Меридианы и параллели биоэнергетики

Незримые нити малой биоэнергетики пронизывают практически все отрасли мирового хозяйствования. Всё чаще вопрос активного внедрения «зелёных» источников энергии выносится на обозрение общественности. И столько находится причин для одобрения и поддержки программ, сколько и противоречий и противников сего способа выработки тепла. Безусловно, использование биомассы является желанной альтернативой традиционным видам топлива, так как она обладает не только более низким уровнем содержания серы, но и является возобновляемым источником энергии. Тем самым создаётся стимул для совершенствования технологий получения тепловой и электрической энергии из биомассы посредством классических паротурбинных установок, когенерационных установок на газогенераторных станциях, а также на мини–ТЭЦ.

Ещё несколько лет назад использование отходов лесозаготовки и деревообработки в качестве сырья для производства электро- и тепловой энергии не интересовало ни энергетические компании, ни предприятия ЛПК, ни какой-либо другой бизнес в стране. Сейчас же за бесхозно валяющиеся годами отходы деревообработки требуют колоссальные деньги, так что сжигать их становится просто невыгодно. Поэтому интерес к биоэнергетике растёт, и она движется по особому пути.

Факты и аргументы

Ежегодно в лесном комплексе образуется огромное количество древесных отходов, которые не находят применения. По оценкам некоторых экспертов, в отдельных регионах ежегодно образуется порядка 1,5 млн и выше тонн коры, щепы и опилок. Как правило, всё это складируют и никак не используют, районы постепенно просто заполняются отходами. Сюда же отнесём древесину, которая вырубается при расчистках дорог и ЛЭП, а также низкосортную. Всё это чаще всего оставляют гнить, закапывают или сжигают.

«В условиях кризиса промышленные предприятия стараются экономить по максимуму. Экономят на сырье, повышении производительности труда, энергозатратах. Одна из основных статей расходов промышленного предприятия — расходы на энергетику (тепло, электричество). Как можно сэкономить на тепле? Оптимальным вариантом для этого является сжигание биологических отходов производства для получение тепловой энергии, необходимой как для отопления, так и в различных технологических процессах. За последние два года в нашей организации продажи отопительного оборудования на биотопливе увеличились в более чем в два раза. Заказы поступают из различных уголков России и стран СНГ, это говорит о том, что интерес к продукции данного типа является повсеместным и охватывает различные отрасли производства», — делится своим мнением менеджер ЗАО «ЦРММ Коммунэнерго» (бренд «Вятские котлы») Сергей Книга.

По всей стране хозяйственники стали акцентироваться на программе развития биоэнергетики, которая ставит достаточно глобальные цели: улучшение экологической ситуации в регионе, повышение качества и надёжности предоставления коммунальных услуг, снижение затрат, создание новых рабочих мест, повышение экономической эффективности лесоперерабатывающих и лесозаготовительных производств, интенсификация лесного хозяйства.

Согласно программе развития биоэнергетики, на первом этапе (2013—2016 годы) предполагалось перейти на полное использование отходов лесопереработки, перевести часть котельных с угля на топливные брикеты, реконструировать некоторые котельные с переводом их на биотопливо, начать монтаж теплогенерирующего оборудования в муниципальных учреждениях, внедрить использование биотоплива в частном секторе.

В 2016—2020 годах предполагалось взять в оборот и отходы лесохозяйственной деятельности и начать системно переделывать котельные и массово снабжать частный сектор биотопливом. Кое-где действительно был дан старт новым подходам и даже началось обустройство площадок для складирования и хранения древесных отходов, а также строительство и модернизация отопительных систем. Однако в настоящее время полностью готовых объектов в рамках страны пока мало.

В силу недостатка финансов обнаружилась проблема привлечения инвестиций. Ведь без технико-экономического обоснования модернизации систем теплоснабжения населённых пунктов с их переводом на биотопливо никто и смотреть не станет в сторону нового подхода. Есть надежда на то, что реализация политики по развитию биоэнергетики позволит рассчитывать, что в ближайшее время она действительно принесёт свои положительные результаты. Главное, чего удалось достичь за последние годы сподвижникам зелёной энергетики, так это изменение отношения к данной сфере у чиновников различного уровня, у бизнеса и населения.

