CC BY
9
© Е.С. Дремичева, А.А. Эминов УДК 662.641
ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОРФА В
ЭНЕРГЕТИКЕ
Дремичева* Е.С., Эминов А.А.
Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
*ORCID: https://orcid. org/0000-0002-3 752-2326, *lenysha@mail. ru
Резюме: ЦЕЛЬ. В условиях нефтегазового кризиса в мире обостряются энергетические проблемы. В связи с этим для решения экономических проблем и перехода на «зеленую» энергетику все более актуальным становится поиск доступных возобновляемых экологических топливных источников. Это обуславливает возвращение интереса к торфу как к топливу. Цель работы заключается в определении перспектив торфа в биоэнергетике. МЕТОДЫ. В статье проведен анализ состояния энергетики в целом и биоэнергетики в частности в рамках ЦУР №7 и 13, оценка потенциала биотоплива для наращивания биоэнергетических мощностей в Российской Федерации, динамика производства торфа в России. Также приведен прогнозный топливно-энергетический баланс Российской Федерации до 2035 года по добыче и потреблению. Были проведены расчеты количество торфа, каменного угля, мазута и природного газа для сжигания в котельной установке производительностью 10000 Гкал/год, а также количество образующихся выбросов в окружающую среду при сжигании данного топлива. РЕЗУЛЬТАТЫ. Получено, что торф хоть и является энергетическим топливом, в настоящее время в рост производства торфа основной вклад вносит только сельское хозяйство. Однако использование торфа в качестве топлива может быть успешно реализовываться в тех районах, в которых отсутствует газификация, которые удалены от мощных энергетических центров и в тех районах, где находятся торфяные залежи. По приведенным расчетам получили, что для котельной установки производительностью 1,14 Гкал/час экономия от сжигания торфа влажностью 40% вместо природного газа составит 10621,51 тыс. руб./год. Однако экологически обоснована только замена каменного угля на торф, и только в части выбросов оксидов серы и взвешенных веществ, а политика декарбонизации, которая является одним из приоритетных направлений, при использовании торфа реализована быть не может. Проведенный анализ существующих технологий, реализующихся в энергетике, показал, что, например, в Европейском Союзе реализуется совместное сжигание биотоплива и угля - Co-Firing. Именно в такой технологии может быть реализовано энергетическое использование торфа в нашей стране. ВЫВОДЫ. Технология совместного сжигания за счет замены части угля на торф может быть реализована с минимальными вложениями на угольных котельных, при этом снижаются выбросы углекислого газа, серы и оксидов азота. Таким образом, совместное сжигание может быть экономически и экологически целесообразным. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В обозримом будущем в Российской Федерации торф может быть использован по своему прямому назначению в качестве топлива.
Ключевые слова: биотопливо; торф, экономическое обоснование; удельные выбросы загрязняющих веществ; Co-Firing.
Для цитирования: Дремичева Е.С., Эминов А.А. Эколого-экономические аспекты использования торфа в энергетике // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2022. Т. 14. №1 (53). С. 96-108.
ENVIRONMENTAL AND ECONOMIC ASPECTS OF THE USE OF PEAT IN THE ENERGY SECTOR
ES. Dremicheva*, AA. Eminov
Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia
*ORCID: https://orcid. org/0000-0002-3 752-2326, *lenysha@mail. ru
Abstract: THE PURPOSE. In the context of the oil and gas crisis in the world, energy problems are exacerbated. In this regard, to solve economic problems and the transition to "green" energy is becoming more and more urgent search for available renewable environmental fuel sources. This determines the return of interest in peat as a fuel. The purpose of the work is to determine the prospects of peat in bioenergy. METHODS. The article analyzes the state of the energy sector in general and bioenergy in particular within the framework of SDG №7 and 13, estimates the potential of biofuels to increase bioenergy capacity in the Russian Federation, and the dynamics of peat production in Russia. Also the forecast fuel and energy balance of the Russian Federation until 2035 in terms of extraction and consumption is given. Calculations of the amount of peat, hard coal, fuel oil and natural gas for combustion in a boiler unit with the capacity of 10000 Gkal/year were made, as well as the amount of emissions into the environment when burning this fuel. RESULTS. It is obtained that although peat is an energy fuel, currently the main contribution to the growth of peat production is made only by agriculture. However, the use of peat as a fuel can be implemented in areas with undeveloped network infrastructure (rural areas) and remote from the network infrastructure (zones of decentralized energy supply). According to the calculations given above, for a boiler unit with 1.14 Gcal/hour capacity savings from combustion of peat with 40% moisture content instead of natural gas will amount 10,621.51 thousand rubles/year. However, only replacement of hard coal by peat, and only in terms of sulfur oxides and suspended solids emissions is environmentally justified, and the policy of decarbonization, which is one of the priorities, cannot be implemented when using peat. The analysis of existing technologies, implemented in the energy sector, showed that, for example, in the European Union, co-firing of biofuels and coal - Co-Firing - is implemented. It is in this technology can be implemented energy use of peat in our country. CONCLUSIONS. With co-combustion, by replacing part of the coal with biomass, the emission of carbon dioxide, sulfur and nitrogen oxides is reduced. This technology can be implemented with minimal investment in coal-fired boiler plants. Thus, co-combustion can be economically and environmentally feasible. CONCLUSION. Thus, in the foreseeable future in the Russian Federation peat can be used for its direct purpose as a fuel.
