системы обогревают грунт теплиц, грунт под морозильными камерами стационарных промышленных холодильных установок, погрузочно-разгрузочных площадок складов, полов насосных станций, технологических площадок, кровель и водосточных систем, бытовых трубопроводов, технологического оборудования. «Внедрение подобных систем в тепличных хозяйствах позволяет повысить урожайность, — говорит он. — Системы электрообогрева также применяются для компенсации теплопотерь, поддержания технологических температур, предупреждения образования конденсата».
Нагревательным элементом в системе электрообогрева может выступать кабель постоянной мощности (резистивный) или саморегулирующийся. В отличие от резистивного кабеля для обогрева объекта, системой на основе саморегулирующихся нагревательных кабелей расходуется ровно столько энергии, сколько необходимо, замечает Данилин.
Он уточняет, что принцип работы саморегулирующегося нагревательного кабеля основан на тепловыделении в матрице, изготовленной из специального электропроводящего и тепловыделяющего компаунда. Материал матрицы наполнен композиционным материалом и обладает положительным температурным коэффициентом сопротивления. За счет этого достигается эффект саморегулирования: при росте температуры компаунда его сопротивление растет, а вместе с ним падает выделяющаяся тепловая мощность. Изделие постоянно находится в тепловом равновесии с окружающей средой, меняя свои электрические свойства, поясняет Юрий Данилин.
Наряду с энергоэффективностью, специалист перечисляет несколько важных преимуществ саморегулирующегося кабеля: он автоматически реагирует на внешние температурные воздействия, может быть интегрирован в системы внешнего управления обогревом, при этом, самоперегрев и перегрев объекта исключены.
Все специалисты сходятся во мнении: реализация проектов строительства собственного энергокомплекса позволяет обеспечить производство бесперебойным электро- и теплоснабжением при снижении затрат на энергоресурсы. Внедрение при этом передовых, инновационных технологий дает предприятиям безусловные конкурентные преимущества. Вот почему использование комплексных энергоэффективных решений российскими предприятиями АПК постепенно становится все более распространенной практикой.
