Как считать окупаемость тригенерации — формулы и ловушки

Окупаемость тригенерации считается в два шага. Сначала сравниваем годовые затраты двух вариантов: сеть, электрические чиллеры и котельная против газопоршневой установки (ГПУ) с абсорбционной машиной (АБХМ). Разница затрат и есть годовая экономия. Потом делим на неё разницу вложений: получается простой срок окупаемости в годах.

Здесь разобраны формулы, ловушки, которые портят ТЭО, и данные, которые надо собрать до расчёта. Готовые результаты для шести объектов лежат на странице ТЭО тригенерации, а посчитать свой объект можно в калькуляторе.

Как считается экономия простыми словами?

Модель компании строится из шести шагов.

Если тепла двигателя не хватает на весь холод, недостающее делает чиллер от той же ГПУ, тепла становится больше, и расчёт повторяется до сходимости. Доля холода из бросового тепла в шести моделях получилась от 80 до 100 %.

Допущения модели перечислены ниже, в разделе «Какие допущения стоят в модели».

Откуда берётся тепло для холода

С мегаватта газа ГПУ даёт около 400 кВт электричества и около 450 кВт тепла, около 150 кВт теряется. Это и есть 40 % электричества, 40–45 % тепла и 80–85 % использования топлива. АБХМ на горячей воде с коэффициентом около 0,8 превращает 450 кВт тепла примерно в 360 кВт холода. В расчёте модели стоит более осторожный коэффициент 0,75.

Сколько тепла уходит в градирню

АБХМ сбрасывает в градирню больше тепла, чем чиллер: 2,45 кВт на 1 кВт холода у одноступенчатой машины, 1,72 у двухступенчатой, около 1,20 у чиллера с COP 5. Поэтому градирня в схеме с АБХМ почти вдвое больше, а воды она испаряет заметно больше. Это учтено в строках воды и вложений.

Что даёт электричество, а что холод?

Главная часть экономии идёт от собственного электричества. Газ стоит 9 ₽/м³, в кубометре 9,3 кВт·ч, двигатель с КПД 40 % превращает их в электричество, и газ на киловатт-час обходится в 2,42 ₽. Прибавляем сервис 1,3 ₽, и своя энергия стоит 3,72 ₽ против 10 ₽ из сети. Эта разница работает на всю выработку.

Холод на этом фоне вторичен по деньгам, но нужен по смыслу. Он даёт теплу двигателя занятие круглый год: зимой оно греет здание, летом идёт в АБХМ. И он снимает с сети нагрузку электрических чиллеров, а значит, уменьшает и мощность, которую пришлось бы подключать. Вот почему в расчёте для бизнес-центра срок выходит 6,8 года: электрической нагрузки мало, а холод нужен лишь 1200 часов в год.

С каким чиллером сравнивать: COP 3 или 5,5?

Это решает больше любого тарифа. Если взять в базу старый чиллер с сезонным COP 3, тригенерация выглядит эффектно. Если взять современный с фрикулингом (охлаждением наружным воздухом), COP около 5,5, преимущество на холоде заметно меньше.

На модели газовой АБХМ без ГПУ на 5000 кВт холода против чиллера с COP 3 это видно по размаху экономии при изменении параметра на ±20 %:

Для сравнения с современным моноблоком, а не со старым чиллером, та же газовая АБХМ окупается около 11 лет, а с учётом платы за присоединение мощности около 6,8 года. Поэтому в наших шести расчётах чиллер для сравнения выбран честный: у центра обработки данных COP 5,5, у остальных 3,5–4. Тригенерация держится и против такого чиллера, потому что основная экономия идёт от электричества, а не от холода. Но если вы сравниваете только АБХМ с чиллером, без ГПУ, спрашивайте у подрядчика, какой COP в базе.

Сколько часов нагрузки нужно?

Для АБХМ окупаемость обычно приемлема от 3000–4000 часов холода в год, ниже 2000 часов не окупается. Для тригенерации с утилизацией выхлопа ORNL называет круглогодичную базовую тепловую нагрузку и не менее 4500 часов в год. В модели компании нагрузка задана эквивалентными часами полной нагрузки: 6130 у центра обработки данных, 3456 у молочного завода, 2200 у торгового центра, 1200 у бизнес-центра.

