Эколого-экономическая эффективность использования торфа в Костромской области как энергетического ресурса

4 (97) - 2009

Стратегия развития региона

ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОРФА В КОСТРОМСКОЙ ОБЛАСТИ КАК ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО РЕСУРСА

в.м. каравай ков,

доктор технических наук, профессор Костромской государственный технологический университет

н.р. подкопаева,

кандидат экономических наук департамент ТЭК и тарифной политики Костромской области

Факторы, определяющие целесообразность использования торфа в качестве энергетического ресурса. В России, и в Костромской области в частности, актуально и остро стоит проблема диверсификации топливных ресурсов в направлении использования местных видов топлива с высокой степенью возобновляемое™. В связи с этим в данной работе проведена оценка эффективности использования торфа в Костромской области как возобновляемого топливного ресурса.

Общий экономический спад в стране в 1990-х гг., связанный с либерализацией экономики и переводом ее на рыночные отношения, привел торфяную отрасль к кризису. Добыча торфа в Костромской обл. сократилась в 23,1 раза по сравнению с 1980 г., в том числе в 15,5 раза — на нужды энергетики и в 50,9 раза — на нужды сельского хозяйства. Сократилось с 1 500 до 300 число рабочих мест в отрасли.

Потенциал возрождения торфодобычи в Костромской обл. достаточно велик. Область обладает запасами торфа, способными обеспечить потребность области на 200 и более лет. По количеству торфяных месторождений, занимаемой площади и запасам преобладает низинный тип залежи, составляющий 49 % по площади и 54 % по объему от общих запасов торфа. Низинный торф высокой степени разложения является наиболее ценным для

применения при производстве торфяного брикета и фрезерного торфа на топливо.

Одним из существенных преимуществ Костромской области перед другими субъектами РФ является относительно равномерное распределение запасов торфа по территории области, что позволяет организовать поставки торфа для нужд теплоснабжения и для нужд сельского хозяйства в большинстве районов области с минимальными транспортными затратами.

Следует выделить четыре группы факторов, определяющих целесообразность использования торфа в качестве энергетического ресурса:

• организационные;

• экономические;

• энергетические;

• экологические.

Организационные факторы направлены на организацию надежного топливообеспечения, обеспечивающего энергетическую безопасность региона. Основные невозобновляемые ресурсы — газ и нефть — сосредоточены в Западной Сибири и на севере Европейской части, и их доставка потребителям центра Европейской части является чрезвычайно острой проблемой. В структуре грузовых перевозок страны энергетические грузы составляют треть всего объема [2]. Кардинальное решение этой проблемы может быть связано только

с освоением возобновляемых источников энергии, не требующих транспортировки огромных масс горючего на большие расстояния, в том числе переход на использование местных видов источников энергии — торфа, биомассы.

Из всех полезных горючих ископаемых только торф следует считать возобновляемым, так как процесс его накопления продолжается [7]. Торфяное производство в России совместимо с принципами непрерывного развития, основанными на естественном и приемлемом с экологической точки зрения использовании торфяных ресурсов.

Экономические факторы направлены на снижение бюджетных затрат региона на топливообеспе-чение и снижение тарифов на энергоресурсы.

На большой территории Костромской области расположено множество мелких поселков, которые неэффективно обеспечивать энергией за счет строительства крупных тепловых источников. В малых городах и поселках городского типа с населением менее 10 тыс. чел. преобладают рассредоточенные источники теплоснабжения с сильно изношенным оборудованием, работающим преимущественно на угле, печном топливе и мазуте. Численность населения области, проживающего в поселениях, нуждающихся в реконструкции энергохозяйства и замене привозного минерального топлива на местные виды топлива, превышает 60 % от общей численности.

Актуальность данных мероприятий тем более велика, что с введением в действие нового закона о местном самоуправлении именно эти муниципальные образования окажутся наиболее уязвимыми с точки зрения формирования местных бюджетов, в силу практически полного отсутствия или крайне слабой налогооблагаемой базы. В этих условиях для них имеет принципиальное значение кардинальное снижение расходов местных бюджетов, в которых даже при современных относительно низких ценах на привозное топливо 50—70 % всех затрат уходит на его закупку.

