CC BY
11УДК 620.95:662.6
К ВОПРОСУ ОПТИМИЗАЦИИ РЕСУРСНО-СЫРЬЕВОЙ И БИОСФЕРНО-СТАБИЛИЗИРУЮЩЕЙ ФУНКЦИИ
В.А. АЗАРЁНОК - доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры технологии и оборудования лесопромышленного производства, тел.: 8 (343) 261-52-88; e-mail: v.azarenok@yandex.ru*
A.A. ДОБРАЧЕВ - кандидат технических наук, профессор кафедры технологии и оборудования лесопромышленного производства, тел.: +7-909-007-13-73; e-mail: dobr@yandex.ru*
В.А. УСОЛЬЦЕВ - доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры менеджмента и управления качеством, тел.: (343)254-61-59; e-mail: Usoltsev50@mail.ru*
Д.Н. ФИЛИППОВА - аспирант кафедры технологии и оборудования
лесопромышленного производства, тел.: +7-982-61-46-992; e-mail: filip.1989@inbox.ru* * ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет», 620100, Россия, Екатеринбург, Сибирский тракт, 37
Ключевые слова: энергетика, ресурсы, древесное топливо, биотопливо, возобновляемые источники энергии, климат.
Главный вопрос энергетики в настоящее время - это поиск альтернативы традиционным источникам энергии. Рассмотрены проблемы увеличения потребностей в ископаемых источниках энергии, что приводит к экономическому спаду, загрязнению окружающей среды и энергетической опасности. В связи с этим назрела настоятельная необходимость в создании собственной топливной отрасли на основе местных сырьевых ресурсов (древесных отходов).
Показаны перспективы замены традиционных источников энергии на возобновляемые «древесные» энергоресурсы с целью энергетической и экологической безопасности. Проведен анализ потребностей в биотопливе жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) Свердловской области для теплогенерирующих мощностей в муниципальных образованиях. Анализ котельных Свердловской области по энергетическим характеристикам показывает перспективные стратегии использования местных топливных ресурсов в муниципальной энергетике. Поэтому необходимы исследования в области биоэнергетики, а также последовательная и урегулированная государственная политика по стимулированию энергосбережения и использования местных возобновляемых источников энергии. Требуется разработка технологических решений, позволяющая максимально эффективно использовать имеющиеся природные ресурсы и при этом не наносить вреда окружающей среде.
Потери в тепловых сетях области в 2015 г. составили 6,6 % с общей протяженностью сетей 7837 км. Удельные потери - 0,59 тыс. Гкал/км сетей. Разработка мер по снижению барьеров развития малой энергетики позволит снизить потери и вовлечь в энергобаланс области дополнительно от 0,5 до 1,0 млрд м3 природного газа в год за счет эффективного использования местных топливных ресурсов. Это приведет к снижению зависимости от привозных источников энергии, созданию предпосылок для производства на территории Свердловской области нового энергетического оборудования.
TO THE QUESTION OF OPTIMIZATION OF RESOURCE-RAW MATERIAL AND BIOSPHERE-STABILIZING FUNCTION
V.A. AZARENOK - doctor of agricultural sciences, professor of the Forestry Machinery and Equipment Department, Phone: +7-912-629-77-41; e-mail: v.azarenok@yandex.ru*
A.A. DOBRACHEV - candidate of technical sciences, professor of the Forestry Machinery and Equipment Department, Phone: +7 (343) 261-45-38, e-mail: a-dobr@mail.ru*
V.A. USOLTSEV - doctor of agricultural sciences, professor of the Department of quality management, Phone: (343)254-61-59; e-mail: Usoltsev50@mail.ru*
D.N. FILIPPOVA - postgraduent of the Forestry Machinery
and Equipment Department, Phone: +7-982-61-46-992; e-mail: filip.1989@inbox.ru* * Ural State Forest Engineering University, 620100, Russia, Yekaterinburg, Sibirsky tract, 37
Key -words: energetics, resources, woodenfuel, biofuel, renewal energy sources, climate.