Keywords: biofuel; peat; business case; specific pollutant emissions; Co-Firing.
For citation: Dremicheva ES, Eminov AA. Environmental and economic aspects of the use of peat in the energy sector. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2022;14;1(53):96-108.
Введение
Установленные в 2015 г. Генеральной ассамблеей ООН цели устойчивого развития нацелены на улучшение благосостояния и защиту нашей планеты. Всего принято 17 целей устойчивого развития, и цель №7 касается энергетики, а именно обеспечения всеобщего доступа к недорогим, надежным, устойчивым и современным источникам энергии для всех.
Энергия играет ключевую роль в достижении продовольственной безопасности и улучшении питания. Современные продовольственные системы в значительной мере зависят от ископаемых видов топлива, потребляя около 30 % доступной для использования энергии.
Генеральной ассамблеей ООН также принята цель устойчивого развития, касающаяся борьбы с изменением климата - цель №13. В рамках данной цели разработан перечень задач и индикаторов, к числу которых входит снижение выбросов парниковых газов.
Чтобы повысить эффективность работы всех отраслей промышленности, при этом одновременно потребляя меньше энергии, производственные и сельскохозяйственные объекты должны постепенно снижать свою зависимость от ископаемого топлива и
увеличивать долю возобновляемых источников энергии, которые также снижают степень воздействия на изменение климата [1].
В данной работе рассматриваются возможности биоэнергетики в Российской Федерации и состояние торфяной промышленности в данном аспекте.
Научная новизна представленной работы заключается в оценке возможности потенциала местных видов биомассы, в том числе торфа, для использования в региональной экономике в целях энергетической независимости от привозных топлив. В последнее время в мире, в том числе и в РФ, наблюдается тенденция к росту потребления твердого топлива в котельных агрегатах и установках. Результаты исследования позволяют произвести расчет экономии от сжигания торфа взамен природного газа, мазута либо каменного угля.
Практическая значимость заключается в обосновании возможности энергетического использования торфа на объектах местной энергетики и получения теоретических основ для дальнейшей разработки технических и технологических решений реализации поставленной задачи.
Литературный обзор
Биоэнергетика - это отрасль альтернативной энергетики, основанная на использовании биотоплива, производимого из биомассы. В свою очередь, наращивание объемов биомассы происходит из веществ органического происхождения, в том числе отходов сельского, лесного хозяйств, коммунальных служб и т.д.
В настоящее время биоэнергетика (получение энергии из биомассы) является одним из приоритетных направлений производства энергии из возобновляемых источников в мире. Например, в Европейском Союзе энергия биомассы составляет почти 70 % от всей энергии из возобновляемых источников. Из биомассы и отходов в ЕС производится около 15 % потребленной тепловой энергии, почти 4 % потребленной электроэнергии и более 4 % моторных топлив уже сегодня. В официальные планы ЕС входит удвоить эти показатели к 2025 г. [2].
Вопросы о происхождении, использовании, преимуществах и недостатках, а также практическом обосновании биоэнергетического потенциала рассматриваются достаточно широко как в нашей стране, так и за рубежом [3-7].
В работе [3] анализируется роль биоэнергетики в процессе экологизации экономики ЕС. Автор работы [4] рассматривает вопросы исследования развития биоэнергетики как составляющей обеспечения энергетической безопасности в РФ. В цикле работ авторов [5] рассмотрены возможности реализации биоэнергетического потенциала России, а также выполнен обзор эффективных технологий термической конверсии биомассы и описаны новые возможности по использованию биотоплива. В соответствии с ЦУР №7 и ЦУР №13 авторы работ [6, 7] попытались раскрыть подходы биоэнергетики и биопереработки для обеспечения экологической и экономической устойчивости.
Понятия биотоплива, биомассы и биоэнергии раскрываются в шведском стандарте SS 187106. Биотопливо - топливо, для которого исходным материалом служит биомасса или торф, при этом топливо может подвергаться химическим изменениям или переработке, а также быть использовано ранее в других целях. Биомасса - материал биологического происхождения, не подвергавшийся или незначительной химической обработке. Биоэнергия - энергия, получаемая из биомассы или торфа.
Согласно этому стандарту биотопливо разделяют на пять подгрупп:
1. Древесина, не подвергшаяся химической обработке.
2. Сельскохозяйственные энергетические культуры - энергетические сорта древесины (ива, тополь и др.); рапс, кукуруза, сахарный тростник и т.д.
3. Биотопливо из отходов - ЛОР-топливо, канализационные газы на очистных сооружениях, свалочный газ (депонигаз) и т.д.
4. Торфяное топливо (торфяные брикеты, кусковой и фрезерный торф).
