Котловое промышленное оборудование на биомассе

Биомасса как топливо уверенно занимает четвертое место в мире по объемам производства и потребления энергии. Ее доля в общей поставке первичной энергии достигает 10%.

В секторе производства тепловой энергии биомасса также находится на четвертом месте после угля, природного газа и нефти.

Существенных успехов в развитии биоэнергетики было достигнуто в Европейском союзе.

Доля биомассы в общем потреблении энергии в ЕС выросла с 3% в 1995 году до 7%. При этом в ряде стран этот показатель намного выше среднеевропейского.

Так, в Латвии доля биомассы в валовом внутреннем энергопотреблении составляет около 28% – лидер среди стран ЕС, в Швеции – 22%, в Финляндии – 21%, в Дании – 17%, в Австрии – 16%, в Германии – 8%.

Для сравнения: в США вклад биомассы в общее энергопотребление составляет 3,9%, в Украине – 1,24%.

Наиболее важную роль биомасса играет в секторе производства тепловой энергии. Сейчас из неё производится около 15% общего объема тепловой энергии в ЕС.

Почти вся тепловая энергия из возобновляемых источников энергии – ВИЭ – получается за счет биомассы и органических отходов.

Структура производства тепловой энергии в ЕС, 2010 год

stryktyra_proizvodstva_teplovoi_energii_v_es_2010_god

В ряде стран показатель производства тепловой энергии из биомассы значительно выше среднеевропейского Швеция – 61%, Австрия – 37%, Дания – 35%, Финляндия – 32%.

В структуре самой биомассы, используемой для производства тепловой энергии, в большинстве стран ЕС основная доля приходится на твердую биомассу. В Финляндии – 94%, в Польше – 93%, в Австрии – 89%, в Швеции – 78%.

Структура производства тепловой энергии из биомассы по виду топлива, 2009 год

Страны ЕС Виды биомассы/биотоплива В целом,
ТДж в год
Твердая биомасса, % ТБО*,
%
Биогаз,
%
  Жидкие биотоплива, %
Швеция 78 17 1 5 113 405
Финляндия 94 4 2 51 595
Дания 62 36 3 41 252
Германия 37 58 3 1 37 758
Австрия 89 8 2 1 24 471
Польша 93 7 11 270
Франция 100 10 613
Нидерланды 24 73 3 6 869
Италия 37 34 12 17 6 861
Чехия 56 39 5 3 703
Венгрия 68 31 1 1 696

* ТБО — твердые бытовые отходы

Распределение по технологиям производства тепловой энергии приведены в следующей таблице. Эти данные показывают, что в представленных странах ситуация довольно разная.

Например, в Финляндии, Австрии и Швеции большая часть тепловой энергии вырабатывается на ТЭЦ, работающих на биомассе, тогда как ТЭЦ, которые утилизируют ТБО, производят гораздо меньше тепла.

Между тем в Дании и Нидерландах ТЭЦ на биомассе и ТБО производят почти одинаковый объем тепловой энергии. В Италии вся тепловая энергия вырабатывается на ТЭЦ.

Структура производства тепловой энергии из биомассы по виду технологии, 2009 год

  Страна ЕС Виды технологии/оборудования В целом,
ТДж в год
ТЭЦ на биомассе, % ТЭЦ на ТБО,
%
Котельные и бытовые котлы на биомассе, %
Швеция 52 13 36 113 405
Финляндия 77 3 20 51 595
Дания 30 32 38 41 252
Германия 24 39 37 37 758
Австрия 52 6 42 24 471
Польша 85 15 11 270
Франция 77 23 10 613
Нидерланды 27 23 50 6 869
Италия 66 34 6 861
Чехия 38 11 51 3 703
Венгрия 61 31 8 1 696

По прогнозу Еврокомиссии, в 2020 году ЕС из возобновляемых источников будет производить около 18% тепловой энергии от общего объема производства. Из них около 75% – из биомассы, а остальные, примерно поровну, – из геотермальной энергии с применением тепловых насосов и солнечной энергии с применением тепловых коллекторов.

Производство тепловой энергии из биомассы успешно развивается в ЕС благодаря планомерному применению действенных инструментов его стимулирования. Эти механизмы можно разделить на следующие группы: инвестиционные гранты и субсидии, налоговые льготы, финансирование через специальные программы и фонды, законодательная поддержка.

