13

1. Використання горючих вторинних енергоресурсів (ВЕР): світовий досвід та перспективи Рівненщини (деревина, солома)

Історично однією з перших альтернатив використання викопного палива для виробництва електроенергії була деревина, яка спалюється в котлах для виробництва пари, котра пускає в хід генератор електричного струму. Проте при використанні деревини виникають проблеми, пов'язані з особливостями цього виду палива. Деревина повинна бути подрібнена, вивезена з лісу і подана в котел. У процесі експлуатації необхідний постійний контроль, зокрема - видалення попелу. Можливі проблеми з нагромадженням твердих і рідких або напіврідких незгорілих продуктів у камері згоряння.

Звичайно електроенергію з деревини одержують шляхом використання парових турбін конденсаційного типу. При цьому біомаса спалюється в котлі для виробництва пари, яка, потрапляючи в турбіну, надає обертового руху ротору генератора. Технологія добре відома, перевірена і дозволяє використовувати широкий діапазон палив. Однак устаткування порівняно дороге, а ефективність порівняно низька. При цьому можливості поліпшення цих параметрів у майбутньому обмежені. Існують також проблеми, пов'язані з використанням пари. При атмосферному тиску пара займає об'єм у 1200 разів більший, ніж об'єм води. Виробництво пари вимагає нагрівання води вище температури кипіння під тиском. Підтримка в котлі високого тиску дозволяє значно підняти температуру кипіння. Збільшення температури пари необхідно для того, щоб збільшити її корисну роботу. Пара низької температури буде просто конденсуватися в паропроводах і циліндрах турбіни.

У найпростішій газовій турбіні з відкритим циклом гарячі гази викидаються безпосередньо в атмосферу. Додатковою можливістю є їхнє використання для виробництва пари за допомогою утилізатора тепла. Пара може використовуватися для обігріву в когенераційних системах, а саме для повторного впорскування в газову турбіну. Це приводить до збільшення виробництва енергії і підвищенню загальної ефективності системи (цикл STIG - газові турбіни з інжекцією пари в парових турбінах і цикл GTCC - комбінований газопаровий цикл). Природний газ є кращим паливом, тому деякі постачальники майбутнього устаткування мають стимули витрачати мільйони доларів на дослідження і розвиток термохімічної газифікації вугілля для постачання газових турбін. Велика частина цих робіт застосована до систем, що поєднують газифікацію біомаси і газові турбіни (Bl/GTs). Біомасу легше газифікувати, ніж вугілля. До того ж, вона має менший вміст сірки. Використання технологій Bl/GTs для когенерації, а також для виробництва електроенергії в багатьох випадках може виявитися дешевшим, ніж використання для цих цілей великих централізованих вугільних теплових станцій, для яких необхідно проводити сірко очистку, а також атомних і гідростанцій.

Важливе місце серед горючих ВЕР посідає невикористаний потенціал лісу і деревини. Більшість промислових лісів у Європі мають невикористаний потенціал деревини для енергетичного застосування. Крім цього, у більшості лісів деревина заготовлюється промисловим способом. Гірські й інші непромислові ліси також за певних умов можуть поставляти енергетичну деревину, але тільки після детальної екологічної оцінки. Звичайним видом лісових відходів є гілки діаметром менш 7 сантиметрів. Зазвичай листя і коріння залишаються в лісі, їх складніше використовувати для виробництва енергії.

Спалювання більшої кількості деревини не є єдиним рішенням. Необхідно збільшувати ефективність процесу. Традиційні котли і печі в багатьох випадках мають ефективність менше 30%, у той час як для сучасних пристроїв ця величина дорівнює близько 80%. Збільшення ефективності може, принаймні, подвоїти споживання енергії без збільшення кількості палива, що спалюється. Для великих пристроїв подальша утилізація тепла з димових газів може ще збільшити ефективність. В окремих випадках замість деревних котлів можуть бути використані деревні газифікатори, що працюють разом з газовими двигунами, чи паровими котлами з турбінами для когенераційного виробництва електрики і тепла.

Вміст енергії в абсолютно сухій деревині дорівнює близько 5,2 квт*год/кг. У звичайній сухій деревині (20% вологості) вміст енергії близько 4,2 квт*год/кг (нижча теплотворна здатність). Звичайно статистика вимірює деревину в кубометрах (з корою чи без неї). Щільність сухої деревини змінюється від 800 кг/мЗ для твердих листяних порід (наприклад, бук) до 600 кг/м3 для хвойних порід (сосна). Звідси вміст енергії складає відповідно 3400 і 2500 кВт/м3для бука і сосни (нижча теплотворна здатність, вологість 20%). У котлах з конденсаторами димових газів може використовуватись до 80-90% від верхньої теплотворної здатності, що приблизно на 4 і 10% вище нижчої теплотворної здатності для деревини, що має вологість 20 і 40%.

У цілому, завад для використання деревини для опалення не існує. Однак, ефективне використання деревини вимагає наявності ефективних печей і базових знань споживачів. Використання тріски вимагає наявності устаткування для виробництва тріски, збереження, сушіння і подачі у відповідні котли. Для успішного використання тріски як джерела тепла; такий виробничий ланцюжок повинний бути створений на місці. Тріска більш придатна для великих котлів (близько 100 квт).

Використання дров і тріски на місцевих ресурсах, вимагає мінімальних транспортних та імпортних витрат і тому є дешевшим у порівнянні з використанням викопного палива. Оцінка вартості палива, зроблена в Данії без обліку транспортних витрат і прибутку, дає для листяних порід (760 кг/м^З) 240 дат. крон на м^З. Це еквівалентно 0,11 Дкр/кВт*ч (0,0203 $/кВт*ч). Близько 2/3 цієї ціни складає зарплата робітників, інше - вартість механізмів і сировини.

Використання деревини, що замінює викопне паливо, зменшує емісію СО2, тому що ліси протягом життя поглинають ту ж кількість СО2, що виділяє деревина в процесі горіння. Енергія, що затрачається на підготовку палива, не перевищує декількох відсотків від одержуваного тепла. При спалюванні деревини виділяється набагато менше оксиду сірки (SO2) у порівнянні зі спалюванням вугілля. Емісія NOx залежить від процесу спалювання, і часто через відносно низькі температури горіння кількість оксидів азоту менша, ніж при спалюванні вугілля чи мазуту. Виділення часток і незгорілих вуглеводнів залежить цілком від процесу горіння і може бути проблемою для малих і неякісних котлів. Попіл, що залишається після спалювання, часто може використовуватися як добриво. Важливо, щоб заготівля лісу проводилися адекватно і супроводжувалася відповідними заходами щодо відновлення лісових запасів.