5. Побочный продукт целлюлозно-бумажной промышленности - щелоки [8].
По данным Государственного энергетического агентства Российской Федерации государство имеет все необходимые условия для производства биотоплива и по земельным ресурсам и растительному потенциалу, и по наличию собственных производственных мощностей [9].
Благодаря своему выгодному географическому расположению и дальнейшему развитию лесной и сельскохозяйственной отраслей, Российская Федерация имеет шанс стать экспортером биотоплива в страны Европы, поскольку там биоэнергетика развивается быстрее, чем в России. Прежде всего, речь идет об экспорте в ЕС пеллет (топливных гранул из торфа, опилок, соломы и т.п.) из-за низких затрат на их перевозку. Объемы могут достигать 150 млн т, что равняется совокупному объему производства до 300 крупных заводов.
Методы
Была проведена оценка потенциала биотоплива в Российской Федерации (рис. 1) [10]. Из данного анализа следует, что в общем потенциале биотоплива для наращивания энергетического потенциала наибольший удельный вес занимают торф (30,2 %), солома зерновых культур (23,1 %), и энергетические культуры (ива, тополь, мискантус) - 21,1 %; а наименьший удельный вес - биогаз из сточных вод (0,8 %).
Более подробно был рассмотрен торф. Торф - это энергетическое топливо и в то же время возобновляемый энергетический ресурс. Его запасы постоянно пополняются в связи с тем, что торфяные месторождения представляют собой естественные биологические системы. Не смотря на то, что скорость пополнения этих запасов крайне низка, запасы торфа в нашей стране огромны [11].
Уже сегодня потенциал биомассы в виде торфяных залежей в России пригоден для рентабельного производства биотоплива (в виде торфяных пеллет), кроме того потенциал торфа многократно превышает всю потребность в электрической и тепловой энергии (более 35 % запасов торфа находится в недрах РФ) [12].
Основным направлением использования торфа является и остается в обозримом будущем удовлетворение потребностей сельского хозяйства и смежных к ней отраслей, а также торф применяется для удовлетворения коммунально-бытовых потребностей в тех регионах, где использование других видов топлива невозможно.
Рис. 1. Оценка потенциала биотоплива для Fig. 1. Assessment of the potential of biofuels to наращивания биоэнергетических мощностей в increase bioenergy capacity in the Russian Российской Федерации Federation
Основными источниками торфа выступают недра Западно-Сибирского экономического района (около 103,9 млрд т), Северо-Западного экономического района (около 19,8 млрд т), Уральского округа (около 9,1 млрд тонн), также значительные запасы
расположены в Дальневосточном и Центральном округах (приблизительно 5,2 млрд тонн) экономических районах. Также Российская Федерация является экспортером торфа и торфяной крошки. Экспорт осуществляется в основном из Калининградской, Псковской областей и Республики Карелия. В 2019-2021 гг. ведущими получателями торфа и торфяной крошки выступили Германия, Китай и Польша [12].
Технически достижимый потенциал торфяных залежей - это доля теоретически возможного потенциала, который добывается и используется для энергетических и других нужд. Технический потенциал рассчитывается по теоретическому потенциалу через коэффициент транспортной доступности. Этот коэффициент в 2021 году для Российской Федерации составлял 0,6 [12].
Экономически целесообразный потенциал - это доля технически достижимого потенциала, имеющего потенциального потребителя, использующего торф в качестве топлива. Экономический потенциал рассчитывается по техническому потенциалу через коэффициент эффективности вложений. Этот коэффициент в 2021 году для Российской Федерации был равен 0,87 [12].
Таким образом, результаты оценки потенциала торфа в России таковы: теоретический - 0,77 млн у.т./год, технический - 0,46 млн у.т./год, экономический - 0,40 млн у.т. /год.
При переводе на условное топливо запасы торфа в Российской Федерации оцениваются по состоянию на 2021 год в 61,3 млрд тонн, что больше запасов нефти и газа, вместе взятых. Ежегодный прирост торфа на территории России оценивается в 250 млн тонн (или 88 млн т.у.т. с учетом его относительной влажности в 65 %) [13].
Добыча торфа с 2008 по 2021 гг. остается приблизительно на одном уровне и составляет в среднем 1,3 млн тонн, с пиками добычи в 2013, 2016 и 2021 гг. Рассмотрим динамику производства торфа в России, начиная с 2015 года, более подробно (рис. 2).
2000
d 1600 а
н я
л 1200 о н о д
g soo
о m d а
| 400 0
2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021
годы
Рис. 2. Динамика производства торфа в России Fig. 2. Dynamics of peatproduction in Russia
Как видно из диаграммы, производство торфа непрерывно растет, за исключением 2017 года, т.к. в 2017 году в основных торфодобывающих регионах были неблагоприятные погодные условия, не позволяющие вести производство на прежнем уровне. Следует отметить, что точкой отсчета выбран 2015 год не случайно. В 2016 г. на федеральном уровне принят законопроект, по которому торфяные ТЭЦ были приравнены с производителями возобновляемой энергии (мощностью до 25 МВт). Торфяные ТЭЦ получили субсидирование расходов на присоединение к электросетям, а также гарантированный канал сбыта выработанной энергии через местные тепло- и электросетевые компании [14]. Однако принятый законопроект не вызвал бурного роста производства торфа и массового перехода ТЭЦ и котельных на данный вид топлива.
