В наши дни немногие проблемы затрагивают и объединяют правительства и общественность всех, без исключения, стран мира. На первом месте, без сомнения — недопущение глобальной мировой катастрофы вследствие глобальных изменений климатических условий. Расчеты множества ученых различных стран показывают, что увеличение температуры поверхности земли всего лишь на 2 градуса может привести к необратимым последствиям, результаты которых губительно скажутся на качестве жизни миллиардов людей. Чтобы это предотвратить, объединяется все цивилизованное человечество.
Наиболее значимые вехи на этом пути:
1979 год — Всемирная климатическая программа
1992 год — Рамочная конвенция ООН об изменении климата
1997 год — Киотский протокол
2015 год — Парижское соглашение
Все они, по сути, отражают понимание правительствами стран-участниц необходимости объединения усилий в совместной борьбе с недопущением таких климатических изменений и намечают общие стратегию и тактику для устойчивого развития человечества в целом и каждой страны в отдельности.
Решающей задачей при этом является сокращение уровня выброса парниковых газов, являющегося основной причиной изменения климата на нашей планете.
Общеизвестно, что явление парникового эффекта в большой степени является результатом человеческой деятельности в современном мире, где уровень жизни человека неразрывно связан с объемом вырабатываемой электроэнергии.
Основными первичными источниками энергии на протяжении последних 100 лет являются нефть, газ и уголь. Их добыча, транспортировка и традиционные способы выработки из них электрической и тепловой энергии как раз и являются причиной выброса в атмосферу целого ряда вредных веществ и, в первую очередь, парниковых газов.
К основным парниковым газам, которые являются продуктом человеческой деятельности, относят двуокись углерода, метан и закись азота. Наиболее важным из них считается углекислый газ, концентрация которого в атмосфере за последние 250 лет возросла на 35%, за ним следует метан и на третьем месте — закись азота. Хотя по силе воздействия на парниковый эффект из расчета на 1 тонну на первом месте стоит закись азота (в 300 раз сильнее, чем двуокись углерода), а на втором — метан (в 30 раз сильнее).
Подавляющая часть эмиссии парниковых газов, связанная с жизнедеятельностью человека (с антропогенным фактором), это — энергетика (сжигание топлива), добыча и транспортировка топлива (уголь, нефть, природный газ), энергоемкое промышленное производство (химическая, металлургическая промышленность), транспорт, сельское хозяйство (отходы животноводства), пищевые отходы и продукты очистки сточных вод.
Наиболее эффективными методами сокращения выбросов мировым сообществом признаны снижение энергопотребления и переход на возобновляемые источники энергии. Что касается снижения энергопотребления, здесь можно перечислять многое – и повышение энергоэффективности зданий, и повышение эффективности производственных процессов и переход на энергоэффективное освещение и многое другое. Нас интересуют возобновляемые источники энергии и их сравнительная эффективность по отношению к сокращению выбросов парниковых газов.
Наиболее популярными видами возобновляемой энергетики являются солнечная, ветроэнергетика, малая гидроэнергетика и два направления биоэнергетики — сжигание биомассы и выработка из нее вторичного источника энергии — биогаза. В некоторых странах используются также другие виды возобновляемой энергии, такие как энергия океанских волн или термальных источников. Большая гидроэнергетика, хотя и является возобновляемой по своей природе, однако де-факто к таковой не относится.
Итак, солнце, ветер и малая гидроэнергетика. Объединяет их несколько факторов.
Во-первых, все они, за редким исключением, используются только для выработки электрической энергии. Не тепла, не газа, не моторного топлива.
Во-вторых, при выработке электрической энергии не производятся полезные для человека или окружающей среды побочные продукты.
В-третьих, получая при помощи этих технологий электроэнергию, параллельно не вырабатывают тепловую, не улучшают окружающую среду (а для гидроэнергетики еще и ухудшают), не утилизируют вредные отходы, не уничтожают патогенные микроорганизмы и зловонные запахи.
