Оценка возможности использования биоэнергетических ресурсов растительного происхождения в Красноярском крае

Введение . Активная хозяйственная деятельность человека и его нерациональное отношение к природе привели к множеству катастрофических климатологических изменений. Энергетика, ориентированная на сельские районы, должна способствовать использованию источников энергии, работающих на недорогих природных и возобновляемых видах топлива. Устойчивое развитие сельских районов во многом связано со спросом на электрическую и тепловую энергию и ее предложением, стимулированием процесса перехода на экологически безопасные и экономичные системы энергоснабжения сельских территорий. Это предполагает переход к диверсифицированным источникам энергии, обеспечивая использование возобновляемых ресурсов [1–5].

Значительные энергоресурсы требуются при производстве сельскохозяйственной продукции как в растениеводстве (дизельное топливо и бензин для тракторов и автомобилей, различные виды топлива и электрическая энергия для сушки зерна и обеспечения нужд перерабатывающей промышленности и т. д.), так и в животноводстве (обогрев сельскохозяйственных помещений, горячее водоснабжение, электрификация технологических процессов, переработка продукции животноводства).

Учитывая постоянный рост тарифов в сфере ЖКХ, отсутствие во многих сельских районах Красноярского края центрального газоснабжения, недостаточную пропускную способность и ветхость электрических сетей, большие затраты на энергообеспечение отдаленных районов Красноярского края, было бы более чем разумным использовать для получения тепловой и электрической энергии отходы сельского хозяйства. Одним из биоресурсов являются растительные отходы. Для оказания помощи сельскохозяйственным предприятиям в повышении компетентности управления энергетическим и экологическим состоянием сельских территорий необходимо разработать регламент по обращению с органическими отходами. Это позволит перейти на безотходную технологию ведения хозяйства, снизить плату за негативное воздействие на окружающую среду, повысить престиж предприятия, улучшить условия труда работников. Для этого надо знать, в каком количестве и какого качества производятся растительные отходы на территории Красноярского края и какие теплогенераторы можно использовать для таких топлив.

Цель исследования : анализ и оценка возможности использования растительных отходов в качестве энергетического ресурса.

Задачи исследования :

– провести количественную оценку растительных отходов – соломы, отходов лесной и лесоперерабатывающей отраслей;

– определить тип теплогенераторов, в которых возможно эффективное сжигание такого топлива.

Результаты исследования и их обсуждение . Рассмотрим некоторые аспекты энергетического использования биомассы применительно к Красноярскому краю. Поскольку Красноярский край имеет значительную протяженность с севера на юг (от северных морей до хакасских степей), то и растительные биоресурсы, пригодные для обеспечения нужд сельского хозяйства, в разных районах края различные.

Солома зерновых культур – очень энергоемкая биомасса, она является превосходной альтернативой традиционному топливу. Количество энергии в 1 литре дизельного топлива, в 1 м3 природного газа и в 2,4 кг соломы – одинаковое. Один рулон соломы диаметром 1,8 м и весом 330 кг заменяет минимум 140 л дизельного топлива или 140 м3 природного газа (табл. 1).

В Красноярском крае в период с 2012 по 2016 г. ежегодно производилось около 1 млн 700 тыс. т соломы (рис. 1).

Таблица 1

Сравнение теплотворной способности энергоносителей

Энергоноситель	Теплотворная способность, МДж
Дизельное топливо, кг	42,0
Уголь каменный «Д», кг	30,5
Мазут, кг	40,2
Газ природный, м3	31,7
Дрова березовые, кг	14,6
Солома пшеничная, кг	14,2

восточная зона (548206 тонн)

24380 11833 , -29184

79480           59514

• ■    Абанский

• ■    Дзержинский

• ■    Иланский

• ■    Ирбейский

• ■    Канский

• ■    Нижнеингашский Партизанский

• ■    Рыбинский

• ■    Саянский

Тасеевский

западная зона (750978 тонн)

■ Ачинский

■ Боготольский

■ Большеулуйский

■ Назаровский

■ Новоселовский

■ Тюхтетский

Ужурский

Уярский

■ Шарыповский

центральная зона

■ Березовский

■ Большемуртинский

■ Емельяновский

■ Манский

■ Сухобузимский

(206334 тонн)

■ Балахтинский

южная зона (191483 тонн)

Рис. 1. Производство соломы по районам Красноярского края

Ермаковский

• ■    Идринский

• ■    Каратузский

• ■    Краснотуранский

• ■    Курагинский

• ■    Минусинский

Солому можно использовать в газогенераторных установках и котлах, когда ее сжигание наиболее энергоэффективно.

Крупнейшим мировым производителем газогенераторных котлов является фирма HERLT (Германия) (рис. 2). Оборудование и технологии указанной фирмы характеризуются передовыми конструктивными и теплотехническими решениями, обеспечивающими высокий КПД при непрерывной работе на соломе, дровах и отходах лесопереработки [6].

В таблице 2 представлены некоторые характеристики работы газогенераторного котла HERLT HSV 1000, тепловой мощностью 1 МВт, при сжигании различных топлив.

Таким образом, солома может быть эффективно использована как энергетическое топливо в газогенераторных котлах HERLT или в теплогенераторах с аналогичными характеристиками.

