Комбинированный способ выработки электроэнергии и теплая имеет значительные экономические преимущества. В результате применения этого способа, доходы от реализации выработанных теплоты и электроэнерги на единицу количества сожженного топлива возрастают в сравнении с доходами, которые полученные от реализации выработанных теплоты и электроэнерги в отдельности - в котельных и на конденсационных электростанциях. Например, если стоимость тепла, полученного с 1 м3 газа в обычной котельной, составляет 0.448 грн. при стоимости газа 0.226 грн./ м3, а стоимость электроэнергии полученной с 1 м3 газа на конденсационной электростанции 0.36 грн., то стоимость полученной продукции при комбинированном производстве электроэнергии и теплоты с 1 м3 газа составляет 0.616 грн. В среднему стоимость выработанной с 1 м3 газа продукции по комбинированной схеме по сравнению с обычной повышается на 35-40%, при существующих сегодня ценах. Но эта стоимость будет возрастать при росте цен на электроэнергию. К девальвации гривны эта разность в стоимости составляла 52%.
Из 1 м3 газа, при сжигании его с к.п.д. 0.85, можно получить около 8 кВт*год тепловой энергии (28,8МДж) или около 2.8 кВт*год электроэнергии (к.п.д 30%) . Цена 1 м3 газа потребляемого городскими котельнями - 0.226 грн. Стоимость 1Гкал - около 65 грн. Стоимость теплоты, полученной из 1 м3 газа в городских котельнях - 0.056 х 8 кВт*час = 0.448 грн. Стоимость электроэнергии, полученной из 1 м3 газа составляет 0.12 х 2.8 кВт*час =0.34 грн. (Стоимость газа в 1 кВт*час теплоты - 0.028 грн., а в 1 кВт*час электроэнергии - 0.096 коп., при стоимости 0.288 грн/м3 ).
При изготовлении электроэнергии на конденсационных электростанциях из 1 м3 газа получают 2.8 кВт*час электроэнергии, а около 6.8 кВт*час теплоты выбрасывается в окружающую среду. Если же перейти на комбинированное производство электроэнергии и теплоты, то с 1 м3 газа можно вырабатывать около 2.8 кВт*час электроэнергии, а около 5 кВт*час использовать для отопления или гарячего водоснабжения. В этом случае стоимость полученной из 1 м3 газа теплоты и электроэнергии будет: 2.8 кВт*час х 0.12 + 5 кВт*час х 0.056 = 0.616 грн., т.е, сжигая 1 м3 газа при таком способе, можно получить на 0.616 - 0.448 = 0.168 грн. больше, или на 0.168 : 0.448 х 100% = 38 % больший доход.
Кроме экономических преимуществ, изготовление тепла и электроэнерги комбинированным способом значительно снижает затрату топлива (близко 50%), поскольку разрешает использовать то тепло, которое почти не используется на конденсационных электростанциях.
По данным работы [1] в Украине на отопление и горячее водоснабжение имеющегося жилого фонда используется 70-75 млн. т.у.т., из них около 34 млрд. м3 газа. При этом, около 30-50% выработанной теплоты теряется из-за эксплуатации малоэффективного и изношенного оборудования, аварийного состояния инженерных сетей, низких теплозащитных свойств заградительных конструкций зданий и т.д. [1-3].
Эффективное сжигание всего объема топлива, которое используется сегодня для отопления и горячего водоснабжения по теплофикационному циклу разрешило бы вырабатывать около 200 млрд. квт*час. электроэнергии, которая превышает ее выработку на всех электростанциях Украины за год (в 1997 году было выработано 177 млрд. кВт*час). А за счет устранения потерь, которые имеют место при настоящем транспортировании и потреблении тепла, можно компенсировать затраты тепловой энергии, которая необходимая для производства электроэнергии на ТЭЦ. Таким образом, полное использование на ТЭЦ топлива, которое тратится сегодня в Украине на отопление и горячее водоснабжение, а также эффективная теплоизоляция теплосетей и зданий дало бы возможность обеспечить полностью наши потребности в тепле и электроэнергии. Внедрение комбинированного способа производства теплоты и электроэнергии и их сберегательное использование разрешило бы отказаться от производства электроэнергии на атомных и тепловых конденсационных электростанциях. При этом отпадёт необходимость импортировать ядерное топливо и на 30 млн. т.у.т. сократится потребление энергоносителей, которые сегодня сжигают на тепловых конденсационных электростанциях. Значительное снижение, приблизительно на 52 млн. т.у.т, потребление химического и ядерного топлива существенно снизит количество вредных выбросов и тепловое загрязнение окружающей среды. Уменьшение потребления энергоносителей на 30 млн. т.у.т. позволило бы снизить импорт природного газа на 26 млрд. м3, что означало бы экономию средств в размере 2.1 млрд. долларов. Если сюда добавить средства, которые идут на закупку ядерного топлива, то экономия окажется еще большей и будет составлять вцелом около 4 млрд. долларов в год.