Все объекты солнечной, газовой и малой гидроэнергетики строятся с единственной целью — получения прибыли. При помощи зеленых тарифов, которые для этих видов возобновляемой энергетики, за исключением ветровой, являются сегодня достаточно высокими. Строительство крупных промышленных объектов электрогенерации при помощи энергии солнца и ветра привлекают, в основном, иностранных инвесторов, которые имеют доступ к дешевым финансовым ресурсам и которых не пугают сроки окупаемости 7-10 лет.
И еще один фактор, не затронув который, не могу переходить к двум других технологиям возобновляемой энергетики — сжиганию биомассы и ее ферментации (получению биогаза).
Общим для всех трех является низкий коэффициент установленной мощности. Что это означает на практике. Инвестор строит, к примеру солнечную станцию мощностью 10 Мвт и заключает с 0блэнерго договор на присоединение. Согласно полученным техническим условиям и проекту строится соответствующая заявленной мощности инфраструктура и, соответственно, на 10 Мвт уменьшается ограниченная возможность присоединения к нашим изношенным электросетям других объектов возобновляемой энергетики. Согласно заявлениям руководителей ГП Энергорынок, состояние нашей энергосистемы позволяет подключить еще лишь около 5 ГВт электрических мощностей, что как раз соответствует принятым на себя Украиной обязательствам по достижению доли возобновляемых источников энергии в общей электрогенерации к 2020 году 11%. Что будет с нашей энергосистемой после этого пока не понятно.
Итак, вернемся к ранее сказанному о коэффициенте установленной мощности (КИУМ). Упрощенно он характеризует, сколько часов в году установленный объект генерирует заявленную установленную мощность в 10 Мвт. В году, в среднем, 8760 часов. Если бы КИУМ для нашей солнечной станции 10 Мвт составлял 100%, то за год станция должна была бы выдать в сеть 87600 Мвт. Понятно, что такого не может быть, также как человек не может никогда не болеть и всю жизнь оставаться здоровым. Но все же, сколько реально? Вообще, а лучше у нас, в Украине, конкретно, за 2017 год.
Если нашей НКРЭ можно хоть за что-то сказать спасибо, то уже хотя бы за то, что она публикует на своем сайте, да еще и в открытом доступе, все необходимые для анализа данные о всех объектах возобновляемой энергетики, получивших зеленый тариф.
Итак, 2017 год. Установленная мощность всех СЭС на конец года составляет 743,891 Мвт. Если бы они с такой мощностью проработали 8760 часов, то произвели бы за год 6,5 млн. Мвт. А фактически — 0,7 млн. квт, то есть 10,8%. Даже если учесть несколько станций, которые начали работу не с начала года, все равно средний КИУМ составит не более 11%. Конечно, не все СЭС работали одинаково, какие-то лучше, какие-то хуже. Но даже если мы выберем несколько самых передовых, все равно КИУМ у них не будет превышать 16%.
Не многим лучше обстоит ситуация в нашей ветроэнергетике, у которой средний КИУМ за 2017 год составил просто отличные по международным меркам (если не принимать в расчет офшорные ВЭС, которых у нас нет) 23,9%. По малой энергетике средний КИУМ составил 25,6%.
О чем говорят приведенные цифры? Они говорят о том, что солнце, ветер и вода в качестве источника электроэнергии не надежно прогнозируемы и существенно зависят от времени года, времени суток и других климатических факторов. А, следовательно, для таких видов генерации нужны соответствующие балансирующие мощности, которыми сегодня выступают классические ТЭЦ, работающие на ископаемых видах топлива и от которых человечество хочет избавиться в первую очередь. Либо дорогостоящие источники хранения больших объемов электроэнергии, которых у нас на сегодня нет и которые не скоро у нас появятся.
Итак, неустойчивость, низкое качество использования подключения, относительно высокие сроки окупаемости, хороший зеленый тариф, а для СЭС и ВЭС и доступность сырья (солнце и ветер).