Кожен гектар лісу на гарних ґрунтах дає 10 т/га деревини в рік. Якщо 25% деревини є відходами і може бути використане для виробництва енергії, то енергетичний вихід складе 11 Мвт^*год (при 20% вологості).

У процесі переробки на деревообробних і паперових комбінатах нагромаджуються відходи деревини, що можуть використовуватися для енергетичних цілей. На цих підприємствах це переважно кора й тирса. На паперових комбінатах (виробництво целюлози і паперу) - це різні відходи, у тому числі розчини солі сірчаної кислоти, а також залишки деревини і кори. Крім кори й тирси, на паперових комбінатах є верхівки дерев, гілки, тріска й інші відходи. Частина цих відходів використовується для виготовлення деревоволокнистих плит. Аналіз, проведений у семи країнах, показав, що 30-70% відходів деревопереробної промисловості використовується для неенергетичних цілей.

Економічні параметри енергетичного використання промислових деревних відходів практично завжди більш привабливі, ніж при використанні лісових відходів. Екологічний ефект від їх спалювання такий же, як від лісової деревини, але при умові, що хімічно просякнена і пофарбована деревина не використовується. З останньою необхідно обходитись як з побутовими чи хімічними відходами у залежності від виду обробки.

У якості ВЕР також широко використовуються відходи сільського господарства, що спалюються. Солома, гілки фруктових дерев, відходи виробництва вина і рослинна біомаса являють собою відходи, що можуть використовуватися для отримання енергії. Врожай соломи багато в чому залежить від погодних умов і може значно мінятися щорічно. Якщо на неенергетичні потреби використовується велика частина соломи, то в періоди малої врожайності необхідно враховувати необхідність використання альтернативного палива. Таким паливом може бути тріска з деревних залишків, що придатна для використання в багатьох котлах.

Верхня теплотворна здатність соломи (суха речовина) складає 4,9 квт*год/кг. Для типової вологості 15% нижча теплотворна здатність складає 4,1 квт»год/кг. Кількість енергії, що міститься в 1 м3 щільно упакованої соломи, складає 500 квт*год (щільність 120 кг/м3). Середній тепловий ККД для 22 соломоспалюючих станцій у Данії дорівнює 80-85% без обліку конденсації димових газів.

Оцінка загальної кількості соломи може бути отримана за допомогою сільськогосподарської статистики. Для визначення енергетичного потенціалу соломи отримане значення повинне бути зменшене на величину, що використовується для корму худоби і підстилки. У Данії середній надлишок соломи оцінюється в 59%, з яких 1/5 частина вже використовується (в основному для виробництва тепла). У Східній Богемії надлишок соломи оцінюється в 35%. По загальних консервативних оцінках, у Європі для виробництва енергії може використовуватися 25% соломи. Виробництво соломи може змінюватися в межах 30% від середньої величини.

Якщо кількість соломи не можна визначити згідно статистичних даних, то слід використовувати статистику для врожаю зернових. Існують орієнтовні оцінки відношення кількості зерна і відповідного йому кількості соломи. Грубі оцінки також можна зробити на підставі площі земель і продуктивності соломи від 4 до 7 тонн/га в залежності від типу ґрунту, погодних умов і типу зернової культури.

На заваді використання цього виду вторинних енергоресурсів може стати обмеженість досвіду і фінансових ресурсів для необхідних інвестицій. У деяких випадках наявність пестицидів може привести до підвищеного вмісту хлору в соломі. Це зводиться до мінімуму, якщо солома витримується на полях протягом визначеного періоду (зів'янення).

Також використання соломи в непридатних котлах, що забруднюють навколишнє середовище, може створити соломі "погану репутацію".

В Україні найбільш перспективними для комерційного використання в найближчі роки можна вважати такі технології:

промислові деревопаливні котли потужністю ОД...5 Мвт для використання в держлісгоспах і на деревообробних комбінатах;

деревопаливні станції централізованого теплопостачання потужністю 1...10 Мвт;

соломопаливні фермерські котли і котли для малих тепломереж потужністю 0,1... 1 Мвт;

соломопаливні станції централізованого теплопостачання потужністю 1...10 Мвт;

біогазові установки для великих ферм, свиноферм, птахофабрик і підприємств харчової промисловості;

Пріоритетного розвитку в Україні вимагають технології прямого спалювання деревини, у першу чергу для виробництва теплоти і технологічної пари. Це пов'язано з досить низькою ціною на електроенергію, що існує в Україні (0.021 $/кВт^*год) і в той же час - досить високою ціною на паливо і теплову енергію. Впровадження міні-електростанцій і міні-ТЕЦ, що спалюють тверду біомасу (деревину, солому тощо), буде рентабельним у випадку значного росту цін на електроенергію. Одержання теплоти з біомаси є економічно рентабельним уже зараз, навіть у випадку використання імпортного устаткування. Україна також володіє достатнім технічним потенціалом, щоб почати власне виробництво дерево- і соломоспалюючих казанів.

Технології спалювання соломи також є дуже перспективними для України. Але широке поширення цих технологій вимагає рішення ряду питань організації збору, пресування тюків, транспортування і збереження соломи. Насамперед, найкращі перспективи для впровадження на сільськогосподарських підприємствах мають фермерські казани і казани для малих тепломереж потужністю 0,1... 1 Мвт. Після демонстрації переваг цих казанів, великі станції централізованого теплопостачання також мають гарні можливості для комерціалізації.

Щодо Рівненщини, то станом на 1 січня 2000р. загальна площа лісів області становила 842,6 тис. га, з них 674,7 тис. га - ліси державного призначення Держкомлісу, 156 тис. га - ліси для задоволення потреб агропромислового комплексу і 11,9 т. га - ліси Міноборони України (переважно це військові полігони). Загальна лісистість області - 36%.

