В настоящее время в связи с ухудшением общей экологической обстановки и ожидаемым в ближайшем будущем дефицитом ископаемого топлива требуются новые подходы к созданию условий для использования нетрадиционных видов топлива, которые должны быть экономически и экологически приемлемыми – т.е. максимально безопасными для окружающей среды (ОС). Уже сейчас понятно, что для обеспечения устойчивого развития общества, вектор модернизации мировой энергетики будет направлен в сторону уменьшения затрат и использования возобновляемых источников. В связи с этим практически во всех странах все более пристальное внимание уделяется проблеме использования образующихся во всё возрастающих количествах, твердых коммунальных отходов (ТКО), а также отходов производства и потребления. Процессы обращения с отходами находятся на острие комплекса актуальных проблем человечества потому, что они являются серьезным источником загрязнения почвы, грунтовых вод и атмосферы. Одним из путей решения проблемы считается использование ТКО, а также отходов производства и потребления, в качестве источников вторичного сырья, позволяющего достичь повышения эффективности производства за счет экономии материалов, обеспечить расширение сырьевой базы для разных отраслей промышленности, а также существенного улучшения экологического статуса территорий за счет снижения техногенного загрязнения ОС [5, 7].
Таблица 1
Технико-эксплуатационные характеристики ГТЭС – 200
|
Характеристика |
Значение параметров |
|
Номинальная мощность, кВт |
200 |
|
Частота тока, Гц |
50 |
|
Число фаз |
3 |
|
Номинальная тепловая мощность), Ккал/ч: – при номинальной электрической мощности – на холостом ходу |
650 000 400 000 |
|
Температура воды на выходе из котла-утилизатора, °С |
95 |
|
Давление воды (при работе изделия) на входе в котел-утилизатор, кг/см2 |
от 1,1 до 6,0 |
|
Часовой расход топлива в стандартных атмосферных условиях, кг/ч: – на дизельном топливе; – на природном газе |
90 82 |
|
Расход масла, г/ч, не более |
80 |
В комплекс предлагаемых мер, способствующих преодолению сложившейся практики, входят стимулирование сокращения образования новых и утилизации накопленных отходов, а также обеспечение безопасного обращения с ними, проведение рекультивации земель и других технических и организационных мероприятий по компенсации ущерба, наносимого природной среде; стимулирование научных исследований и поддержка разработки перспективных технологических решений, направленных на снижение негативного воздействия на ОС и экологических рисков; новые технологии газификации твердого топлива, включая биомассу, коммунальные и прочие отходы [7, 9].
Наличие огромного числа полигонов ТКО и стихийных свалок заставляет все больше внимания уделять технологиям их утилизации с выделением заключенного в них энергоносителя в виде биогаза, образующегося в результате анаэробного разложения органической фракции отходов. Из общего количества метана, ежегодно поступающего в атмосферу, 40–70 % образуется в результате антропогенной деятельности, причем более 20 % из них приходятся на объекты размещения, хранения и захоронения отходов. Подсчитано, что из одной тонны ТКО, а также отходов производства и потребления образуется около 200 м3 газа. При этом первые 15–20 лет при разложении одной тонны этих отходов выделяется до 7,5 м3 биогаза в год. Следует отметить, что биогаз относится к числу газов, создающих «парниковый эффект» и влияющих на изменение климата Земли в целом. Кардинальному снижению выбросов парникового газа и его использованию в качестве альтернативного источника энергии способствуют технологии с применением современного оборудования [3]. Например, во всем мире все более активно завоевывают рынок локальные установки, работающие в режиме когенерации – производства двух видов полезной энергии из одного, первичного источника. Наряду с производством тепловой энергии при сжигании биогаза, когенерация позволяет производить электрическую энергию, которая может быть использована для собственных нужд субъекта экономики или реализована по выгодным тарифам в общую распределительную электрическую сеть. Поскольку биогаз является сопутствующим продуктом при переработке органической фракции отходов, затраты на эксплуатацию таких установок будут связаны в основном с отчислениями на оборудование и на его сервисное обслуживание.
