CC BY
31
УДК556.557 627.81 630*333 630*378.4 630*83 662.63
ПУТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ВОВЛЕЧЕНИЕ В ПРОИЗВОДСТВО ПЛАВАЮЩЕЙ ДРЕВЕСНОЙ МАССЫ НА АКВАТОРИЯХ ВОДОХРАНИЛИЩ ГЭС СИБИРИ
В.П. Корпачев, А.И. Пережилин, А.А. Андрияс, Г. А. Гайдуков, М. А. Тихненко
Сибирский государственный технологический университет 660049 Красноярск, пр. Мира, 82, e-mail: [email protected]
На лесопокрытых территориях Ангаро-Енисейского региона (АЕР) создано 5 крупных водохранилищ ГЭС; в стадии строительства находится еще одна - Богучанская ГЭС; в стадии проектирования находятся Мотыгинская и Эвенкийская ГЭС. Многолетний опыт наблюдений за подготовкой, созданием и эксплуатацией водохранилищ ГЭС выявил проблемы экологического, экономического и социального направлений. Одной из экологических проблем эксплуатации водохранилищ является засорение их плавающей и затопленной древесной массой, загрязнение органическими веществами.
Ключевые слова: акватория, водохранилище, древесная масса, переработка древесины
On the wooded territories Angaro-Enisey region (AER) created on 5 major reservoirs HPS; under construction is another -Boguchanskaya HPS; the design phase are Motyginskaya HPS. Many years of experience observing the preparation, establishment and operation of reservoirs HPS has been identified by the environmental, economic and social areas. One of the environmental problems of the operation of reservoirs is clogging their floating and submerged wood mass and pollution of organic substances.
Key words: area of water, reservoir, wood, wood processing
ВВЕДЕНИЕ
На водохранилищах ГЭС АЕР лесоочистка предусматривалась лишь на площадях специального назначения. Поэтому площадь лесосводки и лесо-очистки от общей лесопокрытой площади составила по водохранилищам Братской ГЭС - 43 %, Усть-Илимской ГЭС - 20 %, Богучанской ГЭС - 13,6 %. В ложах водохранилищ Саяно-Шушеской и Красноярской ГЭС работы по лесосводке не проводились.
Отказ от проведения лесосводки, обрушение берегов, большие колебания горизонтов воды, вынос деревьев из рек, впадающих в водохранилище, размыв берегов, технологические и транспортные операции на водохранилище послужили причинами
появления плавающей древесной массы на водохранилищах АЕР.
Особенность строительства крупных ГЭС в АЕР заключается в том, что водохранилища создаются на лесопокрытых территориях с запасом древесно-кустарниковой растительности (ДКР) до 200 м3 на один гектар, а уборка ее перед затоплением сопряжена с определенными трудностями.
МАТЕРИАЛЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
ИССЛЕДОВАНИЙ
Сводные таксационные показатели древеснокустарниковой растительности в зоне затопления строящейся Богучанской ГЭС приведены в таблице 1 (Корпачев и др., 2010)
Таблица 1 - Таксационные показатели древесно-кустарниковой растительности в зоне затопления Богучанской ГЭС
Показатели
Значение
Площадь, покрытая древесно-кустарниковой растительностью, тыс. га Площадь спецучастков, тыс. га
Общий запас древесно-кустарниковой растительности, тыс. м3
Запас древесно-кустарниковой растительности после проведения лесоочистки, тыс. м3 Запас сухостоя и захламленности, тыс. м3 Запас единичных деревьев, тыс. м3
Суммарный объем затопления древесных ресурсов, тыс. м3____________________________
122,60
16,62
9600,00
8581,30
1245.50 481,70
10308.50
Согласно расчетам ФГБОУ ВПО «СибГТУ» и ФГУП «Рослесинфорг» «Востсиблеспроект» при проведении лесоочистки спецучастков с территории ложа водохранилища (на территории Красноярского края) будет удалено 1138,8 тыс. м3 древесины, в том числе 960,4 тыс. м3 древесно-кустарниковой растительности, 135,6 тыс. м3 сухостоя и захламленности, 42,8 тыс. м3 единичных деревьев.
При отказе от лесосводки в зоне затопления Богучанской ГЭС на территории Красноярского края и Иркутской области будет оставлено под затопление 10308,5 тыс. м3 древесины, в том числе 8581,3 тыс. м3 сырорастущей древесно-
кустарниковой растительности, 1245,5 тыс. м3 сухостоя и захламленности, 481,7 тыс. м3 единичных деревьев.