«Наиболее интересна и выгодна данная тема, по моему мнению, предпринимателям, занимающимся деревообрабатывающей промышленностью. Ведь за утилизацию древесных отходов необходимо платить, а использование их как основного вида топлива позволяет сэкономить вдвойне. В северных районах, где в основном промышляют лесозаготовкой, наибольшим спросом пользуется отопительное оборудование на отходах деревообработки, таких как опил и щепа. В южных же районах, где лесов практически нет, широко практикуется использование в качестве биотоплива рисовой и подсолнечной лузги. Раньше данные отходы считались абсолютно бесполезными, а сейчас являются крайне дешёвой альтернативой газу», — подчеркнул Сергей Книга.

Как ни крути, а в реализации крупных проектов по теплогенерации на биотопливе в коммунальной сфере пока не удаётся сдвинуться вперёд. А всё потому, что уйти резко и бесповоротно в новое русло весьма сложно, поскольку котельные используют четыре вида древесного топлива — дрова, щепу, топливные брикеты и топливные гранулы (пеллеты).

«Главный фактор, который обуславливает спрос и внедрение, как было сказано выше, — экономическая целесообразность. Опять же первый вопрос — наличие недорого топлива для принятия концепции развития предприятия. Я, будучи главным энергетиком на лесозаводе, в своё время столкнулся с вопросом: котельная или ТЭЦ? И, в связи с региональной особенностью Архангельской области — дорогой электроэнергией (от 4-5 рублей), вопрос ТЭЦ стал актуальным. Так как лесопильное производство достаточно энергоёмко, и хоть доля электроэнергии в себестоимости конечной продукции не такая уж большая, но в условиях постоянно роста тарифов, изношенности питающих электросетей и распределительного оборудования вне зоны ответственности лесозавода, при наличии избыточного количества отходов, мне удалось убедить руководителей предприятия, а им в свою очередь собственников, решиться на более затратный способ утилизации отходов — выработку не только тепловой энергии, но и электрической. И этот подход оправдал себя.

Для принятия решения о строительстве ТЭЦ определяющими являются следующие факторы: собственные древесные отходы; дорогая электрическая энергия из региональной энергосистемы (от трёх-четырёх рублей); желательно достаточное количество теплопотребления после турбины для более выгодного режима когенерации (совместная выработка тепловой и электрической энергии), и, конечно же, необходима финансовая состоятельность предприятия, поскольку это более дорогие решения против строительства котельных. Также довольно часто фактором в пользу собственной ТЭЦ становится недостаток электрической мощности на подстанции, снабжающей предприятие. Тогда выбор: реконструкция собственности сетевых компаний за большие деньги либо — при сопоставимом порядке затрат — строительство собственного генерирующего электроэнергию источника. При этом важно корректно определить требуемую мощность ТЭЦ, самое разумное — не связываться с выдачей электроэнергии в сеть (много моментов, на которые трудно влиять деревопеработчикам), а при работе в параллель с энергосистемой закрыть собственные потребности», — высказывает свою точку зрения директор по перспективному развитию ООО «Полиимпекс» (представитель компании Kohlbach) Андрей Шурыгин.

В министерствах рассуждают о плюсах и минусах использования новых методов. По капиталоёмкости (объём инвестиций, который необходимо потратить для того, чтобы предприятие работало на том или ином виде топлива) выигрывают дрова — чтобы ими топить, не надо проводить никакой модернизации.

