Оценка и прогноз потенциала твердого топлива

 

Пример расчета количества условного топлива из отходов древесины за 2008 год по формуле (5)

 

П_др = 17687,5 тыс.м³ × 0,5 × 0,61 т/м³ × 0,29 = 1564,4 т.у.т.

 

Как видно из таблицы 4, средние объемы заготовки древесины за период 1990-2010 годов составили более 3 млн. м³ в год, а количество условного топлива из отходов составило примерно 1,16 млн. т у. т. в год. Посадки леса за этот же период увеличились почти в 2,4 раза и приближаются к рубежу 100 тыс. га за год.

Энергетические  растения. Энергетические растения можно разделить на три группы:

– однолетние травы (сорго, тритикале);

– многолетние травы (мискантус, шавнат);

– быстрорастущие деревья (тополь, лоза).

Уборка мискантуса производится ранней весной при влажности 15-23%. Средняя урожайность составляет 8-15 т сухой массы с гектара, теплота сгорания 17-19,5 МДж/кг. Мискантус можно выращивать на грунтах, непригодных для выращивания сельскохозяйственных культур. Для определения выхода условного топлива с гектара мискантуса примем средний выход сухой массы 12 т/га и среднюю теплоту сгорания 18 МДж/кг. Тогда:

 

 кг у.т./га = 7,37 т у.т./га   ,

где 29,31 МДж/кг – теплотворная способность условного топлива.

Период роста лозы 25-30 лет, урожай собирают каждые 3-4 года. Наибольшая урожайность лозы на 4-5-ый год выращивания и составляет 16-20 т сухой массы с гектара, теплота сгорания 18 МДж/кг. Урожай собирают кормоуборочными машинами в ноябре-апреле при влажности около 50%. С учетом периодичности сбора лозы, годовой урожай составит 4-5 т сухой массы с гектара, что в 2-2,5 раза меньше чем урожайность мискантуса, хотя теплота сгорания у них примерно одинаковая. Лозу рекомендуется выращивать в поймах рек, на заболоченных грунтах и на радиоактивно – загрязненных землях. Так, за 1 день интенсивной вегетации один куст лозы способен испарить 15-20 литров воды. Густая и очень глубокая корневая система лозы способна усваивать тяжелые металлы, которые накапливаются в грунте. Примем средний выход сухой массы лозы 4,5 т/га и среднюю теплоту сгорания 18 МДж/кг. Тогда:

 

т у.т./га

 

Сравнение энергетических потенциалов растительных отходов  и древесины.

Средний энергетический потенциал растительных отходов за период 1990-2010 годов составил 18,56 млн. т у. т. (табл. 3), а средний энергетический потенциал древесины за этот же период составил всего 1,16 млн. т у. т. (табл. 4). Таким образом, из растительных отходов можно получить энергии в 16 раз больше, чем из древесины. Впрочем, до последнего времени растительные отходы практически не использовались в качестве энергоносителя. Наибольший потенциал среди растительных отходов у соломы зерновых и зерно-бобовых культур (8,48 млн. т у. т.), стеблей и лузги подсолнечника (5,75 млн. т у. т.), стеблей кукурузы (3,12 млн. т у. т.). Начиная с 2005 года, в несколько раз возрос потенциал соломы рапса и сои, и в 2010 г. достиг соответственно 1,24 и 1,07 млн. т у. т., приближаясь к потенциалу древесины. За период 2003-2010 годов заготовка древесины установилась на уровне 17 млн. м³в год, в связи с чем потенциал отходов древесины возрос до уровня 1,5 млн. т у. т. в год.

На рисунке 2 представлена динамика изменения энергетических потенциалов растительных отходов и древесины. Как следует из рис. 2, начиная с 2005 года суммарный энергетический потенциал растительных отходов и древесины составил более 20 млн. т у. т. в год, что составляет примерно 10% всего энергопотребления страны.

 

Рисунок 2. Динамика изменения  энергетических потенциалов растительных отходов и древесины.

Прогнозирование энергетического потенциала твердого биотоплива до 2020 года.

Существуют различные сценарии прогнозирования энергетического потенциала биомассы. Один из них заключается в том, что в настоящее время не используемая часть пашни может быть направлена на выращивание энергетических культур. На протяжении последних 10 лет не используемая площадь пашни составляет 3-5 млн. га. Другой сценарий заключается в том, что увеличение количества растительных отходов будет происходить как за счет применения новых, высокоурожайных сортов продовольственных культур, так и за счет вовлечения в сельхозоборот свободной пашни, преимущественно под продовольственные культуры. Энергетические растения целесообразно выращивать на малоплодородных, переувлажненных, радиоактивно-загрязненных землях, площадь которых составляет около 2 млн. га. Дальнейший прогноз выполнен по второму сценарию.

