Возможности замещения природного газа в Украине за счет местных видов топлива - Журнал С.О.К. Сантехника Отопление Кондиционирование

Биомасса — это углеродосодержащие органические вещества растительного и животного происхождения (древесина, солома, растительные остатки сельскохозяйственного производства, навоз и др.). Также, к понятию биомасса относят органическую часть твердых бытовых отходов и иногда торф. Для производства энергии преимущественно применяют твердую биомассу, а также полученные из нее жидкие и газообразные топлива — биогаз, биодизель, биоэтанол. Биомасса является возобновляемым, экологически чистым топливом, использование которого не приводит к усилению глобального парникового эффекта. Сегодня биомасса — четвертое по значению топливо в мире, которое дает около 2 млрд т условного топлива (у.т.) энергии в год, что составляет около 14% общего потребления первичных энергоносителей в мире (в развивающихся странах — более 30%, иногда до 50-80%). Производство энергии из возобновляемых источников, в том числе биомассы, динамично развивается в большинстве Европейских стран. В 1995 г. в странах ЕС на долю возобновляемых источников энергии приходилось 74,3 млн т нефтяного эквивалента (н.э.), что составляло около 6% общего потребления первичных энергоносителей (табл. 1). Из них доля биомассы составляла более 60%, т.е. около 3% общего потребления первичных энергоносителей. В отдельных странах доля биомассы в общем потреблении первичных энергоносителей значительно превышает среднеевропейскую: в Финляндии — 23% (мировой лидер среди развитых стран), в Швеции — 18%, в Австрии — 12%, в Дании — 8%, в Канаде и Германии— 6%, в США — 3%. В соответствии с программой развития возобновляемых источников энергии, в странах ЕС доля биомассы будет составлять 182 млн т нефтяного эквивалента, что будет эквивалентно 74% общего вклада возобновляемых источников энергии в 2010 г. Очевидно, биомасса является наиболее мощным сектором возобновляемых источников энергии в ЕС.

Ни одна из развитых стран не заявила о планах по сокращению потребления энергии биомассы. Наоборот, национальные энергетические программы стран ЕС, США и Канады планируют дальнейший существенный рост этого сектора возобновляемых источников энергии.

Одним из требований к странам-кандидатам в ЕС является уровень использования возобновляемых источников энергии не ниже среднеевропейского (12% общего потребления первичных энергоносителей к 2010 г.). Для Украины, которая ставит цель интегрироваться в Европу, это является дополнительным аргументом в пользу активного развития возобновляемых источников энергии, впервую очередь биоэнергетики.

Ближайшие соседи Украины, Беларусь и Молдова, также решительно взялись за внедрение биоэнергетических технологий. В Беларуси уже сегодня 12% общего объема энергии производится из местных видов топлива (биомасса, торф и т.д.). На 2012 г. стоит задача заместить 25% котельно-печного топлива местными видами топлива. Такой рывок в развитии биоэнергетики объясняется твердой и четкой позицией правительства в этом вопросе. В Молдове разработана государственная программа по внедрению котлов для сжигания соломы. Уже установлен первый котел украинского производства.

Развитие биоэнергетики является очень актуальным и для Украины с ее значительным потенциалом местных топлив, доступных для получения энергии: биомасса — до 24 млн т у.т./год, торф — около 0,6 млн т у.т./год (табл. 2). Основными составляющими потенциала биомассы являются солома (5,6 млн т у.т./год) и другие отходы сельского хозяйства (стебли, початки, лузга и т.д. — 4,7 млн т у.т./год), а также древесные отходы, жидкие виды топлива из биомассы, разные виды биогаза и энергетические культуры. Первоочередное использование в качестве топлива необходимо организовать для имеющихся отходов твердой биомассы — в первую очередь древесины и соломы, тогда как выращивание и использование энергетических культур (ива, тополь, мискантус), производство биогаза и жидких видов топлива из биомассы — это, скорее всего, дело ближайших 5-10 лет. В перспективе отходы биомассы (без доли, которая используется другими секторами экономики) и торф могут обеспечить свыше 10% общей потребности Украины в первичной энергии.

