Технико-экономические аспекты использования невостребованных древесных ресурсов Калужской области для повышения региональной энергоэффективности
, генеральный директор -СП» г. Калуга, , технический директор -СП» г. Калуга, генеральный директор .
В Калужской области около 1,5 млн. м3 /год древесных ресурсов, состоящих в основном из берёзы и осины, остаются невостребованными для лесопереработки (1). В то же время подавляющую часть энергетических ресурсов Калужская область закупает у внешних поставщиков, в том числе природный газ 1,8 млрд. м3 , электрическую энергию 4500 млн. кВтчас (2) . Представляется целесообразным рассмотреть технические и экономические аспекты использования невостребованных древесных ресурсов (НДР) в качестве местного топлива для производства электрической и тепловой энергии на нужды Калужского региона.
При средней рабочей теплотворности исходной древесины 1800 ккал/кг располагаемая среднегодовая тепловая мощность НДР составляет 246,6 Гкал/час. Эту располагаемую тепловую мощность НДР можно преобразовать в зависимости от поставленной цели в следующие виды энергии:
- тепловую энергию (тепловая станция – ТС);
- электрическую энергию (электрическая станция – ЭС);
- электрическую энергию плюс тепловую энергию (теплоэлектро-
станция – ТЭС).
Разработанные на настоящий момент технические способы и оборудование, а также отечественная машиностроительная база, позволяют практически осуществить любой из вышеуказанных процессов. Наиболее отработанной технологией производства тепловой энергии является прямое сжигание древесины в виде щепы. Основной технологией производства электрической энергии является паротурбинный цикл Ренкина (3).
В таблице 1 приведены расчётные укрупнённые показатели указанных вариантов производства тепловой и электрической энергии при использовании в качестве топлива НДР.
Таблица 1
Укрупнённые показатели вариантов производства тепловой и электрической энергии при использовании в качестве топлива НДР
№ п/п | Показатели | Варианты производства энергоресурсов | ||
Тепловая станция (ТС) | Электри- ческая станция (ЭС) | Тепло- электро- станция (ТЭС) | ||
1 | Расход древесного топлива, т/ч ( млн. м3/год) | 137 (1,5) | 137 (1,5) | 137 (1,5) |
2 | Тепловая мощность, Гкал/час | 209 | - | 154 |
3 | Электрическая мощность, МВт | - | 72 | 50 |
4 | Коэффициент полезного использования топлива,% | 85 | 25 | 80 |
5 | Годовой объём регионального замещения природного газа, млн. м3 | 228,855 | - | 168,630 |
6 | Годовой объём регионального замещения электрической энергии, млн. кВтчас. | - | 630,720 | 438,000 |
Единичные мощности и места размещения ТЭС должны быть определены последующими исследованиями.
Для России строительство ТЭС на древесном топливе – тема далеко не новая. Широкое строительство ТЭС началось после ввода в строй «Калужского турбинного завода» (4). Первые отечественные турбины в лесоперерабатывающую промышленность начали поступать с 1954 года. На рисунке 1 представлены сведения о количестве и мощности выпущенных паровых турбин для лесоперерабатывающей отрасли за период с 1954 по 2004 годы.
Рис.1 График выпуска паровых турбин для лесоперерабатывающей промышленности
Строительство осуществлялось в плановом порядке на государственном уровне. ТЭС предназначались для электро и пароснабжения производств, главным образом, целлюлозно-бумажных комбинатов и гидролизных заводов.
В период 1996 – 2004 г. г. -СП» реализовало несколько проектов ТЭС на древесном топливе, отличающихся между собой по способу строительства и по технологии производства электроэнергии. Технико-экономические характеристики ТЭС приведены в таблице 2.