Солома зерновых и зернобобовых культур. Валовой сбор зерновых и зернобобовых культур будет неуклонно увеличиваться и к 2020 году достигнет уровня 70-75 млн. т, за счет повышения урожайности до европейского уровня, а также за счет вовлечения в сельхозоборот не обрабатываемой пашни. Этому будет способствовать растущий мировой спрос на продовольствие. Ожидается, что на энергетические цели можно будет использовать примерно 60% соломы, из которой путем переработки в тюки, брикеты, агропеллеты будет получено 15,2-16,0 млн. т у. т.

Стебли подсолнечника. Производство подсолнечника за период 2008-2010 годов достигло максимума и стабилизировалось на уровне 6,5 млн. т. Можно ожидать небольшой рост урожая до 7,0-7,5 млн. т. Количество условного топлива из стеблей и лузги подсолнечника составит 7,7-9,2 млн. т. у. т. Главная задача будет заключаться в подборе комплекса сельхозмашин для уборки стеблей, тюкования и производства брикетов.

Стебли кукурузы. Производство кукурузы на зерно за последние 3 года также достигло максимума и стабилизировалось на уровне 11,3 млн. т зерна. В связи с ростом производства биоэтанола из кукурузы ожидается увеличение урожая кукурузы до 14 млн. т зерна на рубеже 2020 г. Количество условного топлива из стеблей кукурузы может составить 4,5-6,5 млн. т у. т. Для переработки стеблей кукурузы в брикеты также необходимо подобрать комплекс сельскохозяйственных машин, которые обеспечат уборку стеблей после зимы (март–апрель).

Солома рапса. Производство рапса в 2010 году по сравнению с 2008 годом сократилось почти в два раза, что связано как с погодными условиями, так и с сокращением спроса на внешнем рынке (примерно 90% рапса идет на экспорт). На период до 2020 года ожидается увеличение сбора рапса до 3,5 млн. т в год. Количество условного топлива из соломы рапса соответственно составит около 3 млн. т у. т.

Солома сои. Производство сои с 2008 по 2010 год возросло в 1,8 раза, что объясняется широким применением сои в качестве пищевой культуры. Ожидается дальнейшее увеличение производства сои до 2,5-3,0 млн. т в год. Количество условного топлива из соломы сои соответственно составит примерно 2 млн. т у. т.

Отходы древесины. Заготовка древесины за период 2003-2010 годов установилась на уровне 17 тыс. м³в год. Увеличение посадки леса, которое произошло за этот период, будет превращено в товарную древесину только через 30-40 лет. Поэтому энергетический потенциал отходов древесины может быть увеличен в основном за счет использования древесины санитарных рубок, а также коры и веток деревьев. Таким образом, можно предположить, что энергетический потенциал древесных отходов увеличится от нынешних 1,5 млн. т у. т. до 2,0 млн. т у. т. к 2020 году.

Энергетические  растения. В связи с растущим спросом европейского рынка на твердое биотопливо можно ожидать резкое увеличение плантаций мискантуса и лозы. Но так как промышленные урожаи энергетических растений созревают только через 3-4 года после посадки, то только в период 2015-2020 годов биотопливо из энергетических растений появится на рынке страны. Плантации мискантуса к 2020 году составят примерно 100 тыс. га, а посадки лозы – примерно 80 тыс. га. Предполагаемое количество топлива из мискантуса составит:

 

7,37 т у.т./га∙100 тыс.га = 737 тыс.т у.т.

 

Предполагаемое количество топлива из лозы составит:

 

2,76 т 0,2у.т./га∙80 тыс.га = 220,8тыс.т у.т.

 

Общий прогноз количества топлива из энергетических растений к 2020 году:

 

737+220,8=957,8 тыс.т у.т., т. е. около 1 млн. т у.т.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Рисунок 3

Прогноз энергетического  потенциала твердого биотоплива в 2020 г.

 

 

 

Как видно из рис. 3, прогнозируемый энергетический потенциал твердого биотоплива к 2020 году может увеличиться примерно в 2 раза по сравнению со среднегодовым за предыдущий период.

Выводы

1. Уточнена методика расчета энергетического потенциала твердой биомассы страны за период 1990–2010 годов, среднегодовое значение которого составило 18,5 млн. т у. т.

2. В результате обработки фактических данных по выходу соломы в различных регионах страны уточнены опытные значения коэффициентов отходов, потерь и энергетического использования растительных отходов.

3. Установлено, что потенциал растительных отходов в 16 раз больше чем потенциал древесины (1,16 млн. т у. т./год).

4. Потенциал растительных отходов зависит от многих факторов и за период 1990–2010 годов изменился более чем в 2 раза, а потенциал древесины после 2003 года стабилизировался на уровне 1,5 млн. т у. т./год.

5. Суммарный фактически достигнутый энергетический потенциал твердого биотоплива составил более 20 млн. т у. т./год, что составляет примерно 10% всего энергопотребления страны.

6. Выполнен прогноз энергетического  потенциала твердого биотоплива  до 2020 года, который ожидается на уровне 35,4-39,7 млн. т у. т./год. Рост потенциала может быть достигнут за счет повышения урожайности зерновых культур до европейского уровня и вовлечения в севооборот не обрабатываемой пашни.