Учебный курс: анализ проектов, использующих чистую энергию © Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Анализ проекта комбинированного производства тепла и электроэнергии Фото: Warren Gretz, DOE/NREL PIX Электростанция, производящая тепло и электроэнергию

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Цели Рассмотреть основные аспекты систем, совместно производящих тепло и электроэнергию (системы КПТЭ) Рассмотреть основные аспекты систем, совместно производящих тепло и электроэнергию (системы КПТЭ) Проиллюстрировать основные моменты анализы проектов КПТЭ Проиллюстрировать основные моменты анализы проектов КПТЭ Рассказать о модели RETScreen ® для проектов КПТЭ Рассказать о модели RETScreen ® для проектов КПТЭ

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Электричество Электричество Тепло Тепло  Здания  Жилые комплексы  Промышленные процессы …а также… Увеличение энергоэффективности Увеличение энергоэффективности Уменьшение количества отходов и выбросов Уменьшение количества отходов и выбросов Уменьшение потерь при передаче энергии Уменьшение потерь при передаче энергии Возможность использовать районную энергосистему Возможность использовать районную энергосистему Охлаждение Охлаждение Что обеспечивают системы, совместно вырабатывающие тепло и электроэнергию? Фото: Andrew Carlin, Tracy Operators/NREL PIX Электростанция, работающая на биомассе, США

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Обоснование использования систем КПТЭ Традиционное централизованное энергоснабжение неэффективно Традиционное централизованное энергоснабжение неэффективно  Теряется от 1/2 до 2/3 тепловой энергии  Это потерянное тепло можно использовать для промышленных процессов, отопления пространства и нагрева воды, охлаждения и т.д. Adapted from World Alliance for Decentralized Energy Электроэнергия обычно более ценна, чем тепло Электроэнергия обычно более ценна, чем тепло Возобновляемая биомасса, геотермальная Уголь Нефть Газ Атомная Гидро Общие затраты первичной энергии на производство электроэнергии Потери при преобразовании от термального производства Валовое производство электроэнергии Чистое производство электроэнергии Электроэнергия, поставляемая к потребителям Промышленность Не промышленность Потери при передаче и распределении Эксплуатация производителями собственных электростанций 963

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Концепция КПТЭ Одновременное производство двух или более видов потребляемой энергии от одного источника (также называется «Когенерация») Одновременное производство двух или более видов потребляемой энергии от одного источника (также называется «Когенерация») Использование отработанного тепла от энергопроизводящего оборудования Использование отработанного тепла от энергопроизводящего оборудования Коэффициент использования тепла (55/70) = 78,6% Общий КПД ((30+55)/100) = 85,0% Топливо 100 единиц Энергосистема Тепло + отработавшие газы 70 единиц Генератор Силовая нагрузка Электроэнергия 30 единиц Отработавший газ 15 единиц Парогенератор- рекуператор Тепловая нагрузка Тепло 55 единиц

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Описание КПТЭ Оборудование и технологии Охлаждающее оборудование Охлаждающее оборудование  Компрессоры  Абсорбционные холодильники  Естественное охлаждение Нагревательное оборудование Нагревательное оборудование  Котел / термостат/ нагревательное устройство  Регенерация отходящего тепла  Тепловой насос ит.д. Электросиловое оборудование Электросиловое оборудование  Газовая турбина  Газовая турбина с комбинирвоанным циклом  Паровая турбина  Поршневой двигатель  Топливный элемент и т.д. Фото: Rolls-Royce plc Газовая турбина Фото : Urban Ziegler, NRCan Охлаждающее оборудование

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Комбинированное производство тепла и электроэнергии (продолжение) Виды топлива Органическое топливо Органическое топливо  Природный газ  Дизель (мазут №2)  Уголь и т.д. Возобновляемые виды топлива Возобновляемые виды топлива  Древесные отходы  Газ из органических отходов (ГОО)  Биогаз  С/х побочные продукты  Сухое измельчённое волокно  Целевые урожаи и т.д. Геотермальная энергия Геотермальная энергия Водород и т.д. Водород и т.д. Фото: Joel Renner, DOE/ NREL PIX Геотермальный гейзер Фото: Warren Gretz, DOE/NREL Биомасса для КПТЭ

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Комбинированное производство тепла и электроэнергии (продолжение) Применение Одиночные здания Одиночные здания Коммерция и промышленность Коммерция и промышленность Несколько зданий Несколько зданий Районные энергосистемы (например, жилые комплексы) Районные энергосистемы (например, жилые комплексы) Промышленные процессы Промышленные процессы Система КПТЭ с использованием биогаза для центрального отопления, Швеция Фото: Urban Ziegler, NRCan Микро-турбина в теплице Фото: Urban Ziegler, NRCan КПТЭ в Ратуше г.Киченер

