Потенциал использования биомассы в Республике Беларусь

Потенциал использования биомассы в Республике Беларусь

Введение

В настоящее  время во многих странах мира наблюдается  повышение интереса к возобновляемым источникам энергии. Это связано с непрерывно уменьшающимися запасами ископаемых энергоносителей, ухудшением экологии, связанным с газовыми выбросами, приводящими к парниковому эффекту, а также желанием многих стран освободить энергетические источники от политической ситуации.

Республика  Беларусь относится к категории  стран, которые не обладают значительными собственными топливно-энергетическими ресурсами, собственные ресурсы ископаемых энергоносителей составляют не более 15% от потребности. Доля природного газа в общем балансе ТЭР Беларуси превышает уровень 76%, а в белорусской энергосистеме - 93%. Республика Беларусь импортирует от 20 до 30% потребляемой электроэнергии. В случае ограничения поставок ТЭР Республика Беларусь уже сейчас (для уровня цен 2000 г.) потерпит ущерб в виде недопроизводства ВНП в размере около 410 долларов США на одну тонну условного топлива. А это во много раз превышает стоимость недопоставленных энергоносителей.

Во многих странах мира энергетика на растительной и древесной биомассе становится эффективной самоокупаемой отраслью, конкурентоспособной по отношению к энергетике на ископаемом топливе. Беларусь идеально подходит для развития биоэнергетики благодаря наличию больших массивов промышленного леса, равнинного ландшафта, хорошо развитой инфраструктуры распределения энергии и тепла, современных предприятий энергетического и общего машиностроения, а также высокого уровня технического образования населения.

В Беларуси биоэнергетика  начинает интенсивно развиваться в  условиях необходимости достичь определенного уровня энергетической безопасности и в полном соответствии положениям Международного соглашения об изменении глобального климата, подписанного Республикой. Развитие этой отрасли предопределено также следующими обстоятельствами:

• Политикой импортозамещения, когда часть долга и текущих оплат в твердой валюте 
  за импортируемые энергоресурсы может быть снижена за счет производства и 
  использования местных топлив.
• Заинтересованностью  лесного хозяйства в  потенциальном  крупном  и надежном 
  потребителе   большого   объема   отходов,   топливной   и   неликвидной   древесины, 
  которые в настоящее время не находят сбыта, что не позволяет интенсифицировать 
  лесозаготовительную и лесовосстановительную деятельность в условиях сохранения 
  биоразнообразия и здоровья лесов.
• Социальной выгодой, когда в рамках создания инфраструктуры новой отрасли будут 
  созданы новые рабочие места (до 10 тыс. мест на млн. тут/год); и производства.
• Экологическим  эффектом,   т.к.   будут   снижены   выбросы   диоксида  углерода   в 
  атмосферу (за счет биологического цикла    фотосинтеза), оксидов серы и других 
  загрязняющих веществ - при замещении топливного мазута.

Конечной  целью развития биоэнергетики является создание собственного топливно-энергетического цикла на возобновляемых видах биотоплива с учетом экологических и экономических преимуществ данного направления.

Технически доступный потенциал биотоплива в Беларуси может покрыть до 8-10% ожидаемого дефицита мощностей. Положительный опыт ряда стран, прежде всего Скандинавских, в наращивании мощностей биоэнергетических станций, которые уже к 2005 году будут в среднем производить более 15% энергии, говорит о том, что биоэнергетика рано или поздно займет свое место и в Беларуси.

Использование биотоплива в РБ

В качестве биотоплива могут быть использованы: биомасса древесины, отходы древесины, образующиеся при ее рубке и обработке, биомасса быстрорастущих кустарниковых и травянистых растений, лигнин, горючая часть коммунальных отходов, отходы, получаемые при мелиоративных работах, расчистке территорий под новое строительство, отходы растениеводства, горючие отходы перерабатывающей и пищевой промышленности, животноводства.

В целом по республике годовой объем централизованных заготовок дров и отходов лесопиления составляет около 0,94 - 1,0 млн. т у. т. в год. Часть дров поступает населению за счет самозаготовок, объем которых оценивается на уровне 0,3-0,4 млн. т у. т. в год.

К 2002 году в  стране работало более 1350 малых и  средних котельных на древесном  топливе, которые обеспечивали общую  тепловую нагрузку около 500 Мвт за счет сжигания биомассы. В 2003 году на предприятиях всех форм собственности на местные виды топлива (дрова, торф, древесные отходы и т.д.) было переведено 289 котлов, что позволило увеличить использование дров и древесных отходов на 70 тыс. ту. т. В соответствии с Программой мер по переводу низкоэффективных котельных на местные виды топлива в 2004 году должны быть переведены на местные виды топлива 722 котла, в том числе дополнительно установлены 374 котла, модернизированы 152 котла, заменены, как физически изношенные и неэкономичные 196 котлов. Объем замещения ТЭР местными видами топлива и нетрадиционными источниками энергии в 2004 году должен быть увеличен на 300 тыс. т у. т. по сравнению с 2003 годом.