Таблица 2
Основные технико-экономические характеристики ТЭС
№ п/п | Показатели | Объекты Архангельской области | ||
ЗАО Устьялес | ЗАО ЛДК-3 | Лесозавод п. Мезень | ||
1 | Установленная мощность: - тепловая, МВт - электрическая, кВт | 15 600 | 26 2000 | 36 6000 |
2 | Вид древесного топлива | опил, щепа | опил, кора | щепа, опил, кора |
3 | Тип топочного устройства | Померанцева | Померанцева | Померанцева |
4 | Параметры вырабатываемого пара: - давление, ат. - температура, 0С | 14 198 | 25 320 | 40 420 |
5 | Коэффициент полезного использования топлива, % | 72 | 63 | 61 |
6 | Технология производства электрической энергии | Р | П | П |
7 | Способ строительства | Реконструкция существующей котельной без замены котлов | Реконструкция существующей котельной с заменой котлов | Новое строительство |
8 | Стоимость строительства, млн. руб.(год строительства) | 12 (2000) | 64 (2001) |
Главная особенность указанных проектов, которая обусловила их достаточно высокую экономическую эффективность, состоит в том, что в качестве топлива используются отходы основного производства, а тепловая и электрическая энергия целиком используется на собственные нужды.
В Калужской области нет крупных лесообрабатывающих предприятий и нет сложившейся инфраструктуры лесозаготовок, в связи с этим требуется более подробно рассмотреть экономические и правовые аспекты использования невостребованных древесных ресурсов (НДР) в качестве местного топлива для производства электрической и тепловой энергии. Здесь два основополагающих вопроса: первый – себестоимость топливной щепы с учётом отнесения всех затрат на энергетический комплекс; второй – доход от выработанной электрической энергии.
Себестоимость топливной щепы включает в себя все затраты, связанные с заготовкой, транспортировкой, хранением твёрдой древесины, а также, затраты, связанные с превращением твёрдой древесины в щепу, хранением и топливоподачей щепы в топки энергетических установок. Естественно, что эти затраты могут быть посчитаны после разработки вариантов технологической цепочки приготовления топливной щепы. Разработка этих вариантов – задача следующих периодов исследований, однако сейчас мы можем определить уровень конкурентоспособной себестоимости (КСС), выше которого использование НДР в качестве местного топлива для энергетических установок становится экономически нецелесообразным. Предельная величина конкурентоспособной себестоимости топливной щепы должна учитывать стоимость покупаемого конкурентного топлива, которым, несомненно, является природный газ, а также, показатели относительной энергетической эффективности использования топливной щепы в сравнении с конкурентным топливом. Таким образом, максимальное значение КСС определится из следующего соотношения
КССмакс = Цтк×ηщ/ηтк ×(100-qснщ )/ (100-qснтк ) (1)
где:
Цтк – энергетическая стоимость конкурентного топлива, руб/Гкал, например, для природного газа теплотворностью 8000 ккал/м3 и физической стоимостью 3 руб/м3 энергетическая стоимость составит 375 руб/Гкал;
ηщ, ηтк – тепловой КПД при сжигании топливной щепы и конкурентного топлива соответственно,% , (ηщ=85, ηтк=92);
qснщ, qснтк – доля потребления электрической энергии на собственные нужды электростанции на щепе и на конкурентном топливе соответственно,%, (qснщ=15, qснтк=8).
Подставляя значения показателей в формулу (1) получим величину КССмакс= 375×85/92 ×(100 – 15)/(100 – 8) = 282 руб/Гкал.
Учитывая, что рабочая теплотворность топливной щепы составляет ккал/кг, насыпная плотность 440 кг/м3, то физическая максимальная конкурентоспособная себестоимость топливной щепы составит 235 – 260 руб/м3.
Серьёзное внимание развитию биоэнергетики уделяется в Республике Беларусь. В 2006 году на Пинской газовой ТЭЦ введён в строй энергетический блок из двух паровых котлов средних параметров с топками для сжигания топливной щепы. Выработанный пар поступает в общий паровой коллектор ТЭЦ, обеспечивая этим замещение части природного газа. По данным лесного хозяйства РБ за 2006 год стоимость 1 м3 топливной щепы составила 31335 БР и может быть снижена до уровня 22057 БР (220 RUR) за счёт совершенствования процессов заготовки топливной щепы (5).