А вот переход на щепу или пеллеты требует серьёзных финансовых затрат. По качеству дрова и щепа не выдерживают конкуренции (изза влажности, плохого сырья). При простоте подсчёта преимущество также у брикетов и пеллет, а вот с дровами и щепой непонятно, как поступать — считать в объёме или массе. Автоматизации проще достичь, используя брикеты, пеллеты, отчасти — щепу. Конкуренция может быть при поставках дров, брикетов и пеллет, по щепе конкуренции нет. По теплотворности хорошие показатели у брикетов и пеллет. Эффективный радиус доставки щепы и дров — до 40 километров, продуктов глубокой переработки — до 450 километров от котельной.

Во всём мире использование щепы для производства тепловой энергии является эффективным и выгодным.

При этом лесные массивы захламлены отходами лесопиления. Они копились годами и сейчас могли бы стать сырьём для производства брикетов и пеллет или перемалывать ся в щепу. Когда лесные предприятия поняли, что горы древесных отходов можно превратить в деньги, они стали требовать за них непомерные суммы — выходило даже так, что выгоднее покупать привозной уголь, чем закупать горбыль у расположенного неподалеку предприятия. Вертикаль власти предложила сбивать цену следующим способом: как правило, все эти свалки являются несанкционированными, поэтому если «натравить» Госпожнадзор и природоохранную прокуратуру, деревообрабатывающие предприятия с радостью расстанутся с накопленными отходами лесопиления.

«Если в Европе и других развитых странах, кроме вопросов экономической целесообразности, важным аспектом является экологичность топлива, его отнесение к возобновляемым источникам энергии, то в России на первое место выходит причина экономической обоснованности применения того или иного топлива.

Поэтому в регионах, где широко распространено лесопиление и деревообработка, прежде всего целесообразно применение местных видов топлива (древесных отходов и гранул). Конечно, фактор газификации влияет также на выбор топлива. И, конечно же, прежде всего биотопливо используют «хозяева отходов» — те, у кого они образуются. Они используют их для получения, прежде всего, тепловой энергии для нужд отопления, сушки, а закрыв свою потребность, и имея их в избытке, собственники думают об их дальнейшем применении. И, как правило, решается вопрос: либо делать древесные гранулы (тогда встаёт вопрос сбыта — лучше для экспорта за рубеж, но тогда требуется получение гранул соответствующего качества и решение вопроса транспортной логистики, либо местного применения гранул (брикетов) в отопительных котельных. В последнем случае, так как стоимость гранул достаточно высока, опять встает вопрос об экономической целесообразности замещения угля, мазута (с газом всё-таки трудно конкурировать в газифицированных районах). Поэтому реально и конкурентоспособно использовать именно сырое топливо — естественной влажности, которое имеет низкую стоимость для собственников отходов (а иногда и отрицательную — необходимость платить за утилизацию), в достаточно близкой транспортной доступности, учитывая низкую энергетическую плотность. То есть использовать свои отходы на отопление социальной сферы, но при этом взять на себя риски по тарифному регулированию, которые реально привязаны к существующим тарифам котельных, или защитить инвестиционную программу и построить современные котельные, которые не будут требовать постоянного присутствия персонала (а это одна из основных составляющих в себестоимости затрат на выработку энергии из древесных отходов).

Таким образом, интерес хозяйственников оправдан, когда имеется недорогое биотопливо, выгодный сбыт тепловой энергии, и, конечно же надёжное, современное, по выгодной цене оборудование, которое без излишней резервной мощности, за счёт хорошей надёжности, обеспечит теплоснабжение потребителей. И, конечно же, немаловажный, а может и один из важнейших, фактор — поддержка местных органов власти, которые должны быть сторонниками использования местных видов топлива, а не лоббировать из корыстных побуждений использование привозного дорогостоящего топлива», — обозначил Андрей Шурыгин.

Сегодня мини ТЭЦ обеспечивают значительное повышение энергетической безопасности региона, в котором они используются, а также дают значительный импульс развитию экономики и сельскохозяйственного сектора, лесопереработки и лесопользования. Кроме этого, производство тепловой и электрической энергии обладает необходимыми объективными и экономическими основаниями для прироста объёмов сжигания биотоплива.

