Экономико-экологические предпосылки использования мини-ТЭC в топливодобывающей промышленности

В современных условиях развития промышленного производства все больше добывающих компаний и регионов страны испытывают дефицит электрической энергии. Поэтому в последние годы все большее внимание стало уделяться развитию малой энергетики.

Одним из важнейших направлений современной энергетической политики является переход от традиционной, централизованной модели развития единой энергетической системы России с преобладанием крупных источников генерации к разнообразию типов форм и гармоничному сочетанию объектов большой и малой распределенной энергетики в регионах России. Концепция формирования распределённого производства энергии подразумевает наличие множества потребителей, производящих электрическую и тепловую энергию для собственных нужд, а также направляющих излишки в общую сеть. При этом, как правило, строительство дополнительных источников электроэнергии осуществляется в непосредственной близости от потребителей. Мощность таких источников выбирается исходя из имеющейся потребности с учетом ограничений (технологических, правовых, экологических и т. д.) и может варьироваться в широких пределах (от двух-трех до сотен киловатт).

Внедрение и развитие малой энергетики должно осуществляться с учетом инновационных технологий и отечественного опыта строительства и эксплуатации малых электростанций (мини-ТЭС) на промышленных объектах для выработки электроэнергии на собственные нужды.

В качестве дополнительных источников электроэнергии могут применяться как традиционные установки малой и средней мощности, работающие на природном газе (как на наиболее чистом виде топлива), так и средства альтернативной энергетики (солнечные батареи, ветровые генераторы, топливные элементы и др.) [1]. В этом случае благодаря расположению установок непосредственно у потребителей, становится возможным использование не только вырабатываемой электроэнергии, но и побочной тепловой энергии на нужды отопления, горячего водоснабжения владельца мини-ТЭС или сторонних потребителей, расположенных поблизости. Это позволяет добиться высокой эффективности использования топлива (до 90 % от потенциальной энергии).

В настоящее время в качестве источника топлива для мини-ТЭС могут использоваться неразрабатываемые мелкие газовые месторождения, попутный нефтяной газ, метан угольных пластов, получаемый как при его непосредственной добыче, так и при осуществлении дегазации в шахтах.

Небольшие объемы природного газа могут рассматриваться в качестве первичного энергоносителя работы микротурбинных, газотурбинных, газопоршневых, газодизельных и других энергетических установок [2].

Для потенциальных инвесторов и потребителей электроэнергии и тепла при принятии решения о формировании собственного источника электроэнергии основными являются следующие вопросы:

• -    источники первичных топливно-энергетических ресурсов для выработки автономной электроэнергии и тепла на объектах, насколько они надежны для использования в течение длительного периода времени (15 – 20 лет);

• -    технико-экономические условия поставки газа на мини-ТЭС;

• -    технические и технологические решения по созданию, размещению и эксплуатации мини-ТЭС на различном удалении от потребителей;

• -    институциональная среда в недропользовании и энергетике.

Избыток электроэнергии для собственных нужд может реализовываться через уже существующие на данной территории энергосбытовые компании, или вновь созданные организации, имеющие доступ к электроэнергии от независимых производителей.

При создании в районе источника топлива новых энергоемких производств обеспечивается существенная экономия материальных затрат в связи с отсутствием необходимости транспортирования газа, электрической и тепловой энергии от источников к потребителям. Так, например, по данным компаний, занимающихся проектированием и строительством объектов энергетической инфраструктуры, затраты на сооружение 1 км сетей составляют:

• -    газопровода – 6,0 – 7,0 млн. руб.;

• -    кабельной линии электропередачи (ЛЭП) напряжением 0,4 кВ – 4,97,1 млн. руб.;

• -    кабельной ЛЭП напряжением 10 кВ –5,1-7,5 млн. руб.;

• -    воздушной ЛЭП напряжением 10 кВ – 1,5-2,0 млн. руб.;

• -    теплотрассы диаметром 100 мм при бесканальной прокладке – 1518 млн. руб.