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Тепло от энергосистемы можно распределять в различные соседние здания для отопления и охлаждения Тепло от энергосистемы можно распределять в различные соседние здания для отопления и охлаждения  Изолированные стальные трубы находятся под землей на глубине 0,6 – 0,8 м Преимущества по сравнению с автономным энергоснабжением: Преимущества по сравнению с автономным энергоснабжением:  Более высокая эффективность  Контроль выбросов в одном месте  Безопасность  Комфорт  Удобство в эксплуатации Первоначальные затраты обычно выше Первоначальные затраты обычно выше Районные энергосистемы Фото: SweHeat Районная станция Фото: SweHeat Районный отопительный трубопровод

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Стоимость системы КПТЭ Затраты значительно варьируются Затраты значительно варьируются Первоначальные затраты Первоначальные затраты  Оборудование для выработки электроэнергии  Нагревательное оборудование  Охлаждающее оборудование  Электрическая разводка  Подъездные пути  Прокладка районного трубопровода Периодические затраты Периодические затраты  Топливо  Эксплуатация и обслуживание  Замена и ремонт оборудования Вид энергооборудования RETScreen Стандартные затраты на установку ($/кВт) Поршневой двигатель Газовая турбина Установка с комбинированным циклом Паровая турбина Геотермальная система Топливный элемент Ветровая турбина Гидравлическая турбина Фотоэлектрический модуль Примечание: типовые затраты на установку приведены в канадских долларах на 1 января 2005 г. Примерный курс обмена был равен 1 кан. $ = 0,81 $США, 1 кан. $ = 0,62 Евро

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Обсуждение проекта КПТЭ Надежная, долгосрочная поставка топлива Надежная, долгосрочная поставка топлива Следует контролировать капитальные затраты Следует контролировать капитальные затраты Нужен «потребитель» как для тепла, так и для электроэнергии Нужен «потребитель» как для тепла, так и для электроэнергии  Надо обсуждать продажу электроэнергии в сеть, если она не потребляется вся на месте Обычно станция рассчитана на базовую тепловую нагрузку (т.е. Минимальная тепловая нагрузка при нормальных условиях эксплуатации) Обычно станция рассчитана на базовую тепловую нагрузку (т.е. Минимальная тепловая нагрузка при нормальных условиях эксплуатации)  Количество произведенного тепла обычно равно 100% - 200% от количества электроэнергии  Тепло можно использовать для охлаждения с помощью абсорбционных холодильников Риск, связанный с неуверенностью относительно будущей разницы в ценах на электроэнергию/ природный газ Риск, связанный с неуверенностью относительно будущей разницы в ценах на электроэнергию/ природный газ

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Пример: Канада Одиночные здания Зданиям необходимо отопление, охлаждение и надежное энергоснабжение Зданиям необходимо отопление, охлаждение и надежное энергоснабжение  Больницы, школы, коммерческие здания, сельскохозяйственные здания и т.д. Поршневой двигатель Фото: GE Jenbacher Паровой котел – утилизатор Отработанного тепла Фото: GE Jenbacher Больница, Онтарио, Канада Фото: GE Jenbacher

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Пример: Швеция и США Группа зданий Группы зданий обслуживаются центральной станцией отопления/охлаждения Группы зданий обслуживаются центральной станцией отопления/охлаждения  Университеты, торговые комплексы, жилые комплексы, больницы, промышленные комплекс и т.д.  Районная энергосистема Турбина, используемая в Массачусетском технологическом институте, Кембридж, США Фото: SweHeat Районная станция

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Пример: Бразилия Промышленный процесс Предприятия с большой, постоянной потребностью в нагревании или охлаждении являются хорошими кандидатами для комбинированного производства тепла и электроэнергии Предприятия с большой, постоянной потребностью в нагревании или охлаждении являются хорошими кандидатами для комбинированного производства тепла и электроэнергии Сухое измельченное волокно для выработки тепла на мельнице, Бразилия Фото: Ralph Overend/ NREL Pix Также применяется на предприятиях, имеющих отходы производства, которые затем можно использовать для производства тепла и электроэнергии Также применяется на предприятиях, имеющих отходы производства, которые затем можно использовать для производства тепла и электроэнергии Камера сгорания Топливо Компрессор Газовая турбина Генератор Силовая нагрузка Тепловая нагрузка Генератор Конденсатор Пар Отработанный газ Порт экстракции Подача воды Сжигание в воздуховоде парогенератор- рекуператор Паровая турбина Воздух Порт обратного давления

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Система КПТЭ с использованием биогаза для центрального отопления, Швеция Пример: Канада и Швеция Газ из органических отходов При разложении отходов на свалках образуется метан При разложении отходов на свалках образуется метан Его можно использовать в качестве топлива для охлаждения, нагревания или в энергетических проектах Его можно использовать в качестве топлива для охлаждения, нагревания или в энергетических проектах Фото: Urban Ziegler, NRCan Цикл сбора газа из органических отходов трубопроводная система для улавливания БГ фильтр производство пара процесс Компрессор охлаждающее сушильное Устройство производство электроэнергии факел Фото: Gaz Metropolitan

