Использование ВИЭ для горячего водоснабжения и в теплоснабжении регионов России

Введение Учитывая то, что большинство регионов России отличаются достаточно холодным климатом, во всех регионах нашей страны существует необходимость отопления жилых и нежилых помещений. Важность производства тепла часто подтверждается тем фактом что многие комбинированные тепловые электростанции в стране спроектированы в первую очередь исходя из тепловой нагрузки. Несмотря на то, что основное внимание в развитии возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в России уделяют электроэнергетическому сектору, в стране развивается и теплоснабжение с использованием ВИЭ. Так по оценкам российского отделения Гринпис доля ВИЭ в теплоэнергетике России составляет примерно 2%. Для сравнения доля ВИЭ в электроэнергетике России (без крупных ГЭС) не превышает 1%. В основном отопление на базе ВИЭ в России осуществляется за счет древесного топлива (дрова, щепа, пеллеты, прочие отходы). Технический потенциал использования древесного топлива по оценкам коллег под руководством д.т.н. Безруких П.П. составляет примерно 48,4 млн тонн условного топлива и сосредоточен в Северо-Западном, Приволжском и Сибирском федеральных округах [1]. Кроме того, для выработки тепла (в том числе и совместно с электроэнергией) представляет интерес биогаз, технический потенциал выработки которого в России составляет до 90 млрд м3 в год что примерно эквивалентно 60 млрд м3 природного газа. Технический потенциал использования солнечной энергии для выработки тепла в России составляет 8,75 млрд. т.у.т. (в развитии данных технологий существенным ограничением является экономический фактор), использования энергии грунтов и водоемов – 13,2 млн. т.у.т. Использование древесных отходов Основным драйвером развития теплоэнергетики в России является использование биотоплива, прежде всего древесных отходов. В основном использование биотоплива развивается на территориях европейской части России, не имеющих доступ к сетевому природному газу и дешевой электроэнергии от ГЭС. Однако, в связи с ужесточением экологической политики государства, в том числе и в плане переработки и утилизации древесных отходов, в Сибирском федеральном округе появились проекты перевода котельных с электроэнергии на биотопливо (один из них будет рассмотрен ниже). Что касается Дальневосточного федеральных округов, то там можно отметить развитие индустрии переработки древесных отходов в биотопливо с их дальнейшим экспортом в КНР и Южную Корею. Ниже будет рассмотрено несколько интересных проектов в данной области. Программа Архангельской области Лидером в использовании древесных отходов является Архангельская область, в которой 420 котельных из 650 (37,5 % или 1,1 ГВт установленной мощности) работают на биотопливе (дровах, древесной щепе, отходах ЛПК, топливных гранулах и брикетах), на этих котельных вырабатывается 42,8% тепла в регионе. В соответствии с принятой в 2014 году региональной концепцией развития локального теплоснабжения к 2030 году доля тепла на биотопливе должна составить 44%. Следовательно, можно говорить о том, что строительство биотопливных котельных в регионе реализуется более быстрыми темпами, чем было запланировано. Использование биотоплива также распространено в республиках Карелии и Коми, Ленинградской, Вологодской областях. Пример котельной в Шарье (Костромская область) Самая крупная промышленная котельная, работающая на древесном топливе, расположена в Шариинском районе Костромской области на промышленном предприятии Swiss Krono. Ее мощность составляет 96 МВт (82,6 Гкал). Котельная состоит из 2-х биотопливных термомасляных котлов мощностью по 48 МВт (41,3 Гкал) каждый и трех выносных топок мощностью 25, 36 и 61 МВт (Рисунок 1). Теплоносителем в выносных топках выступают дымовые газы. Производителем всего оборудования является фирма GekaKonus (Германия).

Рисунок 1. Схема котельной Swiss Krono в Шарье (источник: материалы компании Swiss Krono).

