CC BY
72
Научно-технические разработки в сфере утилизации твердых бытовых отходов и потенциал их применения в Новосибирской области
С.В. АЛЕКСЕЕНКО, академик РАН, директор, Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН. E-mail: aleks@itp.nsc.ru
Л. Н. ПЕРЕПЕЧКО, кандидат физико-математических наук, Институт теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН, Новосибирск. E-mail: ludmila@itp.nsc.ru А.Н. ТУГОВ, доктор технических наук,ОАО «ВТИ», Москва. E-mail: vti-boiler@mail.ru
В статье рассмотрено положение с утилизацией твердых бытовых отходов в России и Новосибирской области, сделана экономическая оценка возможности и целесообразности их использования в качестве топлива, приведен экономический анализ рентабельности научно-технических разработок в сфере утилизации отходов.
Ключевые слова: твердые бытовые отходы, экологически безопасное сжигание, экономическая оценка
Технологии утилизации
Твердые бытовые отходы (ТБО), в массовых масштабах и непрерывно производимые городским населением, состоят в основном из углеводородного сырья, что позволяет рассматривать их как один из видов возобновляемых топливных ресурсов. Сибирь является регионом, который нуждается в непрерывном теплообе-спечении. Поскольку в российских крупных городах преобладает централизованное теплоснабжение, логично было бы строить современные экологически безопасные предприятия, использующие такие отходы как топливо.
Сжигать твердые бытовые отходы можно разными способами - на колосниковых решетках (самая распространенная в мире технология) [1], во вращающихся барабанных печах и в низкотемпературной плазме с предварительным пиролизом и получением синтез-газа. В мире эксплуатируется более 2 тыс. установок, сжигающих такие отходы на механических колосниковых решетках, около 200 топок для термической переработки отходов в кипящем слое, примерно 20 барабанных печей, а также единичные установки с использованием пиролиза и газификации [2].
В 2012 г Росприроднадзор признал сжигание ТБО наиболее эффективной для России технологией утилизации мусора [2].
Мировой опыт термической утилизации отходов
В Германии, Австрии и Швейцарии в 2000 г. были приняты законы, которые запрещают складирование необработанных отходов на свалках из-за ущерба, наносимого окружающей среде. В Японии работает около 1900 установок термической переработки ТБО, с помощью которых утилизируется 75% отходов [2]. В США в 2007 г. 12,5% ТБО было подвержено термической переработке с производством 48 ТВт-ч полезной энергии. В Китае с 2001 г. по 2007 г. объем отходов, перерабатываемых термическим способом, вырос с 2 до 14 млн т в год, а число заводов достигло 66. В настоящее время в мире работает более 2500 мусоросжигающих заводов (в Европе - более 400), утилизирующих около 200 млн т ТБО в год и вырабатывающих 130 ТВт-ч электроэнергии.
Мусоросжигательные заводы уже давно перестали быть предприятиями только по переработке отходов, основное их назначение - производство электрической и тепловой энергии, в том числе возобновляемой.
В Европе увеличивается количество отходов, направленных на сжигание с получением энергии. Так, с 1995 г. по 2010 г. производство энергии в результате сжигания ТБО увеличилось вдвое [3].
В Китае тепло- и электроэнергия из биомассы или ТБО вдвое дороже, чем выработанные из обычного органического топлива. В стране принят ряд постановлений, поощряющих инвестирование средств в мусоросжигание, которое рассматривается как перспективное направление в рамках развития отрасли санитарной очистки больших городов. Установлены такие льготы, как компенсация государством налога на добавленную стоимость в случае приобретения оборудования для мусоросжигания, приоритетные коммерческие кредиты, компенсация государством 2% от установленного ссудного процента, гарантированная субсидия на продаваемую таким предприятием электроэнергию.
Россия, с ее огромными территориями, для которой характерны неразвитые частная собственность на землю и природоохранное законодательство и слабый контроль над загрязнением
окружающей среды, является аутсайдером в строительстве мусоросжигательных заводов, продолжая загрязнять обширные территории, вносить существенный вклад в увеличение парникового эффекта и загрязнение грунтовых вод [4].