Теперь перейдем к биоэнергетике и отдельно рассмотрим обе ее основные технологии – сжигание и анаэробную ферментацию (сбраживание).
В Украине сжигание биомассы, за редким исключенинм, используется в тепловой генерации и лишь на нескольких объектах — для выработки электроэнергии. Из 5 работавших в 2017 году электростанций лучше всех сработала небольшая (1,7 Мвт) ТЭЦ сельскохозяйственного предприятия Кировоградолия с КИУМ 77,9%. Средний коэффициент по всем пяти составил 29,8%.
Большая проблема для мощных ТЭЦ и ТЭС на биомассе – это необходимое для надежной работы дорогостоящее оборудование и большие количества необходимого сырья. И если в Украине имеются несколько предприятий, которые научились выпускать хорошие паровые котлы, то турбины к ним обычно закупаются за границей. Что касается бесперебойных поставок сырья, то именно этому вопросу посвящены сегодня усилия БАУ, которая разработала модель создания и функционирования в Украине электронной бирже по торговле топливом для отечественной биоэнергетики.
Основные виды биомассы, используемой для сжигания, — это отходы сельского и лесного хозяйств и связанных с ними перерабатывающих отраслей. Количество электростанций Украины, работающих на биомассе, не превышает количество пальцев одной руки.
Из пяти работающих в Украине электростанций две используют в качестве сырья лузгу подсолнечника — отходы собственного производства, а три — древесную щепу, опилки и другие древесные отходы.
Самая мощная из них — Иванковская ТЭС (18 Мвт) — закончила 2017 год с очень низким результатом (КИУМ = 15,7%) и на протяжении всего времени работы (с начала 2014 года) является источником постоянных скандалов, основная причина которых — загрязнение продуктами сжигания окружающей местности.
Вторая по величине — Смеловская ТЭЦ (8,5 Мвт) — имеет ненамного лучший результат — 23,1%. Сырье — деревянная щепа. Ситуация с выбросами продуктов сжигания и конфликтами с местными жителями — схожа с той, что наблюдается на Иванковской ТЭС.
Корюковская ТЭС — установленная мощность 3,5 Мвт. Введена в строй в 2016 году. Сырье — отходы лесной и деревообрабатывющей промышенности. Результат 2017 года — 53,2%. ТЭЦ компании Евгройл. Установленная мощность — 5 Мвт. Сырье — лузга подсолнечника собственного маслоэкстракционного завода и отходы лесного хозяйства — ветки, обрезки деревьев и сухостой, из которых производят щепу. КИУМ за 2017 год составил 34,4%. Отмечены жалобы местных жителей на выбросы в воздух загрязняющих веществ и высыпание пепла.
ТЭЦ Кировоградолия. Установленная мощность — 1,7 Мвт. Сырье — лузга подсолнечника. Имеет лучший показатель КИУМ на зарубежных ТЕЦ на биомассе – 77,9%. Жалоб на нарушение экологического законодательства — не отмечено.
Какие выводы относительно отечественной генерации при сжигании биомассы позволяет сделать приведенный выше обзор?
Судя по количеству работающих в Украине электростанций на биомассе с общей установленной мощностью 36,7 Мвт и средним КИУМ 29,8%, электрогенерация путем сжигания биомассы находится на крайне низком уровне.
На 3 из 5 действующих электростанций неудовлетворительная степень очистки продуктов сжигания. Образующуюся при сжигании золу в качестве удобрения используют 2 предприятия, занимающиеся переработкой сельскохозяйственной продукции.
Сжигание соломы для промышленной электрогенерации в Украине отсутствует. Используемое сырье имеет низкую влажность (менее 50%).
При сжигании биомассы содержащийся в растениях углерод вступает в реакцию с атмосферным кислородом, в результате чего ранее поглощенная растениями двуокись углероде выделяется в атмосферу и опять может участвовать в производстве биомассы.