В Украине сектор биоэнергетики развивается крайне медленно. Согласно энергетическому балансу 2011 года доля энергии, произведенной из биомассы, составляет 1,24%.

Структура общего снабжения первичной энергии в Украине, 2011 год

stryktyra_obshego_snabjeniya_pervichnoi_energii_v_ykraine_2011_god

Основным энергоносителем в стране остается газ – 36,9%. На втором месте – уголь – 32,7%. Хотя тенденцией последних нескольких лет является снижение потребления газа и увеличение использования угля. Согласно энергетическому балансу Украины 2010 года, доля газа в ЗППЕ составляла 42%, угля – 28,2%.

Сейчас объем потребления тепла в Украине – 230 млн Гкал, из которых наибольшая доля – 67% – приходится на население и ЖКХ, 20% – на промышленность, 13% – на другие отрасли.

По проекту Энергетической стратегии Украины на период до 2030 года, спрос на тепловую энергию в 2030 году может увеличиться до 271 млн Гкал. При этом наибольший рост произойдет в коммерческом и бюджетном секторах, их доля в структуре потребления вырастет до 20 %.

Украина имеет хорошие предпосылки для существенного расширения использования биомассы в энергетических целях, в первую очередь – для производства тепловой энергии. Одной из таких предпосылок является значительный потенциал биомассы, доступной для производства энергии.

Крупнейшими составляющими потенциала являются отходы сельского хозяйства и биомасса энергетических культур. В зависимости от урожайности экономически целесообразный потенциал колеблется в пределах 25-35 млн тонн условного топлива в год, что составляет 13-18% потребления первичных видов топлива в Украине.

Сейчас из имеющегося потенциала биомассы для производства энергии в Украине наиболее активно используется древесина и лузга подсолнечника. Из приведенных в таблице данных видно, что использование потенциала древесной биомассы достигает 80%, а шелухи – 59%. При этом потенциал общедоступной соломы используется лишь на 1%.

Использование биомассы для производства энергии в Украине, 2011-2012 годы*

Вид биомассы   Годовой объем потребления** Доля от общего объема годового потребления биомассы, %   Доля от экономически целесообразного потенциала, %
Натуральные единицы Тыс тонн условного топлива
Солома зерновых и рапса 77 тыс тонн 37 1,6 1
Дрова, население 2 млн м куб 478 21,4 80
Дрова, кроме населения 4 млн тонн 1 330 59,5
Шелуха подсолнечника 665 тыс тонн 318 14,2 59
Биоэтанол 52 тыс тонн 48 2,1 4
Биодизель 318 тонн ~ 0 ~ 0 ~ 0
Биогаз из аграрных отходов 10 млн м куб 7 0,3 2
Биогаз с полигонов ТБО 26 млн м куб 18 0,8 7
Всего 2 236*** 100

* – экспертная оценка

** – для производства энергии в Украине. Экспорт гранул не учитывается

*** – согласуется с данными Госстата – 2,24 млн тонн условного топлива в 2011 году

Сейчас биомасса в Украине применяется в основном для производства тепла. Населения в селах использует дрова в традиционных печах – около 74% общего объема использованных дров. Остальное утилизируется предприятиями.

Около 2 тыс современных котлов работают на древесной биомассе, а в городе Смела Черкасской области – ТЭЦ на древесине.

По данным Государственного агентства лесных ресурсов, на предприятиях отрасли работают 1 387 котлов на биотопливе общей мощностью 246 МВт.

Более тысячи котлов, переведенных с угля и мазута на древесную биомассу, эксплуатируются на предприятиях лесного хозяйства.

Около 40 котлов и 40 теплогенераторов работают на тюкованной соломе. Котлы эксплуатируются в сельских школах, на аграрных предприятиях и других объектах.

Тепловые генераторы работают в составе зерносушильных комплексов в 20 областях Украины.

Более 70 котлов, расположенных на маслоэкстракционных заводах и масложировых комбинатах, используют в качестве топлива шелуху подсолнечника.

Две установки работают в режиме ТЭЦ – на ОАО «Кировоградолия» и ООО «Комбинат Каргилл», Донецк.