Через незначні темпи вирубки запас деревини в лісах області у період з 1989-го по 1998-ий роки збільшився на 62,2% - з 83,2 млн. м³ до 135 млн. м³ Починаючи з 1995-го величина вирубки практично не змінювалась і становила:

у 1995р.-425,8 тис м^З; - у 1996р.-416,5 тис м^З;

у 1997р.-424,6 тис м^З; -у 1998р. -418,4 тис м^З;

у 1999р.-423,1 тис м^З.

Враховуючи вищенаведені дані, а також вважаючи, що середня величина деревних відходів для Рівненщини становить 30% (126,5 тис. м^З/рік), можна вирахувати річний вихід енергії при впровадженні енергозберігаючого устаткування для переробки лісових відходів. Він становитиме 1548,5 МВт»год. для твердих листяних порід та 1138,6 МВт*год. для хвойних порід. Беручи середній ККД сучасних котельних установок для спалювання твердого палива ~90%, отримаємо річний вихід електроенергії при використанні деревини як вторинних енергетичних ресурсів: 1393,7 МВт*год. для листяних порід та 1024,7 МВт*год. електроенергії для хвойних порід відповідно.

Ці величини є досить значними для нашої області. Виробленої електроенергії установками, які використовують деревне паливо, буде достатньо для забезпечення електропостачання невеликих ферм, сільськогосподарських підприємств, підприємств легкої промисловості тощо. Можна зробити висновок, що використання відходів деревини у якості горючих вторинних енергоресурсів на теренах області буде економічно вигідним і енергетично доцільним.

Останнім часом усе частіше вчені всього світу згадують про те, що викопні енергоресурси планети вичерпні, та попереджають про глобальне потепління клімату. Це змушує замислюватися над пошуком альтернативних джерел енергії які, до того ж, будуть екологічно чистими.

Одним з таких джерел для деяких європейських країн, насамперед для Данії, є солома. На сьогодні Данія має найбільший у світі досвід у використанні соломи в енергетичних цілях.

Загальна кількість соломи в Данії у 1996 р. становила близько 6 млн. т. З них було використано як паливо 950 тис. т. За рахунок спалювання соломи було отримано 10,6 ПДж, що становить близько 1,4% загального споживання первинних енергоносіїв. Згідно з планом розвитку енергетики в Данії до 2030 р. планується отримати із соломи до 45 ПДж енергії, що еквівалентно спалюванню 3 млн. т соломи за рік.

Крім того, солома є С02- нейтральним паливом, а отже екологічно безпечним джерелом енергії. У процесі росту злакових поглинається така ж кількість С02, що й виділяється під час спалювання соломи, отож використання її як палива запобігає збільшенню кількості парникових газів в атмосфері Землі. Усвідомлення того, що всі ми є мешканці однієї планети й для повітряних океанів немає аполітичних кордонів, спонукає розвинені країни знаходити способи здійснення проектів технічної допомоги країнам, що розвиваються. Одним із таких проектів є датсько-український проект технічної допомоги, який здійснювався з березня 2000 р. по лютий 2001 р. в агрофірмі "ДІМ", що в селі Дрозди Білоцерківського району Київської області.

В рамках проекту в липні 2000 р. в агрофірму "ДІМ" було поставлено прес-підбирач ВВ-940 фірми МЄУУ Ноііапсі для збирання й пресування соломи у паки (2,5*1.2*1,3 м) масою приблизно 500 кг. Результатом роботи пресу-підбирача, крім зменшення трудомісткості збирання соломи, стало зниження витрат на її транспортування (за рахунок підвищення щільності паків до 130 кг/м^З). За середнього щорічного збирання соломи в господарстві від 3200 т до 3600 т надлишок соломи (що не використовується) становить приблизно 1500 т/рік. Раніше цю солому просто спалювали в полі або заорювали в землю. Тепер з'явилася можливість використовувати її з вигодою. За період жнив 2000 року в господарстві було заготовлено близько 1000 паків соломи, що мало забезпечити теплопостачання для агрофірми протягом опалювального сезону 2000-2001 років.

Наступним етапом проекту було використання в агрофірмі "ДІМ" соломоспалювальної установки RAU 2-1210 датської фірми Passat:. Ця установка з періодичним завантаженням паків соломи має максимальну теплову потужність 980 кВт. За допомогою фронтального завантажувача два паки поміщаються в топку котла, пак підпалюється, й дверцята топки зачиняються. Приблизно 5 годин триває горіння паків, при цьому автоматика регулює витрати дуття залежно від вмісту кисню в димових газах і напрям дуття залежно від переміщення фронту горіння. За цей час теплота, що виділяється, акумулюється у водяному баку-накопичувачі об'ємом 32 м^З. Через теплообмінник теплота із циркуляційного контуру котла передається в теплову мережу й підводиться до споживачів. З часом температура в баку-акумуляторі падає, й через певний час слід знову завантажити паки. Взимку за температури -12.5°С впродовж доби спалювали 7 паків.

Установка використовується для централізованого теплопостачання адміністративних та побутових об'єктів господарства: дитячі садки, школи, житлові та адміністративні будинки, пошта тощо й повністю замінила наявні газові котли НІЇСТУ-5. У грудні 2000 р. відбувся урочистий пуск установки. Сьогодні можна підбити перші підсумки її роботи (табл. 2).

Основним результатом роботи RAU 2-1210 є те, що вперше за останні 9 років температура на об'єктах, підключених до тепломережі, в зимовий період відповідає нормам. У попередні роки, з метою економії газу та коштів, частину споживачів відключали від теплопостачання, а решта одержували тепло за "прожитковим мінімумом", тобто стільки, щоб не розморозити систему опалення. За період з 1 грудня 2000 р. по 28 січня 2001 р. спалено 245 паків соломи, тобто 122,5 т. Вироблено близько 388 МВт*год. теплової енергії, при цьому середня теплова потужність установки становила 359 кВт. Щоб виробити таку кількість теплоти на котлах НІІСТУ-5, слід було б спалити близько 48 тис. м^З природного газу. За сьогоднішньої вартості газу 381 грн./ 1000 м^З загальні витрати на паливо становили б 18290 грн. Згідно з розрахунками господарства, собівартість соломи з доставкою до котла становить 36,5 грн./т. Отож загальна вартість соломи, спаленої за звітний період, становила 4470 грн. Таким чином, тільки за рахунок заміни палива заощаджено близько 13820 грн. за 1,5 місяці експлуатації котла в умовах дуже теплої зими цього року. За холодніших кліматичних умов, типових для України, заощадження газу було б набагато більшим.