Общим для действующих в Украине ТЭС и ТЭЦ на биомасе является использование отходов бесплатных отходов производства (лузга подсолнечника, древесная пыль, ветки деревьев), либо недорогого сырья (щепа, некондиционная древесина и др.). Более дорогое и энергоемкое сырье — пеллеты и брикеты — не используются. Отмечающиеся в сообщениях прессы случаи выбросов больших количеств сажи свидетельствуют о недостаточной эффективности использующихся систем очистки продуктов сгорания, либо о нарушении технических процессов и, как следствие, неполного сгорания топлива. Использование в качестве сырья возобновляемой биомассы позволяет сократить выбросы парниковых газов за счет отказа от эквивалентных количеств ископаемых видов топлива. Еще один положительный фактор при отказе от сжигания угля в пользу биомассы — отсутствие паров фосфора и ртути, которые имеются в продуктах сжигания угля.
В отличие от сжигания лузги подсолнечника, имеющей обычно низкую влажность, прямое сжигание более влажных деревянных продуктов обычно менее эффективно, поскольку первый процесс в этом случае — испарение воды — требует значительных энергозатрат.
В процессе сжигания биомассы остается небольшое количество (0,5-1%) негорючего остатка золы, которая содержит большое количество калия и может использоваться как ценное калийное удобрение.
В Украине отсутствуют промышленные электростанции на биомассе, использующие более сложную технологию сжигания — пиролиз, которая заключается в нагреве исходного материала в среде с почти полным отсутствием кислорода до полного удаления летучей фракции с образованием древесного угля, который имеет удвоенную энергетическую плотность и сгорает при более высоких температурах.
Еще один — термохимический метод получения энергии из биомассы — газификация. При этом нагрев топлива происходит при недостаточном поступлении кислорода (неполном его окислении) с получением генераторного (синтез-) газа, который затем для получения электроэнерги сжигается в двигателе внутреннего сгорания или газотурбинной установке. Практическим преимуществом этого метода является возможность утилизации и получения энергии из сложных видов биомассы (коры деревьев, твердых бытовых отходов).
Всемирная и Европейская Биогазовые Ассоциации относят синтез-газ из биомассы к разряду биогаза. В Украине, в результате усилий Биоэнергетической Ассоциации, синтетический газ, полученный газификацией биомассы, также был отнесен к разновидности биогаза и несколько компаний даже получили на вырабатываемую из него электроэнергию зеленый тариф.
Результаты их работы красноречивы. Самый большой газогенератор (3,6 Мвт) компании Лотус за 9 месяцев работы по зеленому таррифу выдал в сеть 0 квт-часов электрической энергии. Схожий результат показала Агробудтехнология. И только МПП Латекс имеет КИУМ за 2017 год 11,3%.
О чем это говорит? Трудно сказать, поскольку информация об этом в открытых источниках отсутствует. Осмелюсь все же предположить, что причина кроется в недостатках самой технологии, качестве используемого оборудования и отсутствии необходимых знаний и опыта.
Оборудование для газификации биомассы предлагают более 50 производителей из Европы, Канады и США. Несмотря на это, а также на то, что эта технологии начала использоваться еще в 18 веке, коммерческое ее использование считается проблематичным, поскольку ряд выделяющихся в процессе газификации летучих веществ приводят к быстрому износу частей используемого оборудования и выходу его из строя. Другими серьезными проблемами при газификации биомассы остаются вопросы высокой стоимости оборудования и эффективного удаления образующихся смол.
В докладе организации Biofuelwatch из Великобритании за 2015 год отмечается, что из 9 обследованных производств по газификации биомассы ни одна не показала удовлетворительного результата.
Анаэробная ферментация (сбраживание, деструкция) биомассы
Самая, на мой взгляд, неоднозначная технология возобновляемой энергетики. Неоднозначная — потому, что многообразная, потому, что позволяет не только получать возобновляемый источник энергии — биогаз, не только позволяет получать одновременно электроэнергию и тепло, заменитель природного газа и моторное топливо биометан, но и самым эффективным образом использовать установленную электрическую мощность, служить балансировочной, быть предсказуемой по времени года и суток, обладать возможностью хранения и подачи в газовые магистрали для сжигания на расстоянии. Но и это еще не все. Она обладает также волшебной способностью превращать бесполезные и вредные для экологии отходы человеческой жизнедеятельности в ценные вещества. А по уровню сокращения выброса парниковых газов на 1 квт-час выработанной электроэнергии значительно превосходит все остальные технологии возобновляемой энергетики.