Примером эффективного использования торфа в качестве топлива на территории Костромской области служат котельные поселков Мисково Костромского района и Номжа Нейского района. Стоимость отпускаемого потребителям тепла здесь в 2—3 раза ниже, чем при работе на привозном угле, и в 4 раза ниже, чем на мазуте.

Перевод только одного котла ТП-35У Шарь-инской ТЭЦ ОАО ТГК-2 на сжигание фрезерного торфа в «кипящем слое» позволит снизить себестоимость отпускаемой тепловой энергии на 14 %, при

этом срок окупаемости данного проекта составит всего лишь один год.

Ожидаемые результаты от модернизации котельного оборудования коммунальной энергетики не менее впечатляющие. В качестве базы для прогнозного расчета взята котельная Мантуровского района, использующая дизельное топливо. Годовая производительность котельной — 1 875 Гкал, затраты на топливо составляют 3 400 тыс. руб. В случае использования торфа топливная составляющая составит 756 тыс. руб., экономия — 2 644 тыс. руб. в год. Для остродефицитного бюджета района сумма более, чем значительная. При условии сохранения утвержденного тарифа замена котельного оборудования окупится менее чем за 2 отопительных сезона и позволит снизить тариф на тепловую энергию.

Другой пример — перевод котельной п. Мис-ково Костромского района с угля на фрезерный торф позволит снизить затраты на топливо с 3,35 до 1,93 млн руб. (годовая экономия на топливе — 1,42 млн руб.) при годовой производительности котельной 7 651 Гкал. Стоимость такой модернизации составляет 5,59 млн руб. Ожидаемое снижение тарифа на тепловую энергию составит 27 %.

В дальнейшем, по нашим прогнозам, цены на газ, мазут и уголь будут расти более интенсивно, чем регулируемые цены на местные виды топлива. Поэтому экономическая эффективность от перевода котельных на местные виды топлива будет больше, и объем потребляемого торфяного топлива будет увеличиваться.

При расчетах экономической эффективности следует учитывать и снижение платы за выбросы вредных веществ в атмосферу при замене угля, мазута, газа на местные виды топлива.

Таким образом, экономические факторы свидетельствуют о целесообразности использования местного торфяного топлива вместо привозного каменного угля, мазута и газа.

Энергетические факторы, определяющие целесообразность использования торфа в качестве энергетического ресурса, учитывают калорийность торфяного топлива и возможность его использования для получения тепловой энергии.

Калорийность некоторых видов топлив, используемых в качестве коммунально-бытового топлива, приведена в табл. 1 [6].

Торф как топливо по калорийности не уступает дровам, сланцам, бурому и низкосортному каменному углю. В котельных ЖКХ стоимость тепла, выработанного на торфяном топливе, в два раза ниже выработанного на каменном угле. Несмотря

Таблица 1

Калорийность некоторых видов топлива, ккал/кг [6]

Камен-

Вид ный Бурый

топлива уголь (Инта) уголь

Низшая 4 100- 1 460-

теплота 4 900 4 400

сгора-

ния

Торфяной брикет

3 6003 900

Торф куско-вый

2 7003 400

Торф фрезерный

Дрова

2 1002 600

2 500

на это, доля торфа в теплоэнергетике области, как и по всей России, ничтожна.

Сжигание кускового и брикетного торфа возможно в существующих котлах малой энергетики при дополнительной реконструкции.

Экологические факторы существенно повышают конкурентоспособность торфяного топлива. Международное сообщество в международной рамочной конвенции по изменению климата в Брюсселе призывает к снижению газовых выбросов, способствующих парниковому эффекту, и относит торфяное топливо к биотопливу с низкой эмиссией СО2, серы и твердых продуктов горения.

Замена ввозимых видов топлива (мазута и каменного угля) на торфяные виды топлива позволят резко снизить объемы и перечень выброса вредных веществ в атмосферу.

Зола, получаемая при сгорании торфа, по своему составу и свойствам (рН > 6) может использоваться как удобрение, улучшающее не только состав, но и структуру почв.