Ще однією важливою перевагою установок цього типу є повна незалежність від імпортованих енергоносіїв, вітчизняних розподільників енергоресурсів та транспортуючих компаній. Крім того, гроші, що сплачуються за солому, залишаються в регіоні й "працюють" на його економічний розвиток. Тоді як 48-50 об'єктів району відключені від газової магістралі через малий тиск газу в системах, с. Дрозди є винятком з холодної дійсності району, та й багатьох інших районів України.

Безумовно, кожне господарство має свої особливості. Різний рівень механізації, різна спеціалізація у тваринництві та рослинництві обумовлюють різний ступінь зацікавленості у використанні соломи як палива. Застосувати такі установки доцільно насамперед там, де є надлишок соломи. Крім того, бажано мати в господарстві прес-підбирач та підтримувати теплову мережу в задовільному стані. Можливо також застосувати соломоспалювальні установки малої потужності для опалення окремих будівель. Як правило вони працюють на малих паках соломи (близько 12 кг).

Для агрофірми "ДІМ" питання, чи застосовувати солому як паливо, вже вирішене позитивно. Але чи підтримають цей досвід інші підприємства, залежить від багатьох чинників, насамперед від підтримки цієї ідеї сільськогосподарськими підприємствами України.

Щорічний надлишок соломи в Україні, який можна використати для отримання теплової енергії, оцінюється в 4,85 млн. т. (приблизно 20% від загальної кількості), що свідчить про наявність великого потенціалу для розвитку технологій спалювання соломи. Для спалювання такої кількості соломи в Україні має бути встановлено 13 тис. фермерських котлів (0.1-1 МВт) та 700 котлів для централізованого теплопостачання (1-Ю МВт). При цьому щорічна економія природного газу становитиме 2,2 млрд. м^З (близько 5% споживання природного газу в Україні).

2. Торфові ресурси України і шляхи їх раціонального використання

Існуюче енергетичне господарство країни склалося в умовах дешевих енергоносіїв, при недооцінці екологічних факторів, тому об'єктам цього господарства притаманні енерговитратні риси. Заходи з енергозбереження краще планувати та втілювати на місцевому, регіональному рівнях, коли витрати на транспортування енергоносіїв мінімальні. Мета цих пропозицій полягає у запровадженні варіанта енергозбереження, спрямованого на заміну дорогих видів палив більш дешевими.

Табл. І Геологічні запаси торфу в областях України

Для північно-західного регіону України, а також Чернігівської та Київської обл., реальним місцевим паливним ресурсом є торф, геологічні запаси якого в Україні становлять 2,17 млрд. т, сумарна площа торфових родовищ досягає 1 млн. га, а в межах промислової глибини - 642 тис. га.

З наведених даних видно, що за рахунок торфового палива Рівненська і Волинська області можуть практично повністю задовольнити потреби населення і об'єктів малої енергетики у твердому паливі, а Чернігівська і Київська - значною мірою.

З урахуванням екологічного досвіду країн Європейського Союзу, в яких видобуток торфу ведеться не більше ніж на 1 % від загальної площі торфових родовищ в межах їх промислової глибини, масштаб видобутку цієї корисної копалини в наших умовах може бути таким:

Геологічні запаси торфу на Рівненщині становлять 379.4 млн. т. За цим показником Рівненщина поступається лише Волинській обл., де залягає близько 448 млн. т торфу.

Навіть з урахуванням родовищ, які знаходяться в зонах заповідників і заказників, осушені із застосуванням гончарного дренажу, забруднені викидами з Чорнобильської АЕС, балансові запаси торфу Рівненщини залишаються чи не найбільшими в Україні і становлять 183.6 млн. т., а сумарна площа торфових родовищ в межах промислової глибини досягає 128.86 тис. га.

* При паливному калорійному еквіваленті торфу 0,3

Торф - це органічна гірська порода, що утворилася внаслідок неповного біохімічного розкладу відмерлих болотних рослин в умовах надлишкового зволоження при нестачі кисню, яка містить до 50 % мінеральних компонентів на суху речовину. Торф являє собою найбільш молодий елемент в ряду каустобіолітів "торф -буре вугілля - кам'яне вугілля - антрацит". Ця обставина зумовлює цілу низку особливостей цієї корисної копалини, які мають враховуватись при її використанні.

Для широкого загалу торф відомий здебільшого як паливо. На паливному ринку України найбільшого розповсюдження набули такі енергетичні палива, як природний газ, мазут, кам'яне вугілля. Торфовий паливний брикет і кусковий торф традиційно вважаються комунально-побутовими паливами місцевого значення. В ті роки, коли ціни на такі енергоносії, як природний газ, вугілля і нафтопродукти були низькими, торф, порівняно з ними, справді не мав якихось суттєвих переваг. Але ситуація докорінно змінилася, ціни на різні енергоносії зросли різною мірою, тому зорієнтуватись у реальній вартості кожного з палив стало важче.

У кінцевому підсумку споживач платить гроші не за фізичні предмети (газ, мазут, вугілля, дрова, торф та ін.), а за ту теплову енергію, яку ці палива в собі містять і яку споживач передбачає з них одержати. Для забезпечення можливості порівняння різних видів органічного палива і сумарного його обліку введені поняття «умовне паливо» і «калорійний еквівалент».

Автори запропонували також використовувати більш прямий і, в той же час, достатньо синтетичний показник, який об'єднує в собі енергетичну і вартісну характеристики палива: ціну одиниці нижчої теплоти його згоряння. Під нижчою теплотою згоряння палива розуміють кількість теплоти, що одержується з 1 кг палива при повному його згорянні за мінусом теплоти пароутворення. З рисі видно, що якраз енергія торфових палив є найдешевшою. Але ці палива мають менші значення нижчої теплоти згоряння, тому для одержання однакової кількості енергії торфових палив знадобиться більше, ніж, наприклад, мазуту чи вугілля. Так для одержання 1000 ГДж теплової енергії у топковому пристрої з ккд 0,8 необхідно:

кам'яного вугілля 57 т (загальна вартість близько 8,6 тис. грн.)

