Высокоэффективная когенерация: как усилить энергобезопасность громад

Терористичні атаки росії поставили перед Україною низку питань, деякі відповіді на які вже існують багато років.

Одна з таких відповідей — високоефективна когенерація.

Історично теплозабезпечення України розбудовувалося в умовах більш глобального завдання — тотальної газифікації. Це стосувалося і централізованого теплозабезпечення, і індивідуального. 

Незалежна Україна успадкувала підходи радянської, де план з газифікації — чи не головне завдання урядів та адміністрацій всіх рівнів. 

Щорічне звітування обласних адміністрацій щодо досягнення плану газифікації — ритуал, що сформований десятиріччями. І як багато інших завдань, що визначалися радянським урядуванням — цей ритуал був доведений до абсурду, коли головним стала масштабна газифікація по собі, без урахування інших важливих факторів. 

Серед таких факторів ключовим, напевно, мав би бути фактор ефективності використання газу, але про нього чи то забули, чи то ніколи не згадували. Це призвело і до ігнорування можливостей використання альтернативних природному газу джерел енергії та видів палива, і безпосередньо ефективності використання самого природного газу. 

Й попри те, що можливість використання природного газу для теплозабезпечення не обмежувалась виключно способом спалювання його у водогрійних котлах, саме такий спосіб був обраний як головний та виключний. 

Централізоване теплозабезпечення багатьох міст України забезпечувалось саме в такий спосіб. Великі районні котельні оснащувалися набором газових котлів різної потужності, й сьогодні ми маємо велику національну мережу міських котелень, що сконфігуровані саме таким чином. 

Окрім споживання природного газу, такі котельні є й великими споживачами електричної енергії, бо для розгону теплоносія (підготовленої води) по теплотрасах необхідна робота потужних помп. 

Правда, через певні вади такої моделі та хронічне недофінансування (не останньою мірою — через газовий зашморг), така національна мережа за 30 років незалежності стала настільки меншою, що вже роками професіонали звертають увагу на перспективу її повного стихійного знищення, та заміну на різні форми значно менш енергоефективного опалення. Цей виклик — тема окремої дискусії.

Але зараз я хочу звернути увагу на можливості саме ефективної когенерації, що здатна не тільки врятувати централізоване теплозабезпечення українських міст, але й дати відповіді на такі дуже актуальні виклики, як енергетична безпека та декарбонізація, а також — виклик забезпечення гнучкості електроенергетичної системи та необхідності розвитку "зеленої енергетики".

Високоефективна когенерація: стійкість, енергобезпека, децентралізація

Когенерація — комбіноване виробництво електричної та теплової енергії когенераційною установкою. Найбільший потенціал у теплозабезпеченні українських міст мають когенераційні установки газопоршневого або газотурбінного типу, проте є й інші типи, що використовують, наприклад, скидний енергетичний потенціал технологічних процесів. 

Останні можуть та мають бути використані там, де є відповідні виробництва та перспектива використання або розбудови урбаністичної інфраструктури використання надлишкової для виробництва енергії.

Закон "Про енергетичну ефективність" визначає високоефективну когенераційну установку, як "установку з високим коефіцієнтом корисної дії, яка забезпечує економію первинної енергії на рівні не нижче 10%, порівняно з контрольними значеннями ефективності для окремого виробництва електричної і теплової енергії, а також дрібномасштабна когенераційна установка та мікрокогенераційна установка, що забезпечують економію первинної енергії". 

10% — це мінімальне значення економії, що може дати заміна традиційних котелень на когенераційні установки, реальний потенціал, що може дати використання сучасних технологій — значно вищий. 

Проте, навіть 10% економії газу для теплозабезпечення у національному масштабі — колосальний обсяг економії, що може сягнути 1 млрд м3 на рік.

Умови для впровадження високоефективної когенерації передбачено законопроєктом №4527 від 21.12.2020, розробленим Держенергоефективності спільно з Міненерго.

Надзвичайно актуальною є не тільки можливість більш ефективного використання природного газу, зниження його споживання об’єктами ТКЕ та можливість довготермінового стримування зростання тарифів на опалення. 

Важливим є потенціал децентралізованої генерації електричної енергії. Ба більше — використання високоефективних когенераційних установок замість традиційних для більшості підприємств теплокомуненерго котлів перетворить останні з таких, що дають велике навантаження на електроенергетичну систему, на таких, що навпаки — стануть нетто-постачальниками електричної енергії в енергетичну систему. 

Причому, постачальниками саме гнучкої генерації, що є найбільш затребуваною нашою енергосистемою. Така потреба у розподіленій гнучкій генерації є важливою в умовах терористичних атак росії, але буде ще більш важливою для подальшої декарбонізації електроенергетичної системи. 