Выбросы оксидов углерода полностью компенсируются его аккумуляцией торфяно-болотными экосистемами. Ежегодный прирост растений-тор-фообразователей в несколько раз превышает количество добываемого торфа. Количество углерода, который удаляется из атмосферы и накапливается в торфе каждый год, почти в пять раз больше, чем общая эмиссия углерода при производстве, хранении и использовании торфа [3].

В послеэксплуатационной фазе состояния торфяного месторождения происходит связывание атмосферной диоксида углерода благодаря росту деревьев или других форм биомассы. Заболачиваемый выработанный торфяник может связывать в 3-4 раза большее количество диоксида углерода, чем естественные болотные массивы [3].

Следует отметить, что натуральные болота выделяют в атмосферу метан, который определяет приблизительно 8 % парникового эффекта. Метан более агрессивный парниковый газ, чем диоксид углерода. При осушении болот уменьшается образование метана.

Кроме того, с точки зрения охраны окружающей среды и баланса углерода в атмосфере засаживание лесом выработанных торфяников является позитивным моментом и должно учитываться при расчетах эмиссии диоксида углерода при сжигании торфа.

Экологические аспекты агропромышленного использования торфяной продукции определены, прежде всего, органическим началом торфа. Торф практически совместим с гумусом почв и, следовательно, является основой для широкой гаммы продукции сельскохозяйственного назначения. Помимо этого торф улучшает структуру почв, их тепловые и водно-воздушные характеристики, поэтому применение торфа не вызывает проблем с повторным загрязнением окружающей среды. Применение торфа при утилизации отходов птицефабрик, свинофабрик и животноводческих комплексов решает экологическую проблему этих объектов и одновременно дает возможность получения высококачественных органических удобрений.

Анализ рассмотренных факторов, определяющих целесообразность использования торфа в качестве энергетического ресурса, позволяет сделать вывод: торф — уникальный природный ресурс, способный обеспечить устойчивое региональное развитие при ресурсосберегающем, экологически сбалансированном и многопрофильном его использовании. С помощью этого природного ресурса возможна реализация Концепции неисчерпаемого природопользования.

Определение приоритетного вида топлива методом анализа иерархий. Нами проведена оценка эффективности использования торфа в качестве энергоресурса методом анализа иерархий [3], который позволяет обосновать процедуру выработки управленческих решений применительно к крупным энергетическим и социально-экологическим проектам. Этот метод делает возможным обоснование проектного решения при дефиците информации и в условиях наличия существенных расхождений интересов и предпочтений участников обсуждения проекта, позволяет проводить анализ различных вариантов и сценариев при достаточно сложной и конфликтующей целевой системе.

Иерархическая структура основной цели и декомпозиция целевой функции системы топли-вообеспечения региона приведены в работе [5].

В данной работе построена 4-уровневая иерархия целей и альтернатив (рис. 2).

Главная цель и - оптимизация топливообес-печения региона.

Подцели: Х — снижение энергоемкости регионального валового продукта, Y— обеспечение экологической безопасности региона, Z — обеспечение энергетической безопасности региона, V— обеспечение социальной направленности энергетической политики региона.

Достижение этих подцелей связано с решением проблем (достижением подцелей) 3-го уровня [5]:

Х1, Х2, Хз, Х4, Х5, У1, У2, У3,

ZV ^ V2, V3.

На четвертом нижнем уровне иерархии представлены четыре альтернативы (виды топлива):

А — торф в брикетах;

А2 — фрезерный торф;

А3 — каменный уголь;

А4 — мазут.

Матрица парных сравнений для второго уровня иерархии представлена в табл. 2. Наибольшее собственное значение матрицы суждений А,шах = 4,117, индекс согласованности ИС = 0,04. Средний случайный индекс для матрицы 4-го порядка СИ = 0,9. Отношение согласованности ОС = 0,044, что вполне приемлемо.