Термическая утилизация - опыт России
По данным Росприроднадзора [2], в России только 4-5% твердых бытовых отходов вовлекается в переработку. Предприятий-переработчиков в стране насчитывается около 400, из них комплексов по переработке ТБО - 243, по сортировке - 53, мусоросжигающих заводов - менее 10. Количество полигонов в целом по стране - около 1,5 тыс., санкционированных свалок -чуть больше 7 тыс., несанкционированных - 17,5 тыс. (2012 г.). Все указанные объекты занимают площадь более 150 тыс. га.
Между тем Россия имеет уже полувековой опыт строительства и эксплуатации мусоросжигательных заводов. Первый завод ГУП «Спецзавод № 2» был пущен в эксплуатацию в 1975 г. Проект был основан на отечественной технологии с использованием чехословацкого оборудования: механической решетки фирмы «ЧКД-Дукла». ГУП «Спецзавод № 3», расположенный в Южном административном округе Москвы, вошел в эксплуатацию в 1983 г. Основное технологическое оборудование изготовлено фирмой «Волунд» (Дания). В 1989 г по решению Госкомприроды СССР по экологическим соображениям оба завода были закрыты.
В 1996 г в Челябинске было начато строительство мусоросжигательного завода (МСЗ) мощностью 150 тыс. т по сжиганию отходов и производству технологического пара с использованием отечественных технологий [5]. Однако из-за финансовых причин строительство было приостановлено. В 1996 г. в Москве было начато строительство МСЗ № 4 по обезвреживанию и переработке твердых бытовых и биологических отходов на промплощадке « Руднево» (Восточный административный округ) по контракту с фирмой «Хельтер» (Германия). В 1998 г. в Новосибирске был разработан проект Бердского опытного мусоросжигательного завода также по отечественным технологиям (Институт теплофизики СО РАН, ОАО «Техэнергохимпром», ВНИПИ-ЭТ) и начато его строительство, впоследствии прекращенное. В дальнейшем строительство новых объектов по термической
утилизации отходов с получением тепловой и электрической энергии велось только в Москве.
В 2001 г. после реконструкции был введен в эксплуатацию МСЗ № 2, его производительность была доведена до 150 тыс. т ТБО в год с выработкой для нужд города около 4 МВт электроэнергии. Основное технологическое оборудование поставила французская фирма CNIM. Система очистки базируется на отечественном оборудовании. На заводе завершено строительство цеха по переработке золошлаковых отходов с использованием отечественной технологии, однако из-за финансовых трудностей сейчас он практически не работает. По сути, это первая в России теплоэлектростанция, основным топливом для которой является ТБО [4].
Позднее был переоборудован МСЗ № 3 (с установленной электрической мощностью 11 МВт) и построен МСЗ № 4 (12 МВт). МСЗ № 3 был введен в эксплуатацию в 2007 г после реконструкции австрийской фирмой EVN AG, его проектная мощность - 360 тыс. т ТБО в год. МСЗ № 4 был построен в 2003 г. с использованием технологий и оборудования компании Hirschmann и частично отечественного (котёл-утилизатор, циклоны и т. д.). Проектная мощность завода по приему бытовых отходов составляет 250 тыс. т в год.
Постановлением Правительства Москвы № 313-ПП от 22.04.2008 «О развитии технической базы городской системы обращения с коммунальными отходами в городе Москве» в столице предусматривалось строительство еще шести новых заводов для утилизации ТБО с получением тепловой и электрической энергии, но в 2013 г. руководство Москвы отказалось от этих проектов.
Почему в России не строят заводы для термической переработки ТБО
1. Вредные выбросы. Одна из причин - это протесты экологов и населения. Однако выбросы и вред, наносимый окружающей среде свалками и полигонами, не меньше, а зачастую и больше из-за бесконтрольности и отсутствия систем очистки. Кроме того, современные технологии очистки воздуха и воды, применяемые на новых мусоросжигательных заводах, позволяют достичь уровня вредных примесей в разы ниже ПДК. Результаты измерений,
выполненных Всероссийским теплотехническим институтом на действующих московских предприятиях, показывают соответствие принятым в ЕС нормативам по всем регламентируемым значениям, которые намного жестче, чем в России для обычных ТЭС [6].