Биомасса  быстрорастущих кустарниковых и  травянистых растений и лигнина используется в настоящее время только для опытных и демонстрационных сжиганий в котлах различного типа.

Потенциал использования биотоплива в РБ

Древесина и  отходы лесопиления

Основная  часть биотоплива, которая может  быть вовлечена в топливно-энергетический баланс для промышленной выработки электроэнергии и тепла - это древесно-топливные ресурсы «чистых» лесных территорий. В Беларуси леса занимают около 42% территории. Запас растущей древесины составляет свыше 1,2 млрд. м3 . Ежегодный сбор ликвидной древесины при лесозаготовительных работах достигает 4,5 млн. м³. Древесные обрезки и отходы древесины, образующиеся при рубке и обработке древесины, могут составлять до 40-50% собранной биомассы. Эти компоненты представляют альтернативный топливный ресурс для энергетики.

По оценке ИПЭ НАНБ совместно с Министерством лесного хозяйства технически доступен для биоэнергетики в настоящее время объем отходов, эквивалентный приблизительно 1,5 миллиона т у.т./год. Согласно официальным данным Белорусского энергетического института только 25% этой величины используется в настоящее время.

К 2015 году потенциальные  топливные ресурсы для биоэнергетики  оцениваются в 2,7-3,0 миллиона т у.т./год, к 2020 году - 3,7 миллиона т у.т./год.

Около четверти лесных ресурсов страны находится в  зоне, загрязненной в результате аварии на ЧАЭС. Использование биомассы отходов из этих лесов предполагает определенные ограничения на технологии энергетической утилизации древесной массы.

 

Проведенные исследования на крупных - до 200 кВт - экспериментальных  стендах в США, Беларуси и Бельгии, а также на коммерческом энергоблоке в 18 Мвт в Калифорнии и на промышленном котле (6 Мвт) в г. Речице показали, что радиоактивность надежно контролируется в процессе конверсии путем применения известных, надежных и не дорогостоящих технологических решений.

Энергетический потенциал биомассы лесных территорий, загрязненных радионуклидами, составляет 240 тыс. т у.т. /год.

Предельные  возможности республики по использованию  древесных ресурсов в качестве топлива можно определить исходя из естественного годового прироста древесины, который приближенно оценивается в 25 млн.м3 (включая древесину загрязненных территорий) или 6,6 млн. т у.т. в год (если сжигать всё что прирастает).

Плантационные посадки быстрорастущих энергорастений

Одним из перспективных  направлений производства биотоплива признаны плантационные посадки быстрорастущих кустарниковых и травянистых энергорастений, для которых среднегодовой прирост биомассы превышает 25 м³/га. Беларусь идеально подходит для развития этой отрасли биоэнергетики благодаря наличию крупного сельскохозяйственного производства, равнинного ландшафта, современных предприятий энергетического и общего машиностроения, а также высокого уровня технического образования населения.

По предварительным  оценкам, в масштабах республики имеется около 100 тыс. га земель технически доступных в настоящее время для «энергетических» посадок, потенциал биомассы быстрорастущих кустарниковых и травянистых энергорастений может составить от 0,6-0,8 млн. т у.т./год.

Кроме того, в Беларуси имеется до 500 тыс. га малоценных и низко продуктивных угодий, нерентабельных для выращивания сельхозпродукции. С учетом этой перспективы возможно увеличение «энергетических» посадок с получением до 4,0 млн. т у.т./год.

Потенциал биомассы быстрорастущих кустарниковых и  травянистых растений может быть увеличен за счет использования:

• загрязненных и выведенных из оборота в результате аварии на ЧАЭС территорий 
  Гомельской  и  Могилевской  областей,   которые  составляют  около  250  тыс.   га, 
  потенциальный объем производства биотоплива до 2,0 млн. т у.т./год.
• неиспользованные площади лесного фонда (непокрытая лесом площадь в результате 
  гибели  насаждений,   вырубок,   пустырей  и  пр.)  составляют  около  200  тыс.   га, 
  потенциальный объем производства биотоплива до 1,6 млн. т у.т./год.
• защитные полосы вдоль дорог и просек составляют около 100 тыс.га, потенциальный 
  объем производства биотоплива до 0,8 млн. т у.т./год

Использование лигнина

Использование лигнина, в том числе отвального, позволит вовлечь в топливный баланс страны до 100 тыс. тут/год.