Технологии утилизации биомассы находятся в начале своего развития в Украине и имеют хорошие перспективы при коммерциализации в ближайшем будущем, особенно в свете резкого повышения стоимости природного газа. На сегодня Украина потребляет биомассу преимущественно в виде древесного топлива — около 1 млн т у.т./год при традиционном сжигании дров для отопления частных домов, а также в более чем 1000 котлов, которые установлены на предприятиях лесной и деревообрабатывающей отраслей Украины.

Мы считаем, что начинать процесс широкого внедрения биоэнергетических технологий надо с внедрения современных котлов для сжигания отходов древесины, соломы и торфа. Другие технологии производства энергии из биомассы (биогаз, жидкиевиды топлива, энергетические культуры) являются не менее важными и будут приоритетными в ближайшем будущем, но сейчас именно котлы на биомассе могут быстро заместить природный газ для производства тепловой энергии с наиболее низкими инвестиционными затратами и кратчайшими сроками окупаемости проектов.

В Институте технической теплофизики НАН Украины разработана концепция развития биоэнергетики в Украине [2, 3]. Исходя из имеющегося потенциала древесины, соломы и торфа, считаем целесообразным внедрение на протяжении ближайших 10 лет следующих технологий (табл. 3):
❏ отопительных котельных на древесине (1...10 МВт) — 250 единиц;
❏ промышленных котлов на древесине (0,1...5 МВт) — 360 ед.;
❏ бытовых котлов на древесине (10...50 кВт) — 53 тыс. ед.;
❏ фермерских котлов на соломе (0,1...1 МВт) — 16 тыс. ед.;
❏ отопительных котельных на соломе (1...10 МВт) — 1400 ед.;
❏ отопительных котельных на торфе (0,5...1 МВт) — 1000 ед.

Общая тепловая мощность этого оборудования составляет свыше 9000 Мвт, что дает возможность заместить до 5,0 млрд м3/год потребления природного газа и уменьшить выбросы диоксида углерода почти на 10 млн т/год. Считаем реальным достичь полного внедрения этой концепции до 2015 г. При удельных инвестиционных расходах 200 грн./кВт для котлов на древесине и торфе и 300 грн./кВт для котлов на соломе стоимость оборудования, необходимого для реализации предложенной концепции, составляет 2,4 млрд грн. Если сравнить эти суммарные капиталовложения со средствами, сэкономленными на потенциальном сокращении потребления природного газа (550 грн./1000 м3 . 5,0 млрд м3/год = 2,75 млрд грн./год), то видно, что годовая экономия средств на приобретение природного газа выше, чем стоимость всего парка котлов предложенной концепции. Важно, что эта экономия будет повторяться из года в год.

Стоимость биомассы, как топлива, в перерасчете на единицу энергии (Гдж) существенно меньше стоимости природного газа. Так, при типичных ценах на солому как топливо 100 грн./т (при теплотворной способности 17 МДж/кг) стоимость 1 ГДж энергии будет составлять для соломы около 6 грн./ГДж. При ценах на древесное топливо 80 грн./т (при средней теплотворной способности 10- 12 МДж/кг) стоимость 1 Гдж энергии будет составлять для древесины около 7 грн./ГДж. При цене на природный газ 550 грн./1000 м3 (при теплотворной способности 35 МДж/м3) стоимость 1 Гдж энергии будет составлять для природного газа около 16 грн./ГДж. Таким образом, при указанных ценах, солома в 2,6 раза, а древесное топливо в 2,3 раза дешевле природного газа. Часто местные виды топлива могут иметь значительно низшую цену, а в отдельных случаях даже нулевую.

Результаты технико-экономического анализа показывают, что производство теплоты из биомассы является конкурентоспособным даже при использовании зарубежного оборудования. При применении оборудования украинского производства сроки окупаемости составляют 1-2 года для котлов на древесине и 2-3 года для котлов на соломе (табл. 4, 5).