Як потреба у заміщенні "брудної" вугільної генерації, так і важливість розвитку відновлюваної генерації, інтеграції в енергетичну систему все більших обсягів електричної енергії, виробленої вітровими та сонячними електростанціями — один з ключових викликів сучасних електроенергетичних систем, й не тільки української. 

Для відповіді на цей виклик потрібна розбудова гігаватів маневрових потужностей, й високоефективна когенерація в системах централізованого теплозабезпечення України — є однією з таких відповідей. 

Можна собі тільки уявити, якщо в містах України, на місці великих районних котелень, сумарною тепловою потужністю водогрійних котлів аж до 150 МВт і більше, та потужністю навантаження помп близько 1 МВт з’являться комплекси високоефективної когенерації на десятки мегават встановленої потужності — теплової та електричної!

Виконання євроінтеграційних зобов'язань

Важливо звернути увагу, що розвиток високоефективної когенерації в Україні відповідає і євроінтеграційним зобов’язанням держави. 

Мова йде і про імплементацію європейських директив у національне законодавство, й про виконання міжнародних зобов’язань у сфері запобігання кліматичним змінам. 

Комбіноване виробництво теплової та електричної енергії впливатиме не лише на скорочення витрат палива, а й зменшення викидів СО2. 

Це сприятиме виконанню й Національного плану скорочення викидів від великих спалювальних установок, затвердженого розпорядженням Уряду від 8.11.2017 № 796-р, та Директиви 2001/80/ЄC про обмеження викидів деяких забрудників у повітря великими установками згоряння.

Одним з важливих інструментів стимулювання розвитку високоефективної когенерації в Європі є механізм гарантій походження на енергію, що вироблена коштом такої генерації. 

Працює такий механізм аналогічно такому механізму щодо енергії, виробленої з відновлюваних джерел, і дозволяє виробнику підтверджувати факт вироблення саме енергії з "меншим карбоновим слідом". 

Законопроєкт, який ми розробили, передбачає запровадження механізму надання гарантії походження електроенергії, виробленої високоефективною когенерацією, імплементуючи вимоги Директиви 2012/27/ЄС від 25.12.2012 "Про енергетичну ефективність". 

Цей механізм має стати складовою єдиного реєстру гарантій походження, механізм якого ми також вже підготували й передбачили у відповідному законопроєкті, який подано на розгляд Міненерго.

Сьогодні вже чимало громад вбачають перевагу у використанні високоефективних когенераційних установок. 

Працюють над реалізацією такого проєкту і у Бориславі — єдиному місті в світі, розташованому на нафтогазовому родовищі. Реалізація цього проєкту передбачає утилізацію попутного газу, за допомогою якого вироблятимуть теплову і електричну енергії. 

В той час, коли енергетичний сектор України зазнав вагомих руйнувань, і в регіонах спостерігається дефіцит електроенергії, особливо важливо якнайшвидше запустити когенераційну установку та поліпшити енергозабезпечення міста. 

У пріоритеті — комплексний підхід до розвитку системи енергозабезпечення 

Важливо зазначити, що це рішення не є абсолютно універсальним, його запровадження та застосування не має перетворитися на "нову газифікацію". 

Існують й інші рішення, серед яких — використання місцевих видів твердого біопалива, енергетична утилізація відходів, використання геотермальної енергії та енергії (різниці потенціалів) через теплові насоси.

Не менш важливою є і комплексна реформа та модернізація систем теплопостачання, що має включити якісні та енергоефективні підходи до розподілу теплової енергії, відкриття систем для застосування ринкових підходів у виробництві та розподілі енергії.

У листопаді 2021 року набув чинності закон "Про енергетичну ефективність", яким закладається нормативне підґрунтя для впровадження в Україні ефективного централізованого теплопостачання (50% ВДЕ або 50% скидної теплової енергії, або 75% когенерації, або 50% сукупності такої енергії та тепла) та високоефективної когенерації, що дає мінімум 10% економії первинної енергії.

Заходи з підвищення ефективності систем теплопостачання передбачено й Національним планом дій з енергоефективності на період до 2030 року, що було розроблено Агентством. 

Впровадження таких заходів має сприяти скороченню споживання первинної енергії у 2030 році на 3 332 тис. тонн нафтового еквіваленту (еквівалентно більше 4 млрд м3 газу).

Розвиток ефективних ринкових відносин, розвиток енергоринків, в тому числі — запровадження ринкових відносин у теплозабезпеченні.

Практична реалізація вимагає вираженого планомірного підходу, комплексного з точки зору погодження розвитку системи теплозабезпечення та енергозабезпечення міста, громади із загальноекономічним та соціальним розвитком, прогнозування та створення умов для розвитку економічних кластерів, індустріальних парків та використання локальних ресурсів, в тому числі — енергетичних.