Главная > Статьи > Энергоисточник на биомассе. Выбираем оптимальный вариант
03 октября 2018

Энергоисточник на биомассе. Выбираем оптимальный вариант

Производство энергии из биомассы в принятой в нашей стране классификации относят к энергетике альтернативной, и заодно с прочими направлениями последней многие считают его сомнительным с точки зрения возврата инвестиций. На самом деле справедлива такая классификация лишь с точки зрения сопоставимо низкой доли в энергобалансе страны. В том, что касается стоимости энергии, произведенной из биомассы, сжигание отходов деревообрабатывающего или сельскохозяйственного производства — решение экономически не только жизнеспособное, но и весьма привлекательное без внешних дотаций.

Однако, поскольку в большинстве случаев ТЭЦ или котельная на биотопливе становятся частью замкнутой энергосистемы отдельного предприятия, и инвестором выступает непосредственный потребитель энергии, права на математические ошибки при выборе типа энергоисточника и его мощности у разработчика нет. О том, как найти правильный баланс между энергетическими потребностями предприятия и количеством отходов, и на что ориентироваться при выборе технического решения, мы расскажем сегодня.

Продолжение статьи «Выбросить нельзя сжечь. Как превратить отходы в энергию», опубликованной в предыдущем выпуске.

Типы энергоисточников на биомассе

В рамках диапазона технических решений, реализуемых компанией «Первый инженер», типы энергоисточников, работающих на биотопливе и использующих его прямое сжигание, можно разделить на две основные группы: производство тепла и когенерация.

Паровой котел для ТЭЦ с горизонтальной компоновкой для загрязненного топлива

Рисунок 1. Паровой котел для ТЭЦ с горизонтальной компоновкой для загрязненного топлива

Таблица 1. Типы энергоисточников

Производство тепловой энергии

Использование твердого биотоплива для теплогенерации — наиболее простое с технической точки зрения, а потому доступное и распространенное решение, особенно актуальное для тех регионов, где не до конца решен вопрос с газификацией. Строительство котельной, работающей на необработанном топливе, с естественным уровнем влажности, имеющим практически нулевую стоимость для владельца, отличное решение для теплоснабжения самого предприятия, населения и социальной сферы, особенно в тех регионах с длительным отопительным сезоном и нерешенным до конца вопросом газификации. Учитывая географию предприятий деревообрабатывающей отрасли, предприятий, для которых собственные отходы могут стать существенным подспорьем в борьбе за экономику производства, у нас в стране немало.

Выбор теплоносителя (пара, воды или термомасла) определяется технологией применяемой на производстве и потребностями конкретного предприятия.

ТМУ с топкой для влажных отходов (более 65%)

Рисунок 2. ТМУ с топкой для влажных отходов (более 65%)

Возможности когенерации

Комбинированная выработка тепловой и электрической энергии позволяет обеспечить значительную экономию первичных энергоресурсов и снижение загрязнения окружающей среды вредными ингредиентами по сравнению с раздельной выработкой.

Строительство ТЭЦ на биотопливе целесообразно и выгодно для предприятий при соблюдении ряда условий:

  • наличия собственных древесных отходов в достаточном количестве;
  • высокой стоимости энергии из региональной энергосистемы (от 3-х, 4-х рублей);
  • необходимость обеспечения тепловой энергией потребителей предприятия, которое можно организовать с турбины, достаточного для более выгодного режима когенерации;
  • наличия свободных средств или возможности их привлечения для инвестиции в проект строительства ТЭЦ, для которого характерны довольно высокие капитальные затраты.

Таблица 2. ТЭЦ на паровых турбинах. Упрощенная схема процесса

Довольно распространённый и весомый аргумент в пользу строительства собственной ТЭЦ — недостаток электрической мощности на подстанции, снабжающей предприятие. При этом важно корректно определить требуемую мощность ТЭЦ. Оптимальным вариантом будет рассчитывать ее таким образом, чтобы при работе в параллель с энергосистемой закрыть собственные потребности.

