Главная -> Экология

Россия штурмует углеродный рынок. Переработка и вывоз строительного мусора

Татьяна Бархатова

Жизнь любого мегаполиса в мгновение ока может выйти из-под контроля. Каскадные отключения электроэнергии в США и Канаде в августе 2003 г., в результате которых пострадали более 50 млн. человек, московская энергоавария в мае 2005 г. стали ярким примером того, какими серьезными последствиями для экономики оборачиваются сбои в энергосистемах. Механизм регулирования процессов жизнедеятельности городского хозяйства оказался уязвимым. Необходимы конкретные шаги для стабилизации обстановки. Поэтому перед современной экономикой стоит важнейшая задача - повышение надежности энергоснабжения.

Большая энергетика, являясь сегодня основой промышленного и социального развития, а также одной из самых науко- и капиталоемких отраслей экономики, испытывает серьезные трудности. Резкий рост стоимости топлива и требования к экологическим показателям создали условия, вынуждающие внедрять высокоэффективные технологии производства электроэнергии с электрическим КПД (nэ) 50% и более. Проектируемые крупные паротурбинные установки со сверхкритическими параметрами на входе (Т0 = 600° С, Р0 = 25 МПа) имеют коэффициент полезного действия nэ 43-44% в конденсационном режиме.

В Европейском союзе разрабатывается проект с пароводяным циклом с суперкритическим давлением и начальной температурой до 800° С. Планируется достичь nэ 55%.

Паротурбинные установки малой и средней мощности до 25 МВт на высокие параметры (Т0 = 500 °С, Р0 = 10 МПа) имеют nэ < 32...34%.

Изготовляемые и проектируемые газотурбинные установки российских производителей в диапазоне до 25 МВт (э) имеют электрический КПД, не превышающий 30-35%, а установки иностранных производителей - до 36-39% с начальной температурой рабочего тела до 1700 К.

Крупные (более 300 МВт) парогазовые установки (ПГУ) при работе паровых турбин в конденсационном режиме имеют nэ 50...55%. Осуществляется проектирование установок с nэ 60%.

ПГУ малой и средней мощности до 25 МВт на современном уровне развития науки и техники имеют электрический КПД не более 45%.

В России, в Санкт-Петербурге, создана единственная крупная электростанция с парогазовым циклом мощностью 450 МВт с nэ около 50%. В декабре 2004 г. была запущена в опытно-промышленную эксплуатацию парогазовая Сочинская ТЭС (Краснодарский край) средней мощностью 78 МВт с расчетным nэ до 50%.

Однако внедрение этих технологий требует значительных материальных затрат.

Повышение КПД электрогенерирующих установок планируется осуществлять также за счет использования высокотемпературных топливных элементов, устанавливаемых перед парогазовыми установками. Предполагается, что на крупных установках подобного типа электрический КПД может достигнуть 75%. Однако проектный ресурс работы топливных элементов сегодня не превышает 5000 тыс. часов, а их единичная мощность - 200 кВт.

В то же время стало очевидно, что подключение потребителей к крупным энергосистемам не дает 100%-ной уверенности в том, что серьезных аварий можно избежать.

Автономные источники теплоснабжения

Комплекс превентивных мер, подразумевающий модернизацию оборудования и контроль над его состоянием в данной ситуации недостаточен. Необходимо создать механизмы, которые позволят муниципальным энергосистемам действовать автономно, в том числе и при авариях в центральной энергосистеме.

Автономные источники теплоснабжения (АИТ), по сравнению с другими системами, обладают рядом преимуществ. Главный упор делается на максимальное использование энергии, заключенной в органическом топливе и низкопотенциальных источниках тепла с температурой 8-30° С (реки, озера и т.д.). Использование для этой цели тепловых насосов увеличивает коэффициент использования топлива (КИТ) системы в 2-3 раза.

