Энергетический потенциал топливного ресурса лесной биоэнергетики РФ

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

их общего количества, составляют топливные дрова и лесосечные отходы. Их объем - 70,76 млн м3. Эти отходы сосредоточены на предприятиях лесозаготовительной промышленности. Более 60 % этого топлива составляет дровяная древесина, 15 % - ветви и сучья кроны деревьев.

В деревообрабатывающей промышленности наибольшую долю ресурсов - 12 % составляют отходы лесопиления.

Распределение экономически доступных ресурсов древесного топлива по федеральным округам приведено на рис. 4.

Наибольшие ресурсы древесного топлива сосредоточены в Северо-Западном и в Сибирском федеральном округах - по 24 %. В Приволжском федеральном округе - 16 %. В этом же выпуске «Лесного вестника» публикуются результаты оценки ресурса древесного топлива для Северо-Западного федерального округа РФ, выполненные Т Карьялайненым и Ю. Герасимовым, которые удовлетворительно согласуются с нашими результатами.

Экономически доступные ресурсы древесного топлива в лесопромышленном комплексе Российской Федерации, в соответствии с объемами производства лесобумажной продукции в 2012 г., предусматриваемыми Стратегией развития лесного комплекса Российской Федерации на период до 2020 г., составят 103,0 млн м3.

Распределение экономически доступных ресурсов древесного топлива по видам представлено на рис. 5.

Топливные дрова и лесосечные отходы составят большую часть экономичес-

ки доступных ресурсов древесного топлива - 74,4 млн м3, или 73 % от общего объема. Около 80 % этого топлива составит дровяная древесина, 20 % - ветви и сучья кроны деревьев. Наибольшую часть в ресурсах отраслей деревообрабатывающей промышленности составят отходы лесопиления - 14,16 млн м3, или 14 %.

Распределение экономически до-

ступных ресурсов древесного топлива по федеральным округам существенно не изменится. Наибольшие ресурсы древесного топлива будут по-прежнему сосредоточены в Северо-Западном федеральном округе - 27 %, Сибирском федеральном округе - 25 % и в Приволжском федеральном округе - 17 %.

Полученные данные позволяют оценить энергетический потенциал ресурса древесной биомассы при современном уровне заготовок и на ближайшую перспективу и экономическую эффективность вовлечения этого ресурса в топливно-энергетический баланс страны.

Библиографический список

1. Лесной кодекс Российской Федерации.

2. http: //www.rosleshoz.gov.ru/media/appearance/43.

3. Лесная биоэнергетика: учебное пособие / под ред. Ю.П. Семенова. - М.: МГУЛ, 2008. - 348 с.

4. Качелкин, Л.И. Использование отходов лесозаготовок / Л.И. Качелкин, Н.П. Рушнов, В.В. Коробов и др. - М.: Лесная пром-сть, 1965.

5. Лесной фонд России: справочник. - М.: ВНИИЦ-лесресурс, 1999. - 650 с.

6. Вторичные материальные ресурсы лесной и деревообрабатывающей промышленности. (Образование и использование): справочник. - М.: Экономика, 1983. - 224 с.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ТОПЛИВНОГО РЕСУРСА

лесной биоэнергетики рф

A. Б. ЛЕВИН, проф. каф. теплотехники МГУЛ, канд. техн. наук,

B. С. СУХАНОВ, д.т.н, заместитель генерального директора ГНЦЛПК Д.В. ШЕРЕМЕТЬЕВ, научный сотрудник ГНЦ ЛПК

Оценка потенциального и экономически доступного ресурса древесной биомассы, пригодной для производства энергии на 2007 и 2012гг. в Российской Федерации[1], основ-

levin@mgul.ac.ru

ные результаты которой приведены в табл. 1, позволяют оценить энергетический потенциал этого ресурса и возможный экономический эффект при полном его использовании.

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010

37

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

Таблица 1

Оценка экономически доступного ресурса древесного топлива в 2007и 2012 гг.

Показатель Единицы измерения 2007г. 2012 г.