На втором по приоритетности месте после внедрения котлов на биомассе стоит производство биогаза. Эти технологии включают получение биогаза путем анаэробной ферментации отходов животноводства (навоз, помет), растениеводства и добычу биогаза на полигонах твердых бытовых отходов. Биогаз на 50-60% состоит из метана и может использоваться в адаптированных двигателях для производства электроэнергии или применяться вместо природного газа в промышленном производстве (например, на цементных заводах). Часть разработанной концепции относительно биогаза приведена в табл. 6. В ближайшие годы интенсивно будут развиваться технологии использования биогаза со свалок и очистительных станций, а после 2010 г. можно ожидать прироста производства биогаза из отходов животноводства.

Суммарное использование биогаза в 2030 г. может составлять 10,2 ТВт . ч/год, а в 2050 г. — возрастет до 17,4 ТВт . ч/год (технически возможный потенциал).

Для Украины приоритетность производства тепловой энергии из биомассы заключается в том, что при производстве тепловой энергии в подавляющем большинстве случаев происходит прямое замещение потребления природного газа (на 100%). Для сравнения, при производстве электроэнергии из возобновляемых источников замещается в среднем лишь 17% потребления природного газа, поскольку в Украине лишь около 17% электроэнергии производится из природного газа.

При замещении потребления природного газа и жидких нефтепродуктов за счет биомассы средства, которые раньше платились за их приобретение и в конечном итоге уходили к России и Туркменистану, остаются в регионах в качестве платы фермерам и лесхозам за поставку биомассы как топлива. Эти деньги начинают работать на развитие региона и страны в целом, а не поддерживают экономику соседних государств.

Кроме того, внедрение биоэнергетических технологий оказывает содействие созданию значительного количества новых рабочих мест в Украине: в среднем 5 рабочих мест на 1 МВт установленной тепловой мощности. Соответственно, при установке 9000 МВт тепловой мощности на биомассе в стране будет создано 45 тыс. новых рабочих мест, преимущественно в сельской местности. Дополнительные рабочие места будут созданы и на заводах по выпуску этих котлов. На данный момент в Украине есть несколько примеров успешного применения крупных котлов на биомассе для производства тепловой энергии. Паровые древесносжигающие котлы мощностью 5 МВт и 1,5 МВт работают на фанерной фабрике «Одек Украина» (п.г.т. Оржев) и в Малинском Гослесхозе (г. Малин). Введенные в эксплуатацию в 2000 г., они работают на собственных древесных отходах предприятий и обеспечивают их технологическим паром и тепловой энергией. Котел мощностью 1 МВт для сжигания больших тюков соломы, также запущенный в 2000 г. на агрофирме «ДиМ» (с. Дрозды, Киевская обл.), используется для централизованного теплоснабжения административных и социально-бытовых объектов хозяйства. В этих проектах за счет международной технической помощи использовано зарубежное оборудование.

Внедрение иностранных котлов в Украине и демонстрация их успешной работы оказывала содействие развитию производства аналогичных котлов украинскими предприятиями. Например, ЗАО «Житомирремпищемаш» выпускает водогрейные котлы с нижней подачей топлива на древесных отходах мощностью 40-820 кВт. Средняя стоимость такого оборудования составляет 20-30 долл./кВт, что в 3-5 раз дешевле аналогичных котлов зарубежного производства. Котлы производства «Житомирремпищемаш» активно продаются в Украине и постепенно начинают выходить на рынки зарубежных стран. В 2003 г. ОАО «Южтеплоэнергомонтаж» по исключительной лицензиеи фирмы Passat Energi (Дания) начало выпуск теплогенераторов (котлов) для сжигания тюкованной соломы. Производятся котлы мощностью 150-600 кВт, которые приблизительно на 30% дешевле западных аналогов. Конструкторское бюро «Энергомашпроект» успешно занимается разработкой котлов для сжигания шелухи подсолнуха. В Институте технической теплофизики НАН Украины создан экспериментальный котел ретортного типа для сжигания древесных отходов, ведутся разработки котлов на торфе и соломе, идет подготовка к началу серийного выпуска таких котлов в Украине. Подытоживая, можно сказать, что в Украине уже появились первые производители серийного оборудования для использования местных видов топлива. Считаем, что в ближайшее время десятки других производителей также освоят выпуск этого оборудования. Кроме прямого сжигания в котлах, в Украине есть положительные примеры применения других технологий получения энергии из биомассы. Так, на свиноферме компании «Агро-Овен» (с. Еленовка) работает практически единственная в Украине биогазовая установка с производством электроэнергии из биогаза. Она запущена в эксплуатацию в 2003 г., и предназначена для ежесуточной переработки 80 т навозных стоков свинофермы с поголовьем 15 тысяч. В ее состав входят два бетонных метантэнка по 1000 м3 каждый, два когенерационных блока на базе двигателей внутреннего сгорания мощностью 80 кВте+160 кВтт каждый, система обезвоживания сброженного гноя.