2. Отсутствие отечественных экологически безопасных технологий. Еще в 2000-х годах Всероссийский теплотехнический институт (ОАО «ВТИ») разработал технические предложения по созданию отечественных типовых комплексов для сжигания ТБО на колосниковых решетках. С 1998 г Институт теплофизики СО РАН совместно с ВНИПИЭТ и ОАО «Техэнергохимпром» занимается разработкой безотходной экологически чистой технологии сжигания ТБО во вращающихся печах с системой плазменного дожигания золы и шлака. Научно-технические решения ОАО «ВТИ» и Института теплофизики СО РАН защищены многочисленными патентами.
3. Нехватка средств. Стоимость захоронения на полигонах зависит от технологии, наличия водо-, воздухо- и почвозащитных систем, систем мониторинга и обслуживания полигонов. В некоторых странах, где к полигонам (свалкам) предъявляются строгие экологические нормы или захоронение необработанных отходов законодательно запрещено, уже сейчас капитальные и эксплуатационные удельные затраты на захоронение превышают аналогичные показатели для сжигания ТБО.
Перспективы использования в РФ твердых бытовых отходов в качестве вторичных энергетических ресурсов связаны с принятием законодательных документов, направленных на существенное сокращение полигонного захоронения, по крайней мере, для крупных и средних городов, и заинтересованности энергетических компаний в развитии возобновляемых источников энергии. Только в этом случае будет экономически выгодно термически утилизировать ТБО, не появится проблем с финансированием.
Экономические оценки
комплексной районной тепловой станции
(для Советского района г.Новосибирска)
В Советском районе г. Новосибирска основным предприятием, занимающимся вывозом и утилизацией ТБО, является ГУП «ЖКХ ННЦ СО РАН». Общий объем вывезенных в 2012 г. ТБО
составил 157 тыс. м3, из них - 131 тыс. м3- это отходы населения, 26 м3 - организаций [7].
Для переработки ежегодного объема ТБО в Советском районе необходимо, чтобы производительность мусоросжигающего цеха в составе комплексной районной тепловой станции (КРТС), сочетающей традиционную технологию и переработку ТБО, составляла 40 тыс. т в год. В настоящее время необходима разработка технико-экономического обоснования КРТС с тем, чтобы определить стоимость строительства с использованием отечественных технологий и оборудования.
Строительство КРТС возможно частично финансировать из бюджета области. Полигон ТБО ГУП «ЖКХ ННЦ СО РАН» практически заполнен, необходимо строительство нового полигона, затраты на который заложены в бюджете Новосибирской области. Распоряжением Правительства Новосибирской области от 22.07.2011 № 330-рп утверждена концепция долгосрочной целевой программы «Обращение с отходами производства и потребления в Новосибирской области на 2012-2016 гг.».
За период реализации программы предполагается реализовать пять инвестиционных проектов, предусматривающих глубокую переработку ТБО и некоторых видов промышленных отходов, в первую очередь на территории г. Новосибирска и Новосибирского района Новосибирской области, построить 26 полигонов ТБО в городских поселениях области; создать с использованием механизма государственно-частного партнерства 30 комплексных площадок для сбора, утилизации, обезвреживания отходов производства и потребления, в том числе от населения.
Новосибирская область в рамках государственно-частного партнерства может инвестировать средства в строительство КРТС, что сделает ненужным строительство нового полигона для ТБО. В случае инвестирования 50% строительства КРТС из бюджета Новосибирской области срок его окупаемости уменьшится до 3-4 лет, и проект станет привлекательным для частных инвесторов. При этом впервые в XXI веке в России будет отработана передовая отечественная экологически безопасная технология сжигания ТБО, разработано отечественное оборудование, имеющее высокий экспортный потенциал.