В 2017 году вырабатывали биогаз государству и продавали по зеленому тарифу 10 компаний. Из них 4 — производили биогаз из отходов и продуктов сельского хозяйства, а 6 остальных — улавливали свалочный газ на полигонах бытовых отходов. В каждой из этих двух групп по одной получили зеленый тариф в конце 2017 году, чем объясняется их крайне низкая, либо нулевая электрогенерация.
Из 3 работавших (пытавшихся работать) сельскохозяйственных у одной (долгостроя -. ПАТ Чернобаевское) работа по разным техническим причинам не складывалась, и годовая выработка электроэнергии была крайне неудовлетворительной. У двух оставшихся — МХП и Даноши — работа, как и в предыдущем 2016 году оставалась стабильной, а выработка — достаточно удовлетворительной с КИУМ более 70%.
Сразу отмечу, что для успешных европейских биогазовых проектов КИУМ может составлять около 90%, что почти в 6 раз превышает годовой показатель выработки аналогичных по мощности СЭС и в почти в 4 раза ВЭС.
На 11 полигонах бытовых отходов улавливали образовавшийся за долгие предыдущие годы свалочный газ 9 компаний, чей средний КИУМ составил 45%.
Осталось подвести неутешительные итоги
- Общая электрическая мощность объектов возобновляемой энергетики Украины крайне низка и даже некоторое оживление, наблюдавшееся в 2017 и начале 2018 года, вряд ли позволит выполнить взятые обязательства к 2020 году.
- Биоэнергетика Украины в части электрогенерации находится на крайне низком уровне, сопоставимом с ее отсутствием вообще. Общая причина — неудовлетворительное стимулирование и проблемы с обеспеченностью сырьем. В части сжигании биомассы — неудовлетворительное качество используемого оборудования, проблемы с поставками сырья, неудовлетворительная очистка продуктов сжигания. В области ферментации влажной биомассы — недостаточная продуманность исходной концепции, неудовлетворительная адаптация используемых технологий и оборудования, недостаточная обученность и мотивированность обслуживающего персонала, нежелание прибегать к услугам квалифицированных консультантов на начальных стадиях реализации проекта, отсутствие профессионального анализа поступающих коммерческих предложений для правильного выбора генподрядчика.
К этому можно добавить полное отсутствие биогазовых комплексов по утилизации муниципальных пищевых отходов и осадков сточных вод очистных городских очистных сооружений. А также отсутствие стимулирования и самих комплексов по производству биометана ни для подачи в газовые магистрал ни для использования в качестве моторного топлива для большегрузного транспорта, как это делается в странах Европы.
Чтобы все же закончить на позитивной ноте, отмечу, что за последние несколько месяцев заметно увеличилось число запросов и обращений за консультациями по вопросам строительства биогазовых комплексов в разных секторах сельского хозяйства. Уверен, что скоро в Украине найдется первый отчаянный предприниматель, который воспользуется новейшими мировыми инновациями и построит биогазовый комплекс для получения биогаза из соломы, первый в Украине биометановый завод или механико-биологическую станцию по переработке пищевых отходов. Очень рассчитываю на энергичных людей, которые организуют небольших и средних фермеров в энергетические кооперативы и построят в них биогазовые комплексы, которые будут приносить им весомый дополнительный доход.
И напоследок. Я не просто надеюсь, но совершенно убежден в том, что биогазовая энергетика Украины не только имеет обещающее будущее, но и займет подобающее ей место среди других видов возобновляемой энергетики.
Юрий Эпштейн, эксперт Биоэнергетической Ассоциации Украины (БАУ)
