CC BY
50ЭКОНОМИКА И УПРАВЛЕНИЕ НАРОДНЫМ
ХОЗЯЙСТВОМ
ECONOMIC ASPECTS OF WOOD FUEL USE IN SMALL-SCALE
ENERGY 1 2 Krylova A.G. , Lavrichenko V.A. (Russian Federation)
Email: [email protected]
1Krylova Alexandra Grigorievna - Senior Lecturer; 2Lavrichenko Valery Alekseevich - Сandidate of ЕсопотС Sciences, Аssociate Professor, DEPARTMENT OF ECONOMICS AND ORGANIZATION OF PRODUCTION, MYTISHCHI BRANCH MOSCOW STATE TECHNICAL UNIVERSITY КЕ. BAUMAN, MYTISHCHI
Abstract: the article deals with the types, characteristics and methods of obtaining wood fuel within the framework of the General strategy of efficient use of biomass for energy purposes. Signi--+ficant waste during wood harvesting and processing opens up great opportunities for the introduction of technology for heat and electricity production from wood. In forest complexes, energy biotechnologies are becoming increasingly popular due to the use of an increasing number of small distributed energy facilities. The effectiveness of their implementation is determined not only by economic but also social factors that must be taken into account in the implementation of Federal and regional programs for the development of wooden housing construction, small businesses, etc.
Keywords: еfficiency, fuel wood, heat and electricity from wood, Autonomous boilers and power plants, biofuel.
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ДРЕВЕСНОГО ТОПЛИВА В МАЛОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ 12 Крылова А.Г. , Лавриченко В.А. (Российская Федерация)
1 Крылова Александра Григорьевна - старший преподаватель; 2Лавриченко Валерий Алексеевич - кандидат экономических наук, доцент, кафедра экономики и организации производства, Мытищинский филиал Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана,
г. Мытищи
Аннотация: в статье рассмотрены виды, характеристики и способы получения древесного топлива в рамках общей стратегии эффективного использования биомассы в энергетических целях. Значительные отходы при заготовке и переработке древесины открывают большие возможности для внедрения технологии производства тепла и электричества из древесины.
В лесных комплексах энергетические биотехнологии становятся все более востребованными в связи с использованием все большего числа объектов малой распределенной энергии. Эффективность их внедрения определяется не только экономическими, но и социальными факторами, которые необходимо учитывать при реализации федеральных и региональных программ развития деревянного домостроительства, малого предпринимательства и др.
Ключевые слова: эффективность, топливная древесина, тепло и электричество из древесины, автономные котельные и электростанции, биотопливо.
Возобновляемые источники энергии, аккумулирующие энергию растительности, играют все возрастающую роль в энергетике. По мере роста потребности в энергии возникает необходимость более эффективного использования в энергетических целях биомассы, в которой важное место занимают возобновляемые древесные ресурсы как источник древесного топлива. Под древесным топливом понимается биотопливо, производимое из малоценной и низкокачественной древесины, а также из отходов древесного сырья, образующихся в процессе выращивания, заготовки и переработки древесины и состоящие из древесины, коры, хвои и листьев.
Древесная масса как источник энергетического сырья обладает рядом привлекательных свойств и качеств:
- возобновляемостью;
- доступностью на территории страны, то есть она снижает зависимость от импорта и соответственно повышает энергобезопасность страны;
- возможностью утилизации всех отходов лесного комплекса;
- в отличие от ископаемого топлива, она не участвует в создании парникового эффекта, поскольку количество углекислого газа, выделяемого при сгорании древесного топлива, равно количеству углекислого газа, поглощаемого в процессе синтеза;
- чистотой в экологическом отношении и др. [1].
Мировой опыт показывает, что в перспективе потенциал возобновляемых древесных ресурсов может обеспечить заметный прирост энергетического потенциала странам со значительными лесными ресурсами [2]. Россия располагает большими возможностями для производства энергии из биотоплива, так как на ее территории находятся свыше 20% мировых запасов древесины. Большое количество отходов при заготовке и переработке леса позволяют расширять внедрение технологий производства тепловой и электрической энергии из древесины.