В настоящее время в рост производства торфа основной вклад вносит именно сельское хозяйство, за пятилетие добыча и производство торфа для нужд сельского хозяйства составили более 70 % от общей добычи и производства. Это связано с бурным
развитием сельскохозяйственной отрасли, которая получила поддержку государства для реализации программы импортозамещения.
22 декабря 2020 года Государственная Дума РФ приняла поправки в закон «Об электроэнергетике», которые отменили господдержку торфяных электростанций. В настоящее время торф в качестве топлива сжигают только на двух крупных электростанциях: Кировская ТЭЦ-4 в Кировской области и Шарьинская ТЭЦ в Костромской, а также несколько котельных во Владимирской области (общей мощностью 10,18 МВт). Дальнейшие перспективы топливного использования торфа будут зависеть от цены на другие энергоносители.
Прогнозный топливно-энергетический баланс Российской Федерации до 2035 года, приведенный в Энергетической стратегии Российской Федерации показан на рисунке 3.
I уголь | тал
нефть ■ торф
Рис. 3. Прогнозный топливно-энергетический Fig. 3. Forecast fuel and energy balance of the баланс Российской Федерации до 2035 года: а - Russian Federation until 2035: a - production, b -добыча, б - потребление [12]. consumption.
Как видно из диаграммы, в настоящее время и в обозримой перспективе и добыча, и потребление торфа останутся на стабильном уровне.
Однако не следует забывать, что торф - в первую очередь, это природное топливо. И его использование в этом качестве может быть реализовано в региональной экономике в целях энергетической независимости от привозных топлив: в тех районах, в которых отсутствует газификация, которые удалены от мощных энергетических центров, а также где находятся торфяные залежи. Результаты
Нами была проведена оценка количество полученной от сжигания торфа энергии
[15]:
б = т ■ д ,
где Q - энергия топлива (кВт); т - масса топлива (кг); q - удельная теплота сгорания (кВт/кг).
Эквивалентное количество природного газа, необходимого для получения такого же количества теплоты сгорания:
б
р-д = —,
V
где р - плотность топлива, V - объем топлива.
Для расчета экономии от сжигания торфа вместо сжигания природного газа использовалась формула:
С = Р ■ V
пр.газ '
где С - стоимость природного газа, необходимого для получения энергии; Рпр.газ - цена за 1
3
м3 природного газа.
Таким образом, пользуясь данной методикой можно оценить экономию предприятия при переходе с газового топлива на торфа производства в качестве топлива.
Рассчитаем количество торфа для сжигания в котельной установке производительностью 10000 Гкал/год (1,14 Гкал/час). Для сравнения был взят торф с различным содержанием влаги.
Расход реального топлива определяется по формуле:
Вчас = Ос/Он"Пбр >
где бк - теплопроизводительность котла, Гкал/час, - теплотворная способность топлива, ккал/кг, ^бр - коэффициент полезного действия котла, %.
Расчет экономии от сжигания торфа представлен в таблице 1.
Таблица 1
Расчет экономии от сжигания торфа__
Показатели Удельная Масса Количество Эквивалентное Экономия от
торфа теплота топлива, т, полученной количество сжигания торфа
сгорания, q, кВт/кг кг энергии, Q, кВт природного газа, V, м3 вместо природного газа, тыс. руб.
Торф с влажностью 4,198 3451202 14 488 146 1 832 782,5 10 745,3
20%
Торф с влажностью 2,98 4 876 172 14 530 993 1 838 202,73 10 621,5
40%
Торф с влажностью 1,44 10 066 935 14 496 392 1 833 825,7 10 023,9
65%
Средняя цена торфа за 1 т равна 110 рублей.
Тарифы на природный (магистральный) газ в Казани и республике Татарстан с 1 января 2022 года 6,07 руб./м3 [16].
Торф с влажностью менее 20 % получить практически невозможно. Это связано с тем, что энергетические затраты на осушку будут слишком велики, кроме того, такой торф чрезвычайно взрыво- и пожароопасен. Также сложно получить торф с влажностью до 40 %, необходимо применять дорогостоящие методы сушки топлива.
Торф с влажностью более 70 % сжигать не представляется возможным. Вначале энергия будет тратиться на испарении влаги из торфа и разогрев его до температуры воспламенения. Также будет образовываться большое количество дымовых газов, вследствие чего дымосос будет работать под огромными нагрузками. При сжигании торфа с влажностью более 70% котел не сможет набрать номинальную мощность.
Таким образом, подвергающийся сжиганию торф должен иметь влажность в пределах 40-55 %.
Нормальный КПД котлов имеет пределы 80-85%.
Таким образом, для котельной установки производительностью 1,14 Гкал/час экономия от сжигания торфа влажностью 40% вместо природного газа составит от 10621,5 тыс. руб./год.