Для более точных экономических обоснований необходимо провести предпроектные технико-экономические расчеты, которые мог бы выполнить ВНИПИЭТ.
Выводы
Опыт эксплуатации многочисленных зарубежных предприятий для термической переработки твердых бытовых отходов показывает, что современная ТЭС на ТБО является экологически безопасным предприятием. Это подтверждают и результаты исследований на отечественных московских спецзаводах, проведенных в период их запуска и последующей эксплуатации. Концентрация регламентируемых веществ в газообразных продуктах сгорания ТБО не превышает принятые в ЕС нормативные значения, что обеспечивает экологически безопасную эксплуатацию таких предприятий. Образующиеся золошлаковые остатки могут быть переработаны в инертный продукт для последующего использования, например, в дорожном строительстве, на территории самой ТЭС.
ТЭС на ТБО - самый доступный и один из наиболее экономически эффективных возобновляемых источников энергии. По зарубежным данным, средняя себестоимость получения электроэнергии на такой электростанции почти в 10 раз ниже солнечной и более чем вдвое - ветровой.
Несмотря на то, что Россия по-прежнему считает себя одним из лидеров в области развития электроэнергетики, в настоящее время в стране в эксплуатации находятся только три ТЭС на ТБО общей установленной электрической мощностью всего лишь 26,6 МВт (для сравнения: суммарная мощность ТЭС на ТБО в США - 2,7 ГВт). Причем основное оборудование - импортное, а принадлежат эти предприятия службам ЖКХ (ГУП «Экотех-пром»). Следует отметить, что за рубежом строительством и эксплуатацией предприятий для термической утилизации отходов занимаются энергетические компании, и интерес энергетиков к этому источнику растет. Например, электрическая мощность предприятий, принадлежащих только одной энергетической компании Е.ОК, превышает общероссийские показатели почти в 10 раз.
Твердые бытовые отходы - один из возобновляемых источников энергии, особенно важный в холодных регионах России. В настоящее время наша страна отстает в области строительства
объектов для экологически чистого сжигания ТБО, несмотря на то, что отечественные технологии соответствуют мировым аналогам. Для решения вопросов энергоэффективного экологически чистого сжигания ТБО необходимо строительство демонстрационной КРТС в Советском районе г. Новосибирска с отработкой технологии и последующим ее тиражированием и экспортом в заинтересованные в утилизации ТБО регионы и страны.
Литература
1. Тугов А. Н., Тумановский А. Г., Москвичев В. Ф. Опыт ВТИ по сжиганию твердых бытовых отходов в слоевых топках. Горение твердого топлива: Доклады VIII Всерос. конф. с междунар. участием, Новосибирск, 13-16 ноября 2012 г. - Новосибирск: Изд-во Института теплофизики СО РАН, 2012. - 115 докладов. ISBN 978-5-89017-032-3., С. 98.1-98.8.
2. Обоснование выбора оптимального способа обезвреживания твердых бытовых отходов жилого фонда в городах России. - URL: http:// rpn.gov.ru/node/14 (дата обращения: 02.06.2013).
3. Филимонов Я. И. Рециклинг и сжигание в европейских странах: перспективы развития // Твердые бытовые отходы. - 2012. - № 6. -С. 59-62.
4. Тугов А. Н. Перспективы использования твердых бытовых отходов в качестве вторичных энергетических ресурсов в России // Теплоэнергетика. - 2013. - № 9. - С. 1-6.
5. Тугов А., Эскин Н., Литун Д., Фёдоров О. Не превратить планету в свалку // Наука и жизнь. - 1998. - № 5. URL: http://www.nkj.ru/archive/ articles/10577 (дата обращения: 02.06.2013).
6. Тугов А. Н., Москвичев В. Ф., А. Н. Смирнов. Отечественные ТЭС на ТБО: опыт освоения и пути развития // Экология и промышленность России. - 2009. - Март - С. 2-5.
7. Сайт ГУП «ЖКХ ННЦ СО РАН». - URL: http://gkhnsc.ru/ (дата обращения: 29.03.2013).