В лесном комплексе биоэнерготехнологии становятся все более востребованными в связи с внедрением все большего числа средств малой распределенной энергетики, которая рассматривается сегодня как важная составляющая в развития мировой энергетики. Эти средства особенно нужны там, где проблемы энергоснабжения огромных территорий на основе централизованного электросетевого строительства не решить, ввиду относительной дороговизны линий электропередач для питания удаленных маломощных потребителей. Именно поэтому, множество удаленных от централизованного электроснабжения поселков (а это зачастую лесные поселки) могут снабжаться теплом и электроэнергией от автономных источников на древесном топливе. География размещения объектов малой генерации будет только расширяться, так как установки малой распределенной энергетики становятся более привлекательными для потребителей, заинтересованных в получении экономии средств на энергоснабжение. Все возрастающие тарифы на электроэнергию от централизованных источников таковы, что затраты на электроэнергию от собственных (автономных) источников нередко оказываются ниже, чем от энергосистемы.
По форме и способу производства древесное топливо может быть необлагороженное и облагороженное. К необлагороженному древесному топливу обычно относят дрова, топливную щепу, стружку, опилки, отходы от раскряжевки и лесопиления. К облагороженному, то есть специально произведенному из необлагороженного, относят топливные брикеты, пеллеты, таблетки, древесный уголь, газогенераторный газ, этиловый спирт и др.
Широкое применение для энергетических целей нашли такие виды облагороженного топлива как древесные топливные брикеты (ДТБ) и древесные топливные гранулы (ДТГ), или пеллеты.
Топливные брикеты получают методом прессования предварительно измельченной и высушенной древесной топливной биомассы, которая предназначена
6
для энергетического использования в печах, каминах, очагах небольшой мощности с ручной топливоподачей.
Топливные гранулы получают методом прессования и грануляции предварительно высушенной, измельченной, кондиционированной (подвергнутой термовлажной обработке) топливной древесной биомассы. Они, является возобновляемым, экологически сбалансированным топливом и предназначено для использования в автоматизированных энергогенерирующих установках малой и средней мощности. Для установок большой мощности топливные гранулы перед использованием, измельчают в тонкодисперсный порошок.
Применение гранул в качестве энергетического топлива позволяет осуществлять управление и регулирование топочными процессами, что значительно повышает их эффективность благодаря улучшению характеристик топлива, упрощению технологии подготовки топлива, его транспорта и хранения. В итоге снижаются затраты на производство энергии, повышается эффективность как самого производства, так и энергетических ресурсов древесной топливной биомассы. Возможно производство пеллет и из невостребованного нетрадиционного сырья, включающего примеси коры, листвы и хвои, то есть из лесосечных отходов и древесно -кустарниковой растительности. Целесообразность организации производства пеллет и брикетов из невостребованных энергоресурсов зависит, прежде всего, от объемов сырьевой базы [3].
Производство топливных гранул должно быть частью основных процессов производства пиломатериалов, древесностружечных и древесноволокнистых плит, бумаги и т.д. Другим весьма распространенным и важным видом древесного топлива является топливная щепа. Ее получают путем разрушения древесины с помощью ножеобразного инструмента. Организация производства щепы из дровяной древесины изложена во многих литературных источниках [1, 2].
На сегодняшний день существует огромное количество невостребованного сырья для производства топливной щепы в стране. Это, прежде всего лесосечные отходы от рубок главного и промежуточного пользования, рубок ухода и прореживания, на объектах мелиорации, при расчистке полосы отвода дорог, линий электропередачи, трасс нефте- и газопроводов и др. Поэтому актуальными являются задачи организации эффективного производства щепы из невостребованных энергоресурсов.
В ряде регионов России существует практика предоставления из регионального (республиканского) бюджета субсидий на компенсацию части затрат на организацию производства щепы, брикетов и гранул, что стимулирует появление новых предприятий в этой сфере. Внутренний рынок биотоплива до сих пор находится в стадии становления и, по сравнению с мировым рынком биотоплива, не устойчив. Тормозом в развитии биоэнергетики лесного комплекса страны является, прежде всего, недостаток знаний в этой области, а также отсутствие инвестиций на приобретение необходимого оборудования.
Получение тепловой энергии путем сжигания древесины - древнейшая технология. Частичная замена ее произошла, исторически относительно недавно, за счет освоения открытых месторождений природного газа. В городах и поселках, подключенных к магистральным газовым сетям, жизнь стала гораздо комфортнее: о заготовке дров, доставке, распиливанию на чурбаки, раскалыванию на поленья, укладке в поленницы, поддерживание горения дров в течение дня, опасности отравления угарным газом уже давно забыли - теперь это заботы деревенской и дачной жизни. Очевиден большой социальный эффект. Однако, не потеряла актуальности известная фраза Д.И. Менделеева, о том, что сжигать углеводороды для тепла, все равно, что топить печи ассигнациями. Поэтому, пора возвращаться к истокам, к древесине, но уже на другом, современном уровне.
