Внедрение директивы ЕС o совместном производстве тепла и электроэнергии

Элсе Бернсен – главный менеджер проектов COWI A/S

Устойчивое развитие энергетического сектора Европы как с точки зрения улучшения состояния окружающей среды, так и экономии и надежности поставок энергии тесно связано с повышением энергоэффективности.

Совместное производство тепла и электричества признано одной из основных технологий для решения задач по повышению эффективности выработки энергии в странах Европейского Союза. Экономия первичной энергии, устранение потерь и снижение выбросов (особенно парниковых газов) также может быть достигнуто путем совместного производства тепла и электричества. Кроме того, эффективное использование энергии, полученной способом когенерации, может значительно повлиять на устойчивость энергоснабжения и на конкурентоспособность ЕС и стран – его членов. Развитие современных высокоэффективных технологий когенерации обусловлено спросом на полезное тепло и поэтому является приоритетом для всего Сообщества.
Стратегия Комиссии по когенерации в редакции 1997 года ставила своей целью удвоить к 2010 г. производство электроэнергии посредством когенерации, которое должно составить 18% от общего объема. Расчеты показали, что это обеспечит снижение выбросов СО2 более чем на 65 миллионов тонн в год. Тем не менее, в настоящее время потенциал для применения когенерации (как способа для экономии энергии) недостаточно используется в экономике ЕС, и необходимы меры для его активизации.
Что касается установленной мощности, то доля электроэнергии, произведенной когенерационными установками ЕС к 2001 г., поднялась до 10%. Однако следует отметить большую дифференциацию по странам Сообщества, где эта доля варьируется от 2% до 60%.
В связи с этим в 2004 году была введена новая законодательная база для Сообщества – Директива 2004/8/ЕС (от 11 февраля) о развитии когенерации на основе полезного тепла на внутреннем энергетическом рынке. Она должна быть внедрена членами ЕС в течение двух лет.
Целью документа является создание базы для развития когенерации на основе спроса на полезное тепло на внутреннем энергетическом рынке, а также мобилизация неиспользуемых резервов. При этом учитываются специфические национальные особенности, в частности климатические и экономические условия.
Директива о когенерации должна стать инструментом для оптимизации существующих и создания новых высокоэффективных когенерационных установок на внутреннем энергетическом рынке. Для создания одинаковых условий важна четкость регламентирующей базы и в некоторых случаях – финансовая помощь. Это, в частности, относится к текущему процессу либерализации, когда внутренний энергетический рынок еще не сформирован, а внешние расходы недостаточно отражены в ценах на энергию.
В среднесрочном и долгосрочном периоде Директива будет способствовать созданию таких условий, чтобы когенерация стала ключевым элементом при принятии решения об инвестициях в новые генерирующие мощности.
Вопрос о когенерации вынесен на широкое обсуждение специалистов энергетического сектора ЕС. Директива содержит определения и методы расчетов (продуктов когенерации, топлива и т. д.). Кроме того, в ней определены требования для членов ЕС – процедуры сертификации когенерационных установок, анализ собственного потенциала по применению высокоэффективных установок и разработка стратегий для реализации этого потенциала.
Цель внедрения когенерационных установок определена в Директиве как экономия энергии более чем на 10% по сравнению с раздельным производством тепла и электричества.
В целях продвижения когенерации на рынок в среднесрочном периоде Директива обязывает страны Сообщества определить потенциал использования высокоэффективной генерации и подготовить отчет с отдельным анализом причин, препятствующих совместной генерации, и необходимых мер для их преодоления.
Для определения потенциала каждой страны необходим обзор с указанием существующего спроса/предложения энергии в стране. В нем должна быть дана текущая ситуация на рынке энергии, энергопотребление по различным видам топлива, а также описание существующих технологий по раздельному и совместному производству тепла и электроэнергии, описание климатических условий и указание потерь энергии при ее передаче и распределении.

Определение спроса на полезное тепло и охлаждение
Когенерация объединяет производство тепловой и электрической энергии, поэтому необходимо быть уверенным в том, что они найдут реальный спрос. Электричество может поступать на рынок и продаваться там, где оно востребовано. Тепло же гораздо труднее транспортировать на большие расстояния или хранить в течение продолжительного периода времени. В связи с этим выбор места для установки совместной генерации должен быть основан на реальной потребности в тепле в данное время и в нужном месте.
Реальная потребность в тепле существует на рынке услуг отопления и горячего водоснабжения, на рынке технологического пара и горячей воды, а также услуг охлаждения, которое может обеспечиваться за счет тепловой энергии.
Статистическая база для оценки потребности в тепле существенно отстает от других секторов. Конечное потребление тепла обычно не измеряется, а данные международной и национальной статистики не соответствуют друг другу. Спрос на тепло и холод в различных секторах необходимо проанализировать на основе данных по этим секторам, а также на основе расчетных данных и результатов, полученных опытным путем. Важными факторами для оценки являются значения нагрузок на тепловые сети и сезонные графики теплопотребления.