Современные отопительные котлы и парогенераторы, использующие природный газ, имеют высокие КПД (отношение отпущенного тепла и тепла сожженного газа) на уровне 92-94%. Новая технология, предложенная в проекте, призвана не только максимально эффективно использовать низкопотенциальную энергию окружающей среды, снижая затраты на природное топливо, но и вырабатывать при этом и электроэнергию. Одновременно повышается надежность теплоснабжения: электрогенератор в котельной обеспечивает запуск автономного источника теплоснабжения при аварии в системе централизованного электроснабжения.

Принципиальная схема комбинированной установки для производства электроэнергии и тепла с использованием газовой и газорасширительной турбин, а также теплового насоса.

Эффективность комбинированной установки

Многие российские и зарубежные компании производят котельные установки в диапазоне мощностей от 0,5 до 50 МВт. По экспертным оценкам, проведенным специалистами Федерального агентства по науке и инновациям, ОАО Газпром , Московского энергетического института, ЗАО НПВП Турбокон , такой диапазон наиболее перспективен на рынке предлагаемых технологий.

Все эти факторы определили выбор специалистов автономной некоммерческой организации Центр энергетической политики (ЦЭП). В результате родилась идея создать устройство модульного типа мощностью до 50 МВт с высокой энергетической и экологической эффективностью.

Схема комбинированной установки представлена на рисунке (см.выше). Она содержит магистральный газопровод 1, газовую турбину (газопоршневой двигатель) 2 с электрогенератором 3, газорасширительную турбину 4 с электрогенератором 5, теплообменники для подогрева газа 6 и 7, регулятор расхода 8, сетевой подогреватель 9, тепловой насос 10.

В работе установки главную роль играют три составляющих: газотурбинная установка, газорасширительная турбина с генератором (детандер - генераторный агрегат), тепловой насос.

Принцип действия системы заключается в максимальном использовании химической энергии и технологического перепада давлений газа, а также низкопотенциальных источников тепла. В результате сгорания газа, поступившего в газовую турбину (ГТУ), выделившаяся энергия приводит в движение электрогенератор. Отработавший газ ГТУ имеет большой запас теплоты: температура его колеблется от 300° до 500° С. Такое тепло полезно можно использовать для работы детандера, который устанавливается на станциях снижения давления.

Природный газ высокого давления в газорасширительной турбине (детандере) играет роль пара в паровой турбине. Таким образом, процесс выработки электроэнергии происходит дважды: сначала в газовой турбине, затем тепловая энергия отработавшего газа создает возможность для работы детандера и производства электричества.

Благодаря тому, что компоненты установки соединены последовательно, выработка электроэнергии проходит одновременно с понижением давления транспортируемого газа с коэффициентом использования топлива (КИТ) 85% и более (только при производстве электроэнергии). Это в 1,5 раза больше, чем у лучших парогазовых установок - наиболее современных устройств для производства электроэнергии, уже запущенных в производство.

Если далее использовать полученную электроэнергию для привода теплового насоса (в 4-5 раз дешевле электроэнергии по сравнению с покупкой), то в результате получим в 2-3 раза больше полезного тепла по сравнению со сжиганием топлива в лучших отопительных котельных.

История разработок

Специалисты Автономной некоммерческой организации (АНО) Центр энергетической политики и Московского энергетического института (Технического университета) уже 10 лет занимаются реализацией идеи автономных источников теплоснабжения. С 1995 г. в контакте с коллегами из Германии российские ученые изучают термодинамику процессов, происходящих в детандер-генераторных агрегатах, определяют эффективность с точки зрения влияния на тепловую экономичность работы электрических станций.

При разработке схемы комбинированной установки специалистам центра помог практический опыт внедрения автономных источников теплоснабжения на предприятиях и объектах жилищно-коммунального хозяйства. Среди последних проектов - разработка концепции перевода на автономное энергоснабжение ресурсов Пущинского научного центра РАН, в ходе которой был проведен энергетический аудит зданий, соотнесены затраты централизованной системы и автономной котельной. По результатам выполненных исследований уже ведется строительство первой очереди блочно-модульных котельных.