торфового брикету 80 т (загальна вартість близько 5,5 тис. грн.)

кускового торфу 120 т (загальна вартість близько 4,2 тис. грн.)

Зазначені числа свідчать про бажаність наближення споживача до виробника торфових палив, що сприятиме зменшенню транспортних витрат. Величину цих витрат можна оцінити за допомогою формули, яка запропонована авторами:

де Цс - ціна 1 ГДж нижчої теплоти згоряння палива з урахуванням витрат на його доставку;

Q_н^р - нижча теплота згоряння палива, МДж/кг;

Цв - ціна 1 т палива на місці виробництва чи складування, звідки паливо транспортуватимуть споживачеві; Т - транспортний тариф, грн./км; L_ -відстань транспортування, км; К - коефіцієнт, що дорівнює 1 при оплаті споживачем доставки палива тільки в один кінець і дорівнює 2 при оплаті споживачем також повернення транспорту; В -вантажопідйомність транспортного засобу, т.

Відстань перевезень, км

Рис.1. Вплив відстані перевезень палив на їх реальну ціну (вантажопідйомність автомобіля 3 т) ^ торфовий брикет ? торф кусковий - кам'яне вугілля

Використаємо запропоновану формулу для розрахунку зміни реальної ціни таких палив, як кам'яне вугілля, торфобрикет і кусковий торф, прийнявши їх ціни за 1 т відповідно 150, 65 та 35 грн./т, а нижчу теплоту згоряння -24, 15 та 11 МДж/кг. При оплаті споживачем також повернення транспорту (вантажопідйомністю 3 т, при транспортному тарифі - 0,65 грн./км) реальна ціна палив по мірі збільшення відстані перевезення зростатиме так (рис.1).

З графіка видно, що на місці виробництва чи складування палив найдешевшими є кусковий торф і торфобрикет, а більш дорожчим - кам'яне вугілля. Але вже при відстані перевезення понад 50-60 км переваги кускового торфу над вугіллям втрачаються. Торфобрикет же перестає бути економічно ефективнішим за кам'яне вугілля при перевезенні на відстань понад 180 - 200 км.

Зрозуміло, що реальна ціна палива для споживача залежить також і від вантажопідйомності транспортного засобу, який здійснює перевезення. Так, наприклад, при заміні 3-тонної вантажівки на 10-тонну реальна ціна палива змінюватиметься приблизно так:

Відстань перевезень, км

Рис.2. Вплив відстані перевезень палив на їх реальну ціну (вантажопідйомність автомобіля 10 т) ^ торфовий брикет ? торф кусковий - кам'яне вугілля

Як видно з рис.2, при перевезенні 10 т палива торфобрикет залишається дешевшим за вугілля і при перевезенні на відстань понад 300 км. Кусковий торф втрачає свою цінову перевагу над вугіллям при відстані понад 160-170 км. Це означає, що у сучасній ситуації кусковий торф справді слід розглядати лише як місцеве паливо, а торфовий брикет (за умови використання автомобілів великої вантажопідйомності) може успішно транспортуватися в межах України.

Що, крім економії коштів, дає споживачеві і регіону використання торфових палив?

По-перше: розширення їх застосування буде мати не лише економічний, а й соціальний ефект, оскільки сприятиме створенню нових робочих місць за рахунок збільшення видобутку і транспорту торфових палив, призведе до зменшення відтоку грошей з обласного бюджету за межі Рівненщини на придбання кам'яного вугілля, мазуту, природного газу. Наша область закуповує 100 - 300 тис. т кам'яного вугілля щорічно. При сучасних цінах на це паливо видатки на його придбання становлять відповідно 15-45 млн. грн. Еквівалентну кількість теплової енергії може забезпечити торфовий брикет у кількості 150 - 450 тис. т вартістю 10-30 млн. грн.

По-друге: торф містить в собі дуже незначну (до 0,3%) кількість сірки, тому газоподібні продукти його згоряння екологічно більш прийнятні, ніж ті, що одержуються з кам'яного вугілля, вміст сірки в якому нерідко сягає 9%. Те саме можна сказати і про твердий залишок - попіл торфу, який може з успіхом застосовуватись як розкислювач ґрунтів і добриво, що містить в собі в середньому 0,11% фосфору (Р2О5), близько 2,5% кальцію (СЮ), близько 1,08% заліза (Ре2ОЗ), а також деякі мікроелементи.

Варто зазначити, що найбільш дешевим з торфових палив є фрезерний торф, однак для його ефективного спалювання необхідна модернізація топкових пристроїв. Це питання проробляється спільними зусиллями Інституту технічної теплофізики НАМ України, ДП "Рівнеторф", НУВГіП, але для успішного його вирішення необхідне цільове фінансування цієї роботи.

Ціла низка специфічних властивостей торфу зумовлює можливість його використання не лише як палива. На основі гумінових речовин (ГР) торфу можуть створюватись органо-мінеральні добрива. Різного роду поживні грунти доцільно виробляти із застосуванням верхових торфів малого ступеня розкладу. Порівняно з низинними торфами, вони мають більш сприятливі водно-повітряні, антисептичні властивості, пористу структуру, що створює сприятливі умови для інтенсивного розвитку кореневої системи рослин. Високі сорбційні властивості та водопоглинальна здатність верхових торфів дозволяють створювати підвищену концентрацію солей фунтового розчину. Деякі природні компоненти торфу є стимуляторами росту, що регулюють процеси засвоєння рослинами поживних речовин, особливо у критичних ситуаціях (надлишок води, нестача тепла або світла та ін.).Подібні ґрунти доцільно використовувати в теплицях, парниках, при вирощуванні грибів.

Найбільш розповсюджені в Україні низинні торфи також являють собою хорошу основу для виробництва в польових чи заводських умовах різноманітних органо-мінеральних добрив.

Цікавими і перспективними вважаються й інші напрямки використання торфу: виробництво барвників широкої гами кольорів для деревини, перетворювачів іржі, які не лише нейтралізують шар іржі до 100 мкм, а й у 1,5-2 рази підвищують корозійну стійкість лакофарбових покритів навіть в несприятливих сольових умовах. Торфолужні реагенти застосовуються для стабілізації глинистих розчинів, які використовуються у буровій справі. Торфоцеолітні композиції сприяють очищенню стічних вод від нафтопродуктів. Заслуговує на увагу і розширення використання лікувальних властивостей торфів, перед усім - в бальнеології.

