Представлені результати аналізу тенденцій розвитку біоенергеткі в країнах ЄС. Розглянуто тенденції та технології використання твердих деревних відходів для виробництва електроенергії. Дана оцінка потенціалу твердої біомаси деревного походження на території Калінінградської області.

Анотація наукової статті по промисловим біотехнологій, автор наукової роботи - Харитонов М.С., Шульган В.І.


ANALYSIS OF EUROPEAN BIOENERGY DEVELOPMENT TRENDS AND THE WOOD BIOMASS POTENTIAL OF KALININGRAD REGION

The paper concerns the analysis of bioenergy development trends in the EU countries. The authors analyze trends and technologies of solid wood waste usage for electricity production, giving an assessment of the solid wood biomass potential in Kaliningrad region.


Область наук:
  • промислові біотехнології
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал: Вісник молодіжної науки

    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ ЄВРОПЕЙСЬКИХ ТЕНДЕНЦІЙ РОЗВИТКУ БІОЕНЕРГЕТИКИ І ПОТЕНЦІАЛУ деревної біомаси в Калінінградській області'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ ЄВРОПЕЙСЬКИХ ТЕНДЕНЦІЙ РОЗВИТКУ БІОЕНЕРГЕТИКИ І ПОТЕНЦІАЛУ деревної біомаси в Калінінградській області»

    ?УДК 620.953

    АНАЛІЗ ЄВРОПЕЙСЬКИХ ТЕНДЕНЦІЙ РОЗВИТКУ БІОЕНЕРГЕТИКИ І ПОТЕНЦІАЛУ деревної біомаси в Калінінградській області

    М.С. Харитонов, канд. техн. наук, доц., Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. В.І. Шульган, студент, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. ФГБОУ ВО «Калінінградський державний технічний університет»

    Представлені результати аналізу тенденцій розвитку біоенергеткі в країнах ЄС. Розглянуто тенденції та технології використання твердих деревних відходів для виробництва електроенергії. Дана оцінка потенціалу твердої біомаси деревного походження на території Калінінградської області.

    біоенергетика, розподілена енергетика, тверді деревні відходи, електроенергетика, тенденції розвитку, технологія переробки, потенціал біомаси

    В даний час в світі простежується тенденція збільшення частки виробництва електроенергії за рахунок використання відновлюваних енергетичних ресурсів. Певною мірою це досягається шляхом реалізації потенціалу біоенергетики, зокрема, використання твердої біомаси деревного походження. Так, в Європі спостерігається стійке зростання виробництва електроенергії за рахунок біомаси (рис. 1а) [1], а загальний внесок біоенергетики в виробництво електроенергії в країнах ЄС становить 5,6% (рис. 1б), що порівнянно з часткою застосування біопалива в транспортному секторі (4,7%), але в рази менше обсягів використання біомаси для виробництва тепла (16,9%) [2].

    а)

    б)

    Малюнок 1 - Динаміка зростання виробництва електроенергії за рахунок біомаси по країнам ЄС (а) і загальна частка використання біомаси в електроенергетичному секторі ЄС (б)

    Частка біомаси у виробництві електроенергії розрізняється по регіонах Європи в залежності від забезпеченості ресурсами, національних особливостей розвитку енергетики і загальних обсягів виробництва електроенергії в країнах ЄС (рис. 2) [3].

    Малюнок 2 - Обсяги виробництва електроенергії за рахунок біомаси по країнам ЄС

    Виробництво електроенергії з біомаси в ЄС здійснюється на спеціалізованих електростанціях (42%) і когенераційних установках (58%) при спільному виробництві теплової енергії. Для виробництва електроенергії використовується тверда біомаса побутових і деревних відходів, біогаз та рідке біопаливо (рис. 3) [3]. Слід зазначити, що вироблення електроенергії із застосуванням біомаси пов'язана з викидами СО2, що не відповідає стратегії ЄС щодо зниження емісії парникових газів. У зв'язку з цим в довгостроковій перспективі очікується зниження частки біоенергетики в енергетичному балансі генерації на основі відновлюваних джерел енергії.

    МВт 16 000 14 000 12 000 10 000 8 000 6 000 4 000 2 000 0

    | Побутові відходи | Тверде біопаливо < біогаз > Рідке біопаливо Малюнок 3 - Динаміка зростання сумарної встановленої потужності електростанцій за видами палива

    Найбільша сумарна встановлена ​​потужність доводиться на частку електростанцій, що працюють на твердих деревних відходах (рис. 3). Деревні відходи утворюються на різних стадіях лісозаготівлі і лісопереробки, а їх частка може перевищувати 50% від обсягу переробляється деревини (табл. 1) [4]. Частина деревних відходів може бути використана для подальшого створення готової продукції або в плитному виробництві та лісохімічної промисловості. Решта стають джерелом паливної деревної тріски. Застосування деревних відходів для виробництва тепла та електроенергії значно підвищує ефективність деревообробної промисловості в порівнянні з складуванням для перегнивання або спалюванням в відвалах.