На Луганском полигоне твердых бытовых отходов в 2003 г. введена демонстрационная система сбора и утилизации биогаза. Три буровые скважины дают 90 м3 биогаза в час с содержанием метана до 60%. Общая площадь полигона позволяет пробурить 30 буровых скважин, а объема собранного из них биогаза будет достаточно для установки электростанции мощностью 1,5 МВт. Внедрение полного проекта планируется за счет средств от реализации механизма Совместного Осуществления в рамках Киотского протокола.

Несмотря на очевидные преимущества и выгоды производства энергии из биомассы, биоэнергетические технологии развиваются в Украине крайне медленно. Одной из основных причин является отсутствие четкой государственной политики в этой области и отсутствие государственной программы по определению ближайших и долгосрочных целей и объемов использования биомассы для производства энергии. Усилия правительства направлены сейчас на поиски альтернативных путей поставки природного газа, оставляя без внимания биомассу — прямой заместитель природного газа для производства энергии, в первую очередь, тепловой. Пока не появятся официальные государственные документы, а также законы, с конкретно определенными цифрами и соответствующими мероприятиями, не начнется планомерное и последовательное внедрение биоэнергетических технологий.

В данное время инициатива в этой сфере поступает, в основном, «снизу». Люди ощущают значительную потребность в альтернативных источниках энергии и начинают искать их самостоятельно. Мы это ощущаем по количеству обращений в лабораторию биоэнергетики Института технической теплофизики, которое резко выросло с начала 2006 г. Для экономического стимулирования внедрения украинских котлов на биомассе считаем необходимым ввести государственную субсидию для покупателей котлов в размере 20% стоимости котла и не включать НДС в цену биомассы, когда она продается как топливо. Другим вариантом поддержки является уплата государством процента банка, если для приобретения котла покупатель берет банковский кредит. В свое время субсидия на приобретение котла в размере 20% его стоимости применялась в Дании и положительно повлияла на развитие биоэнергетики в этой стране. Пример Дании также является полезным для Украины с точки зрения консолидации политических сил для достижения общенациональных интересов. В 2000 г. правительство Дании и три основные политические партии (консервативная, либеральная и социалистическая) заключили соглашение об общих усилиях по повышению доли биомассы в энергопотреблении страны. В соглашении было зафиксировано как именно и в каких объемах это должно быть сделано. Выполнение соглашения было частью реализации национальной энергетической программы «Энергия 2000».

Дополнительные средства на внедрение енергоэффективных технологий в Украине могут быть привлечены при использовании предприятиями Украины механизма совместного осуществления в рамках Киотского протокола об ограничении выбросов парниковых газов в атмосферу. Это означает, что на территории Украины могут реализовываться проекты, которые приводят к снижению эмиссии парниковых газов, а единицы снижения эмиссии, измеряемые в тоннах СО2-эквивалента, могут продаваться странам, которые обязаны сократить выбросы парниковых газов. Среди проектов разного типа биоэнергетические имеют здесь один из наибольших потенциалов и могут состоять в полном или частичном замещении традиционных топлив биомассой, сборе биогаза (метана) на полигонах твердых бытовых отходов, комбинированном производстве тепловой и электрической энергии из биомассы. Постановлением Кабинета министров Украины № 206 от 22.02 2006 г. был утвержден порядок рассмотрения, одобрения и реализации проектов совместного осуществления. Таким образом, создана юридическая база для внедрения проектов такого типа в Украине. В ближайшем будущем можно ожидать активизации деятельности по производству и применению жидких топлив из биомассы — биодизеля и биоэтанола. Раньше одним из факторов, который сдерживал развитие производства жидких видов топлива, была их неконкурентоспособность по сравнению с традиционным горючим. После роста цен на бензин и дизельное топливо в Украине на протяжении 2005 г., стоимость жидких биотоплив практически уравнялась со стоимостью традиционного горючего. По решению Министерства аграрной политики, сейчас проводятся подготовительные работы по строительству двух заводов по производству биодизельного горючего в Украине. В декабре 2005 г. Кабинет Министров Украины утвердил Концепцию Программы развития производства дизельного биотоплива на период до 2010 г., хотя никаких преференций для производителей или потребителей такого горючего не предусмотрено. Что касается биоэтанола, в Украине существует собственная технология производства высокооктановых кислородосодержащих добавок к бензинам (украинский аналог биоэтанола). Технология разработана Украинским институтом спирта и биотехнологий производственных продуктов (г. Киев). ВКД могут производиться на существующих спиртовых и сахарных заводах при условиях определенного дооснащення технологических линий. Верховной Радой принят закон, направленный на стимулирование производства ВКД путем внедрения сниженной ставки акцизного сбора для бензинов двигательных смесевых.

