CC BY
99
УДК 332.13
DOI: 10.21209/2227-9245-2016-22-8-88-95
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ВИДОВ ТОПЛИВА НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСНОГО СЫРЬЯ
ECOLOGICAL-ECONOMIC EFFICIENCY OF ALTERNATIVE FUELS BASED ON WOOD RAW MATERIAL: mMPARAnVE ANALYSIS
H. В. Жадина, Забайкальский государственный университет, г. Чита [email protected]
N. Zhadina, Transbaikal State University, Chita
Проведен анализ эколого-экономнческой эффективности альтернативных видов топлива на основе древесного сырья с использованием двух категорий показателей. В качестве экономических показателей рассматривались производство и потребление, экспорт и импорт, цена и стоимость альтернативных видов топлива на основе древесного сырья. В качестве технико-экологических — плотность, теплотворная способность, потребляемая мощность, калорийность и зольность альтернативных видов топлива на основе древесного сырья. Анализ полученных данных показал, что изготовление топливных гранул и брикетов является хорошей альтернативой прямому использованию древесных отходов в виде топлива. У пеллет и брикетов больше коэффициент полезного действия, лучшие условия эксплуатации, они более безопасны, чем другие виды топлива. Отмечено, что лучшим вариантом является сочетание лесопильного производства и линии по производству альтернативных видов топлива на основе древесного сырья
Ключевые слова: альтернативные виды топлива на основе древесного сырья (топливные пеллеты, топливные брикеты); лесопользование; экономическая и экологическая эффективность
¥ I
The article analyzes the environmental and economic efficiency of alternative fuels based on wood raw material using two indicators. Economic indicators: production, consumption, exports and imports, price and value of alternative fuels based on wood raw material. Environmental indicators: density, calorific value, power consumption, caloric value and ash content of alternative fuels based on wood raw material. Analysis of the collected data shows that the production of pellets and briquettes is a good alternative to the direct use of wood waste as fuel. Pellets and briquettes have a greater efficiency, better service conditions; they are safer than other fuels. Also, the analysis of production has shown that the ideal is a combination of sawmill production and production line of alternative fuels based on wood raw material
Key words: alternative fuels based on wood raw material (pellets, briquettes); forest use; ecological and economic effectiveness
Работа выполнена при поддержке РГНФ: Работа выполнена в рамках проекта РГНФ № 16-02-00102
Одной из важнейших задач развития экономики регионов Российской Федерации является модернизация традиционных отраслей, в частности отрасли лесной промышленности. Для ее решения принято Постановление Правительства РФ от 30 июня
2007 г. № 419 «О приоритетных инвестиционных проектах в области освоения лесов», направленное на увеличение инвестиционной привлекательности лесного комплекса, особенно в производстве альтернативных видов топлива (пеллеты, брикеты и пр.).
Перспективным направлением переработки древесины в регионах с большими объемами лесозаготовок является создание линий по производству альтернативных видов топлива на основе древесного сырья. В условиях низкой плотности населения, что характерно для регионов Восточной Сибири и Дальнего Востока, где нецелесообразно развитие централизованных теплосетей в небольших населенных пунктах, это создаст дополнительные условия для надежного обеспечения теплом с невысокой экологической нагрузкой.
Существует несколько видов альтернативного топлива. Самые распространенные — топливные пеллеты и брикеты. Для их производства используют торф, низкокачественную древесину и древесные отходы (кору, опилки, щепу), а также отходы сельского хозяйства (отходы кукурузы, солому, лузгу подсолнечника и т.п.). Создание производства топливных древесных гранул имеет смысл, если постоянно имеется достаточное количество отходов. Лучшим ва-
Более наглядно динамику впуска пел-лет можно представить в виде диаграммы (рис. 1).
Большой отрыв по производству пеллет наблюдается в США, в которых, согласно статистике продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН ^АО)
риантом является сочетание лесопильного производства и линии по производству гранул [7; 11].
Процесс производства древесных гранул традиционно делится на несколько этапов. Сырье измельчается крупными дробилками, что позволяет быстро и качественно его высушить. На этапе мелкого дробления сырье измельчается до размеров, подходящих для дальнейшего прессования. На четвертом этапе сырье проходит водоподго-товку — обработку водой или паром. Далее производится прессование, которое и придает конечную форму получаемых гранул. Гранулы охлаждаются и расфасовываются, что, в свою очередь, обеспечивает качество конечного продукта.
Три четверти всего мирового выпуска пеллет приходится на десять стран, лидирующих по объемам производства, по данным 2012-2014 гг. [4]. В табл. 1 продемонстрирована динамика выпуска пеллет на основе древесного сырья за последние три года мировыми лидерами.