Еще одним важным направлением использования потенциала биомассы является производство гранул и брикетов. По данным Ассоциации участников рынка альтернативных видов топлива и энергии, в 2012 году в Украине было произведено 810 тыс. тонн твердого биотоплива.

pelleti
Пеллеты

Львиная часть пеллет экспортируется, в основном – в страны Европы. Однако в последние годы наблюдается тенденция увеличения доли, остающейся в Украине. Если четыре-пять лет назад 90-95% производимого твердого биотоплива вывозилось, то в 2012 году доля экспорта сократилась до 70%.

В Украине существует ряд барьеров на пути развития биоэнергетики вообще и сектора производства тепловой энергии в частности. Среди них нужно отметить следующие.

  1. Субсидирование внутренних цен на газ для населения и ЖКХ делает биомассу неконкурентоспособной в этих секторах.
  2. Отсутствие субсидий для покупателей биоэнергетического оборудования.
  3. Отсутствие действующей государственной программы по развитию биоэнергетики.
  4. Возможности сектора биоэнергетики почти проигнорированы при разработке проекта обновленной Энергетической стратегии Украины на период до 2030 года.
  5. Неразвитость рынка биомассы в качестве топлива.
  6. Завышенные экологические требования к котлам, работающим на биомассе.
  7. Механизм образования тарифов не стимулирует производителей тепла применять местный биотоплива, а наоборот – побуждает их к использованию импортного газа.

Для преодоления этих барьеров на государственном уровне нужно принять ряд мер. Среди прочего рекомендуется установление в официальных документах обоснованных целей по вкладу биомассы к энергопотреблению. Предложения автора и сравнения с существующими целями в Украине и ЕС приведены в следующей таблице.

Цели по вкладу биомассы в энергопотребление в Украине и ЕС, %

Показатель 2011 2015 2020 2025 2030
Доля биомассы в общем энергопотреблении Украины, Энергетическая стратегия Украины 2006 года 1,30 2,60 3,00
Доля биомассы в общем энергопотреблении Украины, проект Энергетической стратегии Украины 2013 года* 1,24 1,24 1,24 1,24 1,24
Доля биомассы в общем энергопотреблении Украины, предложение автора 1,24** 1,50 3,00 5,00 7,00
Доля биомассы в валовом конечном энергопотреблении Украины, предложение автора 1,78 2,20 4,30 7,20 10,00
Доля биомассы в общем энергопотреблении в Евросоюзе 6,70 10,00 14,00 16,00 19,00

* – пересчет автора

** – по данным энергетического баланса Украины за 2011 год

Также необходимо внести изменения в законодательство, которые бы предусмотрели механизм компенсации тарифов на производство и поставку тепла из альтернативных источников льготным категориям потребителей, закрепили долю биотоплива в производстве тепла коммунальными предприятиями и равноправное использование различных видов топлива.

Анализ результатов технико-экономического обоснования технологий производства тепловой энергии из биомассы дает возможность предложить следующую концепцию внедрения биоэнергетического оборудования в Украине.

При существующих ценах на ископаемые виды топлива внедрение котлов на биомассе экономически целесообразно и может рекомендоваться для объектов теплоэнергетики в промышленном и бюджетном секторах. Реализация таких проектов в жилищно-коммунальном хозяйстве находится на грани рентабельности.

Срок окупаемости проектов по внедрению котлов на древесине и соломе составляет два- три года для промышленности и бюджетного сектора и более десяти лет – для ЖКХ. Относительно низкие цены на газ для населения и ЖКХ является основным препятствием для широкого применения биомассы в качестве топлива в этих секторах.

Учитывая общую тенденцию роста цен на газ в Украине, можно ожидать, что вскоре его стоимость для ЖКХ приблизится к рыночному уровню. Первое же повышение цены даст сектору весомый стимул для внедрения котлов на биомассе.

biomassa_sogreet_ykrainy_1

Цена на газ для населения искусственно удерживается государством на еще более далеком от рынка уровне. Поэтому ожидать широкого внедрения котлов на биомассе в этом секторе можно лишь в более отдаленной перспективе.

В Украине прежде всего должно внедряться оборудование для производства тепловой энергии, а также для совместного производства тепловой и электрической энергии из биомассы. Это бытовые и промышленные котлы, отопительные котельные и ТЭЦ.

При массовом переходе с использования газа на биомассу предстоит существенно расширить системы централизованного теплоснабжения, то есть часть индивидуальных потребителей тепловой энергии должна подключиться к системам централизованного теплоснабжения. Так будет достигнута большая эффективность.