The main issue of energetics at the present time, this search for alternatives to traditional sources of energy. Increasing the sources of fossil energy leads to economic decline, environment pollution and energy risk. In this regard, there is an urgent need to create its own fuel industry based on local raw materials (wood waste).
Some prospects of replacing traditional energy sources to renewable "wood" energy, with a view to energy and environmental security are showed. With this purpose in view the analysis has been carried out to reveal the demand of municipal structures heatgenerating powers in biologic full for housing and communal services in Sverdlovsk region. The analysis of boiler rooms energetic characteristics in Sverdlovsk region reveals perspective strategies for municipal full resources using (application) in municipal energetics. For that it is necessary to carry on researches in this field as well as consequitive state policy to stimulate energy-saving and municipal renewal energy sources application. The development of technological solutions is required, which makes it possible to use the available natural resources as efficiently as possible without harming the environment.
The losses in the heat networks of the region in 2015 amounted to 6.6% with a total length of networks of 7,737 km. Specific losses amounted to 0.59 thousand Gcal / km of networks. The development of measures to reduce the barriers to the development of small-scale power generation will reduce losses and will involve an additional 0.5-1.0 billion cubic meters of natural gas per year from the effective use of local fuel resources in the energy balance of the region. This will reduce the dependence on imported energy sources, create prerequisites for the production of new power equipment in the Sverdlovsk Region.
Введение
В настоящее время в рамках смены парадигмы в лесном хозяйстве от ресурсной к биосферной особое внимание уделяется разработке и применению инновационных производств по переработке и использованию всей биомассы дерева. Один из путей
повышения уровня рентабельности предприятия - это развитие биоэнергетики, что позволит уменьшить потери древесного сырья, начиная от пней на лесосеке и кончая отходами в деревообработке. По прогнозам Мирового энергетического агентства, нехватка нефти в 2025 г. будет
оцениваться в 14% [1]. Но проблема не только в этом. Движущими факторами для развития возобновляемых источников энергии (ВИЭ) являются угрозы, связанные с энергетической безопасностью, изменением климата, экономическим спадом и загрязнением окружающей
Электронный архив УГЛТУ
№4(63), 2017 г.
Леса России и хозяйство в них
13
среды. Чтобы ослабить эффекты изменения климата на Земле, необходимо более активно использовать энергосберегающие технологии, в том числе экологизированные рубки леса [2-6], рационально использовать энергоресурсы и развивать возобновляемую энергетику.
Цель, объекты и методика исследований
Цель исследования - установление возможности замены каменного угля, нефти, газа и других видов минерального сырья на биотопливо, т. е. топливо из биологического сырья, для получения тепла и электрической энергии.
Биомасса - естественный источник энергии, её воспроизводство не изменяет климат, присутствует во всех климатических зонах России и при сжигании не образует экологически вредных соединений. В то же время при использовании традиционного ископаемого топлива возрастает не только выброс парниковых газов, основным из которых является С02, но и общее загрязнение среды. При этом разрыв между глобальными выбросами и поглощением углерода из года в год увеличивается.
Это относится как к сжиганию каменного угля в котельных, так и к транспортному комплексу. За 10 лет, с 2001 по 2011 гг., количество автотранспортных средств в России повысилось на 83%, в результате чего выбросы углекислого газа от автотранспорта выросли в 2,5 раза. В общем балансе антропогенных
загрязнений более 70 % приходится на двигатели внутреннего сгорания, и автотранспорт обогнал по выбросам С02 не только жилищно-коммунальное хозяйство, но и все промышленное производство [7]. Прямой ежегодный ущерб от пагубных выбросов только автотранспортного комплекса России на окружающую среду и здоровье населения составляет около 4 млрд дол.
Благодаря огромным лесным ресурсам, большая часть которых приходится на малоосвоенные регионы Сибири, Россия располагает практически неисчерпаемыми возможностями в развитии «зеленой» энергетики, что позволяет ей занять лидирующие мировые позиции в производстве биотоплива.