[10], уровень выпуска пеллет в 2014 г. вырос на 21 %, а доля этой страны в мировом выпуске составила почти 23 %. Вследствие высокого роста экспорта внутренний спрос на древесное топливо в США по итогам 2013 г. снижен на 2 %.
Таблица 1
Объем производства топливных гранул в 2012-2014 гг., млн т Production volume of fuel granules in 2012-2014 (mln. tons)
Страны 2012 г. 2013 г. 2014 г.
США 5,1 5,7 6,9
Германия 2,2 2,2 2,1
Канада 1,5 1,8 1,9
Швеция 1,2 1,5 1,6
Латвия 1,0 1,1 1,3
Франция 0,7 0,9 1,2
Австрия 0,9 1,0 0,9
Россия 0,8 0,7 0,9
Португалия 0,7 0,8 0,8
Польша 0,6 0,6 0,6
/
J* J
¿s
4 <?° 0<v <ps
Рис. 1. Страны, лидирующие по объемам производства пеллет на основе древесного сырья
в 2012-2014 гг., млн т
Fig. 1. The countries leading in terms of pellets production based on raw wood in 2012-2014, mln. tons
В Канаде и в Германии доли выпуска топливных гранул составляли по 11 % на период 2013 г. и уменьшились до 7...8 % соответственно в 2014 г. Потребность в древесном топливе в Канаде за год упала на 27 %, а в Германии выросла на 16 %. Тем не менее, в Канаде уровень производства пеллет в 2014 г. вырос на 6 %, а в Германии упал на 6 %.
Около 5.6 % от всего объема производства топливных гранул в мире производят в Швеции и Латвии. В Латвии отмечен рост выпуска топливных гранул на 2013 и
2014 гг. на уровне 12.17 % соответственно, и экспорт при этом увеличен на 17 %. В Австрии производство пеллет в 2013 г. возросло на 8 % в сравнении с 2012 г., но в 2014 г. упало на 2 %. Объемы экспорта соответствуют уровню импорта, в результате чего внутренний спрос Австрии на пеллеты вырос и в 2013 г. составил 26 %.
На остальные страны из десятки лидеров приходится по 4 % мирового выпуска пел-лет и наблюдается увеличение объемов производства топливных гранул в 2013—2014 гг. (табл. 2, табл. 3).
Таблица 2
Объем производства топливных гранул в 2013 г., тыс. т Production volume of fuel granules in 2013 (thousand tons)
Страны Выпуск Экспорт Импорт Потребление
США 5700 2909 152 2243
Канада 1800 1640 23 783
Германия 2208 708 527 2026
Швеция 1586 162 713 1937
Латвия 1093 1057 41 77
Австрия 962 483 385 865
Франция 890 152 88 826
Россия 710 741 1 71
Португалия 800 790 32 42
Польша 620 180 86 526
Таблица 3
Объем производства топливных гранул в 2014 г., тыс. т Production volume of fuel granules in 2014, thousand tons
Страны Выпуск Экспорт Импорт Потребление
США 6900 4005 220 3115
Канада 1900 1637 30 293
Германия 2078 627 370 1821
Швеция 1577 253 522 1846
Латвия 1280 1277 88 91
Австрия 945 481 342 806
Франция 1200 124 138 1214
Россия 892 879 1 14
Португалия 800 750 38 88
Польша 620 274 52 389
Практически на треть выросли объёмы производства пеллет во Франции. Внутренний спрос в 2013 г. увеличился на 36 % в сравнении с 2012 г., а в 2014 г. производство возросло еще на 35 %.
В Португалии в 2013 г. выпуск древесного биотоплива вырос на 16 % в сравнении с 2012 г. Однако почти весь объём произведенных в Португалии пеллет отгружен на мировые рынки, при этом импорт остался весьма незначителен. Внутри страны по итогам 2013 г. осталось только 42 тыс. т пеллет — спрос за год упал на 62 %. Польша стабильно выпускает в среднем по 600 тыс. т пеллет в год, причем половина из этой продукции экспортируется.
По итогам 2014 г. Россия занимает восьмое место в мире среди стран, выпускающих топливо на основе древесного сырья. Рост производства в 2013 г. составил всего 2 %, что обусловлено тем, что внедрение такой линии производства топлива в нашей стране началось сравнительно недавно. Так, пять—шесть лет назад Выборгская лесопромышленная компания (ранее «Выборгская целлюлоза») начала производство топливных гранул. Реализация осуществлялась преимущественно в Швецию и Данию. На экспорт в 2013 г. отправлено около 91 % всего отечественного выпуска пеллет. Внутренний спрос на пеллеты в
России пока еще невелик и составил в 2013 г. около 77 тыс. т, рост 11 % [10]. Однако в 2014 г. объемы производства пеллет в России выросли на треть, составив 892 тыс. т, рост на 31 %.