Сегодня ученые Центра энергетической политики занимаются разработкой идеи автономных источников теплоснабжения в рамках федеральной целевой научно-технической программы Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники . Сотрудничество с коллегами Закрытого акционерного общества Научно-производственного внедренческого предприятия Турбокон позволяет на основе разработанного ими комплекта конструкторской и проектной документации перейти к монтажу опытного образца на полигоне предприятия.

Что мешает?

Для того чтобы создать высокоэффективную установку, имея за плечами патент на изобретения, авторам проекта предстоит решить ряд задач, позволяющих встать на путь инновационного развития технологии.

Во-первых, необходимо найти производителей высокоэффективного оборудования. Сегодня предполагается использовать несколько основных агрегатов российского и американского производства.

На рисунках показаны электроагрегаты, которые предполагается использовать в новой технологии: газорасширительная и газовая турбины.

Во-вторых, необходимо найти инвесторов на приобретение оборудования (Роснаука финансирует лишь проведение научных исследований). Ведутся переговоры с Калужским отделением СБ РФ.

Третья задача: где установить и эксплуатировать установку. Первый наукоград России - Обнинск, в котором зарождалось и воплощалось большое количество научных идей в области энергетики, - стал бы для этого наиболее удачным местом.

По предварительным оценкам, рынок сбыта новых технологий может достигать 4-4,5 млн. кВт, что составляет около 3% мощностей РАО ЕЭС России .

Несмотря на то что крупная энергетика играет основополагающую роль, необходимо интенсивно внедрять энергосберегающие технологии комбинированного производства электроэнергии и тепла непосредственно у потребителей, используя тепловые двигатели малой и средней мощности.

Истчоник:

Пока российские власти колдуют над киотским законодательством, складывая сложные комбинации из трех элементов (МЭРТ, МПЭ, МПР) и думая, как пристегнуть к ним четвертый (МИД), российский бизнес уже вовсю штурмует углеродный рынок. Чтобы убедиться в этом, достаточно кликнуть на адрес Секретариата Рамочной конвенции ООН об изменении климата, где каждый может без труда найти информацию о том, кто какие проекты реализует и сколько сокращений выбросов предлагает. Так вот, из 39 официально заявленных проектов в рамках статьи 6 Киотского протокола, 20 проектов – российские. Если верить разработчикам, эти проекты способны генерировать 60 млн. тонн СО2-экв. за период с 2008 по 2012 гг., что составляет 74,2% об общего объема генерируемых сокращений выбросов в рамках проектов совместного осуществления по статье 6 Киотского протокола (см. Табл. 1).

Табл. 1. Распределение проектов по странам (на 6 марта 2007 г.) Страна

Число проектов, штук

Ожидаемые сокращения выбросов ПГ

в 2008-2012 гг, тыс. тонн СО2-экв. Россия

60 069,3 Украина

14 941,1 Литва

517,7 Польша

918,8 Эстония

1 115,2 Болгария

1 637,5 Румыния

1 114,3 Венгрия

600,7 Всего -

80 914,5

Т.е. едва начав, Россия сразу вырвалась в лидеры и, похоже, не собирается это лидерство уступать. Если только родное правительство не подставит ножку.

Проекты, которые мы предлагаем

Основная часть (70%) предлагаемых сокращений выбросов из России приходится на проекты по сокращению утечек природного газа (по сути, метана) в региональных газораспределительных сетях (см. Рис 1). Особенно впечатляет проект в Ставропольском крае, который, судя по опубликованной проектной документации, дает 25 млн. тонн СО2-экв., а все, что надо для достижения такого грандиозного результата – это законопатить дырки и заменить старые отечественные уплотнители на современный изоляционный материал «gore-tex».

Есть, правда, сомнения, что наши газопроводы действительно такие уж дырявые и что никто так уж не следит ни за их состоянием, ни за утечками в атмосферу экспортного природного газа. Не совсем понятно также, что мешало законопатить дырки рыньше и зачем было ждать для этого вступления в силу Киоткого протокола. Но в любом случае появление таких проектов симптоматично и говорит о громадном потенциале сокращения выбросов, которым Россия располагает.