Древесные отходы сжигаются на наклонной механической колосниковой решетке, древесная пыль – в специальных пылевых горелках. Подсветка ископаемым топливом отсутствует. Нагреваемым теплоносителем в котлах является термомасло Mobiltherm 603, подогреваемое в поверхностях нагрева максимально до 280 °С. Тепло масла используется для обогрева технологического оборудования завода, а также для получения технологического пара и горячей воды. Отходящие дымовые газы от биотопливных котлов направляются во вращающиеся барабанные сушилки, предназначенные для сушки древесного сырья. Повышение температурного уровня и расхода сушильного агента на входе в сушилки осуществляется за счет сжигания топлива в выносных топках. Выносные топки работают на древесной пыли с возможностью сжигания мазута и дизельного топлива. В резерве находятся 3 термомасляных котла мощностью 18 МВт, работающих на мазуте [6]. В результате реализации проекта снижение выбросов парниковых газов составило более 500 тысяч тонн ежегодно. Пример ТЭЦ «Белый ручей» в Вологодской области В качестве примера использования отходов от лесоперерабатывающего комплекса для совместного производства тепла и электроэнергии рассмотрим ТЭЦ «Белый ручей» которая расположена на территории одноименного предприятия в д. Депо Вологодской области (Рисунок 2). Мини-ТЭЦ электрической мощностью 6 МВт и тепловой в 26 Гкал осуществляет отпуск пара и горячей воды для нужд ЗАО «Белый ручей», а также обеспечивает теплом и горячей водой население поселка. На станции стоят два адаптированных под сжигание древесных отходов паровых котла с кипящим слоем типа Е-25-3,9-440 («ИНЭКО – БЭМ», Москва-Белгород) и одна паровая турбина типа П-6-35/0,5-1 (КТЗ, г. Калуга) [2].

Рисунок 2. ТЭЦ «Белый ручей» (источник: статья про ТЭЦ «Белый ручей» в Википедии). В качестве топлива для ТЭЦ используются измельченные до фракции 50 мм низкосортная древесина, отходы лесозаготовки и лесопереработки (обрезки кругляка, щепа, опилки, кора). Расход топлива на выработку 1 Гкал тепла составляет 191 кг условного топлива. Станция также снабжена работающей на дизеле горелкой, которая находится в предтопке и включается в работу при пусковых режимах котлов и для подсвечивания древесных отходов влажностью более 65%. Годовой расход дизеля составляет примерно 150 тонн. В целях снижения выбросов в атмосферу древесной золы в газоотводящем тракте котла предусмотрена установка золоулавливающего оборудования – батарейной циклонной установки конструкции ИНЕКО. Опыт эксплуатации этих аппаратов показывает, что эффективность золоулавливания достигает 95 % [2]. Годовой отпуск тепла составляет с ТЭЦ составляет 29000 Гкал, тариф на отопление 2056 руб./Гкал для промышленности и 2534,4 руб./Гкал для населения. Пример котельной АО «КрасЭко» в г. Кодинске (Красноярский край) Интересный проект реализует в г. Кодинске Красноярская региональная энергетическая компания (КрасЭко). Реализуя поручение губернатора края о необходимости утилизации отходов лесопромышленного комплекса в 2018 году компания приступила к строительству котельной на древесной щепе мощностью 20 МВт (2 котла по 10 МВт) или 17,2 Гкал (с возможностью расширения до 30 МВт или 25,8 Гкал) показанной на рисунке 3. Это позволит использовать в качестве биотоплива 74000 тонн производимых в Кежемском районе края древесных отходов.