Рубки всех видов

Заготовка древесины всеми видами рубок тыс.пл. м3 206164 215600

Заготовка топливной стволовой древесины тыс.пл. м3 56844 59839,1

Ресурс древесного топлива от рубок всех видов тыс.пл. м3 70764,9 74356,7

Деревообработка

Производство пиломатериалов тыс.пл. м3 23300,0 31100,0

Ресурс древесного топлива от лесопиления тыс.пл. м3 10750,7 14349,6

Производство фанеры тыс.пл. м3 2800,0 4700,0

Ресурс древесного топлива от производства фанеры тыс.пл. м3 4346,9 7296,7

Производство тары тыс.пл. м3 408,5 531,1

Ресурс топлива от производства тары тыс.пл. м3 1130,1 1469,1

Целлюлозно-бумажная промышленность

Производство целлюлозы и древесной массы тыс. т 7830,0 10730,0

Ресурс древесного топлива (коры) от производства целлюлозы тыс.пл. м3 4059,1 5562,4

Ресурс древесного топлива

Экономически доступный ресурс древесного топлива тыс.пл. м3 91051,7 103034,5

Таблица 2

оценка энергетического потенциала экономически доступного ресурса древесного топлива в 2007-2012 гг.

Показатель Единицы измерения 2007г. 2012 г.

Экономически доступный ресурс древесного топлива тыс.пл. м3 91051,7 103034,5

Энергетический потенциал ресурса древесного топлива ПДж 509,9 577,0

То же млн. т у.т. 17,4 19,7

Теплота сгорания древесного топлива

Низшую теплоту сгорания рабочей массы древесного топлива можно рассчитать при известной зольности и влажности [2]

100-Wr - Ar

Qi =18800------------25Wr, кДж/кг,

100

где Qr. - низшая теплота сгорания, кДж/кг;

Wr - влага рабочей массы топлива, %;

Ar - зольность рабочей массы топлива, %.

Если зольность топлива неизвестна, то с достаточной точностью для дровяной древесины, лесосечных и промышленных древесных отходов можно оценить низшую теплоту сгорания по известной влажности, которую легко определить экспериментально на любом предприятии [3]

Qr = 18 - Wr/5, МДж/кг.

Подавляющая часть отходов, пригодных для энергетического использования, образуется при рубках леса и на первичных стадиях переработки древесины. В связи с этим

можно считать среднюю влажность древесины пригодной для энергетического использования равной влажности свежесрубленной древесины W = 55 %, что дает значение Q.r = 7,0 МДж/кг = 7,0 ГДж/т.

Средняя плотность древесины энергетического ресурса р должна рассчитываться как средневзвешенное значение плотностей древесины различных пород в составе ресурса. В данной работе принято р = 800 кг/м3.

Энергетический потенциал ресурса можно определить как

Э = P-pQ

где Э - энергетический потенциал ресурса древесины, пригодной для энергетического использования, ПДж;

Рот - ресурс древесины, пригодной для энергетического использования, млн м3; р = 0,8 - средняя плотность древесины энергетического ресурса, т/ м3. Результаты расчетов по зависимости

(3) приведены в табл. 2.

38

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

Экономический эффект от использования ресурса древесного топлива

Экономический эффект от полного использования ресурса древесной биомассы для производства энергии может быть оценен двумя способами - по стоимости замещаемого ископаемого топлива или по разности себестоимости энергии, произведенной с использованием древесного топлива, и действующих тарифов на нее.

Теплота сгорания 1 м3 древесного топлива при влажности свежесрубленной древесины составляет

Q, обг =-pQ/ = 5600 МДж/м3.

При близком к оптимальному соотношению тепловой и электрической мощности этого количества теплоты достаточно для выработки не менее 1100 МДж, или 305 кВт-ч электроэнергии. Одновременно может быть отпущено внешним потребителям не менее 3000 МДж, или 0,72 Гкал тепловой энергии. Себестоимость электроэнергии, вырабатываемой на собственных ТЭС, использующих древесное топливо, по данным выполненных нами ТЭО, составляет 2,2 руб./кВтч, а себестоимость тепловой энергии - 620 руб./Гкал. По объявленным Правительством РФ данным повышение тарифов на электроэнергию составит в 2009 г. 26 %, в 2010 г. - 22 %, в 2011 г. - 18 %, в 2012 г. - 18 %. Средний тариф на электроэнергию за ожидаемый срок окупаемости составит 4,32 руб./кВт-ч, а тепловой энергии не менее 800.. .1000 руб./Гкал.