Таким же образом был произведен расчет затрат при сжигании торфа влажностью 40 % вместо каменного угля Кузнецкого бассейна и мазута М-100. Теплоты сгорания угля и мазута составляют 26,66 и 40,61 МДж/кг, соответственно.
При сжигании торфа взамен угля экономия составит 3 980 тыс. руб./год при стоимости каменного угля 2300 руб./т, а взамен мазута - 24 584 тыс. руб./год при стоимости мазута 19500 руб./т.
Классическая схема сжигания торфа в энергетических котлах предусматривает поставку торфа в виде сухих топливных гранул, что требует высокотехнологического и дорогостоящего оборудования по сушке торфа и производству гранул.
При сжигании фрезерного торфа используется факельный способ, недостатки данного способа - взрыво-пожароопасность, а также интенсивное шлакование поверхностей нагрева котла.
Альтернативным способом сжигания может быть предложено сжигание торфа в кипящем слое, данный способ позволяет эффективно использовать торф с влажностью до 40-50 % без его предварительного размола и сушки до пожароопасного состояния.
Таким образом, можно отметить, что даже частичное замещение газового топлива, мазута и угля на торф для котельных в районах с низкой газификацией позволит существенно снизить затраты на привозное топливо, а также повысить качество энергоснабжения населения и создать новые рабочие места.
Одной из существующих проблем современной энергетики является образование большого числа выбросов в атмосферу при сжигании органического топлива. В целях снижения выбросов парниковых газов Россия не планирует сокращать использование углеводородного топлива, и намерена сохранить имеющуюся структуру производства. Предполагается, что проблема будет решаться за счет более совершенных технологий использования угля и метана, а также вовлечения дополнительных ресурсов экосистем, потребляющих газообразные углеводороды [17]. Также следует отметить направления мероприятий природоохранного значения при использовании торфяного топлива [18, 19].
К числу выбросов, образующихся при сжигании органического топлива, относят оксиды серы, азота, углерода, взвешенные вещества.
Снижение выбросов серы. Среднее содержание серы в торфе составляет 0,3 %. Содержание серы в каменном угле в зависимости от типа залежи и в среднем составляет 2,6 %. Содержание серы в мазуте зависит от содержания серы в сырье, из которого получают мазут. Примем сернистый мазут с содержанием серы 2 %. Содержание серы в природном газе зависит от места добычи и может изменяться от 0 до 5 %. Примем содержание серы в природном газе 0,1 %.
Снижение выбросов оксида азота. Содержание оксидов азота в дымовых газах прямо пропорционально уровню температуры горения соответствующих видов топлива, обеспечивающей практическое отсутствие содержания горючих в топочных шлаках и золе. Данный параметр определяется теплопроизводительностью топлива.
Снижение выбросов диоксида углерода. Углеродный след, или карбоновый след (carbon footprint) - это совокупность выбросов парниковых газов, произведенных прямо и косвенно отдельным человеком, организацией, мероприятием или продуктом. Декарбонизация экономики и стремление к углеродной нейтральности - одна из целей России до 2050 года. В настоящее время цель крупных предприятий - добиться углеродной нейтральности. Коэффициенты для расчета выбросов диоксида углерода при сжигании различного вида топлива приведены в таблице 2 [20].
Таблица 2
Коэффициенты для расчета выбросов диоксида углерода_
Топливо Углеродный след
Природный газ 1,85 т СО2/ (тыс. м3)
Каменный уголь 2,7-2,8 т СО2/т
Торф 1,5 т СО2/т
Топочный мазут 3,1 т СО2/т
Снижение выбросов взвешенных частиц. Данный показатель будет актуальным только при замене каменного угля на торф.
Результаты расчетов по выбросам, образующимся при сжигании различного топлива в котельной установке производительностью 10000 Гкал/год, представлены в таблице 3.
Таблица 3
Расчетные значения выбросов при сжигании различных видов топлива в котельной установке _производительностью 10000 Гкал/год_
топливо Выбросы т/год
Оксиды серы Оксиды азота Диоксид углерода Взвешенные вещества
Природный газ 1,83 33,08 3400 -
Каменный уголь 51,05 35,35 5498 176,73
Торф 1,46 73,14 7317 87,77
Топочный мазут 38,65 23,18 3993 -
По проведенным расчетам было получено, что экологически обоснована только замена каменного угля на торфа, и только в части выбросов оксидов серы и взвешенных веществ. Однако количество углекислого газа будет образовываться больше при сжигании торфа.
Таким образом, экологическая оценка замены угля, мазута и газа на торф не всегда целесообразна. Проведя анализ существующих технологий, реализующихся в энергетике, было обнаружено, что, например, в Европейском Союзе широко реализуется технология совместного сжигания - Co-Firing, когда биотопливо используется как дополнительное топливо к основному - углю.
Совместное сжигание реализуется на таких станциях как Avedore Power Station (Копенгаген, Дания), Drax Power Station (Дракс, Северный Йоркшир, Великобритания), Amercentrale Power Station (Гертрёйденберг, Нидерланды). Следует отметить, на станции Drax Power Station применяется подача биомассы непосредственно в котел, минуя угольные дробилки без дополнительного измельчения.