Другим важным положением, положенным в основу концепции биоэнергетической ассоциации Украины – БАУ – по внедрению оборудования для производства тепловой энергии из биомассы, является распределение производства по видам технологий.

Исходя из анализа опыта стран ЕС, предлагается такое распределение в структуре производства тепловой энергии: ТЭЦ на биомассе – 25%, ТЭЦ на ТБО – 10%, котельные и бытовые котлы на биомассе – 65 %. Это распределение предлагается для концепции 2030 года.

Для концепции 2020 года распределение является другим учитывая текущую ситуацию в Украине: малое количество ТЭЦ на твердой биомассе, отсутствие ТЭЦ на ТБО и относительно небольшой промежуток времени, оставшийся до 2020 года.

Прогноз динамики роста мощности оборудования для производства тепловой энергии из биомассы в Украине

Показатели 2011 2020 2030
Потребление первичных энергоресурсов, млн тонн условного топлива 180,7 212,8 238,1
Доля биомассы в потреблении энергии, % 1,24 3 7
Доля биомассы в валовом конечном энергопотреблении, % 1,78 4,3 10
Мощность биоэнергетического производства тепловой энергии, МВт 3 586 7 665 17 150
Распределение мощности
ТЭЦ на биомассе, % 1 13 25
ТЭЦ на ТБО, % 2 10
котельные, бытовые котлы и печки на биомассе, % 99 85 65
Объем биомассы для производства тепла, млн тонн условного топлива 2,16 4,29 8,84
Доля от потенциала биомассы, % 6,4 13 26
Общее производство тепловой энергии, млн Гкал 232 250 271
Доля биомассы в общем производстве тепла, % 6 14 32
Доля биомассы в общем производстве тепла, млн Гкал 13,9 35 86,7
Замещение газа для производства тепла, млрд м куб в год 1,67 3,5 7,5
Доля от общего объема потребления газа, % 2,9 7 15

Предложенная БАУ концепция внедрения биоэнергетического оборудования для производства тепловой энергии до 2020 года представлена в следующей таблице.

Реализация этой концепции позволит ежегодно экономить около 3,5 млрд м куб газа и уменьшать выбросы парниковых газов почти на 7 млн тонн СО2 в год. При этом количество созданных рабочих мест оценивается 10 тыс.

Концепция внедрения биоэнергетического оборудования для производства тепла в Украине до 2020 года

Тип оборудования Емкость рынка, ед
Мощность, МВт Замещение газа, млрд м куб в год
Инвестиционные расходы,
млн грн
Население
Традиционные печки на дровах 50 000 500 0,20 150
Бытовые котлы на дровах и гранулах 80 000 24 00 0,97 1 920
Котлы на соломе и стеблях 85 170 0,07 170
Всего 130 085 3 070 1,24 2 240
ЖКХ и бюджетная сфера
Котлы на древесине 2 500 1 250 0,51 1 250
Котлы на соломе и стеблях 500 1 000 0,40 3 500
ТЭЦ на древесине 8 240 0,10 1 440
ТЭЦ на соломе и стеблях 5 150 0,06 900
ТЭЦ на ТБО 5 150 0,06 900
ТЭЦ на биомассе энергетических культур 5 150 0,06 900
Всего 3 023 2 940 1,19 8 890
Промышленные и коммерческие потребители
Котлы на древесине 400 400 0,31 400
Котлы на соломе и стеблях 350 175 0,13 175
Котлы на шелухе подсолнечника 60 480 0,37 480
ТЭЦ на древесине 5 150 0,06 900
ТЭЦ на шелухе подсолнечника 15 450 0,17 2 700
Всего 830 1 655 1,04 4 655
В целом 133 938 7 665 3,47 15 785

При цене на газ в 425 долл. за тыс м куб – средняя стоимость на границе с Россией в 2012 году – и средней цене на биомассу в 300 грн за тонну экономия средств на сокращении потребления газа составляет 8 650 000 000 грн в год.

Таким образом, общие инвестиции, необходимые на реализацию концепции по внедрению биоэнергетического оборудования – 15,8 млрд грн, – окупаются примерно за два года. Важно, что эта экономия будет повторяться из года в год.

Аналогичная концепция по внедрению биоэнергетического оборудования для производства тепловой энергии до 2030 года представлена в следующей таблице. Капиталовложения для ее реализации окупаются примерно за три года.