В таблице 2 приведены прогнозные объемы древесных ресурсов и органических веществ в ложе водохранилища Богучанской ГЭС
после первого года заполнения до отметки НПУ 208,0 м и проведения лесоочистки (Загрязнение..., 2010).
Таблица 2 - Суммарные объемы древесных ресурсов и органических веществ в ложе водохранилища БоГЭС после первого года заполнения до отметки Н11У 208,0 м и проведения лесоочистки________________________
Показатели
Ресурсы органических веществ
АСВ, тыс. т (%)
Реальный объем затопления сырорастущей древесины 10308,50 6082,02 (14,75)
после проведения лесосводки и лесоочистки
Разнесенная древесина вдоль уреза воды 19,20 11,33 (0,03)
Потери от стихийных бедствий, неучтенные потери 3,00 1,77 (0,004)
Вынос древесины из рек, впадающих в водохранилище 0,20 0,12 (0,0003)
Потери от деятельности лесосплавных и лесозаготовитель- 10,00 5,90 (0,01)
ных предприятий
Размыв берегов 174,80 103,13 (0,25)
Запас древесины в пнях 532,50 314,18(0,76)
Запас древесины в корневой системе 2265,80 1336,82 (3,24)
Итого древесных ресурсов 13314,00 7855,26 (19,04)
Лесная подстилка 7366,00 (17,87)
Гумус 14318,00 (34,74)
Торф 11438,00 (27,75)
Живой напочвенный покров 241,70 (0,60)
Всего ресурсов органических веществ 41218,96 (100)
тыс. м
В соответствии с прогнозом, выполненным кафедрой использования водных ресурсов ФГБОУ ВПО «СибГТУ» объем древесной массы, который поступит на акваторию водохранилища после первого года заполнения, составит более 1 млн. м3.
В таблице 3 представлены суммарные ресурсы органических веществ древесного происхождения в ложе проектируемого водохранилища Мотыгин-ской ГЭС после первого года заполнения и проведения лесосводки, лесоочистки (Прогнозирование., 2006).
Таблица 3 - Суммарные ресурсы органических веществ в ложе водохранилища Мотыгинской ГЭС после первого года заполнения и проведения лесосводки, лесоочистки________________________________________________
Источники засорения и загрязнения водохранилища
Ресурсы органических веществ
%
АСВ
%
Порубочные остатки 317086 40,32 187,08 5,12
Сухостой и валежник 332710 42,30 196,30 5,41
Вынос древесины из рек, незадействованных в целях лесосплава 157 0,02 0,09 0,002
Разнесенная древесина вдоль уреза воды 20467 2,60 12,07 0,34
Потери от стихийных бедствий, неучтенные 11000 1,40 6,49 0,18
Потери от деятельности лесосплавных и лесозаготовительных 7250 0,93 4,28 0,12
предприятий
Размыв берегов 47000 5,98 27,73 0,76
Пни 35190 4,47 20,76 0,57
Корневая система 15607 1,98 9,21 0,26
Итого древесных ресурсов 786467 100 464,02 12,76
Лесная подстилка 360,4 9,94
Гумус 277,9 7,6
Торф 20926 2511,1 69,7
Всего 3613,4 100
3
м
тыс. т
Анализ таблицы 3 показывает, что в объеме лесных ресурсов основным источником засорения водохранилища станет сухостой (42,3 %), порубочные остатки (40,3 %); в объеме лесных ресурсов, лесной подстилки, гумуса, торфа основным источником засорения водохранилища также является торф (69,7 %); лесные ресурсы в общем объеме загрязнения водохранилища органическими веществами составят 12,76 %.
Установленная на стадии проектирования экономическая нецелесообразность проведения лесо-сводки на участках, где запас древесины хвойных
пород на 1 га меньше 50 м3 (Корпачев, Миронов 2008; Логинов и др., 1978), послужила причиной отказа от лесосводки и проектного затопления в ложе Саяно-Шушенского, Красноярского, Курей-ского водохранилищ 2,85 млн. м3 древесины. По этой же причине предполагалось затопить в ложе Усть-Илимского, Братского водохранилищ
5,6 млн. м3. В ложе Богучанского водохранилища предполагается затопить 10,3 млн. м3. Таким образом, проектный объем затопления древесины в ложах водохранилищ ГЭС АЕР должен был составить 18,85 млн. м3. Однако в действительности объем
затопленной древесины на водохранилищах ГЭС ектного объема затопления Богучанской ГЭС
АЕР значительно больше. Так в ложах водохрани- (10,3 млн. м3) объем затопления составит почти
лищ АЕР затоплено 22,69 млн. м3. С учетом про- 33 млн. м3.