Наибольшее количество биомассы в настоящее время сжигается на станции Amercentrale, она использует больше биомассы, чем любая другая электростанция в Европе. Технология сжигания на Amercentrale Power Station позволяет сжигать одновременно 35 % биомассы и 65 % угля. И в настоящее время решается вопрос об увеличении биомассы до 50 %, а в перспективе даже до 95 %, оставив 5 % угля для растопки [21].
Проведенные ранее экспериментальные и расчетные данные [21-23] показали, что при совместном сжигании за счет замены части угля на биомассу, снижается выброс углекислого газа, серы и оксидов азота. Так как от сжигания только угля или только торфа можно без каких-либо дополнительных конструктивных изменений перейти на совместное сжигание угля и торфа, то данная технология может быть экономически и экологически целесообразной.
Выводы
1. Литературный анализ показал, что торф хоть и является энергетическим топливом, в настоящее время в рост производства торфа основной вклад вносит только сельское хозяйство.
2. Использование торфа в качестве топлива может быть реализовано на территориях с неразвитой сетевой инфраструктурой (сельских районов) и удаленных от сетевой инфраструктуры (зон децентрализованного энергоснабжения).
3. Были приведены расчеты для котельной установки производительностью 1,14 Гкал/час, экономия от сжигания торфа влажностью 40 % вместо природного газа составила 10 621,51 тыс. руб./год при цене на газ 6,07 руб./м3, взамен каменного угля 3980 тыс. руб./год при стоимости угля 2300 руб./т, и 24 584 тыс. руб./год взамен мазута при его стоимости 19 500 руб./т.
4. По расчету выбросов оксидов серы и взвешенных веществ торф может быть рекомендован для замены угля, однако в части снижения выбросов углекислого газа использование торфа реализовано быть не может.
5. Был проведен анализ существующих технологий, реализующихся в энергетике, показал, что, например, в Европейском Союзе реализуется совместное сжигание биотоплива и угля - Co-Firing. Именно в такой технологии может быть реализовано энергетическое использование торфа в нашей стране.
Заключение
Учитывая высокую зависимость Российской Федерации от доходов нефтегазового комплекса, очевидно, что использование биомассы является серьезным средством не только усиления экономической безопасности страны, но и для снижения нагрузки на экологию Российской Федерации. Учитывая вышеперечисленное, развитие торфяной промышленности оказывает значительное влияние на возможности реализации мер, направленных на переход к уравновешенному развитию, сочетанию экономических, социальных и экологических приоритетов.
Торф может быть использован в качестве основного топлива, но более целесообразно применение его в качестве дополнительного. Причем перевод существующих котельных с угля на торф не всегда требует реконструкции и существенных инвестиций. Использование местных топливных ресурсов позволит обеспечить качественное энергоснабжение населения.
Таким образом, необходимо отметить, что проведенные исследования показывают возможность использования местных топливных ресурсов для получения тепловой энергии как на объектах малой энергетики, так и на мощных электростанциях, безопасных в экологическом плане.
В начале XXI в. в мире уже сформировалась миссия энергетики, которая заключается в максимально эффективном использовании природных топливно-энергетических ресурсов и влияние энергетического сектора на рост мировой экономики и повышения качества жизни населения планеты. Приведенные литературные исследования отечественных и зарубежных авторов [3-7] обосновывают предпосылки развития биоэнергетики в мире и РФ, в частности. Таким образом, данная работа посвящена актуальной теме. Получено, что биотопливо (в том числе торф) может быть успешно использовано для декарбонизации в тепло- и электроснабжении [3]. Однако в настоящее время применение торфа в энергетике играет ограниченную роль, причем такая тенденция и сохранится в обозримом будущем и зависит от цены на другие энергоносители [12, 14]. Для расширения перспектив использования торфа могут быть предложены технологии, сохраняющие традиционные тепловые электростанции, реализующие совместное сжигание торфа с каменным углем. Ранее данный вопрос совместного сжигания в нашей стране в связи с повсеместной газификацией не рассматривался. Также ограничения были связаны с возникающими от применения твердого топлива экологическими проблемами на всех этапах его использования. Стоит отметить, что в последнее время в мире, в том числе и в РФ, наблюдается тенденция к росту потребления твердого топлива в котельных агрегатах и установках, поэтому мировой опыт применения совместного способа сжигания угля и торфа вполне может быть реализован.
Литература
1. Серегина А.А., Рябиченко М.В. Проблемы развития моногородов в сфере обеспечения всеобщего доступа к недорогим, надежным, устойчивым и современным источникам энергии для всех (цель № 7 целей устойчивого развития): лучшие практики России и Швеции // Вестник РГГУ. Серия: Экономика. Управление. Право. 2021. № 4. С. 123-136. https://doi.org/10.28995/2073-6304-2021-4-123-136.