Другим значимым биоресурсом Красноярского края являются отходы лесной и лесоперерабатывающей отраслей.

Технико-экономическая оценка показала [5], что в результате лесохозяйственной деятельности в Красноярском крае образуются древесные отходы в объеме 4 419,53 тыс. м3 (табл. 3).

Отходы от лесозаготовительной деятельности обычно сжигаются на месте заготовки. Основное количество отходов от всего объема отходов от такой деятельности в крае приходится на районы: Кежемский – 28 %; Богучанский – 31; Енисейский – 13; другие районы – 28 %. Объемы отходов деревообрабатывающей деятельности предприятий Красноярского края представлены в таблице 4.

Рис. 2. Газогенераторный котел HERLT HSV 1000 [6]

Таблица 2

Сравнительные характеристики работы газогенераторного котла HERLT HSV 1000 [6]

Топливо	КПД процесса тепловой, %	Расход топлива в год
Дизельное топливо, т	80	743
Природный газ, м3	87	1 080 000
Древесина 20 % влажности, м3	90	5400
Уголь каменный «Д», т	88	806
Солома 20 % влажности, т	90	950

Таблица 3

Объем древесных отходов лесопромышленных и деревообрабатывающих предприятий Красноярского края [5]

Предприятия	Объем отходов, тыс. м3
Лесозаготовительные	2 035,00
Деревообрабатывающие	2 384,53
Всего	4 419,53

Таблица 4

Объемы отходов деревообрабатывающих предприятий [5]

Отходы от деревообрабатывающей деятельности, тыс. м3	Объем, тыс. м3
Переработанные	1 541,25
Не переработанные	843,29

Основные предприятия, производящие переработку отходов в другие виды продукции, находятся:

• –    в г. Лесосибирске (ОАО «Лесосибирский ЛДК № 1», ЗАО «Новоенисейский ЛХК»);

• –    г. Красноярске (ЗАО «Красноярский ДОК», ООО «Енисейский ЦБК»);

• –    п. Ярки (ЗАО «Краслесинвест»);

• –    г. Кодинске (ООО «Приангарский ЛПК»);

• –    п. Верхнепашино (ООО «Сиблес Проект»);

• –    Березовском районе (ООО «ДОК «Енисей»);

• –    Енисейском районе (ОАО «Ангара Пейпа»).

Общий объем непереработанных отходов от деревообрабатывающей деятельности в крае приходится: на г. Лесосибирск – 38 %; г. Канск – 11; г. Кодинск – 35; п. Богучаны – 16 %.

Активную работу по замене отопительных котлов и теплогенаторов, работающих на угле, дизельном топливе, электрической энергии и газе на пеллетные и брикетные котлы в сельскохозяйственных районах Красноярского края, республике Хакасия и других регионах России ведет генеральный директор ООО «Металлика» В.А. Колобухов (рис. 3). В настоящее время в Красноярском крае при непосредственном участии ООО «Металлика» (г. Красноярск) построено около двадцати заводов по производству пеллет и топливных брикетов [7].

Широкому использованию в Красноярском крае топливных брикетов и пеллет способствует то обстоятельство, что в Красноярске находится завод отопительного оборудования и автоматики ZOTA [8], выпускающий современные котлы мирового уровня, работающие на указанном топливе (рис. 4).

Рис. 3. Пеллетная горелка для зерносушилки [7]

Рис. 4. Пеллетный котел ZOTA (Красноярск, Россия) [8]

Заводом выпускаются модификации котлов мощностью от 15 до 100 кВт. Оборудование предназначено для отопления индивидуальных зданий жилого и производственного назначения площадью от 150 до 900 м2 (в зависимости от мощности устанавливаемого агрегата). Особенности котлов Zota Pellet: автоматический электророзжиг и погодозависимое управление температурой.

Районы Красноярского края, в которых рекомендуется использовать газогенераторные установки и котлы на дро- вах и древесных отходах в первую очередь (по значимости запасов древесных отходов): Северо-Енисейский, Енисейский, Туруханский, Богучанский, Казачинский, Абанский, Большемуртинский, Дзержинский, Минусинский, Мотыгин-ский, Пировский, Ирбейский.

Успешный перевод котельной на угле на газогенераторную котельную, работающую на дровах, осуществлен в школе с. Кирчиж Бирилюсского района (отапливаемая площадь 660 м2) (рис. 5).

Рис. 5. Газогенераторная котельная в школе с. Кирчиж Бирилюсского района

Выводы . Таким образом, в Красноярском крае имеется большой потенциал биоэнергетических ресурсов. Растительные биоресурсы распространены по большинству районов края и могут быть использованы уже в настоящее время. Объем соломы, которую можно использовать, как возобновляемое топливо, в Красноярском крае составляет порядка 1 697 001 т/год. Лесозаготовительная и деревообрабатывающие отрасли промышленности Красноярского края дают порядка 4 тыс. м³ растительных отходов, которые можно использовать для получения топливных брикетов.

Определено энергоэффективное теплогенерирующее оборудование, которое позволяет использовать растительные отходы для нужд сельскохозяйственного производства. Для условий Красноярского края рекомендованы газогенераторные котлы фирмы HERLT (Германия) и котлы завода отопительного оборудования и автоматики ZOTA (Красноярск).