Экономическая эффективность мини–ТЭЦ, функционирующих на биотопливе, может быть значительно увеличена за счёт реализации конкретного проекта, в особенности за счёт уменьшения стоимости биологического топлива, минимизации расходов на его доставку, использования инновационных технологий и высокоэффективного процесса генерации тепловой и электрической энергии. Использование в качестве сырья для получения тепловой и электрической энергии биотоплива значительно выгоднее, чем использование угля, мазута или какого-либо другого ископаемого аналога.

«Отопительный сезон для деревообрабатывающих производств всегда является наиболее затратным периодом года. Рост стоимости газа и электроэнергии ведёт к серьёзным для предприятия экономическим потерям и, как результат, рождает необходимость во внедрении более современных систем и оборудования, позволяющих максимально сэкономить, а возможно и неплохо заработать, имея лишь грамотно реализованную схему аспирация-котельная.

Решение подобных задач предлагает и наша компания, разрабатывающая современные вакуумные системы аспирации с возвратом очищенного воздуха в цех, большой спектр котельного оборудования, а также системы транспортировки, хранения и утилизации отходов древесного производства.
Стоит отметить, что возврат очищенного воздуха в цех, особенно в зимний период, приносит огромную выгоду предприятиям. Многообразие систем транспортировки, хранения, выгрузки и подачи топлива, предлагаемые фирмой, помогают предприятиям решать вопрос установки оборудования, исходя из существующих возможностей производства. К примеру, бункер с топливом может располагаться как рядом с котельной или непосредственно на её крыше, так и на внушительном расстоянии от неё — всё зависит от индивидуальных требований и условий, существующих на предприятии.

Немаловажно, что котельные способны работать на любых отходах, в том числе ДСП и МДФ, причём полностью в автоматическом режиме. Для этого в составе котла предусмотрена специальная система притока воздуха, которая в автоматическом режиме позволяет поддерживать температуру 1100 °С для полного разложения формальдегидных смол. Также существует возможность дополнительно оснастить отопительный котёл горелкой для газа или жидкого топлива, что позволяет включить оборудование практически в любой производственный цикл. Кроме того, программное обеспечение посредством датчиков контролирует все основные параметры котла: температуру в камере сгорания, содержание CO и O2 (посредством лямбда-зонда), разряжение, создаваемое вентилятором мультициклона. Процесс сгорания топлива также управляется автоматически при помощи системы подачи первичного и вторичного воздуха. Отработавшие газы с помощью вытяжного вентилятора направляются по трубопроводу в специальный мультициклон для удаления сажи и твёрдых частиц. Очищенный таким образом воздух соответствует всем отечественным ГОСТам по нормам выбросов. В результате работы всех перечисленных систем коэффициент полезного действия котельной близок к максимально возможному.

Отмечу, что современное котельное оборудование позволяет построить предприятие полного технологического цикла. При этом линейка наполнена котельным оборудованием с различной производительностью — от 20 кВт до 5 МВт, компактным европейским дизайном, не требующим большой площади для установки, модульной структурой и простотой монтажа. Так что интегрировать котлы в любое деревообрабатывающее производство — приемлемое решение от небольшого лесопильного производства до крупного деревообрабатывающего предприятия. Так что, если использовать отходы собственного деревообрабатывающего производства, фактически затраты равны нулю. Отпадает необходимость вывоза опилок на полигон, повышается рентабельность производства, и снижаются внутренние издержки», — высказывает своё видение ситуации технический директор ООО «Актив Инжиниринг» Алексей Савелов.