2. Распоряжение Правительства РФ от 01.06.2021 N 1447 -р (ред. от 14.09.2021) «Об утверждении Плана мероприятий по реализации Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2035 года».
3. Зимаков А.В. Биоэнергетика в ЕС: проблемы и перспективы // Мировая экономика и международные отношения. 2020. Т. 64. № 8. С. 81 -90. https://doi.org/10.20542/0131-2227-2020-64-8-81-90.
4. Митр М.В. Развитие биоэнергетики в контексте повышения эффективности энергетической безопасности РФ // Инновационные научные исследования. 2021. № 12 -3 (14). С. 164-172. https://doi.org/10.5281/zenodo.5849554.
5. Зайченко В.М., Соловьев Д.А., Чернявский А.А. Проблемы и перспективы развития российской биоэнергетики. Ч. 1 // Окружающая среда и энерговедение. 2021. № 4 (12). С. 35-55.
6. Haribabu K., Sivasubramanian V., Deepanraj B. et al. Thematic issue: Bioenergy and biorefinery approaches for environmental sustainability // Biomass Conv. Bioref. (2021). https://doi.org/10.1007/s13399-021-01989-7.
7. Hansen A.C., Clarke N., Hegnes A.W. Managing sustainability risks of bioenergy in four Nordic countries // Energ Sustain Soc. 2021. №11-20. https://doi.org/10.1186/s13705-021-00290-9.
8. Использование биотоплива для производства тепла // Новости теплоснабжения. 2000. № 04. [Электронный ресурс]: Доступно по https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=3656.
9. Российское энергетическое агентство (РЭА) Минэнерго России [Электронный ресурс]: https://rosenergo.gov.ru/ (дата обращения: 10.01.2022).
10. Технологическая Платформа «Биоэнергетика» Стратегическая Программа Исследований-2021. 227 с. [Электронный ресурс]: Доступно по http://tp-bioenergy.ru/upload/file/spi_bioenergy_2021.pdf (дата обращения: 10.01.2022).
11. Михайлов А.В. Развитие глобального рынка торфа // Труды Инсторфа. 2018. № 18 (71). С. 3-7.
12. Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2035 года. [Электронныйресурс]:http://static.government.ru/media/files/w4sigFOiDjGVDYT4IgsApssm6 mZRb7wx.pdf.
13. Бирюков А.Ф. Перспективы энергетического использования торфяных ресурсов Еврейской автономной области // Молодой ученый. 2015. № 12 (92). С. 148-150.
14. «Вымирающий вид». Как в России забросили торфяное отопление // Добывающая промышленность. 01.02.2021 [Электронный ресурс]: Доступно по https://dprom.online/mtindustry/vymirayushhij-vid-kak-zabrosili-torfyanuyu-promyshlennost/.
15. Гордеев А.С. Энергетический менеджмент в сельском хозяйстве: учебное пособие. СПб.: Лань, 2018. 308 с.
16. Тарифы 2022 [Электронный ресурс]. Доступно по https://kt.tatarstan.ru/tarifi2022.htm.
17. Умнов В.А., Коробова О.С., Скрябина А.А. Углеродный след как индикатор воздействия экономики на климатическую систему // Вестник РГГУ. Серия: Экономика. Управление. Право. 2020. №2. С. 85-93. https://doi.org/10.28995/2073-6304-2020-2-85-93.
18. Сорокин Р.Н. Геотехнологическое обоснование энергоэффективного производства и использования торфяного топлива: дисс. ... канд. техн. наук: 25.00.22. Екатеринбург: УрГГУ, 2015. 165 с.
19. Гревцев Н.В., Александров Б.М., Верхотуров И.М., Шампаров А.Г. Технологические и геоэкологические аспекты использования торфа в энергетике // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2012. №1. С. 17 -21.
20. Расчет парниковых газов от энергетической деятельности предприятий (сжигание топлива) [Электронный ресурс]:Доступно по: https://sro150.ru/metodiki/371-metodika-rascheta-vybrosov-parnikovykh-gazov.
21. Дремичева Е.С. Использование твердотопливных композиций при совместном сжигании на объектах малой энергетики // Промышленная энергетика. 2021. № 8. С. 48 -56. https://doi.org/10.34831/EP.2021.21.66.006.
22. Дремичева Е.С., Зверева Э.Р., Бурганова Ф.И., Зверев Л.О. Перспективы технологии совместного сжигания биомассы и угля на объектах энергетики // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2021. Т. 23. № 1. С. 119-130. https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-1-119-130.
23. Дремичева Е.С., Гаврилов А.С., Маношин А.О. Оценка потенциала биотоплива для генерации тепловой энергии на объектах топливно-энергетического комплекса // Промышленная энергетика. 2017. № 1. С. 55-60.
Авторы публикации
Дремичева Елена Сергеевна - канд. техн. наук, доцент, начальник ОНИРС, доцент кафедры «Экономика и организация производства», Казанский государственный энергетический университет.
Эминов Абдысердар Абдылменапович - аспирант, Казанский государственный энергетический университет.
References
1. Seregina AA, Ryabichenko MV. Problems of single-industry towns' development in providing universal access to inexpensive, reliable, sustainable and modern energy sources for all (Sustainable Development Goal 7): best practices of Russia and Sweden. Bulletin of RGGU.
Series: Economics. Management. Law. 2021;4:123-136. https://doi.org/10.28995/2073-6304-2021-4-123-136.
2. Decree of the Government of the Russian Federation of 01.06.2021 N 1447-r (revised on 14.09.2021) On Approval of the Plan of Measures to Implement the Energy Strategy of the Russian Federation for the period up to 2035.
3. Zimakov AV. Bioenergy in the EU: Problems and Prospects. World Economy and International Relations. 2020;64(8):81-90. https://doi.org/10.20542/0131-2227-2020-64-8-81-90.
4. Mitre MV. The development of bioenergy in the context of increasing the efficiency of energy security of the Russian Federation. Innovative Scientific Research. 2021;12-3(14):164-172. https://doi.org/10.5281/zenodo.5849554.
5. Zaichenko VM, Solovyov DA, Cherniavsky AA. Problems and prospects for the development of Russian bioenergy. Pt 1. Environment and Power Engineering. 2021;4(12):35-55.
6. Haribabu K, Sivasubramanian V, Deepanraj B. et al. Thematic issue: Bioenergy and biorefinery approaches for environmental sustainability. Biomass Conv. Bioref. (2021). https://doi.org/10.1007/s13399-021-01989-7.
7. Hansen AC, Clarke N, Hegnes AW. Managing sustainability risks of bioenergy in four Nordic countries. Energ Sustain Soc. 2021. №11-20. https://doi.org/10.1186/s13705-021-00290-9.
8. The Use of Biofuel for Heat Production. Heat Supply News. 2000. №04. [Electronic resource]: https://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_shablon.php?id=3656.
9. Russian Energy Agency (REA) of the Ministry of Energy of Russia [Electronic resource]: https://rosenergo.gov.ru/ (access date: 10.01.2022).
10. Technological Platform «Bioenergy» Strategic Research Program-2021. 227 с. [Electronic resource]: http://tp-bioenergy.ru/upload/file/spi_bioenergy_2021.pdf (accessed 10.01.2022).
11. Mikhailov AV. Development of the global peat market. Proceedings of Instorf. 2018. № 18 (71). С. 3-7.
12. Energy Strategy of the Russian Federation until 2035. [Electronic resource] Available at: http://static.government.ru/media/files/w4sigFOiDjGVDYT4IgsApssm6mZRb7wx.pdf.
13. Biryukov AF. Prospects for energy use of peat resources of the Jewish Autonomous Region. Young Scientist. 2015;12 (92):148-150.
14. An Endangered Species. How peat heating was abandoned in Russia. Extractive Industry. 01.02.2021 [Electronic resource]: https://dprom.online/mtindustry/vymirayushhij-vid-kak-zabrosili-torfyanuyu-promyshlennost/
15. Gordeev AS. Energy management in agriculture: textbook. St. Petersburg: Lan', 2018.
308 с.
16. Tariffs 2022 [Electronic resource]: https://kt.tatarstan.ru/tarifi2022.htm
17. Umnov VA, Korobova OS, Skryabin AA. Carbon footprint as an indicator of economic impact on the climate system. Bulletin of Russian State University of Humanities. Series: Economics. Management. Law. 2020;2:85-93. https://doi.org/10.28995/2073-6304-2020-2-85-93.
18. Sorokin RN. Geotechnological justification of energy-efficient production and use of peatfuel: dissertation ... D. in Technical Sciences: 25.00.22. Yekaterinburg: UrSU, 2015. 165 с.
19. Grevtsev NV, Aleksandrov BM, Verkhoturov IM, et al. Technological and geoecological aspects of peat use in power engineering. Proceedings of higher educational institutions. Mining Journal. 2012;1:17-21.
20. Calculation of greenhouse gases from energy activities of enterprises (fuel combustion) [Electronic resource]: https://sro150.ru/metodiki/371-metodika-rascheta-vybrosov-parnikovykh-gazov.
21. Dremicheva ES. The use of solid-fuel compositions in co-combustion at small power facilities. Industrial Energy. 2021;8:48-56. https://doi.org/10.34831/EP.2021.21.66.006.
22. Dremicheva ES, Zvereva ER, Burganova FI, Zverev LO. Prospects of joint combustion of biomass and coal at power facilities. Proceedings of higher educational institutions. Problems of Power Engineering. 2021;23(1):119-130.
https://doi.org/10.30724/1998-9903-2021-23-1-119-130.
23. Dremicheva ES, Gavrilov A.S., Manoshin A.O. Evaluation of Biofuel Potential for Heat Generation at Fuel and Energy Complex Facilities. Industrial Energy. 2017;1:55-60.
Authors of the publication
Elena S. Dremicheva - Kazan State Power Engineering University. Abdyserdar A. Eminov - Kazan State Power Engineering University.
Получено 25.02.2022г.
Отредактировано 10.03.2022г.
Принято 14.03.2022г.