За будь-яких обставин, кожний з перелічених напрямків використання торфу потребує його видобутку. Діючі підрозділи державного підприємства "Рівнеторф", як і решта вітчизняних видобувників торфу, оснащені спеціальною технікою, яка наближається до межі фізичного зносу і застаріла морально. Ця обставина спонукає до створення в Україні власної галузевої машинобудівної бази і науково-технічного центру з розробки торфового обладнання і технологій видобутку та переробки торфу. І центр, і завод торфового обладнання доцільно створити в Рівному. Це зумовлюється як географічним положенням нашого міста, розташованого у найбільш заторфованій частині країни, так і тим, що у Національному університеті водного господарства та природокористування ГНУВПШ знаходиться єдина в Україні кафедра розробки торфових родовищ, яка готує інженерів зі спеціальності "Розробка торфових родовищ та переробка торфу". Кафедра має значний творчий доробок в галузі конструювання практично всіх машин торфовидобувного комплексу. Розгалужені науково-технічні контакти із зарубіжними колегами з Фінляндії, Канади, Польщі, Великої Британії, Росії, Білорусі, дозволяють нашим спеціалістам ознайомлюватися з найкращими зразками торфових машин. Про висоту технічного рівня інженерних рішень, покладених в основу конструкцій українських торфових машин, свідчить інтерес зарубіжних фахівців до цих рішень і позитивні відгуки про них. НУВГЖ та ДП "Рівнеторф" виступили ініціаторами створення Українського торфового товариства, яке сьогодні визнано міжнародним торфовим товариством. В той же час підприємства концерну "Укрторф" використовують морально-застарілу і фізично зношену техніку російського виробництва, а їх фінансовий стан не дозволяє оплатити новітнє обладнання та придбати його. Джерелами фінансування діяльності центру можуть бути кошти підприємств торфового профілю, місцевих бюджетів не лише Рівненщини, а й Волині, Львівщини, Житомирщини, Хмельниччини, Тернопільщини, Івано-Франківщини та інших областей, зацікавлених у розвитку торфового виробництва.

На підставі викладеного можна зробити такі короткі висновки:

Розширення застосування торфових палив на об'єктах малої енергетики є справою економічно доцільною і реальною.

Розвиток торфової галузі в Україні потребує підтримки як на державному так і на місцевому рівнях, у першу чергу у північно-західному регіоні країни.

Технічне переозброєння є справою невідкладною і необхідною для функціонування та розвитку торфової промисловості України.

Створені на кафедрі розробки торфових родовищ НУВПП конструкції фрезера, валкувача і торфозбиральної машини не поступаються зарубіжним аналогам, а по деяких параметрах перевищують їх. Розробка робочих проектів цих машин потребує державного фінансування.

В умовах, що склалися після проведення земельної реформи, необхідно терміново законодавчо відрегулювати порядок відведення торфопідприємствам площ для ведення видобувних робіт у випадках, коли територія торфового родовища являє собою частину сільськогосподарських угідь, які розпайовані між членами орендного сільськогосподарського колективу чи індивідуальними землевласниками, а також скористатись ст.12п.5 Закону України "Про плату за землю" від 19.09.1996 р. та встановити пільги щодо плати за землю, яка використовується торфопідприємствами для видобутку торфу. Це дозволить знизити собівартість і ціну торфових палив, особливо кускового торфу, і зробить їх більш доступними для споживача.

3. Біогаз зі звалищ. Перспективи використання в Україні

За останні десятиріччя на Землі суттєво зросла кількість твердих побутових відходів (ТПВ). В біосферу щороку потрапляє приблизно 400 млн. т твердих відходів. Причому на одного мешканця міста припадає 250-700 кг відходів на рік. Слід зазначити, що кількість ТПВ щорічно зростає на 3-6%, що перевищує швидкість росту населення планети.

Значна частина ТПВ - це органічні матеріали, зокрема харчові залишки, папір, картон, деревина, їх співвідношення у масі відходів змінюється залежно від рівня розвитку країни, її географічного положення та культурних особливостей. Однак у цілому частка органічних фракцій ТПВ коливається від 56% у розвинених країнах до 62% у країнах, що розвиваються.

У світовій практиці існує три основні способи утилізації ТПВ:

* пряме спалювання на сміттєспалювальних заводах;

* компостування;

* захоронення на звалищах та полігонах ТПВ. На відміну від звалищ, полігони ТПВ обладнані системами ізоляції ґрунту від відходів та системами відводу фільтрату.

У деяких розвинених країнах, особливо в тих, що мають високу щільність населення (Швейцарія, Японія, Бельгія та ін.), ТПВ і навіть осади стічних вод переважно спалюють. Спалювання ТПВ потребує використання складних та дорогих технологій очищення продуктів згорання від важких металів, шкідливих газів (С02, CO, HCI, HP, МОх) та інших домішок. Проблема очищення димових газів від діоксинів нині не розв'язана в жодній країні.

Ймовірно, компостування ще тривалий час не буде широко застосовуватися до вирішення проблеми отримування компосту, вільного від солей важких металів, міграція яких у родючий шар ґрунту неприпустима.

Нині у багатьох країнах світу захоронення ТПВ на спеціальних полігонах вважається найекономічнішим способом їх знешкодження, і вони переважно вивозяться на звалища та полігони. Кількість ТПВ, які вивозять на звалища або полігони, становить у Нідерландах 45-55%, в США -62-85%, в Канаді - 93-96%, в Росії - 97%

У товщі ТПВ при анаеробних умовах (без доступу кисню) утворюється біогаз (звалищний газ). Під дією бактерій частина органічних речовин розкладається з утворенням метану і вуглекислого газу, суміш яких і утворює газ. Це газ є робочим, має досить велику теплотворну здатність - понад 18 МДж/м³. До його складу входять: метан (СН4) - 50-70%, вуглекислий газ (С02) - 30-50%, а також в незначних кількостях - азот (N2), кисень -(02) і водень (Н2).

