Значительную часть топливных потребностей Украина удовлетворяет за счет поставляемого из России природного газа. Для нужд населения страны вместе с теплокоммунэнерго и бюджетными организациями в прошлом году израсходовано около 25 млрд кубометров газа, из которых 8,3 млрд - на отопление и подогрев воды. Часть его можно заменить, используя солому зерновых культур, которая сегодня является практически неиспользуемым отходом сельскохозяйственного производства. Это особенно важно в условиях экономического кризиса, необходимости импортозамещения и строжайшей экономии топливно-энергетических ресурсов.
Солома - стратегический ресурс Украины
Считается, что на тонну собранного зерна приходится примерно тонна соломы. Ежегодно в Украине, в зависимости от погодных условий и урожая, производится от 45 до 70 млн т соломы. В основном ее либо запахивают в землю, либо, несмотря на запрет и штрафы, сжигают непосредственно в поле, уничтожая гумус.
Между тем этот отход сельхозпроизводства является естественным высококалорийным источником энергии: при сжигании одной тонны выделяется около 3 МВт тепловой энергии, то есть три тонны соломы заменяют 1000 кубометров природного газа или одну тонну дизельного топлива.
Основные преимущества использования соломы в качестве источника энергии: высокая теплоотдача, экологически чистая и легко возобновляемая энергия, не требующая больших финансовых затрат, в том числе при хранении, большой диапазон применения. Как побочный продукт производства зерна, она является относительно дешевым видом топлива по сравнению с традиционными видами топлива (газом, углем, мазутом). Важно отметить, что солома экологически нейтральна, поскольку не увеличивает содержание парниковых газов в атмосфере.
Потенциал использования соломы в Украине огромен: миллион тонн этого сырья позволит заменить более 300 млн кубометров природного газа. Однако как возобновляемый энергоресурс она пока используется в Украине крайне незначительно. Это обусловлено целым рядом объективных и субъективных причин, в т.ч. отсутствием необходимой техники сбора и прессования в стандартные тюки и рулоны.
Использование соломы в других странах
В европейских странах использование соломы - это высокодоходный бизнес, решающий проблемы сельского хозяйства, экологии, строительства и энергетики. Экономическая выгода очевидна: себестоимость тонны этого сырья в этих странах составляет около 10 евро. Поэтому солома занимает важное место в их топливно-энергетическом балансе.
В настоящее время мировым лидером использования такого отхода сельхозпроизводства в качестве энергоносителя является Дания. На сегодняшний день там функционирует свыше 10 тыс. фермерских котлов мощностью до 1 МВт и около 70 крупных котельных, сжигающих солому в городских системах теплоснабжения. Кроме того, на этом сырье работают семь электростанций Дании. За последние годы датская котлостроительная компания "Пассат" продала по всей Европе только малых котлов (до 300 кВт) более 120 тыс. Котел мощностью 100 кВт в состоянии отапливать помещение площадью до 1200 кв. м. Также широко используют солому Австрия, Швеция, Финляндия, Франция.
Солома используется не только для получения тепловой и электрической энергии. Благодаря активным исследованиям ученых многих европейских стран проводятся успешные работы по получению из нее синтетических топлив. Так, нидерландские специалисты разработали способ получения автомобильного топлива из соломы. Также она может быть исходным сырьем для производства биогаза и дизельного топлива: из 1000 кг соломы получается до 700 кг дизельного топлива, оптовая стоимость тонны которого составляет 450 долл. Кроме биодизеля, практически на том же оборудовании можно производить и биобензин.
Подготовка соломы к сжиганию
Для этого существует два эффективных пути, которые для сельхозпредприятий позволят полностью исключить сжигание отходов на полях, а также обеспечат создание новых рабочих мест и дополнительную прибыль.
Первый - использование рулонов или тюков соломы в качестве топлива для получения тепловой и электрической энергии, которая может поставляться на расположенные рядом с местом возделывания зерновых различные производственные сельскохозяйственные и бытовые объекты. Стоимость тонны "тюкованного" сырья для котлов ЖКХ составляет около 300 грн.
Второй путь - производство топливных брикетов или пеллет, которые могут сжигаться в более отдаленных местах. Производство брикетов экономически очень рентабельно, так как стоимость их оптовых закупок доходит до 100 евро за тонну при себестоимости производства в 50–55 евро. Переработка соломы в пеллеты позволяет решить многие проблемы - от хранения сырья независимо от времени года и его транспортировки до автоматизации процесса загрузки в топочные устройства котлов. Теплотворная способность таких пеллет составляет 3500–4400 ккал/кг, что сравнимо с теплотой сгорания некоторых марок энергетического угля.
Потребление топливных пеллет во всем мире растет очень быстрыми темпами (около 30–50% в год), что связано с долгосрочной тенденцией роста цен на углеводородное топливо. Так, Китай к 2020 г. намеревается производить до 50 млн тонн пеллет ежегодно. Сырьем для производства топливных пеллет могут быть также отходы древесины и сельскохозяйственных культур.