Рассмотрим возможность применения технологии микробиологической утилизации ТКО, а также отходов производства и потребления для получения электроэнергии либо комплексного производства и электроэнергии, и тепла на базе малоразмерных газотурбинных двигателей. В табл. 1 представлены технические характеристики газотурбинной электростанции ГТЭС–200, выпускаемой ОАО «Калужский двигатель» на основе высокооборотных газовых турбин и применяемой в качестве основного, вспомогательного или аварийного автономного средства тепло- и электроснабжения, работающего на различных видах жидкого и газообразного топлива.
Использование биотоплива позволяет снизить содержание токсичных веществ СОх и NOх в выхлопных газах [1]. Применение ГТЭС-200, в качестве когенератора, функционирующего совместно с установкой микробиологической утилизации отходов, предлагается по схеме, представленной на рисунке [5].
Биоэнергетическая установка с использованием технологии микробиологической утилизации отходов для комбинированного производства электроэнергии и тепла (1 – система сортировки и подачи ТКО; 2 – установка микробиологической утилизации ТКО; 3 – газгольдер; 4 – компрессор; 5 – камера сгорания; 6- газовая турбина; 7 – электрогенератор; 8 – утилизационный паровой (водогрейный котел); 9 – питательный насос)
Таблица 2
Морфологический состав отходов, поступающих на полигон г. Калуги и показатели производительности биореактора
|
Состав отходов и показатели производительности |
||
|
Наименование компонента отходов |
Размерность |
Значение |
|
Бумага, картон |
% об. |
30,5 |
|
Пищевые отходы |
% об. |
40 |
|
Обрезки деревьев, листья |
% об. |
0,5 |
|
Текстиль |
% об. |
3 |
|
Кожа, резина |
% об. |
1,5 |
|
Полимерные материалы |
% об. |
13 |
|
Кости |
% об. |
1,5 |
|
Металл черный |
% об. |
2 |
|
Металл цветной |
% об. |
2 |
|
Стекло |
% об. |
2 |
|
Камни, керамика |
% об. |
3 |
|
Прочее |
% об. |
1 |
|
ВСЕГО |
% об. |
100 |
|
Неорганическая составляющая |
% об. |
19 |
|
Органическая составляющая |
% об. |
81 |
|
Влажность отходов |
% об. |
20 |
|
Из 1 т/ч поступающих на переработку отходов: |
||
|
Воды |
т/ч |
0,2 |
|
Неорганической составляющей |
т/ч |
0,13 |
|
Органической составляющей |
т/ч |
0,67 |
|
Поступает в биореактор органической составляющей |
м3/сут |
10 |
|
Количество биореакторов |
шт |
2 |
Исходные данные, а также данные, полученные в результате проведенных расчетов эксплуатационных и экономических показателей биоэнергетической установки с использованием технологии микробиологической утилизации отходов для когенерации электроэнергии и тепла, приведены в табл. 2 и 3.