Рис. 1. Распределение ожидаемых сокращений выбросов ПГ по проектам

(на 6 марта 2007 г.)

На втором месте – проекты, предусматривающие использование альтернативного топлива для выработки энергии. Интересно, что проектов, связанных с переходом на природный газ, всего два: первый – в Хабаровске (крупная ТЭЦ, входящая в структуру РАО «ЕЭС»), второй – в Ленинградской области (коммунальные котельные). Однако на их долю приходится 11% сокращений выбросов.

Три проекта предусматривают использование кородревесных отходов и иного биотоплива для выработки энергии. Как известно, выбросы СО2 от сжигания биотоплива считаются климатически нейтральными и принимаются равными нулю для целей Киотского протокола. Соответственно, замена ископаемого топлива биотопливом приводит к сокращению выбросов парниковых газов. При этом, в зависимости от того, какое ископаемое топливо замещается биотопливом, сокращения выбросов будут разными: 2,7 тонны СО2-экв. на тонну условного топлива (т.у.т.), если замещается уголь, 2,2 тонны СО2-экв. на т.у.т. – если мазут, и 1,7 тонны СО2-экв., если биотопливом заменяется природный газ.

Дополнительный эффект достигается за счет сокращения вывоза отходов на свалку, где они сгнивают с выделением в атмосферу метана. Соответственно, утилизация отходов позволяет предотвратить новые выбросы метана, и этот эффект также учитывается как сокращение выбросов в результате реализации проекта.

Биотопливные проекты реализуются с участием предприятий лесопромышленного комплекса, где, собственно, и образуются древесные отходы. Так, Архангельский ЦБК, Лесозавод №25 и Жешартский фанерный завод используют отходы для выработки тепло- и электроэнергии на собственные нужды, а Онежский ЛДК намерен совместно с администрацией города Онеги построить коммунальную котельную на биотопливе для энергообеспечения жилищно-коммунального сектора города Онеги. Оценка ожидаемых сокращений выбросов по проекту в Онеге кажется несколько завышенной (в части предотвращенных выбросов метана от свалки), но в целом это направление представляется перспективным и, вероятно, будет иметь достойное продолжение.

Проект ООО ПО «Химпром» предусматривает использование в качестве топлива коксового газа.

Отдельную группу образуют проекты, направленные на повышение эффективности работы энергогенерирующих и энергоснабжающих предприятий. Наиболее крупный из них реализуется на Братской ГЭС и предусматривает увеличение мощности действующих турбин. Ожидается, что это позволит сократить выбросы парниковых газов на 4,4 млн. тонн СО2-экв. за период с 2008 по 2012 гг. Остальные проекты в этой категории не столь масштабны, но от этого не менее важны. Речь идет об улучшении работы объектов коммунальной энергетики в ряде городов России (Мурманск, Химки, Зима), включая снижение потерь при передаче энергии по теплотрассам.

В общей сложности на долю проектов, так или иначе связанных с выработкой энергии, приходится 23,9% от сокращений выбросов по заявленным Россией проектам.

Есть в российском пакете и проекты по энергосбережению в промышленности. Металлургическая компания «Уралсталь», внедряя современные технологии производства и разливки стали, планирует сократить выбросы парниковых газов более чем на 600 тыс. тонн СО2-экв. в год.

Проект Санкт-Петербургского водоканала предусматривает внедрение новой технологии очистки сточных вод с организацией сжигания осадка вместо складирования его на свалке. Этот проект вызвал довольно бурную реакцию со стороны общественных экологических организаций, которые усматривают в нем угрозу здоровью населения в связи с возможными выбросами опасных загрязняющих веществ, таких, как диоксины и фураны.

Откуда дровишки?