Как отбирают проекты в мировой практике?

Американские программы DOE и EPA для комбинированной выработки давно используют скрининг: вопросы, которые отсеивают объекты до всякого ТЭО.

Дополнительно считают спред: разницу между ценой электричества из сети и ценой собственной энергии с учётом газа и обслуживания. Для тригенерации летом абсорбция выравнивает нагрузки и снижает пик и платежи за мощность. На проекте в Остине (2004 год, отчёт ORNL) расчётная окупаемость была 7 лет, эффективность по факту 74 % при расчётных 79 %.

Какие ловушки портят ТЭО?

В ТЭО разных лет повторяются одни и те же ошибки. Калькулятор устроен так, чтобы их исключить.

Что важнее всего влияет на результат?

Порядок такой, от самого сильного.

1. База сравнения: какой COP у чиллера и есть ли свободная электрическая мощность.

2. Эквивалентные часы нагрузки. Ниже 2000 часов АБХМ не окупается, выше 4000 выигрыш растёт линейно.

3. Тариф электричества и стоимость присоединения. Тариф работает на каждый киловатт-час, присоединение разовое, но может перекрыть разницу в цене машин.

4. Источник тепла: бросовое тепло ГПУ или покупное тепло и газ.

5. Цена газа. Пока газ ниже 11 ₽/м³, он слабее тарифа примерно в пять раз.

6. COP АБХМ, срок службы, ставка дисконта, рост тарифов.

Дисконтированная окупаемость длиннее простой в 1,3–1,6 раза.

Какой коридор сроков честен?

Одна цифра в ТЭО всегда выглядит убедительнее, чем есть. Мы показываем коридор: расчётную экономию при тарифе 10 ₽ и газе 9 ₽ и осторожную при тарифе 7,5 ₽ и газе 12 ₽.

По нашему опыту российские заказчики готовы рассматривать срок до 3–3,5 года, максимум около 4 лет, а семь лет считают непривлекательным. Если осторожная цифра вас устраивает, проект стоит делать. Если устраивает только расчётная, рискованно.

Какие допущения стоят в модели?

Одни для всех шести расчётов и для калькулятора: тариф сети 10 ₽/кВт·ч, газ 9 ₽/м³, вода 50 ₽/м³, КПД ГПУ 40 % по электричеству и 45 % по теплу, сервис ГПУ 1,3 ₽/кВт·ч. Ориентиры вложений: 78 тыс. ₽ на кВт электрической мощности, 65 тыс. ₽ на кВт холода (станция с АБХМ, градирнями, насосами и автоматикой) и 30 тыс. ₽ на кВт холода для чиллера в базе. Это ориентиры модели компании 2026 года, они заменяются ценой из КП. Срок простой, без дисконта, роста тарифов и резервных ГПУ.

Какие данные нужны для настоящего расчёта?

Чтобы запросить подбор, соберите данные по опросному листу. Пока хоть один пункт пуст, отправлять запрос рано.

Три вопроса определяют экономику: фактический тариф, часы и профиль нагрузки, цена часа простоя. Подбор ГПУ и оборудования Thermax и NCT идёт по этому листу. Градирни, чиллеры и драйкулеры NCT описаны на страницах градирни и драйкулеры.

Если вы готовы считать свой объект, оставьте заявку на расчёт ТЭО или начните с калькулятора. Типичные причины провала описаны на странице ошибки тригенерации.

Источники

• ORNL и DOE CHP TAP, CHP Project Screening, 2022: https://bptraining.ornl.gov/wp-content/uploads/2022/12/Session-2-CHP-Project-Screening-2022-12-01-FINAL.pdf
• DOE Midwest CHP TAP, Combined Heat and Power Resource Guide, 2015: https://www.energy.gov/sites/default/files/2019/01/f58/CHPGuide2015.pdf
• DOE и Midwest CHP Application Center, CHP Resource Guide for Hospital Applications, 2007: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2013/11/f4/chp_hospital_guidebook_2007.pdf
• ORNL, Berry и др., Advanced absorption chiller converts turbine exhaust to air conditioning, 2005: https://webarchive.library.unt.edu/web/20080920092112id_/http://www.ornl.gov/sci/engineering_science_technology/cooling_heating_power/pdf/ISHPC-095-2005.pdf

Частые вопросы