Потенциал совместной генерации
Потенциал когенерации определяется как выбранными технологиями, так и рынком, где эти технологии применяются. Поэтому для оценки потенциала развития когенерации следует более детально изучить рынок электрической и тепловой энергии.
При реализации проектов по когенерации необходимо учитывать как техническую, так и экономическую сторону. Многие проекты часто обречены на неудачу по причине неправильного распределения нагрузки на тепловую и электрическую часть, невыгодных изменений цен на топливо, тепло и электричество, недостаточной мощности и т. д. Число экономически приемлемых вариантов гораздо меньше, чем набор технически допустимых схем когенерации.
Также важна и структура национального и регионального энергетического рынка, в котором совместная генерация должна быть экономически эффективна. Системы снабжения электрической энергией предполагают применение различных производственных технологий с различными характеристиками. Обычно такие капиталоемкие электростанции, как атомные и крупные гидроэлектростанции, производят электроэнергию по предельно низкой стоимости – для этого они и строятся, так как капитальные вложения окупаются за счет низкой стоимости энергии. С другой стороны, тепловые электростанции производят энергию по более высокой предельной стоимости, но являются менее капиталоемкими. Когенерационные установки находятся примерно посредине между ними и поэтому составляют конкуренцию поставщикам энергии как для базовой, так и для пиковой нагрузки. Синяя линия на рис. 1 представляет собой кривую предложения производителя, красная линия слева – мощность установки или тип установок с минимальными предельными затратами на производство электроэнергии, а красная линия справа – общую установленную мощность всех установок в системе. Если потребность в электричестве находится на уровне Dlow, что меньше установленной мощности, то рыночная цена будет равна Plow , что соответствует предельным расходам на генерацию для предельной установки или для типа установок в системе. Если спрос на электричество будет составлять Dhigh, что выше установленной мощности, то мощность системы потребуется увеличить за счет ввода в эксплуатацию новых производственных единиц. В этом случае рыночная цена будет равна стоимости генерации Phigh на новой установке, включая капитальные затраты и постоянные расходы.
Чтобы объективно оценить реальный потенциал рынка электроэнергии, вырабатываемой когенерационными установками, необходимо детально проанализировать настоящую ситуацию на рынке и возможные перспективы его развития.
После значительного уменьшения избыточной мощности когенерационные установки должны стать выгодным вариантом. Например, в Северной электрической системе вопросы перспективной мощности уже активно обсуждаются. С другой стороны, проблемы, обусловленные недостаточной гибкостью систем по сравнению с ветровыми электростанциями, а также проблемы установок когенерации в электрической системе Дании были вынесены на обсуждение с опозданием.
Возможность инвестиций в когенерационные установки должна быть проанализирована как в условиях общего рынка, так и локального. Соответственно, нужны значительные усилия для повышения гибкости при внедрении разрабатываемых решений на рынке тепловой энергии, а также для принятия своевременных ответных мер, вызванных колебаниями цен на газ.

Национальные стратегии развития когенерации
Создание надежных рынков энергии, вырабатываемой когенерационными установками, требует детального анализа. Взаимосвязь производства тепла и энергии, высокая монополизация рынка услуг центрального отопления, а также внедрение установок когенерации для снижения нагрузки на окружающую среду – все это требует тщательного согласования.
Экономический анализ и планы развития энергетического сектора по наименьшей стоимости должны формировать основу для разработки стратегий развития когенерации, а также для существующих операторов и потенциальных инвесторов. Децентрализованное производство энергии создает настоящий рынок. Тем не менее, его прозрачность и контроль будут иметь большое значение для обеспечения эффективной работы рынка.
Многие производители энергии, использующие технологии когенерации, столкнулись с ростом цен на газ и одновременным снижением цен на электроэнергию, что поставило под угрозу экономическую устойчивость когенерации. Оба рынка все еще находятся в переходном периоде и далеко не равновесны в разных частях ЕС. Это создает неопределенность и ориентирует на краткосрочные решения.
Такая ситуация на рынке является неблагоприятной для малых и менее конкурентоспособных производителей энергии. Современные рыночные условия привели к тому, что стимулы для повышения существующей мощности или инвестирования в новые генерирующие мощности значительно снижены. Следует разработать план повышения производства энергии с использованием технологий когенерации и с применением соответствующих инструментов и политических решений.
Экологические «выгоды» при совместном производстве энергии также следует принимать во внимание. Требования и обязательства по снижению выбросов SO2 и СО2 являются важными приоритетами для энергетики. Необходимо будет осуществить расчет снижения выбросов оксидов углерода для каждой страны с учетом их обязательств. Будущий рынок квот на выброс оксидов углерода считается важным инструментом для развития технологий когенерации. Экологические преимущества совместной выработки тепла и электричества/теплофикации перед раздельной генерацией также должны быть отражены в национальных энергетических программах.
Когенерационные установки различаются по типу применяемого двигателя, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки и в большей или меньшей степени подходит для применения в конкретном проекте. Следует очень серьезно оценивать каждый вариант, чтобы определить оптимальный как с экономической, так и с технической точки зрения.
Национальные стратегии по развитию когенерации должны создавать гибкие, но устойчивые основы, которые обеспечат выгодные условия как для инвесторов, так и для операторов проектов. Турбины и Дизели