Правда у каждого своя

Для многих лесопромышленников, когда встаёт вопрос о строительстве мини-ТЭЦ , ключевая роль сразу же отводится подготовке бизнес-плана — определению целесообразности инвестиций в строительство энергоцентра, их объёмов, сроков возврата и перспектив получения в дальнейшем прибыли. Подготовка бизнес-плана сопряжена с правильным пониманием экономической ситуации в государстве, оценкой прогнозов роста тарифов на энергоресурсы, корректным расчётом капитальных затрат на строительство мини-ТЭЦ, а также её дальнейшей эксплуатацией. Для того чтобы получить объективные ответы на указанные вопросы, необходимо учитывать ряд технических моментов: в каком режиме будет работать энергоцентр — параллельно с внешней сетью или же изолированно; каковы тарифы на сегодняшний день; план развития предприятия; режим работы объекта — насколько стабильно потребление электроэнергии, есть ли базис нагрузки; состав электрических нагрузок; на каком напряжении планируется выработка электроэнергии, имеется ли вся необходимая инфраструктура, или же необходимо её строительство или реконструкция; как планируется утилизировать тепловую энергию; выбор основного оборудования (российское или зарубежное); с какими сетевыми компаниями предстоит взаимодействовать — кто будет выдавать технические условия на подключение к внешним сетям; наличие свободных лимитов на энергоресурсы; выбор поставщиков основного оборудования (российские или зарубежные); выбор площадки для будущего энергоцентра.

На примере строительства нового фанерного комбината производительностью 120 000 м³/год специалисты подготовили анализ технических решений, основанных на строительстве мини-ТЭС на базе паровых котлов и турбогенератора, против использования термомасленных установок (ТМУ).

«Как производители и паровых котлов, и ТМУ с многолетним стажем мы представили реальную оценку двух вариантов с пояснением преимущества строительства паровой мини-ТЭС, даже несмотря на несколько большие начальные инвестиции. Оба предложения основаны на концепции поставки комплекта оборудования «под ключ», включая всё необходимое основное и вспомогательное оборудование, в том числе здания и сооружения.

ТМУ. Анализ теплового баланса фанерного комбината показывает, что для нормальной технической эксплуатации всего технологического оборудования, а также для обеспечения отопительной нагрузки комбината в зимнее время требуется от 28 МВт тепла в час в летний период, до 43 МВт – в зимний период. Таким образом для обеспечения потребностей комбината, требуется как минимум три ТМУ тепловой мощностью не менее 14 МВт каждая (суммарно 3х14=42 МВт). Причём коэффициент использования одной из них будет равен 0,5, по причине того, что данное ТМУ будет работать только в зимний период времени. Применение ТМУ меньшей мощности, но большим количеством, значительно увеличивают начальные инвестиции, а т.к. они не несут в себе добавочной стоимости (неокупаемые), то снижают эффективность проекта строительства фанерного комбината в целом. Хотели бы отметить недостатки, присущие строительству ТМУ, не позволяющие рекомендовать данное решение к реализации.

• ТМУ не несёт в себе добавочной стоимости, не окупаемы.

• При увеличении единичной мощности ТМУ или количества ТМУ, начальные инвестиции приближаются к затратам на паровую котельную.

• Не позволяют полностью утилизировать отходы производства. По причине того, что одна ТМУ (как минимум) в летний период времени не работает, максимальная утилизация отходов может составить не более 120 000 пл.м³/год. Т. е вопрос по утилизации отходов в объёме ~ 65 000 м³/год остается актуальным.

Экологические риски, связанные с утилизацией отходов, до 5 500 руб/т, при официальном размещении отходов на полигоне.

• Необходимость строительства теплового пункта (отдельно стоящее утеплённое здание), для распределения тепла по различным потребителям с установкой теплообменников (технология, отопление, ГВС и т. п.). Дополнительные затраты в объёме до 5-10% от общей стоимости котельной ТМУ.

• Не рекомендуется устанавливать термомасленную котельную дальше, чем 50-70 м от потребителей тепла. Это может привести к серьёзным трудностям на этапе реализации проекта. Данная особенность может быть причиной территориального разнесения ТМУ, и в этом случае возникает логистическая проблема организации потоков отходов из разных точек их образования. Могут потребоваться дополнительные инвестиции складов для каждого ТМУ, строительство дополнительных транспортёров. Разнесение ТМУ по территории не позволит обеспечить взаимозаменяемость оборудования, его работу на единый коллектор, на единый тепло-распределительный пункт и не позволит при необходимости перебросить тепловую мощность с одного ТМУ на потребителей тепла другого ТМУ.