Рост производства топливных гранул в европейских странах наблюдался в 2013 и 2014 гг. на фоне снижения выпуска в 2012 г. Непосредственное влияние в данной ситуации оказали затянувшийся экономический кризис и медленное восстановление экономики.
В табл. 4 представлены объемы производства и потребления альтернативных видов топлива на основе древесного сырья за 2010-2015 гг. и прогноз до 2020 г.
Идея производства топлива на основе древесного сырья привлекательна и с экологической точки зрения. При использовании практически любого вида топлива наблюдаются выбросы твердых частиц в дымовую трубу. При работе на угле, например, образуется дым серого цвета, а при работе на брикетах и пеллетах — бесцветный, прозрачный, что обусловлено тем, что выбросы золы и других твердых частиц при сжигании этих гранул практически отсутствуют. При сжигании пеллет и брикетов образуется ровно столько С02, сколько поглощено растением во время роста.
Таблица 4
Объемы производства и потребления альтернативных видов топлива на основе древесного сырья, млн т
Production and consumption of alternative fuel volumes based on wood raw materials,
mln.tons
Регион Производство, млн т Потребление, млн т
2010 г. 2015 г. 2020 г. 2010 г. 2015 г. 2020 г.
Северная Америка 4,9 9,5 11 3,4 4,3 5,6
Южная Америка 0,1 3 4,4 -
Западная Европа 7,7 10,7 13 10,8 16,4 23,8
Восточная Европа 2,2 2,8 3,3 - - -
Россия 1 1,4 1,6 0,1...0,2 0,35 -
Китай 0,6 3 10 0,6 3 10
Япония и Южная Корея 0,1 0,4 1,1 0,2 3,8 5,5
Австралия 0,2 0,4 0,8 - -
При сгорании топливных гранул образуется зола в объеме от 0,5 % от массы гранул (в зависимости от их категории). Например, зольник котла мощностью 25 кВт необходимо очищать один раз в две недели. Операция занимает не более получаса и включает охлаждение горелки, открытие камеры горения, удаление зольного ящика
Золу можно использовать для удобрения и раскисления почвы, в отличие от шлака, образующегося при использовании в качестве топлива каменного угля.
Сравнительные характеристики пеллет и брикетов в сравнении с другими видами топлива (газ, уголь и т.д) можно наглядного представить в табл. 5.
и далее сборку в обратном порядке [2].
Таблица 5
Сравнительные характеристики пеллет и брикетов в сравнении с другими видами топлива
Comparative characteristics of pellets and briquettes with other kinds of fuel
Топливо Средняя теплотворная способность топлива Средняя стоимость топлива, 24.02.2011 г. Средний годовой расход топлива при потреблении 120 гДж и объеме отапливаемого пространства 370 м3 Общие затраты за отопительный сезон (в среднем), р.
Древесина (куски) 14,8 мДж/кг, 2 440 ккал/кг 2 000 р/м3 11 т на 24 м3 пространства 22 000
Бурый уголь 18 мДж/кг, 4 000 ккал/кг 4 500 р/т 9,1 т 40950
Древесные гранулы 18 мДж/кг, 4 200ккал/кг 4 500 р/т 7,4 т 33 300
Древесные брикеты 18 мДж/кг, 4 200ккал/кг 4 700 р/т 9,1 т 42770
Природный газ 33,7 мДж/м3, 8 000 ккал/м3 3,30 р/м3 3 390 м3 33 670 кВт-ч 11 186 127 946
Электричество -батареи водяного отопления 3,6 мДж/кВт.ч 3,80 р. кВт-ч
Дизельное топливо 1 л/0,78 кг 42 мДж/кг, 11 000 ккал/кг 27,05 р/кг (23 р/л) 3 180 кг 86 047
Газ пропан-бутан 1 л/0,60 кг 46 мДж/кг 22,7 р/кг (17 р/л) 2 900 кг 65 733
Выводы. 1. На территории Сибири и Дальнего Востока расположено очень много населенных пунктов с небольшой численностью населения. Строить новые теплосети в данном случае нерентабельно, срок окупаемости будет очень велик. Топливные гранулы здесь являются отличным вариантом: достаточно уже в существующей котельной поставить оборудование для использования пеллет и брикетов, которое окупится за счет снижения затрат во время отопительных сезонов [3; 6; 12].