Отходы  промышленности

В дальнейшем возможно использование горючей  части коммунальных отходов, отходов торфяной промышленности, отходов, получаемых при мелиоративных работах, расчистке территорий под новое строительство, и осадков городских стоков, что позволит заместить до 900- 960 тыс. тут/год импортируемого топлива.

Значительны также топливные ресурсы отходов  растениеводства, горючих отходов перерабатывающей и пищевой промышленности, животноводства (до 1 млн. тут/год), однако эти ресурсы наиболее рационально могут быть использованы на месте.

Стратегия развития биоэнергетики

Наиболее  благоприятные ресурсные, физические и технологические свойства, как топливо, имеет древесная масса, которая на ближайшую перспективу может стать основным топливом биоэнергетики.

Технико-экономические  показатели энергетических установок  на биотопливе иногда уступают ТЭС  на ископаемых видах топлива и  тем более АЭС и гидроэнергетике, особенно при низких ценах на импортируемые энергоресурсы. Однако, с учетом росте цен на углеводородное топливо (в 2-2,5 раза в ближайшее десятилетие), данный вид топлива становится перспективным и экономически рентабельным.

В качестве основных направлений технологического развития биоэнергетики на период до 2015 года можно рассматривать:

• Замещение ископаемого топлива древесным топливом на старых котельных вблизи 
  ресурсов биомассы.
• Установку котлоагрегатов малой мощности на предприятиях деревообработки.
• Постепенное развитие инфраструктуры заготовок и поставок топлива из биомассы.
• Замещение ископаемого топлива на устаревших котлоагрегатах энергоблоков.
• Новые котлоагрегаты большой мощности на биотопливе.

Замещение ископаемого  топлива на ряде действующих энергоблоков древесным топливом это наиболее эффективная стратегия, которая может быть реализована в ближайшее десятилетие. Такой подход обеспечит ряд преимуществ:

• Экономию импортируемого топлива за счет использования более дешевого местного 
  топлива;
• Расширение сроков эксплуатации блока за счет замены устаревшего оборудования;
• Повышение эффективности преобразования топлива за счет внедрения современных 
  конструкций котлоагрегатов;
• Большую привлекательность для инвестиций за счет короткого времени окупаемости 
  и высокой рентабельности.

Экономические оценки различных  вариантов полного или частичного замещения ископаемого топлива на выбранных энергоблоках показали, что они могут быть обеспечены древесными отходами и затраты на их реконструкцию будут экономически эффективными. В зависимости от схемы замещения капитальные затраты составят от 0.2 до 1.5 миллиона долларов на 1 Мвт, а внутренняя норма рентабельности составит около 50% при сроках окупаемости до 5 лет. Предлагаемые технологии замещения являются апробированными, надежными и их компоненты могут производиться в странах СНГ. Общая мощность вводимых объектов в рамках ближайшей программы развития биоэнергетики может экономить ежегодно до 380 тысяч т у.т. ископаемого топлива.

На биотопливе может быть обеспечена работа значительного  количества котельных малой и средней мощности, нескольких электрогенерирующих блоков. Суммарный вклад биотоплива в баланс ТЭР в 2020 году может составить 3,5 - 4,5 млн. т у.т./год или от 8 % (реальный сценарий) до 12% (благоприятный сценарий) развития данного топливного направления. Наличие небольшого, но независимого от внешних поставок источника ТЭР повышает устойчивость энергосистемы и энергетическую безопасность страны.

 

Основные направления исследований

В качестве основных направлений научно-исследовательских  и поисковых работ для развития биоэнергетики в Республике Беларусь можно рассматривать:

• получение новых сведений о ресурсах биотоплива и его характеристиках;
• разработка концепции и оптимизация схемы поставок биотоплива;
• изучение   процессов   и   создание   основ   технологий   подготовки,   переработки   и 
  конверсии биотоплива в энергетическую продукцию;
• изучение   сопутствующих   экологических   проблем,    в   том   числе   загрязнение 
  окружающего пространства золовыми отходами и вредными газовыми выбросами 
  (оксидами серы, азота и др.), с поиском и обоснованием эффективных контрмер;
• создание    методологической    и    информационной    основы    для    развертывания 
  прикладных НИОКР по разработке опытных образцов оборудования с последующим 
  тиражированием оборудования и расширением масштабов использования местных 
  видов топлива;
• разработка   и   обоснование  технологии   использования   низкокалорийных   высоко 
  влажных    местных    видов    топлива    и    отходов    в    совместном    сжигании    с 
  традиционными видами топлива для производства тепла и электроэнергии;
• оценка экономически целесообразного потенциала биоресурсов для производства 
  энергии по комбинированной и раздельной схемах;
• разработка   системы   оптимального   сжигания   биотоплива   для   котлов   низкого, 
  среднего и высокого давления.