Таблица 4 - Характеристика лож водохранилищ ГЭС Сибири (для Саяно-Шушенского и Богучанского водохранилищ данные получены по материалам СибГТУ в 2008, 2011 гг.)______________________________________
Показатель Водохранилище Всего
Красноярское Курей- ское Саяно- Шушенское Богучан- ское Брат- ское Усть- Илимское
Год заполнения 1970 1991 1986 1963 1975
водохранилища Площадь затопления, 175,00 55,80 54,60 153,1 510,50 154,00 1028,4
тыс. га
Запас товарных 0,47 1,72 3,50 12,8 36,00 13,50 67,99
насаждений, млн. м3
Площадь лесосводки и 13,00 2,80 3,60 121,4 253,90 37,90 432,20
лесоочистки, тыс. га
Объем лесосводки, 0,44 1,27 1,40 10,6 32,00 11,90 57,61
млн. м3
Проектный объем затопления, млн. м3 0,3 0,50 2,1 10,3 4,0 1,6 18.80
Реальный объем 0,47 1,72 3,50 10,3 12,00 5,00 32,99
затопления, млн. м3
Объем плавающей 0,10 - 0,7 1,1 2,20 0,90 5,00
древесины, млн. м3
Отказ от проведения лесосводки, обрушение берегов, большие колебания горизонтов воды, вынос деревьев из рек, впадающих в водохранилище, большое количество сухостоя и валежника послужили причинами появления плавающей древесной массы на водохранилищах ГЭС Сибири.
Что касается качества плавающей и затопленной древесной массы, как потенциального сырья, необходимо отметить следующее. Исследования, проведенные кафедрой использования водных ре-
сурсов ФГБОУ ВПО «СибГТУ» на акватории Саяно-Шушенского водохранилища выявили следующее: показатели механических свойств позволяют характеризовать исследуемые образцы плавающей и затопленной древесины как низкокачественные, о чем свидетельствуют результаты экспериментальных исследований (Проведение оценки ..., 2008).
В таблице 5 представлены результаты исследований физических свойств древесины и механических испытаний.
Таблица 5 - Результаты механических испытаний и исследований физических свойств плавающей и затопленной древесины на акватории Саяно-Шушенского водохранилища_____________________________________________
Наименование показателя Порода Среднее значение показателя Табличные значения показателей при влажности 12 %
Сосна 30,24 46,0
Сжатие вдоль волокон, МПа Кедр 33,80 40,0
Осина 24,12 43,0
Сосна 16,61 85,0
Статический изгиб, МПа Кедр 19,24 69,0
Осина 11,84 77,0
Сосна 67,38 109,0
Растяжение вдоль волокон, МПа Кедр 59,25 89,0
Осина 56,71 121,0
Сосна 439 505,0
Плотность, кг/м3 Кедр 436 435,0
Осина 340 495,0
Сосна 3,31 5,7
Усушка по радиальному Кедр 2,92 4,5
направлению, % Осина 2,11 4,5
Сосна 5,67 7,0
Усушка по тангенциальному Кедр 3,94 8,4
направлению, % Осина 3,54 9,0
Сосна 8,80 15,0
Усушка объемная, % Кедр 6,76 14,1
Осина 5,59 14,1
Для разработки оборудования и повышения эффективности технологии сбора плавающей древесины необходимо знать ее фракционный состав. Выполненные кафедрой использования водных ре-
сурсов ФГБОУ ВПО «СибГТУ» натурные исследования на водохранилищах АЕР выявили фракционный состав древесины, который представлен в таб лице 6 (Проблема загрязнения 1995).