Энергетическое использование древесного топлива дает экономию только на электроэнергии 2,12 руб. на 1 кВт-ч, или

646 руб. на 1пл. м3. Аналогично не менее 200 руб. составит экономия на тепловой энергии, т.е. суммарно около 850 руб./м3. При полном использовании экономически доступного ресурса древесного топлива, по данным на 2007 г., для комбинированной выработки тепловой и электрической энергии и замены ею покупных энергоресурсов суммарная годовая экономия составит 78 млрд руб.

Другой способ оценки состоит в расчете экономии, возникающей при замене древесным топливом различных видов ископаемого топлива на действующих энергообъектах. Отметим, что рынок энергоресурсов в настоящее время крайне волатилен и приведенные цены могут измениться в разы за относительно короткое время. Результаты расчетов экономического эффекта от замены различных видов ископаемого топлива эквивалентной по суммарной теплоте сгорания массой древесного топлива, при цене древесных отходов и дровяной древесины 450 руб./ м3, приведены в табл. 3 и на рис. 1.

Замена древесным топливом мазута и каменного угля позволяет получить годовой экономический эффект в размере 20...35 млрд руб. Следует также отметить, что приведенные расчеты выполнены для условий финансового кризиса, который характеризуется резким падением цен на ископаемые ресурсы. При повышении этих цен по мере выхода из кризиса экономический эффект использования древесного топлива будет увеличиваться.

Энергетический потенциал ресурса древесного топлива по теплоте сгорания эквивалентен 14,2 млрд м3 природного газа.

Т а б л и ц а 3

Экономический эффект от замены ископаемого топлива древесным

Топливо Теплота сгорания, ГДж/ т, (ГДж/тыс. м3) Цена топлива, руб./т, (для газа руб./тыс.м3) Ресурс топлива, млн м3 2007 г. Ресурс топлива, млн м3 2012 г. Экономический эффект, млн руб. 2007 г. Экономический эффект, млн руб. 2012 г.

Г аз (внутренние цены) 36 3000 91 103 -1456 -1648

Г аз (экспортные цены) 36 8000 91 103 72300 81800

Мазут 40 6000 91 103 31668 35844

Уголь 25 3000 91 103 20202 22866

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010

39

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

90000

80000

70000

60000

50000

40000

30000

20000

10000

0

-10000

Рис. 1. Экономический эффект от замены ископаемого топлива древесным, млн руб.

Полное использование экономически доступного ресурса древесного топлива для выработки тепловой и/или электрической энергии позволило бы высвободить объем природного газа, составляющий около 10 % современного годового экспорта. Этого достаточно для выполнения обязательств по поставкам газа в Бельгию, Грецию, Болгарию, Сербию, Хорватию, Словению, Швейцарию и Македонию вместе взятым.

Замена природного газа древесным топливом при современных внутренних ценах на этот вид топлива экономически не эффективна, однако возможность экспорта высвобождающихся объемов газа делает такую замену даже более эффективной, чем замена мазута, и может дать экономический эффект 70...80 млрд руб.

Экологический эффект от использования ресурса древесного топлива

Еще одно важное обстоятельство делает для предприятий лесного комплекса особенно актуальным более полное использование древесины для производства энергии. По международным соглашениям, выбросы СО2 при сжигании древесины не учитываются как антропогенные. Поэтому к осуществлению проектов по энергетическому использованию древесного топлива могут быть привлечены международные финансовые ресурсы в рам-

2007 2012

Газ

Газ

Мазут

Уголь

ках механизмов Киотского протокола. Замена древесиной эквивалентного количества природного газа позволила бы сократить учитываемые выбросы СО2 на 29,8 млн т, мазута -на 38,5 млн т, каменного угля - на 47,3 млн т. При продаже на международном рынке прав на выбросы в таких объемах может быть получено около 200 млн евро.

Приведенные выше данные убедительно показывают возможность и необходимость более интенсивного развития лесной биоэнергетики.