Среди других положительных примеров поддержки государством развития биоэнергетических технологий надо отметить принятие Закона Украины «О специальном режиме инновационной деятельности технологических парков». Закон создает благоприятные условия для реализации инновационных проектов, в том числе биоэнергетических. В феврале 2006 г. прошло первое чтение Закона Украины о «зеленых» тарифах на электроэнергию, произведенную из альтернативных источников энергии. Положительным фактором является создание в Украине Агентства по вопросам обеспечения эффективного использования энергетических ресурсов, которое очевидно будет заниматься и координацией деятельности в сфере возобновляемых источников энергии.

Таким образом, широкое внедрение технологий получения энергии из местных топлив является одним из эффективныхсредств сокращения потребления природного газа в Украине. Для этого считаем необходимым сделать следующие шаги:
1. Принять Правительством (желательно с утверждением Верховной Радой) политической декларации, которая установит четкую цель по привлечению местных видов топлива к энергетическому балансу страны. Реалистическим кажется следующий вклад местных видов топлива: в 2005 г. (настоящее состояние) — около 1 млн т у.т. (0,5% от общего по- требления ПЭР в Украине), 2010 г. — 2 млн т у.т. (1%), 2015 г. — 5 млн т у.т. (2,5%), 2020 г. — 10 млн т у.т. (5%), 2025 г. — 15 млн т у.т. (7,5%), 2030 г. — 20 млн т у.т. (10%).
2. Обеспечить действенную экономическую поддержку потребителей биоэнергетического оборудования, которая должна быть введена на этапе становления биоэнергетической области (на 5-10 лет) в виде:
❏ 20% субсидии потребителю оборудования, или покрытия коммерческой банковской кредитной ставки за счет госбюджета;
❏ освобождения от НДС биомассы, которая реализуется и используется как топливо;
❏ содействия государством привлечению дополнительных средств в биоэнергетические проекты через механизм СО в рамках Киотского протокола.
3. Ввести следующие административные и координационные мероприятия: ❏ создание государственного надотраслевого органа, который будет отвечать за развитие использования местных видов топлива;
❏ разработка государственной программы развития этого направления;
❏ целевая поддержка научно-исследовательских и исследовательско-конструкторских работ по созданию биоэнергетического оборудования, которое еще не освоено серийным производством.

Все причастные официальные учреждения и все заинтересованные организации должны по возможности скорее консолидировать свои усилия чтобы предать мощный импульс развитию использования местных видов топлив в Украине.

Литература
1. Energy for the Future: Renewable Sources of Energy. White Paper for a Community Strategy and Action Plan. Bruxelles, 1997. — Р. 53.
2. Гелетуха Г.Г., Желєзна Т.А., Матвєєв Ю.Б., Жовмір М.М. Стан та перспективи розвитку біоенергетики в Україні // Науковий вісник Національного аграрного університету. — 2004. — № 73, ч.1. — с. 131-138.
3. Гелетуха Г.Г., Железная Т.А., Жовмир Н.М., Матвеев Ю.Б. Современное состояние и перспективы развития биоэнергетики в Украине // Промышленная теплотехника. — 2005. — № 1, т. 27. — с. 78-85.