Наиболее экономически и технологически доступными являются отходы деревообработки, объем которых в нашей стране достигает 50 млн т [8, 9]. Эти отходы сконцентрированы на территории лесозаготовительных и деревообрабатывающих предприятий и в основном сегодня сжигаются. В целом нерациональное сжигание энергоресурсов (не только лесных) достигает почти половины общего энергопотребления [10].
При оценке потенциала «зеленой» энергетики в России обычно ориентируются на расчетную лесосеку и соответствующий объем заготовляемой древесины. При таком подходе в расчет идет лишь объём древесных отходов, получаемых на разных стадиях заготовки и переработки древесины. В последние годы заготов-
ка деловой древесины в России (не считая «ворлеса») ежегодно превышает 100 млн м3 [11]. Поскольку на каждые 100 м3 заготовленной деловой древесины приходится около 60-70 м3 отходов от лесозаготовок и деревообработки [12], то в стране остаются невостребованными около 60-70 млн м3, или около 30 млн т органического вещества, включающего 50%, или около 15 млн т, чистого углерода. Массовое коммерческое использование биотоплива будет определяться достижением ценового равновесия с традиционными видами топлива.
Результаты исследования
Анализ энергетических характеристик котельных Свердловской области позволяет сделать выводы для дальнейшей стратегии использования местных топливных ресурсов в муниципальной энергетике:
- из более 2300 котельных муниципальных образований области менее половины обеспечены сетевым газом и работают на этом дешевом топливе;
- 1618 котельных потребляют привозной уголь и получают дотации из областного бюджета на производство тепла на его основе;
- в области продолжают функционировать котельные на мазуте и электроэнергии - наиболее дорогом топливе в теплогене-рации;
- наибольшее количество муниципальных котельных имеют в качестве объектов теплоге-нерации тепловые источники мощностью 0,2-0,6 кВт (796)
и только 148 котлов мощностью 3,9-4,5 МВт.
Тепловые энергомощности малой генерации муниципальных образований Свердловской области включают 2327 негазовых котельных (6683,1 Гкал тепла), потребляя при этом почти 550 т условного топлива (т.у.т.). Имеющиеся потенциальные ресурсы только древесного топлива значительно перекрывают этот показатель - 772 т.у.т. [13].
При проектировании и организации биотопливных котельных следует ориентироваться на их мощности и наличие местных биотопливных ресурсов.
Внедрение биоэнергетических технологий позволит в первую очередь заменить мазутные котельные с объемом потребления топлива 37,6 тыс. т.у.т. Замена угольных котельных должна проектироваться прежде всего в муниципальных образованиях, имеющих значительный ресурс топлива, где износ объектов
генерации и сетей достиг критического предела. Вместе с тем нормативно-правовая база перевода муниципальных котельных на биотопливо должна предшествовать работе по замене типа топлива.
Выводы
В Свердловской области функционируют несколько крупных лесоперерабатывающих предприятий, которые обеспечивают себя, а частично и ЖКХ поселков тепловой энергией: Верхне-Си-нячихинский фанерный комбинат, Туринский ЦБЗ, Тавдинский фанерный комбинат, Юшалин-ский ДОК. Однако более чем в 200 малых и средних предприятий лесного комплекса Свердловской области проблемы обеспечения производства теплом остаются нерешенными. Это связано с отсутствием обоснованных рекомендаций по применению видов и типов теплогенерирующих мощностей на древесине.
Поэтому решение вопросов по оптимизации применения видов и типов теплогенерирующих мощностей с использованием древесных отходов позволит:
- создать благоприятные условия для перехода лесопромышленных предприятий на эффективные энергосберегающие технологии, что особенно важно при долгосрочной аренде лесов в области;
- снизить издержки на производство лесопродукции;
- наращивать объемы производства конкурентоспособной на внешнем и внутреннем рынке древесины и изделий из нее, обеспечивая при этом непрерывное лесопользование;
- отработать механизм эффективного регионального управления лесным комплексом области;
- создать благоприятный инвестиционный имидж для более широкого привлечения иностранных инвесторов в лесопромышленное производство.
Библиографический список
1. Федеральное государственное бюджетное учреждение «Российское энергетическое агентство» Минэнерго России : [сайт] . URL: http://www.infobio.ru/sites/default/files/bioenergy.pdf (дата обращения: 23.11.2017).