Технологии сжигания соломы
Использование рулонов или тюков соломы в качестве топлива как на этапах сбора, транспортировки и хранения, так и на этапе непосредственного применения имеет некоторые проблемы. Это связано с ее неоднородностью, относительно высокой влажностью, незначительным объемным энергосодержанием, низкой температурой размягчения золы. И хотя зольность соломы во много раз меньше зольности угля, она может приводить к шлакованию топки, с чем необходимо бороться. Кроме того, сжигание тюков в специальных топках имеет некоторые недостатки: дороговизна установок для сжигания, из-за чего универсальность такого топлива для потребителя снижается; неудобство в применении из-за довольно крупных габаритов.
Котлы для сжигания тюков соломы делятся на установки с периодической и автоматической загрузкой топлива. Котлы периодического действия представляют собой жаротрубные котлы с большой топкой, которая окружена водяной рубашкой. Топка котла, в зависимости от мощности, может быть приспособлена для сжигания малых, цилиндрических, или больших тюков. КПД работы котла периодического действия составляет примерно 77–82%.
Котлы с автоматической загрузкой сырья отличаются тем, что установка включает устройство непрерывной автоматической подачи соломы в котел. При этом необходимы промежуточные хранилища сырья, из которых оно непрерывно подается в котел. Автоматизированные котлы, как правило, имеют более высокий КПД и меньшие выбросы в атмосферу. Однако основное преимущество неавтоматизированных котлов периодической загрузки над автоматизированными - более низкие капитальные затраты на их внедрение и более высокая надежность в случае применения соломы повышенной влажности и загрязненности. Цены для указанных выше типов котлов одинаковой мощности могут отличаться в 2–3 раза.
Типовые котлы, как правило, не приспособлены для сжигания пеллет. Для этого понадобятся топки кипящего слоя, сформированного самими пеллетами и твердыми продуктами их горения (зола и частицы коксового остатка).
Одной из применяемых в наших условиях разновидностей циркулирующего кипящего слоя (ЦКС), ставшей самостоятельным направлением развития топочной техники, является высокотемпературный ЦКС. Многолетняя успешная работа котлов ВЦКС давно опровергла бытовавшее мнение о том, что технология кипящего слоя сложна, а затраты на внедрение высоки. Благодаря кропотливой работе исследователей и конструкторов за истекшие десятилетия эта технология значительно усовершенствовалась. При сжигании низкосортных видов топлива применение ВЦКС обеспечивает КПД, практически недостижимый для серийных слоевых котлов. За последние 15 лет по этой технологии введено в действие или реконструировано свыше 50 котлоагрегатов, в том числе на различных видах биотоплива.
Почему в Украине до сих пор не налажено использование соломы
В Украине отсутствует последовательная и четкая государственная политика в области использования биотоплива, в том числе соломы. Вместо этого Украина упорно сжигает самый дорогой в Европе газ. Это происходит потому, что в стране не работает механизм привлечения в энергетическую отрасль частных инвесторов. У государства либо в принципе не доходят руки до подобных инвестиций, либо сами инвестиции убивает коррупционная составляющая системы нашего государственного и муниципального управления.
В данный момент существует немало барьеров для широкого и быстрого распространения новых энергоэффективных технологий использования соломы в качестве топлива для производства энергии. В первую очередь, агропредприятия не располагают собственными (свободными) финансовыми ресурсами на внедрение таких проектов, а кредитование - пока еще достаточно дорогое удовольствие для них.
В то же время эффект от использования альтернативного топлива из отходов сельского хозяйства весьма высок и состоит в следующем: создание экологически чистого безотходного производства, снижение себестоимости продукции, выгодное использование растительных отходов, экономия бюджетных средств, выделяемых на покупку топлива для муниципальных котельных (в основном природного газа), развитие малого бизнеса, создание новых рабочих мест в сельской местности.
***
В экономике Украины аграрный сектор занимает одно из ведущих мест, и получать энергию из соломы нам, как говорится, сам Бог велел. Переработка и использование соломы позволит организовать новую важную высокоэффективную подотрасль, создать многие тысячи рабочих мест (сбор сырья, его перевозка к местам переработки, производство пеллет, проектирование и производство технологического оборудования для сжигания, организация системы сжигания, производство и использование полученных теплоэнергоресурсов). Необходимо разработать государственную программу использования соломы с широким участием научных и производственных учреждений, а также бизнес-структур.
Необходимы широкое информационное обеспечение проблем применения отходов сельского хозяйства, доведение сведений до заинтересованных лиц и организаций, эффективное использование зарубежного опыта (особенно Дании), создание и развитие совместных предприятий по производству технологического оборудования и быстрому внедрению всего цикла использования соломы.
Применение разновидностей биомассы, в том числе соломы, в масштабах регионов - это комплексная проблема, в решении которой на основе согласованных проектов и предложений должны принимать участие органы местной власти, профессиональные энергетики, производители энергетического оборудования и представители бизнес-структур.
Использование соломы в производстве позволит высвободить значительные ресурсы природного газа и децентрализовать энергоснабжение регионов, сделав его более экономичным и менее зависимым от состояния систем централизованного энергообеспечения.