Рассмотрим, теперь, экономические аспекты использования древесного топлива. Стоимость газа для внутреннего потребления в нашей стране составляет, в среднем, 5600 рублей за 1000 кубометров. В европейских странах, в 2014 году цена на природный газ была от 330 до 580 долларов США. В 2017 году цены снизились, и Газпром теперь продает газ на экспорт за 180-200 долларов. Поскольку, экспорт углеводородов является основным источником «наполнения» бюджета страны, то, при курсе от 57 рублей за доллар в 2018 году, предоставление газа для бытовых и производственных нужд отечественному потребителю (в два раза дешевле его экспорта) невыгодно. И становится понятным, почему за последние 14 лет уровень газификации страны по статистической отчетности вырос всего на 2% , с 62% до 64%.
Поэтому, в последние годы, опять возник интерес к использованию древесины для тепла. Облагораживание древесного топлива до однородной, сыпучей, подсушенной массы позволяет существенно снизить трудоемкость сжигания щепы, пеллет и др., за счет новых конструкций печей, механизации и автоматизации технологического процесса получения тепла.
Экономические выгоды использования древесины для тепла можно определить из следующих простых расчетов. Для отопления дома площадью 250 кв. метров в средней полосе России требуются примерно 7000 кубометров природного газа, при средней стоимости 5,60 рубля за 1 кубометр, общей стоимостью 39200 рублей в год. Теплотворная способность 1 кг топливной щепы в 3 раза ниже, чем у 1м3 природного газа. При отоплении такой же площади щепой, ее понадобится 70 кубометров, при удельной плотности 300 кг/м3 и при цене 400 рублей за 1 кубометр, общей стоимостью 28000 рублей в год. Экономия 28,5%! Инвестиции (единовременные затраты) на котельные установки по обоим вариантам можно принять равными. При этом не надо оплачивать работы по проектированию, по прокладке газовой магистрали, согласовывать проект в надзорных органах. Следует еще учитывать, что образующаяся при сгорании щепы и другого древесного топлива зола является ценным удобрением, содержащим целый комплекс микроэлементов.
На рынке котельных установок на биотопливе много предложений оборудования различной мощности и конструкций. Вопросы, при выборе их, могут возникать только в отношении необходимой мощности, надежности работы, и трудоемкости эксплуатации и стоимости.
Локальное генерирование электроэнергии на основе биотоплива более сложная задача - тепловую энергию от сжигания древесины необходимо преобразовать в электрическую.
И в этом направлении уже есть значительные достижения, в последнее время сформировался рынок импортных и отечественных автономных электростанций, на основе газопоршневых установок в комплексе с газо- и электрогенераторами [4].
Этот способ получения газа, при термическом разложении древесины (пиролиз), известен еще со времен Великой Отечественной войны, когда автомобили передвигались, при отсутствии бензина, используя газ из смонтированных на них газогенераторных установок для сжигания древесных чурок.
Интересна и многообещающа реклама по эффективности работы контейнерных электростанций с парогенераторами [5]. Для них не требуется строительство капитальных зданий, достаточно нескольких фундаментных блоков или плит. Затраты на производство 1 кВт-часа электроэнергии, по заверениям фирм -производителей и дилеров, на газопоршневых и парогенераторных электростанциях составляют 1-2 рубля, то есть в 2-3 раза дешевле тарифа на электроэнергию, поставляемую сетевыми компаниями. При этом, инвестиции окупаются за счет экономии на тарифах за 3 -4 года.
Применяются и другие способы, один из них - термоэлектрический -электроэнергия образуется при непосредственном нагревании термопары. Существующие термоэлектрические генераторы, работающие на древесном
8
топливе, используются, в основном, в удаленных и трудно доступных местах для подзарядки элементов питания индивидуальных средств связи (сотовых и спутниковых телефонов, переносных компьютеров, радиоприемников), навигации, устройств автоматики, освещения и др. Мощность таких генераторов составляет от нескольких до сотен ватт [6].
Мощность термоэлектрического генератора может быть увеличена до 1 МВт и более, за счет интенсивного отвода тепла от его модулей, однако это представляет собой пока сложную инженерную задачу.
Следует отметить также, что при генерировании электроэнергии возникает дополнительный эффект - когенерация, выделение тепловой энергии, которую можно использовать попутно через теплообменные устройства.