2. Азаренок В.А., Залесов C.B. Экологизированные рубки леса: учеб. пособие. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2015. 97 с.
3. Казанцев С.Г., Залесов C.B., Залесов A.C. Оптимизация лесопользования в производных березняках Среднего Урала. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2006. 156 с.
4. Герц Э.Ф., Залесов C.B. Повышение лесоводственной эффективности несплошных рубок путем оптимизации валки назначенных в рубку деревьев II Лесн. хоз-во. 2003. №5.С. 18-20.
5. Азаренок В.А., Безгина Ю.Н., Залесов C.B. Эффективность равномерно-постепенных рубок спелых и перестойных лесонасаждений II Аграрн. вестник Урала. 2012. № 8 (100). С. 58-61.
6. Сортиментная заготовка древесины / В.А. Азаренок, Э.Ф. Герц, C.B. Залесов, A.B. Мехренцев. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2015. 140 с.
7. Юлкин М.А. Анализ отраслевой структуры и динамики выбросов парниковых газов в России в 2011 г. II Поглощающая способность России по углероду как ограничение на развитие энергетики: семинар
Электронный архив УГЛТУ
№4(63), 2017 г.
Леса России и хозяйство в них
15
«Экономические проблемы энергетического комплекса» (семинар А.С. Некрасова). М.: Изд-во Ин-та народнохоз. прогнозирования РАН, 2013. С. 57-69.
8. Федеральное государственное научное учреждение «Центр научно-технической информации "Ме-лиоводинформ"»: [сайт]. URL: http://5fan.ru/wievjob.php?id=2666 (датаобращения: 01.12.2017).
9. Азаренок В.А., Залесов С.В. Консолидация научных достижений как один из путей реализации проекта «Урал промышленный - Урал полярный» // Экономика региона. 2007. № 12. С. 81-82.
10. Маргулов Г.Д. Богатые бедняки // Труд. 2003. 15 апр.
11. Усольцев В.А. Русский лес как гарант энергетической и экологической безопасности России // Эко-Потенциал. 2014а. № 4 (8). С. 7-15 (http://elar.usfeu.ru/bitstream/123456789/3576/l/Usoltcev.pdf).
12. Усольцев В.А. Рост и структура фитомассы древостоев. Новосибирск: Наука, Сиб. отд., 1988. 253 с. (http://elar.usfeu.ru/handle/123456789/3352).
13. Добрачев А.А., Мехренцев А.В., Шпак Н.А. Ресурсы биотоплива Свердловской области и их использование: информ.-справ. изд. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2015. С.44-47.
Bibliography
1. Federal State Budgetary Institution "Russian Energy Agency" Ministry of Energy of Russia: [site]. URL: http://www.infobio.ru/sites/default/files/bioenergy.pdf (reference date: 11/23/2017).
2. Azarenok V.A., Zalesov S.V. Ecologized logging. Yekaterinburg: Ural state forest univ., 2015. 97 p.
3. Kazantsev S.G., Zalesov S.V., Zalesov A.S. Optimization of forest management in derivative birch forests of the Middle Urals. Yekaterinburg: Ural state forest univ., 2006. 156 p.
4. Hertz E.F., Zalesov S.V. Improving the efficiency of silvicultural partial cuttings by optimizing the rolls assigned to the felling of trees II Forestry. 2003. №5.P. 18-20.
5. Azarenok V.A., Bezgina Y.N., Zalesov S.V. Efficiency of evenly-gradual felling of ripe and overripe forests //Agrarian bulletin ofUrals. 2012. № 8 (100). P. 58-61.
6. Assortment logging / V.A. Azarenok, E.F. Herz, S.V. Zalesov, A.V. Mehrentsev. Yekaterinburg: Ural state forestuniv.,2015. 140p.
7. Yulkin M.A. Analysis of the industry structure and dynamics of greenhouse gas emissions in Russia in2011 //Absorbing ability of Russia in terms of carbon as a constraint on the development of energy. Seminar "Economic problems of the energy complex" (AS Nekrasov's seminar). Moscow: Izd-vo Institute for Economic Forecasting, Russian Academy ofSciences, 2013. P. 57-69.
