Развитие возобновляемой энергетики как фактор перехода к "зеленой" экономике в Республике Татарстан

В связи с ростом потребности человечества в энергетических ресурсах и исчерпаемостью топливных ресурсов, которые используются в наши дни в большинстве стран, ключевым вопросом в развитии структуры современной экономики становится использование возобновляемых природных ресурсов [4]. Данный аспект в настоящее время лоббируется во многих странах мира, где типичное углеводородное топливо применяется в меньших масштабах по тем или иным причинам. В России проблема энергоэффективности также очень актуальна. В первую очередь это связано с постоянно растущим производством промышленной продукции, которое невозможно без повышения энергопотребления. Таким образом, повышение энергоэффективности с помощью альтернативных источников энергии или же при помощи обновления технологических схем с внедрением наилучших доступных технологий (НДТ) может оказать положительный эффект как на экономику региона, так и на экологическую ситуацию в субъекте.

Возможности повышения энергоэффективности за счет использования альтернативных источников энергии рассматриваются в статье на примере одного из самых развитых регионов России - Республики Татарстан. По данным на 2016 г. данный регион занимает лидирующие позиции по многим отраслям экономики (сельскохозяйственное производство -3-е место, промышленное производство и строительство - 5-ое место); по объему валового регионального продукта республика занимает 6-ое место с 1,944 млрд. руб. Первенство Татарстана среди регионов РФ в сфере инвестиционного климата и в рейтинге инвестиционного развития позволяет предположить высокие темпы реализации программ по экономическому и экологическому развитию региона [2].

Однако, важно учитывать и повышенную нагрузку на окружающую среду в связи с высокими темпами промышленного производства. Поэтому перспективным видится внедрение иных источников энергии, которые позволят обеспечивать энергетические потребности региона, что поможет решить проблемы нехватки энергии при современных темпах роста производства в будущем.

Исходя из особенностей экономикогеографического положения республики, в реалиях современного этапа развития технологий, на территории республики не рентабельно развитие солнечной энергетики из-за малого числа солнечных дней в году, а также низкой стоимости производства электроэнергии традиционными способами. По результатам работ исследователей, стоимость производства 1 кВт/ч на солнечной батарее составляет от 3,6 до 8,6 руб. в зависимости от инсоляции без учёта затрат на строительство солнечной электростанции [6]. Тогда как стоимость производства 1 кВт/ч на тепловой электростанции Заинской ГРЭС составляет 2,04 руб. в ценах на 2017 г., следовательно, с учётом проектных работ по поиску наиболее подходящего места для установки солнечной электростанции, затрат на изыскательные работы и, собственно, строительство, применение солнечных батарей на настоящий момент в Татарстане мало рентабельно. Введение в эксплуатацию ветроэнергетических установок также невозможно из-за низких мощностей ветра, т.к. оптимальным диапазоном скоростей ветров является величина 9-11 м/с, когда как наибольшие среднегодовые скорости ветров в Татарстане составляют около 5,25 м/с, что в 2 раза ниже необходимых значений [5].

Внедрение НДТ может способствовать уменьшению нагрузки на окружающую среду в большей в мере на локальном уровне. Поэтому альтернативой может являться использование биогаза, в связи со значительным количеством органических отходов, которые в настоящий момент накапливаются и складируются сельскохозяйственными предприятиями республики. Возможность производства биотоплива за счет переработки отходов сельского хозяйства во всех случаях обусловлена наличием большого объема отходов сельскохозяйственной продукции, которые в любом случае необходимо утилизировать. Поэтому использование органических остатков позволит не только привнести дополнительные энергетические ресурсы, но и решить проблему ликвидации отходов.

Образование отходов животноводства в 2016 г. в Татарстане оценивается в 5570,4 тыс. т [1]. При этом утилизируется или перерабатывается 167,9 тыс. т, что составляет только 3% от всех отходов. Остальная часть субстрата складируется на навозохранилищах либо захоранивается. Процесс производства биотоплива подразумевает воздействие таких факторов, как влажность субстрата, содержание тех или иных органических веществ. По данным расчетов, только за счет утилизации отходов в Татарстане ежегодно возможно производить 152-333 млн. м3 биогаза или 192,6-421,9 тыс. тонн условного топлива (т.у.т.).

Кроме переработки отходов животноводства, возможно использование иных продуктов, таких как рапсовое масло, а также отходов при переработке продукции растительного происхождения. Последний вариант менее реалистичен, т.к. значительная часть с/х производства в настоящее время направлена на удовлетворение потребностей населения в продуктах питания, следовательно, перепрофилирование производства не принесет существенной прибыли. При некотором изменении специализации агротехнического комплекса и его переориентации на продукцию растениеводства, способного увеличить объемы производства биогаза, возможно заметное увеличение объемов энергетических мощностей, связанного с использованием биотоплива.

Рассмотрим более углубленно возможности получения биотоплива по отдельным районам республики из отходов растениеводства. В качестве сырья рассматривались культуры растениеводства, отходы которых используются в наименьшей степени. Силос и кормовые культуры не рассматривались, т.к. они выращиваются главным образом для обеспечения кормовой базы. Поэтому рассчитаем потенциал использования уже существующей системы растениеводства без каких-либо изменений по направлению на производство сырья для биотоплива с учетом неминуемых потерь энергии при транспортировке, переработке и т.д. органического сырья.