Таблица 6 - Основные данные по фракционному составу плавающей древесной массы на водохранилищах
ГЭС АЕР
Наименование показателей Значение
Объем древесины на 1000 пог. м береговой полосы, м3 740
Корчи, % 26
Хлысты, % 14
Сортименты, % 42
Коротье, % 18
Имеющие пильный рез, % 69
С обломами концевых частей, % 31
Корчи и хлысты, весом более 1,7 т, % 6,6
Древесина заготовки предыдущего сезона, % 0,6
Из вышесказанного можно сделать вывод о том, что на сегодняшний день в водохранилищах ГЭС АЕР скопилось большое количество затопленной и плавающей древесной массы. В перспективе эти объемы будут только увеличиваться, что связано как с естественными русловыми процессами, протекающими на существующих водохранилищах ГЭС, так и с готовящимся наполнением Богучанского водохранилища и проектированием новых ГЭС в АЕР.
Сбор затопленной и плавающей древесины не только даст возможность вовлечь в производство дополнительное сырье, но и спасет от вырубки тысячи гектаров леса, а также позволит улучшить экологическую обстановку на водохранилищах.
Учитывая качественные показатели плавающей и затопленной древесной массы к наиболее перспективным направлениям использования такой древесины можно отнести:
- производство различных видов биотоплива (топливная щепа, топливные гранулы, брикеты, таблетки; топливный порошок);
- производство активированного и древесного угля;
- производство компостов, органических удобрений и искусственных земель.
Для измельчения древесного сырья, производства щепы основным оборудованием являются рубильные машины.
В соответствии с видом сырья, подвергаемого рубке на щепу, разработаны различные рубильные машины, отличающиеся такими признаками, как мобильность, тип рабочего органа, вид и число используемого режущего инструмента, способ и направление подачи древесного сырья, форма загрузочных устройств, способ отбора щепы, вид энергии, используемой для привода рабочего органа.
Для производства щепы из низкокачественной древесины (в круглом или колотом виде) используют стационарные и мобильные дисковые рубильные машины.
В основе технологии производства древесных топливных брикетов лежит процесс прессования мелко измельченных отходов древесины (опилок) под высоким давлением при нагревании. Измельчение щепы производится в молотковых дробилках.
Брикеты получают прямым прессованием на гидравлическом или механическом прессе. Применяется также метод шнекового прессования.
Оборудование для производства брикетов более простое и, естественно, менее дорогое, чем для производства пеллет. Прессы для производства брикетов при той же производительности на 30 - 50 % дешевле грануляторов. Самые лучшие показатели по удельным капитальным затратам дают шнековые прессы.
Требования к сырью (опилкам), у брикетов менее высокие, чем у пеллет. Не требуется дополнительный тонкий помол. Допускаются примеси коры.
При сушке опилок до необходимых 10 - 12 % влажности используются в основном древесные отходы.
Для пиролиза и углевыжигания используются круглые поленья, сучья толщиной от 3 до 14 см, длиной более 0,75 м. Более крупные поленья раскалываются так, чтобы длинная линия раскола не превышала 20 см. Допускается гниль ядровая и заболонная размером 15 % от площади торца в круглых и 3 % в колотых поленьях.
Применяются следующие породы древесины: береза, бук, ясень, граб, ильм, вяз, дуб, клен, осина, ольха, липа, тополь, ива, сосна, ель, кедр, пихта, лиственница.
Сырье применяется как в коре, так и без коры в воздушно сухом состоянии (до 25 % влажности), полусухом (влажность от 26 до 50 %) и сыром состоянии (влажность более 50 %). Для увеличения выхода продукта при углежжении желательно использовать сырье с одинаковой влажностью в пределах одной садки.
Наиболее распространенной конструкцией печи является печь УВП-5, обладающая рядом недостатков. В настоящее время многие разработчики предложили ряд установок, обладающих значительными преимуществами.
На Дальнем Востоке испытаны с положительным результатом углевыжигательный мобильный комплекс УВК 002. 000.00 для лесосечных отходов и углевыжигательная печь НТУ-1 для кусковых отходов в условиях делян и деревообрабатывающих предприятий конструкции НПО «Новые техноло-
гии». Подготовлено промышленное изготовление оборудования на предприятиях края (Исследование ..., 2003).
Активированный древесный уголь применяется во многих процессах химической, медицинской, пищевой и других технологий, а также в военнотехнической области. Только активированный древесный уголь позволяет удовлетворить постоянно возрастающие потребности в чистой питьевой воде. Образующийся при производстве пирогаз позволяет удовлетворять потребность лесных участков и поселков в тепле и энергии.
Оборудование для производства активированного древесного угля - это установки большой производительности, которые под силу эксплуатировать большим предприятиям.
Печи малого объема и сравнительно малой производительности в настоящее время промышленностью не производятся. Имеются отдельные разработки.
В настоящее время проблема энергетики является весьма актуальной. Для ее решения необходимо шире использовать нетрадиционные теплоносители, в качестве которых можно использовать низкотоварную древесину.
Для получения тепловой энергии используются самые разнообразные топки, предтопочные устройства к существующим котлам, специальные котлы, бойлеры, миниТЭЦ, и т.д. Получаемый пар преобразуется в электроэнергию по схеме котел-турбина-генератор.
Имеются многочисленные производители оборудования для сжигания древесины как в России, так и за рубежом.
Одним из направлений использования древесины, собранной с акваторий водохранилищ, является применение их в качестве основы высококачественных компостов, органических удобрений и искусственных земель. Активное разложение в почве древесины - (биологический способ ее утилизации) известен очень давно в качестве одного из основных способов оживления земли. При этом почва обогащается органическим веществом, минеральными элементами и повышает плодородие.
Машиностроительная промышленность России не выпускает компостное оборудование, но имеются технологические решения позволяющие использовать серийное оборудование других производств.
Таким образом, в настоящее время имеются технологии и технические средства, позволяющие использовать плавающую древесную массу, находящуюся на акваториях водохранилищ ГЭС.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. В настоящее время объемы затопленной и плавающей древесной массы на акваториях водохранилищ ГЭС АЕР весьма значительны.
2. Необходимость сбора плавающей и затопленной древесной массы обусловлена потребностью в локализации источников загрязнения водоемов, а также возможностью вовлечения в производство дополнительных лесных ресурсов.
3. Древесное сырье, полученное в ходе сбора с акваторий водохранилищ ГЭС может быть использовано для производства ряда продуктов, имеющих стабильный спрос (как на внутреннем рынке, так и за рубежом) и достаточно высокую добавленную стоимость.
4. Представленные направления переработки низкотоварной древесины, получаемой в ходе сбора с акваторий водохранилищ ГЭС широко известны, однако в настоящее время практически не используются, хотя являются достаточно простыми и не требуют больших капитальных вложений.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Корпачев В. П., Пережилин А. И., Андрияс А. А. Проблемы засорения водохранилищ ГЭС Сибири древесной массой: монография. - Красноярск: Сиб-ГТУ, 2010. - 114 с.
Богучанская ГЭС на реке Ангаре: Технический проект. Т. III Водохранилище и охрана окружающей среды. Кн. 1 Водохранилище. - М.: Гидропроект, 1976. -219 с.
Загрязнение и засорение водохранилищ ГЭС древеснокустарниковой растительостью, органическими веществами и влияние их на качество воды : монография / В. П. Корпачев, А. И. Пережилин, А. А. Андрияс, Ю. И. Рябоконь. - М. : Академия Естествознания, 2010. - 127 с.
Прогнозирование засорения и загрязнения водохранилища Мотыгинской ГЭС древесной массой и органическими веществами, разработка комплекса мероприятий по санитарной очистке ложа водохранилища : отчет о НИР / ГОУ ВПО «Сибирский госуд. технол. ун-т»; рук. В. П. Корпачев. - Красноярск, 2006. - 55 с.
Корпачев В.П., Миронов Г.С. Экология лесопользования : монография / В. П. Корпачев, Г. С. Миронов. -Красноярск : СибГТУ, 2008. - 212 с.
Логинов Т. И., Лещ-Борисовский А. И., Фогель Д. Н. Лесосводка и лесоочистка водохранилищ гидротехнических сооружений. - М. : Лесн. пром-сть, 1978.
- 136 с.
Проведение оценки объемов древесного плавника в акватории Саяно-Шушенского водохранилища, его экологической опасности и товарной составляющей : отчет о НИР / ГОУ ВПО «Сибирский госуд. технол. ун-т»; рук. В. П. Корпачев. - Красноярск, 2008.
- 38 с.
Проблема загрязнения и засорения древесной массой рек и водохранилищ Ангаро-Енисейского региона / В. П. Корпачев [и др.] // Лесоэксплуатация: Меж-вуз. сб. науч. тр. - Красноярск : КГТА, 1995. - С. 7
- 17.
Использование низкотоварной древесины и отходов лесопромышленного производства: Практическое руководство / Под ред. В. В. Шкутко. - Хабаровск.: Изд-во Хабар. гос. техн. ун-та, 2003. - 132 с.
Поступила в редакцию 27 марта 2012 г. Принята к печати 7 сентября 2012 г.