Найбільш економічно виправданими є збирання та утилізація звалищного газу на «великих» полігонах ТПВ та звалищах, де міститься понад 1 млн. т відходів, шар яких перевищує 10 м. Бажано, щоб значна частина відходів, захоронених на полігоні, були не "старшими" 10 років. Територія полігону має бути рекультивована, тобто перекрита шаром грунту товщиною не менше ніж 30-40 см. Щільність відходів має становити в середньому 800 кг/м^З. Середній вихід біогазу з такого полігону становитиме 5 м³ на 1 т ТПВ протягом 20 років. Дуже велике значення має частка органічних речовин у ТПВ (будівельне сміття не генерує біогазу). На економічні показники проекту суттєво впливає і наявність споживачів газу, теплоти та електроенергії поблизу полігону.

На полігонах ТПВ у країнах, що розвиваються, газ генерується швидко (вихід метану впродовж 10-15 років), оскільки відходи містять велику частину органічних речовин, що легко розкладаються. Полігони з великим вмістом паперу, картону та деревини генерують метан впродовж приблизно 20 років. Загальний потенціал звалищного газу в ЄС сягає 9 млрд. м³/р. Потенціал звалищного газу в США становить 13 млрд. м³/р. При утилізації метану з усіх полігонів ТПВ в США його кількість становитиме 5% від загального споживання природного газу в США (1% загального споживання енергоносіїв).

В 1992 році у світі експлуатувалася 481 система збирання біогазу, загальний видобуток цих систем становить 5,15 млрд мЗ газу на рік (2,4 млн т н.е./р.). З них 175 установок містяться в країнах ЄС, 264 - в Америці (244 - в США), по 4 - в Австралії та Азії, 2- в Африці. Однак слід зауважити, що лише близько 25-50% газу, зібраного на звалищах, було комерційне використано, решта спалювалась у факелах.

За даними Міжнародного енергетичного агентства (ІЕА), загальна кількість установок, що працюють на звалищному газі, становить приблизно:

пряме спалювання в котлах та печах-ПО;

комбіноване виробництво теплоти та електроенергії - 250;збагачення до якості природного газу -10;

інше застосування - ЗО. Біогаз зі звалищ - один з основних парникових газів.

Метан за ступенем завдання шкоди довкіллю вважається другим після вуглекислого газу найшкідливішим парниковим газом. Фактично метан становить 18% від загальної кількості парникових газів, що викидаються в атмосферу Землі.

Метан за ступенем завдання шкоди довкіллю вважається другим після вуглекислого газу найшкідливішим парниковим газом. Фактично метан становить 18% від загальної кількості парникових газів, що викидаються в атмосферу Землі.

Метан приблизно у 21 раз небезпечніший за вуглекислий газ.

Концентрація метану в атмосфері зростає на 0,6% щороку та більш ніж подвоїлася за останні два століття, а концентрація вуглекислого газу зростає щороку на 0,4%. У метану коротший термін «життя» в атмосфері, ніж у інших парникових газів (метан перебуває в атмосфері близько 11 років, тоді як вуглекислий газ - близько 120 років). Отже, стабілізація чи зменшення емісії метану призведе до швидких позитивних змін клімату. Глобальна емісія звалищного газу в атмосферу є важливим чинником зміни клімату Землі. В США набрав чинності закон, який зобов'язує обладнати всі без винятку полігони ТПВ країни системами видобутку та утилізації біогазу. Це було зроблено після того, як американські вчені довели, що звалища ТПВ є основним антропогенним джерелом метану в США.

Ще в 1987 році було визначено, що загальна емісія метану на звалищах всієї Землі становить 30-70 млн. т/р., або 6-18% від його загально викиду в атмосферу. В середині 90-х років глобальна емісія звалищного метану була оцінена експертною групою Міжурядової комісії зі зміни клімату в 40 млн. т/р. Комісія включила звалищний метан до реєстру головних парникових газів планети.

Вільне поширення звалищного газу в довкіллі викликає низку негативних явищ як локального, так і глобального масштабів. Накопичення цього газу може створювати вибухо- та пожежонебезпечні умови у будівлях та спорудах, що містяться поблизу зони захоронення ТПВ. Накопичення звалищного газу в замкненому просторі небезпечне й з токсикологічної точки зору. Зареєстровано досить багато випадків отруєння при технічному обслуговуванні заглиблених інженерних комунікацій. Звалищний газ також згубно впливає на рослинний шар. Причиною пригнічення рослинного покрову, що регулярно спостерігається навколо звалищ, є накопичення біогазу в пористому шарі ґрунту. Саме це й викликає асфіксію (задихання) кореневої системи. Вільне поширення звалищного газу призводить також до забруднення атмосфери прилеглих територій токсичними та неприємними на запах сполуками.

Перелік негативних явищ, спричинених звалищним газом, свідчить про необхідність боротьби з його емісією в атмосферу. У більшості розвинених країн діють спеціальні закони, які зобов'язують власників полігонів запобігати стихійному поширенню звалищного газу. Основний метод, яким можна це здійснити, - збирання та утилізація звалищного газу.

Найпоширеніша система збирання біогазу складається з мережі вертикальних свердловин, з'єднаних між собою горизонтальними трубами. Всередині вертикальної свердловини діаметром 0,6-1,2 м розміщено пластикову трубу діаметром 12-25 см, перфоровану отворами діаметром 3-6 мм. Глибина свердловини становить щонайменше 7 м і відповідає 50-90% товщини шару ТПВ. Об'єм свердловини навколо перфорованої пластикової труби заповнено гравієм або галькою.

Верхня частина свердловини (приблизно 0,5 м від верхнього краю) ущільнюється бетоном або глиною з метою запобігання притоку атмосферного повітря до свердловини та витоку біогазу в атмосферу. Радіус дії свердловини для збирання біогазу становить в середньому 30-35 м. Середня кількість свердловин - 2,5 свердловини на 1 гектар полігону ТПВ. Залежно від місцевих умов вихід звалищного газу становить від 5-50 м³Дод до 250 м^ЗДод на одну свердловину. Спорудження газодренажної системи може здійснюватись як на всій території полігону після закінчення його експлуатації, так і на окремих його ділянках в міру заповнення.

Полігон просідає на 5-20% або навіть 30-35% його глибини, тому свердловини з'єднують з колектором за допомогою гнучкого з'єднання. Найбільш широко для збирання біогазу на полігонах ТПВ використовують поліетилен низького тиску (для наземного та підземного використання) та полівінілхлорид (для підземного використання)

Існує два основні способи використання отриманого звалищного газу: використання газу для виробництва теплоти на місці видобування або неподалік від нього та виробництво електроенергії і її продаж у мережу.