Рисунок 3. Котельная на биотопливе в Кодинске (источник: материалы АО«КрасЭко» и Енисей ТВ). В настоящий момент г. Кодинск получает тепло и горячую воду от электрокотельной мощностью 106,64 Гкал, планируется что после реконструкции на биотопливе будет вырабатываться 107,68 тыс. Гкал в год (59% от общей выработки). Стоимость реконструкции котельной составила примерно 100 млн рублей. Кроме того, по словам министра промышленности, энергетики и ЖКХ Красноярского края Евгения Афанасьева еще на 41 (из 1381) котельных в Богучанском, Кежемском, Мотыгинском, Эвенкийском муниципальных округах и городах Енисейск и Лесосибирск региона применяются разные виды древесного топлива (по разным оценкам от 0,04 до 15,2 Гкал), а потенциал по переработке древесных отходов достигает 500 тыс. тонн условного топлива [4]. Выработка тепла с использованием биогаза Производство тепла с использованием в качестве топлива биогаза известно с середины 19 века (первый проект был запущен в Индии) и достаточно популярно во многих странах мира. Если фермерские хозяйства стран ЕС предпочитают вырабатывать тепло совместно с оплачиваемой по зеленому тарифу электроэнергией, то во многих азиатских странах биогаз идет только на обогрев и на приготовление пищи. Крупнейшим в России производителем биогаза является АО «Мосводоканал», при этом за счет собственной выработки компания закрывает более 50% своих потребностей в тепле (Рисунок 4). На Курьяновских и на Люберецких очистных сооружениях стоит в общей сложности 44 метантанка (24 и 20 соответственно) работающих в термофильном режиме (50-53̊ С), общая мощность по производству биогаза составляет 280000 м3. Изначально АО «Мосводоканал» не планировало вырабатывать электроэнергию и направляло весь биогаз для сжигания осадка, однако позже из-за большого объема производимого биогаза вследствие модернизации метантанков было вынуждено утилизировать часть биогаза заключив договор с австрийской компанией ВТЕ Вассертехник ГмбХ на продажу не менее 28 млн. м3 биогаза (на Рисунке 4 видно, что это примерно 50% от общей выработки) в год в обмен на обязательство покупать производимые на этом биогазе тепло и электроэнергию.

Рисунок 4. Производство тепла на биогазе в АО «Мосводоканал». Пример Мосводоканала показывает, что основной экономический эффект для крупных водоканалов при внедрении технологий анаэробного взбраживания достигается за счет значительного сокращения затрат на переработку активного ила, при этом вырабатываемый биогаз является побочным продуктом. Аналогичные расчеты проведенные при моем участии для Санкт-Петербургского водоканала показали, что большие изначально затраты (в проекте предусматривался достаточно дорогой термогидролиз) окупались в течение 3-5 лет без учета выработки биогаза. Кроме биогазовых установок АО «Мосводоканала» также можно отметить биогазовую станцию ООО «Альтэнерго» в с. Лучки Белгородской области (3,6 МВт, переработка 95 тыс. тонн отходов), которая вырабатывают 27,3 тыс. Гкал тепла. Все тепло идет на собственные нужды предприятия. Использование солнечных коллекторов Использование солнечных коллекторов и тепловых насосов в России набирает обороты. Промышленные и бытовые объекты, горячее водоснабжение которых осуществляется солнечными коллекторами, расположены по всей России: от южного Краснодарского края до арктических широт на севере; от Ленинградской области на западе до Камчатки на востоке. Солнечные коллектора используются ПАО РЖД, АК «Алроса», ПАО «Сургутнефтегаз», аэропорты Домодедово (Московская область) и Платов (Ростовская область). В качестве примера приведу реализованный компаниями АК «Алроса» и ООО «Новый Полюс» проект солнечной водонагревательной системы в вахтовом поселке Накын (Якутия) который находится за полярным кругом. Площадь поля солнечных коллекторов составляет 300 м2, мощность – 225 кВт (Рисунок 5). В летнее время система обеспечивает горячей водой вахтовый поселок, что позволяет значительно сократить потребление привозного дизеля, стоимость которого на удаленных арктических территориях может достигать 100 и более рублей за литр.