Конечно, реализация такого глобального проекта довольно таки проблематична, но приведенные расчеты являются свидетельством мощного потенциала энергосбережения за счет эффективного использования высокопотециальной составляющей теплоты сгорания топлива, которое используется для отопления и горячего водоснабжения. Сегодня у нас процент маленьких промышленных и коммунальных ТЭЦ в производстве тепла составляет менее 10%, тогда как процент их в производстве тепла в Финляндии составляет - 43%, в Германии - 53%, в Голландии - 67%, Великобритании и США - более 90% [1]. Последние цифры являются доказательством того, что такой проект является реальным. Для его реализации необходимо создать национальную программу по перестройке всей топливно-энергетической области. Нужны значительные средства для реконструкции теплоэнергетических предприятий, инженерных сетей, проведение мероприятий по теплоизоляции зданий. С другой стороны, вследствие их значительного физического и морального износа, такие изменения, так или иначе, необходимо будет проводить уже в ближайшее время. Большие затраты на техническое переоборудование теплоэнергетических предприятий с переходом их на комбинированное производство тепла и электроэнерги быстро окупятся.
Например, УкрЭСКО работает над реализацией нескольких инвестиционных проектов по трансформации обычных котельных на комбинированное производство электроэнергии и теплая.
Так, государственная компания "Энергия", что вырабатывает тепло для ряда фабрик и горячую воду для центрального отопления города Обухов, предлагает установку паровых турбин для производства электроэнергии как для внутреннего потребления, так и на продажу. Затраты на инвестицию составляют 4,0 млн. долл. США с дальнейшей чистой годовой экономией для компании 2.1 млн. долл. США.
Установка паровой турбины с генератором на Житомирском заводе химических волокон будет стоить близко 550 тыс. долл. США, которое обеспечит годовую финансовую экономию 33% от суммы инвестиции.
Мероприятия по замене тепловых магистралей и утепления зданий имеют срок окупаемости приблизительно - 4-6 лет [4].
Реорганизации энергетики на ориентацию получения электроэнергии и тепла на ТЭЦ оказывает содействие высокая степень централизации системы снабжения тепла и горячей воды. Сегодня такая система теплоснабжения жилого фонда вызовет справедливые замечания вследствие ее высоких потерь и высокой стоимости. Поэтому планируется проведение децентрализации системы теплоснабжения за счет использования кровельных котельных и индивидуальных нагревателей. Следует заметить, что такая тендеция является ошибочной и вредной с точки зрения энергосбережения. Без централизованной системы теплоснабжения практически невозможно использовать високопотенциальную составляющую теплоты сгорание топлива. С другой стороны, недостатки централизованной системы теплоснабжения можно устранить, если снизить потери тепла при транспортировании и использовании его для обогрева зданий. Реконструкция котельных в теплоцентрали, замена труб тепловых трасс на современные трубы с пенополиуритановой изоляцией, тепловая изоляция зданий, установка теплообменных пунктов и современных приборов регулирования и контроля позволит снизить в два-три раза оплату за теплоснабжение, при сохранении высокого уровня комфортности и меньших капитальных затратах. Переход на децентрализованную систему теплоснабжения требует дорогого оснащения и не выключает необходимости тепловой изоляции зданий, поэтому будет требовать не меньших капитальных и эксплуатационных затрат, но экономия средства и топлива при этом будет меньшая.
Применение труб с пенополиуритановой изоляцией позволит снизить потери тепла при его транспортировании с 20-30% до 1%, при нормативных - 8% [5]. Современные технологии и новые теплоизоляционные материалы дают возможность уменьшить затраты тепла на обогрев зданий на 50-70% [1,4]. Проведение этих мероприятий позволит использовать до 30% теплоты для выработки электроэнергии без изменения сегодняшних объемов потребления топлива, которое используется для отопления и горячего водоснабжения. За счет средств, полученных от реализации дополнительно выработанной электроэнергии, можно будет покрывать затраты на топливо, которое используют в теплоснабжении. Таким образом, после периода окупаемости затрат на реконструкцию, учитывая эксплуатационные затраты, стоимость снабжения теплоты для потребителей можно будет снизить в два-три раза.
Децентрализация системы теплоснабжение связана еще с одной проблемой - преждевременным разрушением централизованной системы. Уменьшение количества потребителей тепла от больших котельных, при децентрализации системы теплоснабжения, вызовет снижение их рабочей мощности, а затем и эффективности вследствие падения коэффициента полезного действия и увеличения эксплуатационных затрат. Все это приведет к увеличению стоимости теплоты и возрастанию бюджетных расходов на их покрытие, или - к банкротству котельных.
Правильная организация централизованной системы теплоснабжения с комбинированной системой выработки электроэнергии и теплоты, кроме экономии средств и топлива, имеет дополнительные преимущества, поскольку будет создавать возможность маневра мощностями при пиковых погрузках и в экстремальных ситуациях. Большое количество электрогенерующих установок маленьких и средних мощностей, при создании высокоэффективной системы централизованного управления, разрешит легко маневрировать их общей мощностью в зависимости от потребностей.