Безпосереднє використання газу в радіусі 3 км від полігону, як правило, є найбільш рентабельним способом його використання. Газ можна використати як паливо для котлів мережі централізованого теплопостачання, різноманітних промислових споживачів, що потребують технологічної теплоти та пари (виробництво цементу, скла, сушіння цегли тощо). Якщо споживачі містяться на відстані понад 3 км, рентабельність проекту забезпечити важко.

Система видобування та збирання звалищного газу на полігонах ТПВ, як правило, включає мережу вертикальних газо-дренажних свердловин, з'єднану горизонтальними газопроводами, в яких компресорна/газодувна установка створює розрідження, що необхідно для транспортування газу до місця використання. Установки утилізації монтуються на спеціально підготовленому майданчику за межами звалища.

Тільки міста України генерують близько 40 млн. м^З на рік ТПВ (10 млн. т/рік). Понад 90% цієї кількості збирається та вивозиться на 655 звалищ, розташованих за 10-20 км від міст. В середньому на одного мешканця України припадає 0,8 - 1,0 кг ТПВ на добу. Понад 500 звалищ в Україні не мають елементарних запобіжних заходів проти забруднення підземних водойм та атмосферного повітря. Близько 140 звалищ - це полігони ТПВ, що можуть вважатися придатними для видобутку та використання звалищного газу. Із 140 полігонів 90 дуже великі, на них розміщується до 30% усіх ТПВ України. Саме ці полігони є найбільш рентабельними для видобутку й використання звалищного газу. Вихід звалищного газу, придатного для збирання та використання, становить 100 м^З/т ТПВ (або 5 м^ЗД ТПВ на рік впродовж 20 років), при вмісті метану 55% (теплотворна здатність - 19.8 МДж/м^З). Тоді, потенціал звалищного газу в Україні становить близько 400 млн м^З/р., що еквівалентно близько 0,3 млн т у.п/р. Впровадження системи збирання та утилізації біогазу на цих 90 полігонах ТПВ приведе до зниження викидів вуглекислого газу до 3,26 млн т/р.

При достатньо низьких тарифах на електроенергію на внутрішньому ринку України найбільш рентабельним є використання звалищного газу для потреб промислових підприємств, розташованих безпосередньо поблизу звалища. Суттєвою передумовою є вимога рівномірного споживання газу протягом всього року. Якщо немає можливості використати біогаз у промисловості, раціональним буде виробництво та постачання електроенергії в мережу. В цьому випадку можуть бути використані електростанції на базі двигунів внутрішнього згорання українського виробництва ДП «Завод ім. Малишева», м. Харків потужністю 1 та 1,6 МВт або АТВТ «Первомайськдизельмаш», м. Первомайськ потужністю 0,4-0,8 МВт.

Техніко-економічне обґрунтування проекту видобування та використання звалищного газу для виробництва електроенергії на Луганському полігоні ТПВ, де міститься 1,6 млн. т ТПВ, доводить ефективність цього проекту. Розглянуто два варіанти устаткування для міні-електростанції потужністю 2 МВт, що працює на звалищному газі: із двигунами українського виробництва (АТВТ «Первомайськдизельмаш») та з двигунами американського виробництва. У розрахунках використано такі параметри: щорічний вихід звалищного газу - 5 м^З Д відходів; термін експлуатації установки -20 років. Собівартість електроенергії, виробленої міні-електростанцією з використанням звалищного газу, становить $0,007 і $0,016 за 1 кВт*год при використанні, відповідно, двигунів українського і іноземного виробництва, що в обох випадках нижче за оптову вартість електроенергії в Україні - $0,021 за 1 кВт*год, за якою передбачається продаж електроенергії в мережу. Термін окупності проекту становить при цьому 2 та 4,6 роки, відповідно.

Наведені вище економічні розрахунки не враховують потенційної можливості продажу викидів вуглекислого газу, зменшені внаслідок виконання проекту. Сьогодні з'являється реальна можливість продажу отриманого зниження викидів парникових газів, наприклад, у рамках програми Еш-РТ, яку фінансує Міністерство економіки Нідерландів. Кількість знижених викидів С02 та інших парникових газів буде купуватися за ціною від 4,5 до 9 ЕІІР за 1 т за умови, що за період 2008-2012 р. це зниження становитиме не менше ніж 500 тис. т еквіваленту вуглекислого газу. Зважаючи на можливість продажу так званого гарячого повітря, економічні показники біоенергетичних проектів істотно покращаться. Наприклад, зниження емісії метану в атмосферу, досягнуте за рахунок реалізації описаного вище проекту з використання звалищного газу на Луганському полігоні ТПВ, становить на рік близько 70 тис т еквіваленту вуглекислого газу та 350 тис т еквіваленту вуглекислого газу за п'ять років (2008-2012 p.). При продажу гарячого повітря по 9 ЕИК за 1 т можна одержати 3150 тис ЕІІК, що в кілька разів вище за повні капітальні витрати на будівництво електростанції.

Першим кроком для поширення технологій видобування та використання звалищного газу в Україні є виконання хоча б одного демонстраційного проекту, мета якого - показати технічні можливості, економічну та екологічну доцільність використання таких технологій. Висновки:

нині захоронення ТПВ на звалищах та полігонах залишається основним способом їх знешкодження у більшості країн світу;

виділення метану на звалищах оцінюється у 6-18% від його загальної емісії в атмосферу. Найефективнішим способом скорочення викидів метану з полігонів ТПВ в атмосферу є його збирання та використання;

енергетичний потенціал звалищного газу у більшості країн становить близько 1% споживання первинних енергоносіїв;

у більшості країн видобування та використання звалищного газу збільшується;

* проекти щодо видобування та використання звалищного газу є досить рентабельними, особливо за наявності поблизу звалища промислового споживача газу;

впровадження технологій видобування та використання звалищного газу є дуже перспективним в Україні, як з екологічної, так і з економічної точки зору;

доцільно фінансувати за рахунок держбюджету чи бюджету Міністерства екології хоча б один демонстраційний проект з видобування та використання звалищного газу в Україні.