Современный уровень использования ресурса древесного топлива

Полные данные фактического энергетического использования ресурса древесной биомассы в стране в настоящее время отсутствуют. Доля древесной биомассы в общем объеме потребляемой в России энергии, по разным оценкам, составляет 0,2.. .2,0 % [4]. Так, по данным Росстата, за 2006 г. всего в России было израсходовано 630 млн т у.т., из этого количества на долю древесного топлива приходится 2,3 млн т

у.т, то есть около12 млн пл м3, или 0,3 %. По общепринятому мнению экспертного сообщества, эта доля составляет около 1 %.

По данным Росгосстата, в 2005 г. дров для населения всего по РФ было заготовлено 22,7 млн пл. м3, а в 2007 году - 25,1 млн пл. м3. В том числе дров от рубок ухода, санитарных и прочих рубок соответственно 3,9 млн м3 и 5,0 млн м3. Но данные относительно использования этого ресурса отсутствуют.

Надежные данные по энергетическому использованию древесных отходов промышленными предприятиями выявить также не представляется возможным. Особенную трудность представляет выделение из общего объема используемой для производства энергии древесной биомассы отходов лесозаготовок и рубок ухода.

В 2007 г. ФГУП «ГНЦ ЛПК» провел анкетное обследование предприятий ЛПК с целью установить масштабы использования ими древесины для выработки энергии. Удалось собрать сведения об использовании топлива для выработки энергии на 346 крупных и средних предприятиях лесопромышленного комплекса во всех многолесных федеральных округах [5].

40

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

Таблица 4

Потребление топлива и производство энергии на обследованных предприятиях ЛПК в 2007 г.

Показатели Единица измерения Всего по ЛПК РФ

Годовое потребление: дрова тыс.пл. м3 497,7

щепа топливная тыс.пл. м3 249,8

кора тыс.пл. м3 2718,7

опилки и отходы деревообработки тыс.пл. м3 4273,9

итого древесного топлива тыс.пл. м3 7740,1

щелок тыс. т 4170,0

Годовой ресурс: дрова, отходы лесозаготовок тыс.пл. м3 3091,7

кора тыс.пл. м3 2697,7

опилки и отходы деревообработки тыс.пл. м3 8575,5

итого древесного сырья тыс.пл. м3 14413,6

щелок тыс. т 4173,401

Годовое потребление: природный газ тыс. м3 406926,6

мазут и другое жидкое топливо тыс. т 769,7

уголь тыс. т 18,8

торф тыс. т 10,601

Для использования ресурса древесной биомассы в России характерна низкая доля использования отходов лесозаготовок и дровяной древесины и преобладание отходов деревообработки, включая опилки. Распределение потребления древесного топлива по его видам на обследованных предприятиях лесопромышленного комплекса РФ представлено на рис. 2.

10000

9000

8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

0

Дрова Щепа Кора Опилки

и отходы

и отходы

заготовки

переработки

Ресурс

Использование

Рис. 2. Сравнение ресурсов и фактического использования древесного топлива на предприятиях ЛПК, пл. м3

Данные анкетного обследования свидетельствуют, что используемые отходы лесозаготовок и дровяная древесина составляет только шестую часть от ресурса этого вида топлива. В то же время используется около

половины имеющегося ресурса отходов деревообработки и вся кора.

Подчеркнем, что речь идет о данных, представленных предприятиями, которые не отличаются полнотой и достоверностью в части оценки ресурсов. Некоторые из предприятий указали в качестве ресурсов объемы реально использованного древесного топлива.

Годовой ресурс древесного топлива, по данным, полученным от обследованных предприятий, составляет 14,4 млн м3. Годовое потребление древесного топлива на выработку тепловой и электрической энергии по данным, представленным предприятиями, составило 7,7 млн м3, или половину от объема ресурсов. Расчетные экономически доступные ресурсы древесного топлива при объемах производства лесобумажной продукции в 2005 г. (включая ресурс кроны деревьев, но без учета щелоков ЦБП) составляли более 45,0 млн пл. м3 . Следовательно, анкетированные предприятия используют менее 16 % реального ресурса древесного топлива, что свидетельствует о значительном потенциале развития биоэнергетики в лесопромышленном комплексе. Наиболее используемыми являются следующие виды древесного топлива: дрова, топливная щепа, кора и отходы механической переработки древесины, включая опилки.