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Модель RETScreen ® для проекта КПТЭ Анализ по всему миру: производства электроэнергии, затрат за срок службы и уменьшения выбросов парниковых газов Анализ по всему миру: производства электроэнергии, затрат за срок службы и уменьшения выбросов парниковых газов  Охлаждение, нагревание, электро- энергия и их комбинации  Газовые или паровые турбины, поршневые двигатели, топливные элементы, котлы, компрессоры и т.д.  Различные виды топлива от органических до биомассы и геотермального  Различные стратегии эксплуатации  Механизм расчетов для органического газа  Районные энергосистемы Также включает: Также включает:  Разные языки, переключатель по блокам и инструменты пользователя

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Модель RETScreen ® для проекта КПТЭ Возможности для разных видов проектов Возможности для разных видов проектов  Только охлаждение  Только производство электроэнергии  Только охлаждение  Комбинированное производство тепла и электроэнергии  Комбинированное производство холода и электроэнергии  Комбинированное производство тепла и холода  Комбинированное производство холода, тепла и электроэнергии Топливо Система отопления Тепловая нагрузка Система охлаждения Нагрузка охлаждения Электриче ская нагрузка Энергосист ема Топливо Холод Электроэнергия Тепло Регенерированное тепло

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Модель RETScreen ® для проекта КПТЭ Системы нагрева Нагрузка (кВт) Электричество Тепло Холод Месяцы Базовая тепловая нагрузка Полупиковая тепловая нагрузка Пиковая тепловая нагрузка Янв. Февр. Март Апр. Май Июнь Июль Авг. Сент. Окт. Ноя. Дек.

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Модель RETScreen ® для проекта КПТЭ Системы охлаждения Янв. Февр. Март Апр. Май Июнь Июль Авг. Сент. Окт. Ноя. Дек. Месяцы ТеплоЭлектричество Холод Базовая нагрузка охлаждения Пиковая нагрузка охлаждения Нагрузка (кВт)

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Модель RETScreen ® для проекта КПТЭ Системы энергоснабжения Нагрузка (кВт) Янв. Февр. Март Апр. Май Июнь Июль Авг. Сент. Окт. Ноя. Дек. Месяцы ТеплоЭлектричество Холод Базовая электрическая нагрузка Полупиковая электрическая нагрузка Пиковая электрическая нагрузка

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – RETScreen ® Расчет энергии в проектах КПТЭ СМ. Электронный учебник Анализ энергетических проектов: разработки и примеры RETScreen ® Глава по анализу проектов комбинированного производства тепла и энергии Упрощенная блок-схема энергетической модели КПТЭ Оцените нагрузку и потребление: проект отопления; Проект по охлаждению Энергетический проект Определите характеристики оборудования Рассчитайте объем поставляемой энергии и соответствующий объем потребляемого топлива

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Пример оценки модели RETScreen ® для проектов КПТЭ Общая оценка независимым консультантом (компания FVB Energy Inc.) и различными бета-тестировщиками от промышленных предприятий, коммунальных служб, правительства и научных сообществ Общая оценка независимым консультантом (компания FVB Energy Inc.) и различными бета-тестировщиками от промышленных предприятий, коммунальных служб, правительства и научных сообществ Сравнивается с несколькими другими моделями и/или измерянными данными, с отличными результатами (например, расчет производительности паровой турбины сравнивается с программным обеспечением GateCycle компании GE, моделирующим энергетические процессы) Сравнивается с несколькими другими моделями и/или измерянными данными, с отличными результатами (например, расчет производительности паровой турбины сравнивается с программным обеспечением GateCycle компании GE, моделирующим энергетические процессы) Кфунтов/ч = ф/ч Сравнение технических характеристик паровых турбин

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Выводы Системы КПТЭ эффективно используют тепло, которое в противном случае бы терялось Системы КПТЭ эффективно используют тепло, которое в противном случае бы терялось RETScreen рассчитывает кривые спроса и нагрузки, поставляемую энергию и потребление топлива для различных комбинаций систем отопления, охлаждения и/или энергосистем, используя минимальное количество входных данных RETScreen рассчитывает кривые спроса и нагрузки, поставляемую энергию и потребление топлива для различных комбинаций систем отопления, охлаждения и/или энергосистем, используя минимальное количество входных данных RETScreen обеспечивает значительную экономию затрат на этапе предварительного анализа экономической целесообразности проекта RETScreen обеспечивает значительную экономию затрат на этапе предварительного анализа экономической целесообразности проекта

© Министерство природных ресурсов Канады 2001 – Вопросы? За более подробной информацией обращайтесь на Интернет-сайт RETScreen Модуль анализа проектов комбинированного производства тепла и электроэнергии ® Курс RETScreen ® International по анализу проектов, использующих чистую энергию