Помимо снижения затрат на покупку энергии, собственная генерация позволяет предприятию решить такие задачи, как: сжигание избытка отходов, обеспечение должного качества электроэнергии в критичных регионах, защита объекта от перебоев в энергоснабжении, а также повышение категорийности электроснабжения.

Перед предприятием, планирующим организовать собственную выработку электроэнергии, стоит выбор между ТЭЦ с паротурбинными установками и ТЭЦ на установках, работающих с использованием ОРС цикла.

ТЭЦ с паровыми турбинами — распространенное решение, позволяющее полностью обеспечить потребности предприятия в электрической и тепловой энергии, и достичь таким образом полной независимости от внешних поставщиков. Широкий диапазон мощностей представленных на рынке производителей дает возможность реализовать данную технологию предприятиям различным уровнем потребляемой мощности. Капитальные затраты при реализации проектов по строительству ТЭЦ с паровыми турбинами весьма значительны, поэтому экономически целесообразны такие проекты при условии, что предприятие может обеспечить электрогенерацию по принципу когенерации от 1 МВт.

Важно и то, насколько энергоемким является само производство: учитывая то, что возможности продажи избытка электрической энергии имеет сложности, собственное потребление должно быть достаточным для потребления указанной выше мощности. Любое решение индивидуально, но конечно же отходов должно быть достаточно для обеспечения требуемой выработки на предприятии. Либо предприятие должно учитывать в своих балансах отходы с других предприятий.

Таблица 3. Упрощенная схема процесса (ORC) — органического цикла Ренкина

ТЭЦ на термомасляных установках для производства электроэнергии используют турбины ORC цикла.

Рисунок 3. Био-ТЭЦ с ORC

Процесс–ORC подобен термодинамическому циклу обычной паровой турбины, но в качестве рабочего тела для привода турбины используется органическое вещество с высокой молекулярной массой. Для ТЭЦ, работающей на биомассе, в качестве рабочего тела обычно используется силиконовое масло.

С одной стороны, это повышает общий КПД теплового цикла на малых мощностях и при низкой температуре источника тепла по сравнению с классическим паровым циклом, так как температура кипения органического вещества меньше, чем у воды, а с другой стороны — ограничивает их использование на средних и больших мощностях.

В целом, выбор между ТЭЦ на паровых турбинах и термомасляных установках определяется следующими основными критериями:

  1. использование в технологии предприятия пара или термомасла;
  2. параметры тепла низкопотенциальных потребителей;
  3. требуемая мощность электрогенерации, необходимость для этого режима с вакуумом;
  4. предпочтения предприятия

Как выбрать единственно верное решение?

Несмотря на действительную многовариантность решения задачи выбора типа энергоисточника на биомассе, как у всякой задачи, наиболее оптимальным технико-экономическим решением для каждого предприятия будет, как правило, одно решение.

Чтобы найти его, придется опираться на объективные факты (корректные исходные данные с предприятия, данные о стоимости оборудования и строительства, эксплуатационные затраты, себестоимость электроэнергии и тепла и др.) и «утвержденные или просчитанные планы развития предприятия» (потребности в тепловой и электрической энергии, объем выпуска продукции и, соответственно, отходов производства), напрямую зависящие от планов развития предприятия, а также принимать во внимание рост тарифов от внешних поставщиков энергии. В ином случае, при отсутствии утвержденных планов развития, возможно решать проблему этапами, но учитывать на первом этапе общие и стратегические подходы для реализации всего проекта (например, в стадии проектирования).

Важно, чтобы объект, в который вы планируете инвестировать собственные или заемные средства, отвечал потребностям вашего предприятия именно в понятной перспективе, и поэтапно решать вопросы энергоснабжения параллельно с наращиваем объемов основной продукции. Найти такие решения сможет ответственный и опытный исполнитель проекта, а определять цели и задачи предстоит вам, с критериям подбора возможно определиться и совместно.

Андрей Шурыгин
Директор по работе с заказчиками Блока биоэнергетики компании «Первый инженер»

Наталья Баклыгина
Директор по маркетингу компании «Первый инженер»

Вернуться