    Вид виробництва Частка виходу,%

    продукція відходи розпил

    Обробка пластику лісове господарство 63-80 20-37 -

    Лісопиляння і механічна обробка деревини 45-55 38-48 7

    Плитне виробництво 85-90 5-10 5

    Фанерне виробництво 40-50 42-52 8

    Комбіноване виробництво 65-70 22-27 8

    Лісохімічне виробництво 62-68 35-38 -

    Виробництво електроенергії з біомаси можливо реалізувати на основі однієї з трьох термохімічних технологій: спалювання, швидкий піроліз та газифікація [5]. Дані технології істотно розрізняються за складністю реалізації та використовується обладнання (рис. 4). Зокрема, в залежності від обраного методу для обертання генератора може використовуватися парова або газова турбіна, двигун внутрішнього згоряння.

    Малюнок 4 - Технологічні схеми процесу виробництва електроенергії з твердої біомаси

    Пряме спалювання є найбільш простим способом отримання енергії з деревних відходів і підходить для отримання великої кількості теплової енергії (ККД близько 75%). Але електричний ККД досить низький - всього 8-13%. Для отримання електроенергії відходи спалюються в паровому котлі з подальшим використанням пари в турбіні [5].

    Швидкий піроліз - процес швидкого нагріву деревних відходів в киплячому шарі інертного матеріалу всередині реактора до високої температури в умовах відсутності повітря. На виході виходять частинки деревного вугілля, що конденсуються пари (піротопліво) і піролізний газ, який використовується для роботи піролізера. Електричний ККД технології становить 20-30%. Тепловий ККД сучасних установок досягає 91-93% [6].

    Технологія газифікації деревних відходів реалізується в умовах високої температури і тиску при обмеженні доступу повітря. Отриманий газ може бути використаний в газопоршневих установках. Електричний ККД близько 40%, теплової 40-45%. Застосування технології когенерації та тригенерації підвищує загальний ККД до 90% [7].

    У Великобританії в графстві Чешир функціонує одна з найбільших в країні біоелектростанцій на основі технології газифікації (рис. 5). При встановленої потужності 22 МВт станція споживає в рік 170 тис. Т деревних відходів [8].

    Малюнок 5 - Біоелектростанція на деревних відходах потужністю 22 МВт в графстві Чешир, Англія

    На даний момент на російському ринку представлено вітчизняне обладнання для реалізації термохімічних технологій: котельні, піролізні і газопоршневі установки. Наявність необхідного обладнання в сукупності з забезпеченістю деревними ресурсами створює передумови для розвитку біоенергетики, зокрема - об'єктів розподіленої генерації відповідно до Енергетичної стратегії Росії [9].

    У Калінінградській області існують сприятливі умови для використання енергії біомаси деревного походження. При площі 1511,2 тис. Га Калінінградська область має лісистість 18,6%. Загальна площа лісів на землях регіонального лісового фонду становить 273,3 тис. Га. На території регіону представлена ​​одна лісорослинних зона хвойно-широколистяних лісів, яка розділена на дев'ять лісництв (рис. 6). Загальний запас насаджень на січень 2018 року складав 51,82 млн. М [10].

    Малюнок 6 - Карта лісових ресурсів Калінінградської області (кольором позначені лісництва)

    Лісозаготівельні роботи ведуться на території всіх лісництв регіону. Аналіз даних про лісозаготівлях за період з 2009 по 2017 рік [10] показує, що фактичний обсяг вирубки лісів склав 1682,9 тис. М. Дані по сумарному і орієнтовним середньорічним обсягом заготівлі деревини наведені в табл. 2.

    Таблиця 2 - Обсяг лісозаготівель в лісництвах за період з 2009 по 2017 рік за видами рубок

    Обсяг заготівлі при рубці, тис. М3 ліквідної деревини

    Найменування Стиглі і перестійні Догляд за лісами Пошкоджені і загинув-

    лісництва лісові насадження шие лісові насадження

    всього за рік всього за рік всього за рік

    Багратионовская 8,9 1,0 2,0 0,2 18,5 2,1

    Гвардійське 35,5 3,9 5,6 0,6 106,2 11,8

    Залізничне 44,2 4,9 22,4 2,5 212,1 23,6

    Калінінградський 16,6 1,8 3,3 0,4 63,7 7,1

    Краснознаменське 43,5 4,8 94,7 10,5 211,1 23,5

    Нестеровський 7,5 0,8 38,3 4,3 45,8 5,1

    Поліське 51,7 5,7 46,1 5,1 240,1 26,7

    Славське 7,4 0,8 26,0 2,9 84,1 9,3

    Черняхівське 36,6 4,1 30,6 3,4 157,4 17,5

    Відповідно до Лісового планом Калінінградській області на період з 2020 по 2026 року також заплановано лісозаготівлі (табл. 3). За період з 2009 по 2017 р фактичне освоєння планових показників лісозаготівель склало 37% від розрахункового [10]. Згідно з даними дослідження [11] усереднений показник виходу деревних відходів за всіма видами рубок в Калінінградській області 43,3%. У табл. 3 наведені результати оцінки щорічного обсягу виробництва деревних відходів в залежності від освоєння планових показників. При середній щільності деревних відходів 450 кг / м3 щорічне виробництво відходів складе 45-100 тис. Т в залежності від освоєння плану.