2. Однако в настоящее время внедрение этих технологий идет очень медленно, так как на установку оборудования нужны относительно высокие затраты (выше, чем на установку котла, работающего на традиционных видах топлива, таких как дрова или уголь), а доходы в отдаленных населенных пунктах малы [3; 12]. Государство не финансирует строительство новых и переоборудование существующих котельных для использования альтернативных видов топлива. Кроме того, необходимы регулярные поставки топлива и устойчивый рынок производства пеллет и брикетов. Пока такое топливо можно приобрести на заказ через Интернет, поставки в основном идут из Москвы, Санкт-Петербурга, Екатеринбурга и Новосибирска.
3. Изготовление топливных гранул — хорошая альтернатива прямому использованию древесных отходов в виде топлива. Теплотворная способность брикетов и пеллет выше, чем у дров, и сопоставима с отдельными видами углей, что значительно увеличивает коэффициент полезного действия котельных. К тому же процесс загрузки гранул в топочное устройство автоматизирован. Гранулы, в отличие от дров, не нуждаются в предварительной сушке и имеют постоянную температуру на всем протяжении горения.
4. Отметим и тот факт, что средняя доля отходов, образованных при лесозаготовках, составляет 52,5 %. Организации осуществляющие вырубку леса, обязаны собирать порубочные остатки, и это производится одновременно с заготовкой древесины рабочими комплексных бригад. При
этом затраты на очистку вырубленных лесосек достаточно велики и включаются в себестоимость заготовленной древесины [6]. В данной ситуации имеет смысл создавать такие заводы, где бы сочеталось лесопильное производство и производство топливных гранул из отходов. Такая переработка отходов способствует сохранению лесной экосистемы. В развитых лесных странах, таких как Финляндия, Швеция, Германия, Канада, США и др., древесные отходы активно используют как биотопливо (пелле-ты и брикеты) [1].
5. Важный экологический аспект заключается в том, что при сгорании топливных гранул выброс оксида углерода в атмосферу минимален. Зольность гранул составляет всего 0,5...1 %, что является достаточно низким показателем. После сгорания гранул остается пепел, который, в отличие от углей или шлака, можно использовать в качестве удобрения.
6. Гранулы используются для сжигания в домашних каминных печах и отопительных устройствах. Как правило, они просты в обслуживании и не требуют специально оборудованных мест для складирования и подачи топлива. У печей пламя открытое, оно отдает тепло за счет теплового излучения или вследствие конвекции. Именно этот тип теплового излучения считается наиболее комфортным для человека.
7. Применение топливных брикетов существенно улучшает условия труда кочегаров по сравнению с работой котельной на угле. Отсутствуют угольная пыль и грязь, а значит, не требуется частое удаление шлака. Вследствие продолжительного горения топливных гранул с постоянной температурой упрощается и облегчается подача топлива в топку.
8. В отличие от других видов топлива гранулы не взрывоопасны и не подвержены самовоспламенению при повышении температуры, не «стреляют» и не искрят. В процессе прессования не добавляются химические вещества, поэтому они не вызывают аллергическую реакцию у людей. Удобная расфасовка топливных гранул не требует большого количества площади для
хранения и транспортировки, что существенно снижает затраты на транспортировку и хранение топливных гранул.
9. Практически во всех странах ОЭСР (Организация экономического сотрудничества и развития) пеллеты широко используются в качестве топлива для автоматизированных котельных как бытового, так и промышленного уровня [8]. Переход на альтернативные виды топлива на первоначальном этапе сопровождается государственной поддержкой и государственным стимулированием. В ряде европейских
Список литературы_
стран использование пеллетных котлов становится экономически выгодным при условии, что государством выделяются субсидии и дотации на установку пеллетного отопительного оборудования, а также уменьшается ставка налогообложения. Особенно популярны пеллеты в таких странах, как Дания, Австрия и Швеция, которые являются лидерами в области производства оборудования по использованию (сжиганию) пеллет [9]. Этот опыт продвижения на рынок новых экологических технологий целесообразно использовать и в России.
1. Биоэнергетика в России и мире — цифры, факты, тенденции [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.rgo.ru/2011/05/bioenergetika-v-rossii-i-mire-%E2%80%93-cifry-fakty-tendencii/ (дата обращения: 20.04.2016).
2. ВудПеллетс: сайт [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://woodpellets.su/boiler (дата обращения: 20.04.2016).
3. Глазырина И.П., Яковлева К.А., Жадина Н.В. Проблемы социально-экономической эффективности лесопользования в Байкальском регионе в контексте трансграничных отношений // Актуальные проблемы развития КНР в процессе ее регионализации и глобализации: материалы VI Междунар. науч.-практ. конф. Чита: ЗабГУ, 2014.