Таблица 3
Эксплуатационные показатели установки переработки отходов (производительностью 4000 т/год) с использованием технологии микробиологической утилизации и комбинированного производства электрической и тепловой энергии
|
Наименование показателей |
Размерность |
Значение |
|
Число рабочих часов в году |
ч |
7500 |
|
Плотность отходов |
кг/м3 |
550 |
|
Годовой объем переработки отходов |
т |
4000 |
|
м3 |
7272,7 |
|
|
Характеристики получаемого биогаза |
||
|
Удельный выход биогаза с 1 т отходов органического происхождения |
м3/т |
200 |
|
Низшая теплота сгорания биогаза |
МДж/м3 |
25 |
|
Плотность биогаза |
кг/м3 |
0,72 |
|
Показатели производства энергии |
||
|
КПД по выработке электроэнергии |
% |
23,3 |
|
Коэффициент использования тепла |
% |
81,3 |
|
Годовая выработка электроэнергии |
ГВт |
1,5 |
|
Номинальная электрическая мощность |
кВт |
200 |
|
Номинальная тепловая мощность |
Ккал/ч |
650000 |
|
Экономические показатели |
||
|
Количество обслуживающего персонала |
чел |
15 |
|
Средняя ставка месячной оплаты труда |
тыс. руб. |
35,0 |
|
Заработная плата сотрудников с начислениями |
тыс. руб./год |
7749,0 |
|
Стоимость 1 кВт*ч электроэнергии |
руб. |
3,0 |
|
Стоимость 1 Гкал тепла |
руб. |
1500,0 |
|
Капитальные затраты (биореактор, компрессор, газгольдер, сортировочный комплекс, ГТЭС-200) |
тыс. руб |
19000,0 |
|
Эксплуатационные расходы (реактивы и микроорганизмы, масло для ГТЭС-200) |
тыс. руб. |
220,0 |
|
Предотвращенные платежи и затраты (за образование и захоронение отходов) |
тыс. руб. |
2891,0 |
|
Годовая выручка от реализации электроэнергии |
тыс. руб. |
4500,0 |
|
Годовая выручка от реализации тепла |
тыс. руб. |
7312,0 |
|
Норма дисконта |
% |
8,0 |
|
Срок окупаемости |
год |
3,1 |
Таким образом, основные показатели привлекательности и эффективности инвестиций, имеют следующие значения:
– срок окупаемости – 3,1 года;
– индекс прибыльности – 1,41;
– чистый приведенный доход на конец расчетного (10-летнего) периода – 29,8 млн рублей.
Показатели эффективности инвестиций рассчитывались по дисконтированным потокам наличности и дисконтированным потокам выплат денежных средств согласно «Методическим рекомендациям по оценке эффективности инвестиционных проектов» [4].
Предотвращенные платежи и затраты за образование и захоронение отходов определялись согласно требованиям, указанным в Постановлении Правительства РФ от 12 июня 2003 г. № 344 [6].
Полученные результаты позволяют считать предлагаемую технологию экономически эффективной, как с точки зрения инвестора, так и с точки зрения общества.
В заключение следует отметить, что одним из стратегических направлений реализации экологических преобразований в России является развитие предпринимательства. Под экологическим предпринимательством подразумевается деятельность по производству и реализации товаров, осуществлению работ и услуг, направленных на предотвращение негативного воздействия на ОС.
Развитие процессов экологизации экономики и введение экономической составляющей в природоохранную деятельность, производство и реализация экологических товаров, а также и услуг является перспективным и рентабельным видом деятельности.
Уже определились основные направления экологического бизнеса в России, такие как:
– очистка промышленных и бытовых стоков;
– очистка промышленных выбросов;
– переработка и утилизация ТКО, а также отходов производства и потребления;
– оценка воздействия на ОС;
– экологическая экспертиза;
– производство приборов для контроля состояния ОС;
– создание ресурсосберегающих технологий;
– использование вторичных ресурсов;
– экологический контроль;
– экологическое образование [3, 8].
Производство электрической и тепловой энергии с использованием альтернативных видов топлива, с применением технологии утилизации ТКО, а также отходов производства и потребления позволит получить значительный эколого-экономический эффект, оптимизировать потребление природных ресурсов и будет способствовать стабилизации развития как отдельных отраслей хозяйствования, так и территорий в целом.
Биогаз может быть использован для удовлетворения потребностей в энергии ближайших к полигону населенных пунктов, а также для собственных нужд полигона. Потенциалом для выработки энергии могут стать и органические отходы крупных предприятий, в т.ч. производящих продукты питания.
В заключение следует отметить, что результаты проведенных исследований могут быть реализованы применительно к задачам коммунальных служб населенных пунктов, сельскохозяйственных предприятий, предприятий пищевой, перерабатывающей и других отраслей промышленности.