    Таблиця 3 - Планований обсяг лісозаготівель і розрахунковий обсяг відходів по роках

    Обсяг деревини Рік

    2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026

    Заготівля (100% плану), тис. М3 502,5 507,5 512,6 517,7 522,9 528,1 230,96

    Заготівля (40% плану), тис. М 201 203 205,04 207,08 209,16 211,24 100,01

    Відходи (100% плану), тис. М 217,58 219,75 221,96 224,16 226,42 228,67 69,29

    Відходи (40% плану), тис. М 94,21 95,15 96,11 97,06 98,04 99,01 30,00

    Таким чином, Калінінградська область має потенціал до розвитку біоенергетики. Отримані розрахунковим шляхом обсяги деревних відходів відповідають процесу лісозаготівлі. При подальшій обробці деревини виникають додаткові відходи (табл. 1), отже, результуючий биопотенциал регіону буде вище. Використання деревних відходів для виробництва електроенергії дозволить внести вклад в розвиток розподіленої генерації і російського сектора відновлюваної енергетики, що відповідає загальносвітовим тенденціям і енергетичної стратегії Росії.

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Agora Energiewende and Sandbag: The European Power Sector in 2018. Up-to-date analysis on the electricity transition. -2019.

    2. European bioenergy day: What is the EU-28 Bioenergy Consumption? [Електронний ресурс]. - Режим доступу: http://www.europeanbioenergyday.eu/bioenergy-facts/bioenergy-in-europe/ what-is-the-eu28-bioenergy-consumption / (Дата звернення: 20.11.2019)

    3. Bioenergy Europe, Statistical Report, 2018 Edition [Електронний ресурс]. Режим доступу: http://achbiom.cl/wp-content/uploads/2019/02/STATISTICAL-REPORT-2018.pdf (Дата звернення: 20.11.2019).

    4. Мохірев, А.П. Переробка деревних відходів підприємств лісопромислового комплексу, як фактор сталого природокористування / А.П. Мохірев, Ю.А. Безруких, С.О. Медведєв // Інженерний вісник Дона. -2015. -№ 2-2 (36). -З. 81.

    5. Попель, О.С. Енергія біомаси / Енергія: економіка, техніка, екологія. -2016. -№ 11. -С. 2-11.

    6. Газопоршневі установки [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://www.ros-energy.org.ua/scripts/1.html (Дата звернення: 20.11.2019).

    7. Energie aus holz. Vergleich der verfahren zur produktion von warme, strom und treibstoff aus holz // Bundesamt fur Energie. - 1997. - 2. Auflage 1998. - S. 14-27.

    8. Ince Bio Power. Bioenergy infrastructure group [Електронний ресурс]. - Режим доступу: http://bioenergyinfrastructure.co.uk/site/ince-bio-power/ (Дата звернення: 20.11.2019)

    9. Енергетична стратегія Росії на період до 2030 року, затв. Розпорядженням Уряду РФ від 13.11.2009 N 1715-р

    10. Указ Губернатора Калінінградської області від 29.12.2018 N 218 "Про затвердження Лісового плану Калінінградській області"

    11. Рагуліна, І.Р. Біоенергетичний потенціал Калінінградській області: автореф. дис. ... канд. геогр. наук / Рагуліна І.Р. -Калінінград, 2007. - 24 с.

    ANALYSIS OF EUROPEAN BIOENERGY DEVELOPMENT TRENDS AND THE WOOD BIOMASS POTENTIAL OF KALININGRAD REGION

    M.S. Kharitonov, Dr.Sc. (eng.), Associate Professor, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. V.I. Shulgan, student, Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її. Kaliningrad State Technical University

    The paper concerns the analysis of bioenergy development trends in the EU countries. The authors analyze trends and technologies of solid wood waste usage for electricity production, giving an assessment of the solid wood biomass potential in Kaliningrad region.

    bioenergy, distributed energy, solid wood waste, electricity, development trends, processing technology, biomass potential


    Ключові слова: БІОЕНЕРГЕТИКА / розподілу ЕНЕРГЕТИКА / ТВЕРДІ ДЕРЕВНІ ВІДХОДИ / ЕЛЕКТРОЕНЕРГЕТИКА / ТЕНДЕНЦІЇ РОЗВИТКУ / ТЕХНОЛОГІЯ ПЕРЕРОБКИ / ПОТЕНЦІАЛ БІОМАСИ / BIOENERGY / DISTRIBUTED ENERGY / SOLID WOOD WASTE / ELECTRICITY / DEVELOPMENT TRENDS / PROCESSING TECHNOLOGY / BIOMASS POTENTIAL

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити