Биоэнергия: технология, термодинамика

НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ СЖИГАНИЕ

Реальную стоимость мелкомасштабного использования биомассы, например дерева и навоза, используемых в качестве топлива, опреде­лить трудно. Огромные усилия по заготовке дров, имеющие место, например, в странах третьего мира [7], не могут быть выражены в эко­номических издержках. Даже в развитых странах заготовка дров на зем­лях общего пользования является добровольным делом энтузиастов. Как уже отмечалось в главе 2, сжигание соломы на фермах стало менее распространенным. Это происходит вследствие необходимости наблю­дения за процессом сжигания, а также выполнения целого ряда функ­ций, которые невозможно выразить в рамках экономических понятий. Тем не менее проведение расчетов возможно в тех случаях, когда био­масса подлежит оплате или при наличии большого количества отходов или остатков протекания процессов. Ниже приводятся примеры таких расчетов.

Сравнительная стоимость дров и ископаемых видов топлива. В двух источниках [8, 9] даются интересные расчеты издержек по заготовке дров и их использованию для отопления. Прежде всего там дается сравнение стоимости заготовки, распределения, хранения, а так­же погрузки, разгрузки и транспортировки. Авторы делают вывод, что древесина при стоимости 2,2 долл/ГДж может быть превращена в удоб­ный вид топлива стоимостью 2,9—4,9 долл/ГДж. Наиболее дешевый продукт — сухие щепки, а наиболее дорогостоящий — прессованные брикеты. Продукция биомассы сравнивается со стоимостью импорти­руемой нефти в Канаде (4,9 долл/ГДж); сравнений с углем и газом не дается. Необходимо проведение крупномасштабных процессов (на­пример, с продуктивностью 18 т/ч), при этом производство более доро­гих брикетов, а не дешевых щепок обеспечило круглогодичную работу предприятия. На основании проведенных расчетов авторы приходят к выводу, что для мелких и средних потребителей энергии экономически более выгодна покупка переработанной древесины (сухие щепки и стружки или прессованная древесина), чем использование сырой древе­сины или самостоятельная ее переработка.

В другом источнике [9] проводилось сравнение ряда дровяных бойлеров со стоимостью установки от 1545 до 5500 долл. При расчетах стоимости использования нефти и различных видов древесины делалось допущение о том, что темп инфляционного роста цен на нефть был на 2% выше, чем на древесину. Результаты расчетов приведены в табли­це 39. Затраты на установку и эксплуатацию дровяного бойлера или печи (при топке их дровами стоимостью 4 долл/ГДж) составили 2604 долл., что соответствовало затратам на нефть за двадцатилетний период. Авторы делают вывод, что в большинстве случаев использование дров домовладельцами является малоэффективным. Высказывалось предложение о предоставлении субсидий группам населения с низким доходом на покупку дров. Авторы отмечали отсутствие современных дровяных отопительных систем, а также преобладание на рынке (1980) конструкций, обеспечивающих бескреозотное и эффективное сгорание.

Устройства для сжигания больших объемов биомассы. Усиленно пропагандируется использование биомассы, полученной или с ’’энерге­тических плантаций”, или из промышленных отходов. Например, суще­ствует утверждение, что площадь 350 кв. миль достаточна для обеспече­ния дровяным топливом генератора мощностью 400 МВт [10]. Другие авторы менее оптимистичны; они считают, что для этих целей нужна площадь в 2 раза больше [11]. В последнем исследовании указывается на широкое использование лесной промышленностью своих отходов для., выработки пара и электричества, несмотря на то что промышленные печи с дровяным отоплением в 3—4 раза дороже печей с газовым нагре­вом. Экономическое обоснование установки систем с дровяным отопле­нием определяется наличием дешевого либо бесплатного топлива. Поло­жение меняется, когда за дрова приходится платить по рыночным ценам. Структура издержек выработки пара и электричества с использованием дровяного отопления показана в таблице 40 [12]. Для расчетов был выбран дешевый источник древесины (19,2 долл/т сухой массы или 0,95 долл/ГДж — данные 1977 г.). Капитальные затраты на строитель­ство парового генератора составили 94,1 млн. долл, и 165,6 млн. долл. — на строительство электрогенератора. Всего в день должно было перера­батываться 3000 т сухой древесины (около 6000 т сырой древесины), что соответствует потреблению сырья очень крупным целлюлозным заводом мощностью 150 МВт. По прогнозам на 1985 г., производство электроэнергии на основе использования древесины на топливо явля­лось неэкономичным, а пара —малоэкономичным по сравнению с из­держками при использовании ископаемого топлива. Стоимость древес­ного сырья составила 44 % стоимости пара. Капитальные затраты на от­носительно небольшую электрогенераторную установку значительно увеличили и без того высокую стоимость электроэнергии.

Из сказанного можно сделать вывод, что при достаточном количе­стве сравнительно дешевого сырья выработка пара и электроэнергии из биомассы может быть экономичной. Однако дешевая древесная био­масса не всегда имеется в наличии, а повышение эффективности ис­пользования остатков древесины для производства изделий из дерева снизит необходимость использования древесины как топлива. В случаях, когда биомасса выращивается специально на топливо, эффективность выработки пара и электроэнергии будет в лучшем случае минимальной.

Утилизация отходов, выработка энергии и пара. Способность город­ского мусора гореть навела на мысль о получении полезной энергии. И снова основными продуктами должны были быть электроэнергия и пар, предназначенные для использования на очистных установках или для продажи местным потребителям. Различные свалки мусора явля­ются наиболее дешевым методом удаления отходов, который, однако, дорожает с повышением цен на землю в черте городов. Сжигание отхо­дов с целью выработки энергии и пара — альтернатива указанному ме­тоду. При этом не обязательно иметь доходное предприятие, так как местное население обязано нести некоторые расходы по утилизации

отходов. Расчетов в этой области немного, возможно, вследствие слож­ности технологии, рынков сбыта продукции и позиции местных властей. Преимущества, связанные с сжиганием отходов, а также трудности, воз­никающие в этой области, описаны в литературе [13]. Не следует счи­тать, что выработка электроэнергии или пара путем сжигания городских отходов сама по себе приведет к снижению издержек по сравнению с ва­риантом городских свалок. Результаты расчетов приведены в таблице 41. Если твердые отбросы поступают из пригорода (при ожидаемом кредите 6 долл/т), использование свалок становится менее выгодным. Несмотря на дороговизну, вариант сжигания мусора был реализован. В течение первых шести месяцев работы надежность системы была ниже желаемо­го уровня, а система поставки продукции заказчику не была завершена. Наиболее сложным моментом при этом оказались поиски заказчика (потребителя пара).