• Высокая стоимость термомасла до 50 000 руб/т.
• Высокая пожароопасность.

Сложность проведения ремонтных работ на маслопроводах, насосных группах и т.п.

Пример: В Финляндии минимум 90% фанерных заводов имеют паровые котельные. В Японии нет ни одного фанерного завода, работающего на термомасле. Т.е. решают вопросы, связанные с утилизацией отходов при помощи паровых котельных и выработкой электроэнергии. ПАР. Считаем, что строительство мини-ТЭС на базе двух паровых котлов Веллонс.Ру, производительностью 25-30 т/ч пара с характеристиками 40 бар/440 °С, с турбогенератором Siemens, мощностью до 7МВт, является эффективным решением. Данный вариант несёт в себе большую добавочную стоимость, является окупаемым проектом сам по себе, и улучшает финансовые показатели проекта строительства фанерного комбината в целом. Например, реализация проекта по данной схеме позволяет производить до 54 600 000 кВт/год, или позволяет получить дополнительный доход по EBITDA в размере до 260 млн рублей в год в среднем по проекту. Расчёт технико-экономического обоснования дополнительных инвестиций мини-ТЭС по отношению к ТМУ, представлен в табл. 1:

Хотели бы отметить преимущества строительства мини-ТЭС, позволяющие рекомендовать данное решение к реализации.

• Высокая доходность, EBITDA до 260 млн рублей в год в среднем по проекту.
• Низкий срок окупаемости дополнительных инвестиций — DPP (дисконтированный срок окупаемости) — 3 года 3 месяца.
• Независимость от государственных монополий, обеспечения потребностей комбината в тепловой и электрической энергии на 100%.
• Возможность строительства единого теплоэнергетического центра с обеспечением потребности всех потребителей тепла.
• Простая схема распределения пара, возможность быстрого перераспределения тепла в зависимости от потребностей.
• Возможность утилизации максимального объёма отходов (90-100%) собственного производства.
• Отсутствие экологических рисков, связанных с обращением отходов.
• Независимость от рынка сбыта отходов.

Лучшее решение, максимально быстрый возврат инвестиций по отношению к другим возможным решениям по утилизации отходов (ДСП, МДФ, пеллетирование, брикетирование и т. п.). Меньший объём инвестиций, независимость от рынка плитной индустрии», — делает акцент генеральный директор компании ООО «Веллонс.РУ» Михаил Токарь.

Пока в одних регионах ратуют за внедрение альтернативной малой энергетики, некоторые территориальные районы остаются без тепла, а котельные пребывают в запустении, не смотря на выделение средств из бюджета и участие в государственной программе.

Мнение

Андрей Шурыгин, директор по перспективному развитию ООО «Полиимпекс» (представитель компании Kohlbach в России):
«Востребованность тех или иных решений определяется технологией, используемой на предприятии. Кому-то нужна горячая вода, комуто пар, где-то применяется термомасло. Для всех возможных решений можно проверить технико-экономическую целесообразность элетрогенерации. Горячая вода — это системы отопления, лесозаводы с их сушильными комплксами, гранульные производства (при ленточных сушилках), и здесь конечно же могут применяться и просто котельные водогрейные, так и ОРЦ ТЭЦ. С потребителями горячей воды используемое тепло имеет достаточно низкий потенциал – до 105 °С (приемлемо для технологии Турбоден). Конечно же, и здесь может быть использован пар, более знакомый российским энергетикам. Для производств фанерных наиболее популярно все же решение с паром, при этом турбина предпочтительно с производственным отбором т. к. требуется по технологии 200-250 ⁰С, для обеспечения стабильной выработки электроэнергии на выходе из турбины устанавливается водяной конденсатор с системой оборотного водоснабжения. При наличии всё же потребления тепловой энергии в термомасле можно рассмотреть возможность использования ОРЦ генерации».