4. Единая межведомственная информационно-аналитическая система [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://fedstat.ru (дата обращения: 20.04.2016).
5. Инвестиции в лесной сектор экономики. Инвестиционные проекты в области освоения лесов. Лесная инфраструктура // Сайт «МинПромТорг России» [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://old. minpromtorg.gov.ru/industry/wood/48 (дата обращения: 20.04.2016).
6. Колесникова А.В. Оценка объемов образования древесных отходов в Российской Федерации и анализ их использования // Экономика природопользования. 2013. № 6. С. 54—71.
7. ЛесПромИнформ [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://lesprominform.ru/ (дата обращения: 20.04.2016).
8. Лукашев Д.И. Киловатты из опилок / / Энергетика и Промышленность России. 2009. № 05 (121).
9. Отопительные котлы на пеллетах // АВОК [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www. abok.ru/for_spec/articles.php?nid=5561 (дата обращения: 20.04.2016).
10. Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (FAO): сайт [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.fao.org/statistics/ru/ (дата обращения: 20.04.2016).
11. Федеральное агентство лесного хозяйства [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www. rosleshoz.gov.ru/ (дата обращения: 20.04.2016).
12. Яковлева К.А. Использование лесных ресурсов в приграничных регионах: анализ социально-экономической эффективности // Вестник ЗабГУ. 2015. № 06 (121). С. 156—165.
List of literature_
1. Bioenergetika v Rossii i mire — tsifry, fakty, tendentsii (Bioenergy in Russia and in the world — figures, facts, trends) Available at: http://www.rgo.ru/2011/05/bioenergetika-v-rossii-i-mire-%E2%80%93-cifry-fakty-tendencii/ (accessed 20.04.2016).
2. VudPellets (Wood pellets): site Available at: http://woodpellets.su/boiler (accessed 20.04.2016).
3. Glazyrina I.P., Yakovleva K.A., Zhadina N.V. Aktualnye problemy razvitiya KNR v protsesse ee regionalizatsii i globalizatsii (Actual problems of China development in the process of regionalization and globalization): Materials of VI Intern. scientific-practical. conf. Chita: ZabGU, 2014.
4.Edinayamezhvedomstvennayainformatsionno-analiticheskayasistema (The uniform interdepartmental information-analytical system) Available at: http://fedstat.ru (accessed 20.04.2016).
5. Investitsii v lesnoy sektor ekonomiki. Investitsionnye proekty v oblasti osvoeniya lesov. Lesnaya infrastruktura (Investment in the forest sector. Investment projects in the field of forest management. Forest infrastructure): «Industry and Trade Ministry of Russia» Website Available at: http://old.minpromtorg.gov.ru/ industry/wood/48 (accessed 20.04.2016).
6. Kolesnikova A.V. Ekonomikaprirodopolzovaniya (Environmental Economics), 2013, no. 6, pp. 54—71.
7. LesPromlnform (LesPromlnform) Available at: http://lesprominform.ru/ (accessed 20.04.2016).
8. Lukashev D.I. Energetika ipromyshlennostRossii (Newspaper «Energy and Industry of Russia»), 2009, no. 5 (121).
9. Otopitelnye kotly na pelletah (Optimal boilers on pellets): AVOK Available at: http://www.abok.ru/ for_spec/articles.php?nid=5561 (accessed 20.04.2016).
10. Prodovolstvennaya i selskohozyaystvennaya organizatsiya OON (FAO) (Food and Agriculture Organization): site Available at: http://www.fao.org/statistics/ru/ (accessed 20.04.2016).
11. Federalnoe agentstvo lesnogo hozyaystva (Federal Forestry Agency) Available at: http://www.rosle-shoz.gov.ru/ (accessed 20.04.2016).
12. Yakovleva K.A. Vestn. Zab. Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal), 2015, no. 6 (121), pp. 156—165.
Коротко об авторе _ Briefly about the author
Жадина Наталья Викторовна, стажер-исследователь, кафедра «Прикладная информатика и математика», Забайкальский государственный университет, г. Чита, Россия. Область научных интересов: экономика, лесопромышленный комплекс, экология [email protected]
Natalya Zhadina, probationer-researcher, Transbaikal State University, Chita, Russia. Sphere of scientific interests: economy, timber industry, ecology
Образец цитирования _
Жадина Н.В. Сравнительный анализ эколого-экономической эффективности альтернативных видов топлива на основе древесного сырья // Вестн. Забайкал. гос. ун-та. 2016. Т. 22. № 8. С. 88—95. DOI: 10.21209/2227-9245-2016-22-8-88-95