Таблица 2

Матрица парных сравнений для 2-го уровня

и

и- р = 1

и, X У Z V Рг1

X 1 3 3 2 0,40

У 1/3 1 3 1/5 0,13

Z 1/3 1/3 1 1/5 0,07

V 1/2 5 5 1 0,36

Из этого можно сделать предварительный вывод, что наиболее значимы для Костромского региона снижение энергоемкости валового регионального продукта (подцель Х) и обеспечение социальной направленности энергетической политики региона (подцель V). Экологическая безопасность (подцель У) имеет большее значение по сравнению с энергетической безопасностью региона (подцель 2).

Далее построены и проанализированы матрицы предпочтений на третьем уровне иерархии, определены векторы локальных приоритетов,

Дерево целей и альтернатив

максимальные собственные значения векторов приоритетов, индексы согласованности матриц и отношения согласованности.

Из определенных локальных приоритетов можно сделать вывод, что наибольшее значение при достижении поставленных целей имеют энергосбережение и повышение энергоэффективности экономики и снижение финансовых затрат регионального бюджета на топливообеспечение региона. Далее по значимости стоят: развитие и укрепление собственного социально ориентированного топливно-энергетического сектора экономики, структурная перестройка экономики региона и организация управления энергоэффективностью экономики.

Локальные приоритеты показывают большую значимость снижения техногенной нагрузки на окружающую среду и оптимизации лесопользования по сравнению с очисткой территорий деревопере-рабатывающих производств от отходов.

Наибольший приоритет должен быть отдан повышению надежности элементов систем энергетики и систем энергоснабжения. Далее по важности следуют подцели — формирование правовых основ в сфере обеспечения энергетической безопасности и снижение восприимчивости систем топливо- и энергоснабжения к угрозам.

Среди социальных факторов наиболее значимой является подцель — увеличение занятости

населения, далее идет — экологически благополучная среда для отдыха и обеспечение комфортных условий проживания.

С учетом рассчитанных ранее локальных приоритетов подцелей и факторов 2-го и 3-го уровней иерархии и приоритетов альтернатив по отношению ко всем подцелям 3-го уровня рассчитаны локальные приоритеты рассматриваемых альтернатив. РгА1 = 1,95; РгА2 = 1,00; Рг3 = 0,369; РгА4 = 0,504. Проведенный анализ иерархической структуры топливообеспечения региона позволяет сделать следующие выводы:

• наиболее перспективным с точки зрения оптимизации топливообеспечения региона является развитие производства и использования торфяных брикетов. Фрезерный торф уступает по значимости торфяным брикетам, но существенно значимее мазута и каменного угля:

• полученные результаты анализа альтернатив топливных ресурсов используются при разработке стратегических направлений оптимизации топливообеспечения региона. Экономическая эффективность строительства автономной мини-ТЭЦ на торфяных брикетах. В качестве реализации концепции стратегии повышения энергоэффективности экономики Костромской области [1] был разработан бизнес-план строительства автономной мини-ТЭЦ на торфяных брикетах для электротеплоснабжения жилых поселков. Бизнес-план позволил обосновать коммерческую эффективность инвестиций в строительство мини-ТЭЦ (топливо-торфяные брикеты) и получение прибыли за счет разницы себестоимости вырабатываемой электрической и тепловой энергии и продажи ее по рыночной цене.

Заданная мощность мини-ТЭЦ: электрическая - 0,5 МВт, тепловая - 1,5 Гкал/ч. Предлагается

Таблица 3

Основные технико-экономические показатели строительства мини-ТЭЦ

Показатель Единицы измерения Значение

Мощность мини-ТЭЦ установленная электрическая (при 1 = 15 С) МВт 0,5

Максимальная тепловая нагрузка Гкал/ч 1,5

Число часов использования установленной мощности Ч 8 310

Расход электроэнергии на собственные нужды % 6,3

Годовой отпуск продукции: электроэнергии, теплоэнергии Млн кВт-ч 3,409

на отопление и ГВС Тыс. Гкал 10,586

Вид топлива Торфобрикеты

Удельный расход топлива:

на электроэнергию Г/кВтч 251

на теплоэнергию Кг/Гкал 325

Годовой расход топлива Т 4 358

Численность персонала:

основного производственного персонала Чел 10

среднегодового привлекаемого 3

Общая стоимость строительства Млн руб. 42,715

в том числе:

оборудование 31,064

строительные работы 3,863

монтажные и пуско-наладочные 5,15

прочие затраты 1,288

проектные работы 1,35

Удельные капитальные вложения Руб. /кВт 19 069

Себестоимость производства:

электроэнергии Руб. /кВт ч 0,67

теплоэнергии Руб. /Гкал 770,83

Годовой отпуск от мини-ТЭЦ:

электроэнергии Млн руб. 7,26

теплоэнергии (за отопительный сезон) 27,524

Годовые издержки производства:

электроэнергии Млн руб. 2,438

теплоэнергии 8,160

Разница между произведенными и потребленными энергоносителями Млн руб. 24,186

Окупаемость строительства мини-ТЭЦ без внешних заимствований Год 1,8 года

осуществить строительство автономной мини-ТЭЦ, использующей в качестве топлива торфяные брикеты, полностью из оборудования отечественного производства. Тип установки: когенерацион-ная электрогенераторная установка с двигателем на генераторном газе, полученном в газогенераторе из торфяных брикетов. Общая годовая выработка электрической энергии составит 3 638,5 МВт/год, тепловой энергии — 10 586 Гкал/год. Расход топлива за год—4 358 т. Тариф на электроэнергию — 2,13 руб. / кВт ч; тариф на тепловую энергию — 2 600 руб. / Гкал; тариф на закупку торфобрикетов — 700 руб. /т. Основные технико-экономические показатели проекта строительства мини-ТЭЦ приведены в табл. 3.

Выводы. Определены и проанализированы факторы, определяющие целесообразность использования торфа в качестве энергетического ресурса: организационные, экономические, энергетические и экологические.

Использование метода анализа иерархий позволило определить приоритетные виды топлива в Костромской области. Наиболее перспективным с точки зрения оптимизации топливообеспечения региона является развитие производства и использования торфяных брикетов.

На основе бизнес-планирования определена экономическая эффективность строительства автономной мини-ТЭЦ на торфяных брикетах. Выполненные в бизнес-плане технико-экономические и финансовые расчеты по строительству когенерационной электростанции на торфобрикетах электрической мощностью 0,5 МВт и тепловой мощностью 1,5 Гкал/ч для автономного обеспечения жилых поселков и других объектов строительства энергоресурсами показывают целесообразность строительства мини-ТЭЦ с объектами, использующими электро- и тепловую энергию в часы провала нагрузки (теплицы, физкультурно-оздоровительные комплексы с бассейнами и катками, пекарни и

т. д.). Себестоимость электроэнергии и тепла равна соответственно 0,67руб. /кВт ч и 770,83 руб. /Гкал. Окупаемость строительства мини-ТЭЦ составляет не более 1,8 года.

Строительство мини-ТЭЦ и их эксплуатация по своим технико-экономическим показателям выгодны для частных инвесторов и являются действительно альтернативным решением энергоснабжения жилья и промышленных объектов, снижающим стоимость строительства жилья по сравнению с подключением к центральным энергосетям.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кузовкин А. Сбережение, производство и экспорт энергоресурсов // Экономист, 1999, № 1. С. 35-43.

2. Gandhi Ved P. Macroeconomics and the Environment. — Washington, 1996.

3. Селенов В. Г. Об использовании торфа в Ленинградской области / В. Г. Селенов, С. Б. Мяков // Торф и бизнес. 2005, №1. С. 19—21.

4. Михайлов А. В. Природоохранные аспекты при производстве и применении торфяной продукции // Торф и бизнес. 2005, №1. С. 34—38.

5. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий: Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1993. — 320 с.

6. Подкопаева Н. Р. Декомпозиция целевой функции системы топливообеспечения региона / Вестник Костромского государственного технологического университета, №11. — Кострома: КГТУ, 2005. С. 97—100.

7. Каравайков В. М. Экологические аспекты энергосбережения в сфере «малой» теплоэнергетики Костромской области // Материалы III Международного инвестиционного форума «Инвестиционная стратегия региона — комплексное освоение природно-сырьевых ресурсов». Кострома, 2006.