Концепция внедрения биоэнергетического оборудования для производства тепла в Украине до 2030 года

Тип оборудования Емкость рынка, ед Мощность, МВт Замещение газа, млрд м куб в год Инвестиционные расходы,
млн грн
Население
Традиционные печки на дровах 50 000 500 0,20 150
Бытовые котлы на дровах и гранулах 80 000 2 400 0,97 1 920
Котлы на соломе и стеблях 1 100 2 200 0,89 2 200
Всего 131 100 5 100 2,06 4 270
ЖКХ и бюджетная сфера
Котлы на древесине 2 500 1 250 0,51 1 250
Котлы на соломе и стеблях 1 400 2 800 1,13 9 800
ТЭЦ на древесине 10 300 0,12 1 800
ТЭЦ на соломе и стеблях 50 1 770 0,72 9 000
ТЭЦ на ТБО 50 1 770 0,72 9 000
ТЭЦ на биомассе энергетических культур 50 1 770 0,72 9 000
Всего 4 060 9 660 3,91 39 850
Промышленные и коммерческие потребители
Котлы на древесине 400 400 0,31 400
Котлы на соломе и стеблях 1 300 650 0,50 650
Котлы на шелухе подсолнечника 55 440 0,34 440
ТЭЦ на древесине 10 300 0,11 1 800
ТЭЦ на шелухе подсолнечника 20 600 0,23 3 600
Всего 1 785 2 390 1,48 6 890
В целом 136 945 17 150 7,45 51 010

На данном этапе разработки концепции для 2020 года и 2030 года в неё не включена тепловая энергия от биогазовых установок. В дальнейшем объемы полезного потребления тепловой энергии, произведенной биогазовыми установками, будут увеличиваться, и это будет учтено в следующих версиях концепции.

Внедрение биоэнергетических технологий имеет положительное социально- экономическое влияние на регионы, где оно реализуется.

Во-первых, при использовании биомассы в качестве топлива деньги за импортируемые энергоносители не попадают к странам-экспортерам, а остаются на месте и работают на развитие местной экономики.

Во-вторых, внедрение технологий производства энергии из биомассы способствует созданию новых рабочих мест, необходимых для производства и обработки биомассы, производства и транспортировки биотоплива и обслуживание биоэнергетического оборудования. Это особенно важно для сел с точки зрения повышения уровня занятости населения.

Опыт стран ЕС показывает, что из всех секторов биоэнергетики наиболее динамично развивается производство тепловой энергии. В Украине ситуация аналогичная: из всего объема биомассы, используемой для производства энергии, львиная доля приходится именно на производство тепловой энергии.

Однако доля тепловой энергии из биомассы в энергобалансе страны низкая – около 6%, и ее росту мешает ряд барьеров. Существующая политика стимулирования биоэнергетики требует радикального и немедленного вмешательства со стороны государства.

2da01f4913

При существующих ценах на ископаемые топлива, тепловую энергию и биомассу внедрение котлов на биомассе для производства тепла является экономически целесообразным и может рекомендоваться для объектов теплоэнергетики в промышленном и бюджетном секторах.

Реализация таких проектов в ЖКХ находится на грани рентабельности. Срок окупаемости проектов по внедрению котлов на древесине и соломе составляет два-три года для промышленного и бюджетного секторов и более семи-десяти лет – для ЖКХ.

Согласно концепции, разработанной БАУ, вклад биомассы в производство тепловой энергии в Украине может достичь 14% в 2020 году и 32% в 2030 году.

По оценке БАУ в 2020 году в Украине может работать биоэнергетическое оборудование общей установленной мощностью 7 665 МВт. Использование биомассы в этом оборудовании приведет к сокращению потребления газа на 3,5 млрд м куб в год и уменьшению выбросов СО2 почти на 7 млн тонн в год.

При текущей цене на газ общие инвестиции, необходимые на реализацию предложенной концепции – 16 млрд грн – окупаются за счет экономии средств на замещении газа биомассой за два года. Важно, что экономия средств будет повторяться из года в год.

К 2030 году мощность биоэнергетического оборудования может вырасти до 17 150 МВт. Экономия газа составит 7,5 млрд м куб в год, уменьшение выбросов СО2 – 15 млн тонн в год, а количество новых рабочих мест – 24 тыс.

Инвестиции на внедрение этого оборудования – 51 млрд грн – окупятся за счет экономии средств на потреблении газа – 19 млрд грн – менее чем за три года.