Наиболее распространенным культурами, выращиваемыми в Республике Татарстан, являются: зерновые, бобовые, сахарная свекла, подсолнечник, овощи (в том числе и картофель). Структура энергетического потенциала растениеводства представлена в Табл. №1. В качестве источников энергии рассматривались отходы сельскохозяйственных культур, которые преобладают в структуре растениеводства, прочие культуры составляют малую часть, и не рассматривались в статье. В результате были выбраны следующие культуры: зернобобовые (преобладает кукуруза на зерно и корм), сахарная свекла, подсолнечник, картофель и другие овощные культуры. Из таблицы видно, что существует большая дифференциация в количестве отходов при переработке сырья разных культур. Наибольшая часть отходов образуется при переработке подсолнечника, наименьшая - при переработке картофеля, сахарной свеклы и прочих овощных культур [3].

Суммарная потенциальная энергетическая емкость составляет 871913,6 т.у.т. Наибольшую долю в качестве сырья для биотоплива составляют зернобобовые культуры, в равной степени соотносятся сахарная свекла и подсолнечник, наименьшую часть составляют овощные культуры.

По результатам расчетов для каждого из районов республики был выявлены территории с наибольшей перспективой производства биотоплива (рис.1). Максимальные объемы производства вероятны в Буинском, Заинском и Сармановском районах, где прогнозируется производство более 35000 т.у.т. В вышеназванных районах в качестве используемого сырья предпочтительнее использовать зернобобовые и сахарную свеклу. Наихудшие перспективы отмечены в Ютазинском, Бавлинском, Тюлячинском, Менделеевском, Агрызском районах.

Таблица №1.

Энергетический потенциал продукции растениеводства в Республике Татарстан

Распределение валового энергопотенциала отходов растениеводства в Республике Татарстан

Рисунок 1. Энергетический потенциал переработки отходов растениеводства в Республике Татарстан

Цифрами на схеме обозначены районы: 0 - Дрожжановский, 1 - Апастовский, 2 - Зеленодольский, 3 - Буинский, 4 -Кайбицкий, 5 - Верхнеуслонский, 6 - Тетюшский, 7 - Камско-Устьинский, 8 - Городской округ Казань, 9 - Спасскй, 10 -Высокогорский, 11 - Лаишевский, 12- Атнинский, 13- Пестречинский, 14- Арский, 15- Алексеевский, 16- Алькеевский, 17- Рыбно-Слободский, 18- Аксубаевский, 19- Балтасинский, 20 - Тюлячинский, 21- Нурлатский, 22 - Сабинский, 23 -Чистопольский, 24 - Кукморский, 25 - Мамадышский, 26 - Новошешминский, 27 - Черемшанский, 28 - Нижнекамский, 29 -Альметьевский, 30 -Елабужский, 31 - Лениногорский, 32 - Заинский, 33 - Городской округ Наб. Челны, 34 -Менделеевский, 35 - Тукаевский, 36 - Сармановский, 37 - Бугульминский, 38 - Агрызский, 39 - Мензелинский, 40 -Азнакаевский, 41 - Муслюмовский, 42 - Ютазинский, 43 - Бавлинский, 44 - Актанышский.

Текущие объемы твердых коммунальных отходов (ТКО) также позволяют производить значительное количество энергетических ресурсов. В Республике Татарстан на захоронение отправляется 54% всех отходов. Принимая во внимание, что из 1 тонны ТКО возможно произвести 0,2 т.у.т. и экономически целесообразно будет перерабатывать отходы крупных населенных пунктов [3], следовательно, при переработке всех захораниваемых отходов выработка энергии может составить 436,7 тыс. т.у.т.

Таким образом, в Татарстане для решения проблемы ликвидации отходов и одновременного снижения зависимости от традиционных источников производства энергии (газ, мазут) перспективным направлением является внедрение технологий по переработке отходов сельского хозяйства. Республика обладает крупной с/х базой, следовательно, уже существует достаточное количество материала для конвертации в энергию. Если сравнить максимально возможные проектируемые величины производства энергии с текущими показателями, то доля энергии из альтернативных источников может составить 20,8% (1,62 млн. т.у.т. против 7,78 млн. т.у.т. от уже существующих традиционных источников).

В данном случае возможно замещение соответствующего объема потребления энергии, получаемой за счет добычи и переработки ископаемого топлива, т.н. «зеленой» энергией, производимой из возобновляемых источников. Такой подход представляется вполне реалистичным, что показывают оценки, произведенные для других регионов Росси и соседних стран [4]. Частичный перевод сельскохозяйственных предприятий на энергопотребление от переработки отходов приведет к снижению энергоемкости и решению экологических проблем, обусловленных поступлением в среду отходов животноводства. Еще одним неотъемлемым преимуществом будет являться положительный социальный эффект, обусловленный появлением новых рабочих мест на комплексах по производству биотоплива.

Работа выполнена в рамках гранта РФФИ № 1702-00773 «Теоретико-методологические основы устойчивого развития регионов России (на примере Поволжья).