Абсолютным лидером по числу заявленных проектов совместного осуществления является Архангельская область (см. Табл. 2). Интересно, что все 3 проекта из этого региона связаны с утилизацией древесных отходов. Наиболее крупный из них – это проект утитилизации отходов биомассы на Архангельском ЦБК, который предусматривает сжигание кородревесных отходов и шлама биологической очистки сточных вод в котлах с кипящем слоем. Всего за период с 2008 по 2012 гг. в рамках этого проекта будет получено более 1 млн. тонн сокращений выбросов.

Вообще, Северо-Западный регион ведет себя особенно активно. На сегодняшний день здесь подготовлено 7 проектов с общим потенциалом сокращения выбросов 3,6 млн. тонн СО2-экв.

С ним конкурирует Центральный федеральный округ, где также подготовлено 7 углеродных проектов, которые в общей сложности способны дать аж 17,2 млн. тонн СО2-экв. сокращений выбросов. Однако в отличие от Северо-Запада, где проекты отличаются завидным разнообразием (тут и биотопливо, и переход на газ, и энергоэффективность, и управление отходами), Центральный округ особой изобретательностью не блещет: 6 и 7 проектов – про утечки в газораспределительных сетях. И если подходить со строгими Киотскими мерками, то не все они безупречны.

Табл. 2. Распределение проектов по регионам России (на 6 марта 2007 г.) Регион

Число проектов, штук

Ожидаемые сокращения выбросов ПГ в 2008-2012 гг, тыс. тонн СО2-экв. Северо-Западный ФО

3 600,6 в т.ч. Архангельская область

2 020,5 Центральный ФО

17 178,6 Сибирский ФО

5 025,4 Прочие

34 264,7 Всего -

60 069,3

Сибирский регион заявил 3 проекта с общим потенциалом сокращения выбросов 5,0 млн. тонн СО2-экв. Из них 4,4 млн. тонн приходится на проект реконструкции Братской ГЭС.

Что дальше, или русская рулетка

Прогнозы – вещь неблагодарная. Особенно когда имеешь дело с новыми рынками. Однако рискну предположить, что дальше будет интересней. Один только портфель РАО «ЕЭС» насчитывает уже свыше 40 проектов. Большая часть из них находится в стадии разработки и не сегодня – завтра будет официально представлена в Секретариат РКИК. Сразу два целлюлозно-бумажных комбината: ОАО «Волга» в Нижегородской области и ОАО ЦЗ «Питкяранта» в Карелии, и два лесопильных завода в Лесосибирске и Канске готовят проекты по использованию биотоплива для выработки энергии на собственные нужды. Переходит на природный газ Савинский цементный завод. Вслед за Уралсталью проект по энергосбережению за счет внедрения современных технологий выплавки стали разрабатывает Уралвагонзавод в Нижнем Тагиле. Нефтяники в Усинске собираются утилизировать попутный газ.

Кардинально меняется ландшафт российского углеродного рынка. На рынок выходят крупные игроки, имеющие самые серьезные намерения. В прошлом году первый шаг сделала компания Camco International, приобретя российскую углеродную компанию МКФ и создав два офиса – в Москве и в Архангельске. Затем Газпромбанк и Dresdner Bank объявили о создании специализированной компании, которая будет целенаправленно заниматься углеродными проектами в России. Наконец, совсем недавно американский инвестиционный банк Merrill Lynch купил контрольный пакет датской компании Russian Carbon Fund ( Русский углеродный фонд ), которая планирует реализовать 82 проекта по сокращению выбросов парниковых газов в России. Углеродный потенциал этих проектов оцениватся в 140 млн. тонн СО2-экв. за период с 2008 по 2012 гг.

Т.е. все предпосылки для того, чтобы развить успех, налицо. Ждем теперь процедур утверждения проектов, которые должно утвердить Правительство РФ. От них-то и будет зависеть дальнейший ход событий. Но тут уж, как говорится, пан или пропал.

По состоянию на 6 марта 2007 года.

Демонтаж, вывоз мусора - вывоз строительного мусора

Энергетический web-сервер. Программы по ограничению выбросовпарниковых газов. Rehau переселяет в пассивные дома. Оао. Новая страница 1.

Главная -> Экология