В настоящее время наибольшее распространение получили газопоршневые мини-ТЭС, приводом электрического генератора в которых является поршневой двигатель внутреннего сгорания, использующий в качестве источника первичной энергии газообразное топливо. Диапазон электрической мощности, при котором целесообразно использовать газопоршневые когенерационные установки, находится в пределах от 1 до 12 МВт. Исходя из главного технического условия использования мини-ТЭС - расхода газа на выработку кВт. ч. электроэнергии (расход газа 0,2 – 0,3 м3 кВт. ч.) – потенциал источника топлива должен составлять 12 – 15 тыс. м3/сутки. При использовании мини-ТЭС давление газа на входе не превышает 1,6 Мпа, что практически исключает дополнительные затраты на повышение давления в сетях.

Комбинированное производство энергии двух видов на мини-ТЭЦ (когенерация) способствует не только гораздо более экологичному использованию топлива по сравнению с раздельной выработкой электроэнергии и тепловой энергии на котельных установках, но и повышению чистоты воздушного бассейна, улучшению общего экологического состояния окружающей среды. Когенерационные технологии выгодно отличаются от традиционных ТЭС и других энергетических технологий, использующих природный газ: выбросы СО₂ от когенерационных установок на 30% ниже, чем от современных парогазовых агрегатов и составляют не более 250 кг СО 2 /МВт∙ч. При эксплуатации мини-ТЭС происходит значительно меньшее загрязнение атмосферного воздуха продуктами сгорания топлива, тепловое и акустическое загрязнение окружающей среды. Выбросы загрязняющих веществ для газопоршневых и дизельных двигателей мощностью 1 МВт приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу.

Загрязняющее вещество	Валовые выбросы загрязняющих веществ для типа двигателя, т/год
	Газопоршневой 8Г4Н22/28	Дизельный 8ДМ-21С
СО	14,89	51,7
NO 2	19,54	62,1
NO	0,229	10,1
СН	–	25,9
С	–	4,3
SО 2	–	8,6
СН 2 О	–	1,0

Основное преимущество газопоршневых двигателей перед дизельными - более дешёвое топливо. Даже при использовании в качестве резервного топлива газовой смеси пропан-бутан, стоимость единицы электрической энергии, произведённой на газопоршневой установке, в 1,3 раза меньше, чем на дизельной. Удельные капвложения в производство электрической и тепловой энергии газопоршневыми двигателями значительно ниже [3]. Другое важное преимущество перед дизельными установками - экологическая безопасность, например, уровень выбросов NOx в 3 раза меньше.

При оценке экономической эффективности использования мини-ТЭС следует учитывать ущерб, наносимый окружающей среде. Величину экономической оценки ущерба от загрязнения окружающей среды следует вычесть из получаемой прибыли от реализации электроэнергии и тепла потребителям. В этих условиях величина NPV будет определяться по формуле:

Tn

NPV = EE(Pjt - Zjt — Yjt)(' + rFt t=1 j=1

где P , t - приток денежных средств, обеспечиваемый за счет реализа-

P_M = С х Q ции добытого газа на j -м месторождении в год t :   j ^, t       jt ;

Z j,t - отток денежных средств, образующийся за счет затрат на обустройство источника топлива, строительство инфраструктуры и эксплуатационных затрат на добычу газа в год t, а также затрат на рекультивацию территории ;

Y

• ^j ,t - экономическая оценка ущерба, наносимого окружающей среде, от добычи природного газа и производства электроэнергии и тепла на газопоршневой мини-ТЭС;

T = Q^

^Tj - продолжительность эксплуатации месторождения j :     ^Qj  при

Q^год = Q^rod V t = 1,2,..Tj условии постоянного годового объема добычи газа ^{j    jt}           .

Использование мини-ТЭС для производства электроэнергии и тепла для компаний топливодобывающей промышленности является одним из важных экономико-экологических преимуществ развития производственной деятельности, формируемых от:

• -    утилизации метана угольных пластов, получаемого в результате дегазации шахтных полей;

• -    утилизации попутного нефтяного газа;

• -    использования запасов близлежащих невостребованных мелких газовых месторождений.