Накопленный опыт свидетельствует о том, что удельные инвестиции (на 1 кВт электрической мощности) примерно равны затратам на подключение к сетям (проектирование, прокладка ЛЭП, установка силовых трансформаторов и т.д.). При этом, преодолев трудности и потери времени по получению разрешения и многочисленных согласований, затем при эксплуатации, потребители сталкиваются с регулярным повышением тарифов и оплатой штрафов за небольшой перерасход и даже недобор электроэнергии от заявленного ее количества в киловатт/часах на квартал.
В странах ЕС при подключении локальных электростанций к сетям, им устанавливают субсидируемые тарифы и производство электроэнергии, с использованием малоценной топливной древесины, становится выгодным бизнесом, а в экономику вовлекаются дополнительные энергетические ресурсы.
Одна из таких электростанций мощностью 0,45 МВт (450 кВт) находится в Латвии, в 80 км от Риги. Она состоит из 10 агрегатов, представляющих собой комплексы - газогенератор, газопоршневой мотор и электрогенератор мощностью 45 кВт, потребление древесной щепы - 270 м3 в неделю (поставка щеповозом по 90 м3), по цене 10 евро за 1 м3, персонал - 5 чел.
Станция поставляет электроэнергию сетевой компании Латэнерго по 0,135 евро (в 2015 году тариф был 0,20 евро, что и побудило собственников-инвесторов к созданию станции), а тепловую энергию, в виде горячей воды для отопления и бытового потребления реализует, расположенному рядом, жилому поселению. Отходы производства - древесную золу, покупает польская сельскохозяйственная фирма.
Инвестиции, по льготному кредиту, составили 3 млн евро (на наш взгляд, неоправданно дорого, соответственно и срок окупаемости оказался довольно большим), есть нарекания персонала по надежности газогенераторных и газопоршневых агрегатов (ошибки в выборе оборудования при проектировании). Однако электростанция работает уже три года, частная фирма имеет прибыль, рассчитывается по кредиту и набирает опыт в этом виде бизнеса. Возникла цепочка добавленной стоимости от низкосортной, невостребованной древесины до тепловой и электрической энергии. Появилось также два десятка новых рабочих мест. Подобных электростанций, работающих на древесном топливе, в республике уже несколько.
В работе А.Б. Левина и В.С. Суханова [7] приведен расчет технико-экономических показателей проекта теплоэлектростанции (ТЭС) на древесном топливе для небольшого лесопильно-деревообрабатывающего предприятия, в поселке Нарым Томской области. При инвестициях, в размере 85 млн руб. (оборудование отечественных производителей), максимальная электрическая мощность потребителей составляет 1.2 МВт, а тепловая 7,8 МВт. При исходных данных проекта на момент расчетов, срок окупаемости инвестиций, за счет экономии затрат на собственное производство энергии, по сравнению с сетевыми тарифами, составил всего 20 месяцев.
Конечно, вряд ли кто-нибудь откажется от уже подведенного сетевого газа или электроэнергии, однако производство собственной энергии становиться все более инвестиционно привлекательным.
И все-таки, наибольшая ценность автономных тепло- и электростанций с использованием топливной древесины, в наших условиях, заключается в возможности создать условия эффективной экономической деятельности в лесных районах, местах, не имеющих доступа к газовым и электрическим сетям.
Особенно это важно, в связи с реализацией федеральных и региональных программ развития деревянного домостроения и малого предпринимательства в лесном комплексе. Деревянное домостроение позволит лучше использовать малозаселенное пространство нашей страны, а малые деревообрабатывающие предприятия - эффективнее использовать ее лесные богатства, и, в том числе, низкосортную древесину как топливо. Для решения этих задач уже есть все необходимые технические и технологические предпосылки - достаточно обеспечить малому бизнесу доступ к недорогим, долгосрочным, целевым кредитам для приобретения установок малой энергетики.
Список литературы /References
1. Лесная биоэнергетика: учебное пособие / под ред. Ю.П. Семенова. М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2008. 348 с.: ил.
2. Топливо из нетрадиционных энергоресурсов / Минск: СтройМедиаПроект, 2014. 88 с.
3. Левин А.Б., Суханов В.С. Производство энергии с использованием древесного топлива. ДЕРЕВО.RU. № 3, 2005 май-июнь. С. 122-125.
4. Биотопливо из древесного сырья: монография / Н.И. Кожухов, В.Д. Никишов, А.С. Федоренчик, А.В. Ледницкий. М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2010. 384 с.
5. Мини-ТЭЦ на древесных отходах. [Электронный ресурс]. Режим доступа: [email protected]/ (дата обращения: 05.03.2018).
6. Электростанция на дровах. [Электронный ресурс]. Режим доступа: BioKIBO. [email protected]/ (дата обращения: 05.03.2018).