8. Federal State Scientific Institution «Center for Scientific and Technical Information "Meliovodinform"»: [site], URL: http://5fan.ru/wievjob.php?id=2666 (reference date: 01/12/2017).
9. Azarenok V. A., Zalesov S. V. Consolidation of scientific achievements as one of the ways of realization of the project "Ural industrial - Ural polar" II Region economy. 2007. № 12. P. 81-82.
10. Margulov G.D. Rich poor people II Work. 2003. 15 April.
11. Usoltsev V.A. Russian forest as a guarantor of Russia's energy and environmental security II Eco-Potential. 2014a. № 4 (8). P. 7-15 (http://elar.usfeu.ru/bitstream/123456789/3576/l/Usoltcev.pdf).
12. Usoltsev V.A. Growth and structure of plant phytomass. Novosibirsk: Science, Siberian Branch, 1988. 253 p. (http://elar.usfeu.ru/handle/123456789/3352).
13. Dobrachev A.A., Mekhrentsev A.V., Shpak N.A. Biofuel resources of Sverdlovsk region and their use: Information reference book. Yekaterinburg: Urals state forestry Univ., 2015. P. 44-47.
УДК 630*587
ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ КВАДРОКОПТЕРА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ ЛЕСНЫХ НАСАЖДЕНИЙ
А.Е. ОСИПЕНКО - аспирант кафедры лесоводства, e-mail: osipenko_alexey@mail.ru*
Я. КОУКАЛ - студент кафедры таксации леса, лесоустройства и геоинформатики, e-mail: xkoukal7@mendelu.cz**
И.А. ПАНИН - аспирант кафедры лесоводства, e-mail: igorpaninl993@yandex.ru*
Л.А. ИВАНЧИНА - аспирант кафедры лесоводства, e-mail: ivanchina.ludmila@yandex.ru*
C.B. ЗАЛЕСОВ - доктор сельскохозяйственных наук, профессор, проректор по научной работе e-mail: Zalesov@usfeu.ru* * ФГБОУ ВО «Уральский государственный лесотехнический университет», 620100, Россия, Екатеринбург, Сибирский тракт, 37, тел.: 8 (343) 261-52-88;
** «Университет Менделя в Брно», 613 00, Чехия, Брно, Сельхозтехника, 1, тел.: +420 545 131 111.
Ключевые слова: квадрокоптер, съемка, трехмерная модель, лесное насаждение, пробная площадь, таксация.
Исследования проведены на территории Паркового лесничества учебно-опытного лесхоза Уральского государственного лесотехнического университета. Сбор полевых материалов осуществлялся при помощи квадрокоптера DJI Mavic Pro и метода пробных площадей. Полевые работы произведены в декабре 2017 г. В ходе исследований было заложено 4 пробные площади в естественных насаждениях, произрастающих в типах леса сосняк брусничный и сосняк ягодный, а также получено 314 фотографий исследуемых сосняков с высоты 80 м. В статье приведены методика и описание опыта применения квадрокоптера для создания трехмерной модели лесных насаждений в условиях минусовых температур; таксационная характеристика рассматриваемых сосновых древостоев; рекомендации для проведения подобных исследований в лесных условиях. Управление квадрокоптером осуществлялось при помощи пульта и программы SkyDrones, установленной на смартфон. Опытным путем установлено, что в горных условиях следует начинать съемку в верхнем положении относительно рельефа. Эксплуатация квадрокоптера при минусовых температурах возможна, но следует учитывать, что, используя квадрокоптер с нарушением правил его эксплуатации, вы берете всю ответственность на себя и производитель в случае поломок имеет право отказать в гарантийном ремонте. Кроме того, минусовые температуры уменьшают емкость аккумулятора, что сокращает время полета квадрокоптера. Следует также учитывать, что правовые нормы, регулирующие использование беспилотных летательных аппаратов, в России разработаны недостаточно и следует с осторожностью применять их рядом с аэропортами, военными объектами, линиями электропередач и частными территориями.