Рисунок 5. Проект ООО «Новый полюс» в Накыне (Якутия) (источник: материалы ООО «Новый Полюс» (www.newpolus.ru). Еще одним примером является единственная котельная в России, работающая на солнечных коллекторах, которая находится в г. Нариманов (Астраханская область). Тепловая мощность котельной составляет 3 МВт, котельная состоит из 2200 солнечных коллекторов (производитель – компания Buderus) и обслуживает 11,6 тысяч человек. В зимний период частично отопление закрывается природным газом. В результате работы котельной экономия по природному газу составляет 8,4 млн м3 в год. В России есть регионы с высоким уровнем солнечной радиации в зимний период, например, юг Приморского края, Северо-Кавказский федеральный округ, Алтайский край, Иркутская область или в летний период – Южный федеральный округ. В таких условиях функционирование теплоэнергетических предприятий с высокой долей солнечной энергии может быть особенно эффективным. Использование тепловых насосов и тепла шахтных вод Как и солнечные коллекторы, тепловые насосы (рисунок ниже) тоже приобретают все большую популярность. Они могут служить источниками отопления и горячего водоснабжения (а также и кондиционирования) в неподключенных к сетевому природному газу местах. На сегодняшний день в России реализованы десятки проектов в промышленных и офисных зданиях и жилых домах с мощностью тепловых насосов до 2 МВт в Северо-Западном, Центральном, Южном и Сибирском федеральных округах.

Рисунок 6. Тепловые насосы в Гиперкубе Сколково и в Новошахтинске (источник: Stiebel Eltron (www.stiebel-eltron.ru) и www.enegrosovet.ru). В качестве примера их использования может служить система отопления и горячего водоснабжения здания Гиперкуб в Сколково, смонтированная компанией Stiebel Eltron. Мощность системы составляет 69 кВт, площадь отопления и горячего водоснабжения – 6000 м2. Примером использования тепла шахтных вод является реализованный ООО «Теплонасосные системы – Новошахтинск» пилотный проект в городе Новошахтинск (Ростовская область) с населением 107 тысяч человек. Проект обеспечивает теплом центральный район города и производит 11,4 тыс. Гкал тепла в год, что составляет 8% от его общегородского потребления. Еще одним примером является проект системы теплоснабжения мощностью 130 кВт на шахте «Осинниковская» (Кемеровская область). На территории России много заброшенных шахт, которые потенциально могли бы использоваться для нужд теплоснабжения. Выводы Учитывая, что Россия является страной с холодным климатом (более половины территории лежит в зоне вечной мерзлоты) теплоснабжение в стране является ключевым направлением в ее энергетике. Это доказывает тот факт, что многие тепловые комбинированные электростанции спроектированы исходя из тепловой, а не из электрической нагрузки. Несмотря на то, что основное публичное внимание приковано к возобновляемой электроэнергетике доля возобновляемого тепла в общем объеме его производства более значительна. Россия обладает значительным потенциалом по производству «зеленого» тепла. Этот потенциал в основном лежит в области переработки органических и древесных отходов (в лесной промышленности, переработке твердых коммунальных отходов) и в использовании солнечной и термальной энергии. Ужесточение экологического законодательства в стране приведет к появлению новых проектов теплоснабжения на базе ВИЭ.


Карасевич Владислав – доцент, к.т.н., РГУ нефти и газа имени И. М. Губкина.

Список литературы и источников: [1] Справочник по ресурсам возобновляемых источников энергии России и местных видов топлива (показатели по территориям)/Под редакцией Безруких П.П. – М.: «ИАЦ Энергия», 2007; [2] Материалы портала по комбинированной выработке энергии и мини ТЭЦ «Тригенерация», http://www.combienergy.ru/; [3] Материалы с интернет-сайта АО «Мосводоканал» www.mosvodokanal.ru; [4] Материалы информационно-аналитического агентства Инфобио, www.infobio.ru; [5] Материалы АО «КрасЭко», www.kraseko24.ru; [6] Проектная документация компании Swiss Krono; [7] Материалы ООО «Новый Полюс», https://newpolus.ru.

Просмотров: 359Комментариев: 1

© 2019 Teplovichok Today. Сайт создан на Wix.com

  • White Facebook Icon
  • White Twitter Icon
  • Google+ Иконка Белый