Доходная часть эксплуатации электростанции на древесном топливе определяется условиями функционирования рынка электроэнергии в Калужской области. Максимальная величина дохода образуется при работе электростанции на локальную сеть собственных потребителей, находящихся совместно с электростанцией на балансе у одного владельца. В этом случае доход равняется сумме замещаемой покупной электроэнергии по действующим отпускным тарифам. Минимальная величина дохода образуется при продаже выработанной электроэнергии в электрические сети сетевой компании. В этом случае доход равняется стоимости отпущенной в сети электроэнергии по действующим покупным тарифам на ФОРЭМ. Очевидно, что в этом направлении должны быть проведены глубокие исследования функционирования рынка электроэнергии и разработаны варианты оптимального выхода на этот рынок.
Большие технические и экономические возможности использования в качестве альтернативного биотоплива имеет птичий помёт птицефабрик. В этом случае находят удачное сочетание и наличие топливной инфраструктуры и потребление произведённых энергоресурсов на собственные нужды (6). Целесообразно также оценить потенциал энергозамещения отходов животноводства
и растениеводства
Калужской области, для чего должны быть выполнены специальные исследования.
Лес – это лёгкие планеты. Россия является главной лесной державой, а так как атмосфера не имеет границ, то наша страна в общемировой баланс производства атмосферного кислорода вносит наибольший вклад. Содержание лесных угодий в России, которые влияют на всю экосистему планеты, должно быть общемировой задачей. Одним из видов компенсации возмещения издержек по содержанию лесов может быть торговля кислородными квотами, по аналогии с квотами на углекислый газ. Это может быть одним из источников финансирования содержания лесных «энергетических» плантаций, а также, санитарных рубок и утилизации низкосортной древесины в целях производства конкурентоспособных энергоресурсов.
Значительную роль в себестоимости топлив объективно должна играть экологическая составляющая, которая у нас в России практически не учитывается. Только в последнее время Президент страны обратил на это внимание. Правовой механизм, включающий систему федеральных и региональных понудительных и поощрительных мер, направленных на развитие биоэнергетики необходимо значительно дорабатывать.
Заключение
1. Потенциал повышения региональной энергоэффективности Калужской области за счёт использования невостребованных древесных ресурсов (НДР) в качестве местного топлива для производства электрической энергии составляет 630,72 млн кВтчас ежегодно (около 14 % регионального потребления), что эквивалентно экономии природного газа в количестве 165 млн м3 ежегодно, то есть 188 тыс. ТУТ, что составляет примерно 25% эффекта, планируемого долгосрочной региональной программой «Энергосбережение и повышение энергоэффективности в Калужской области на годы».
Потенциал региональной экологической и энергетической эффективности может быть значительно повышен за счёт использования в качестве альтернативного биотоплива отходов птицеводства, животноводства и растениеводства.
2. Опыт строительства ТЭС на древесном топливе (-СП») и основополагающая машиностроительная база ( турбинный завод») в Калужском регионе имеются.
3. В регионе отсутствуют крупные лесоперерабатывающие предприятия и отсутствует опыт лесозаготовок для энергетических установок, однако такой опыт имеется в соседнем регионе – Республике Беларусь.
4. Предварительные расчёты показывают, что при определённых условиях организации процессов заготовки топливной щепы физическая себестоимость топливной щепы может быть ниже уровня максимальной конкурентоспособной себестоимости, что предопределяет перспективность дальнейших исследований и разработок применительно к условиям Калужской области.
Список литературы
1. Биоэнергетика – перспективное направление использования невостребованных древесных ресурсов в Калужской области//Материалы научно-практической конференции.- Калуга: Изд-во ЦНТИ,2010.-С.4-6.
2. Калужская Сбытовая Компания//www. ksk. *****/news/
3. А., , Аксёнов -экономическая эффективность противодавленческих турбогенераторов на промышленно-отопительных котельных.// «Калугагосэнергонадзор» информационно-технический сборник №1г. С.42-45.
4. Смирнов ТЭС на древесных отходах различной мощности.// Проблемы обеспечения удалённых потребителей Восточной Сибири и Дальнего Востока теплом и электроэнергией: доклады международной конференции по программе Forest.- Хабаровск, 2004.-С.41-58.
5. Вавилов технические средства для топливообеспечения энергетических установок на биомассе.//Минск. «Стринко», 2006. С.132-140.
6. , и др. Экономические аспекты использования подстилочного помёта в качестве альтернативного биотоплива.//приложение к журналу мясная сфера «Птицепром» № 3(03),2010. С. 62-63.