ЛЕСНОИ ВЕСТНИК 4/2010

41

БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ

Из общего числа обследованных предприятий ЛПК около трех четвертей предприятий используют древесное топливо. Только ископаемое топливо используют 14 % обследованных предприятий ЛПК ископаемые энергоресурсы, 28 % предприятий используют как минеральное, так и древесное топливо, только древесное топливо использует 58 % обследованных предприятий. Наибольшая доля использования ресурса древесного топлива всех видов достигнута в Северо-Западном и Сибирском федеральных округах - 36,5 и 24,3 % соответственно. Средняя по РФ доля используемых ресурсов на обследованных предприятиях составляет около 21 %. Ресурсы и использование древесного топлива обследованными предприятиями ЛПК, тыс. м3, представлены в табл. 4.

На обследованных предприятиях используется 406,9 млн м3 природного газа, 769 тыс. т мазута, 18,8 тыс. т каменного угля, что соответствует суммарному потреблению 1567 тыс. т условного топлива. Следует отметить, что доля самого дорогого из ископаемых топлив - мазута, составляет 2/3 от общего их потребления. Согласно приведенным выше данным, древесное топливо и щелок эквивалентны 2972 тыс. т у.т. и составляют около % общего потребления топлива. К сожалению, сведения о расходах различных видов ископаемого топлива предприятиями ЛПК неполны. Поэтому действительная доля ископаемого топлива в топливном балансе, вероятно, существенно больше. Резервы увеличения использования древесного топлива весьма значительны.

Для принятия решений по стимулированию развития лесной биоэнергетики и для адекватной оценки возможности сооружения энергетических объектов (котельных и ТЭС на древесном топливе) в различных регионах РФ необходимо радикально улучшить учет заготавливаемой древесины. Это совершенно необходимо для обеспечения достоверности данных о ресурсе древесного топлива. В ближайшем будущем долж-

на быть создана общероссийская ГИС для оценки ресурсов древесного топлива от всех видов рубок. Подобные системы уже разработаны для некоторых областей, в частности Псковской и Ленинградской [6]. Это позволит рассчитывать ресурс древесного топлива на перспективу до 50 лет с учетом изменения годового объема заготовки древесины по всем видам рубок, площади лесов и роста запасов древесины.

Выводы

Приведенные данные убедительно показывают наличие в РФ значительных ресурсов древесной биомассы для производства тепловой и/или электрической энергии и одновременно совершенно неудовлетворительное использование этого ресурса. Настоятельно необходимо государству, владельцам предприятий и научно-инженерному сообществу предпринять скоординированные усилия по вовлечению в топливно-энергетический баланс страны экологически безопасного, возобновляемого и экономически эффективного энергоресурса. Во всех лесоиндустриальных государствах развитие биоэнергетики происходит в рамках долговременных государственных программ. Нет сомнений, что подобная программа необходима и России.

Библиографический список

1. Левин, А.Б. Топливный ресурс лесной биоэнергетики РФ / А.Б. Левин // Вестник МГУЛ - Лесной вестник. - 2009. - № 3(72). - С. 30-37.

2. Теплотехнический справочник инженера лесного и деревообрабатывающего предприятия - 2-е изд., испр. / под ред. А.Б. Левина. - М.: МГУЛ, 2002.

- 333 с.

3. Лесная биоэнергетика: учебное пособие / под ред. Ю.П. Семенова. - М.: МГУЛ, 2008. - 348 с.

4. Ракитова, О. С. Где искать отходы / О. С. Ракито-ва // The Bioenergy international -Международная биоэнергетика. - 2008. - №2, июнь. - С. 18-19.

5. Левин, А.Б. Современное состояние энергетического хозяйства ЛПК России / А.Б. Левин, В.С. Суханов // Дерево. Ru. - 2008. - №4, 5.

6. Холодков, В. С. Определение ресурсов древесного топлива, образующихся при рубках главного пользования / В.С. Холодков // Вестник МАНЭБ.

- 2008. - Т. 13. - № 2. - 245 с.

42

ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010