Введение
Обладая самой большой территорией в мире, Россия не может похвастаться высоким уровнем доступа к централизованному энергоснабжению. Более 50% страны не электрифицировано, значительная часть территории не имеет доступ к сетевому природному газу. В этих условиях важное значение приобретает рациональное использование местных ресурсов, в том числе различных видов биотоплива, таких как отходы лесозаготовки и лесопереработки, биогаз из сельскохозяйственных и агропромышленных отходов, мусор и иловые осадки.
По оценкам российского отделения Greenpeace, доля возобновляемых источников энергии в теплоэнергетике России составляет примерно 2%. Для сравнения — доля ВИЭ в электроэнергетике России (без крупных ГЭС) не превышает 1%. В основном отопление на базе ВИЭ в России осуществляется за счёт древесного топлива: дрова, щепа, пеллеты, прочие отходы. Технический потенциал использования древесного топлива, по оценкам коллег под руководством д.т.н. П. П. Безруких, составляет примерно 48,4 млн т.у.т. и сосредоточен в Северо-Западном, Приволжском и Сибирском федеральных округах. Технический потенциал использования солнечной энергии для выработки тепла в России составляет 8,75 млрд т.у.т., использования энергии грунтов и водоёмов — 13,2 млн т.у.т. (рис. 1).
Рис. 1. Потенциал использования ВИЭ в теплоснабжении в РФ
Следует отметить, что в сегодняшних условиях достаточно высоких цен на тепло и электроэнергию и постоянно повышающихся требований со стороны государства по переработке и утилизации отходов использование биотоплива для систем отопления, особенно для коммерческих предприятий, способно дать значительный синергетический эффект — дешёвое отопление и снижение затрат на утилизацию отходов.
Региональные программы теплоснабжения с использованием ВИЭ
Лидером в использовании древесных отходов является Архангельская область, в которой 420 котельных из 650 (37,5% или 1,1 ГВт установленной мощности) работают на биотопливе (дрова, древесную щепу, отходы ЛПК, топливные гранулы и брикеты), на этих котельных вырабатывается 42,8% тепла в регионе (рис. 2). В соответствии с принятой в 2014 году региональной концепцией развития локального теплоснабжения к 2030 году доля тепла на биотопливе должна составить 44%, следовательно, можно говорить о том, что строительство биотопливных котельных в регионе реализуется более быстрыми темпами, чем было запланировано. Использование биотоплива также распространено в республиках Карелии и Коми, Ленинградской, Вологодской областях.
Рис. 2. Развитие локального теплоснабжения Архангельской области
Примеры биотопливных котельных в регионах России
В качестве одного из примеров в рамках реализации концепции развития возобновляемого тепла в Архангельской области рассмотрим котельную на биотопливе в посёлке Катунино (Приморский район). Установленная мощность котельной составляет 20 МВт (пять котлов по 4 МВт), в качестве топлива используются локально производимые на соседнем лесозаводе №25 пеллеты, причём расход данного топлива в зимний период при температуре −30°C составляет 50 тонн в сутки. Стоимость тепла составляет 2160 руб. за 1 Гкал, что дешевле, чем во многих городах Московской области.
В рамках реализации политики по утилизации древесных отходов, которой придерживается правительство Красноярского края, можно отметить построенную в городе Кодинске котельную на щепе мощностью 10 МВт, которая позволяет переработать 74 тыс. тонн отходов в год. Ещё одним интересным проектом является работающая в Вологодской области ТЭЦ «Белый ручей», которая наряду с электроэнергией выдаёт 29 тыс. Гкал тепла для близлежащих потребителей. Тарифы на отопление — 2056 руб/Гкал для промышленности и 2534,4 руб/Гкал для населения — также не выглядят очень высокими в сравнении с централизованным теплоснабжением на природном газе в Москве и Московской области.
В Костромской области расположена крупнейшая на сегодняшний момент котельная мощностью 96 МВт, работающая на биотопливе и принадлежащая швейцарской компании Swiss Krono (рис. 3). Котельная полностью обеспечивает потребности мебельного завода в тепле, паре и горячей воде.
Рис. 3. Схема биотопливной котельной Swiss Krono
Одним из лидеров по использованию отходов производства для собственных нужд теплоснабжения среди работающих в России компаний является IKEA. Теплоснабжение принадлежащего компании дистрибьюторского центра Swedwood Esipovo (Московская область) обеспечивается котлом мощностью 3,6 МВт, работающем на щепе и древесной пыли. Ещё одним объектом, использующем биотопливо, является фабрика «ИКЕА Индастри Новгород» (Новгородская область), теплоснабжение которой, включая блок по производству ДСП и сушильную установку 60 тонн в час, обеспечивает котельная на биотопливе установленной мощностью 85,5 МВт. В рамках модернизации новая сушилка, работающая на биотопливе (щепа, кора, древесная пыль), заменила собой две старые сушилки, работающие на природном газе, что, кроме экономии топлива, дало серьёзный экологический эффект. Кроме того, в торговом центре IKEA в городе Омске установлено 220 солнечных коллекторов общей тепловой мощностью 252 кВт.
Выработка биогаза для производства тепла на водоканалах
Первым водоканалом, который начал перерабатывать иловый осадок на очистных сооружениях с применением анаэробного сбраживания, был МУП «Мосводоканал». На Курьяновских и Люберецких очистных сооружениях, на станциях аэрации установлены четыре газопоршневых агрегата общей мощностью 20 МВт, на которых утилизируется свыше 40% получаемого биогаза. На рис. 4 показана годовая выработка тепла на «Мосводоканале».
Рис. 4. Выработка «зелёного» тепла на водоканалах
В 2018 году производство биогаза на Северной станции аэрации запустил МУП «Водоканал» города Екатеринбурга (рис. 5). Два метантанка по 5000 м³ каждый предназначены для работы в мезофильном режиме (35–37°C).
В результате проведённой модернизации один из котлов Viessmann переведён на биогаз, достигнут серьёзный экологический эффект. Стоимость проекта составила 988 млн руб.
Рис. 5. Производство биогаза на Северной станции аэрации МУП «Водоканал» в Екатеринбурге
Наряду с биотопливными техническими решениями всё бóльшую популярность приобретают тепловые насосы. Они могут служить источниками отопления и горячего водоснабжения (а также и кондиционирования) в не подключённых к сетевому природному газу местах. На сегодняшний день в России реализованы десятки проектов с использованием тепловых насосов в промышленных и офисных зданиях и жилых домах, мощностью до 2 МВт в Северо-Западном, Центральном, Южном и Сибирском федеральных округах.
В качестве примера их использования может служить система отопления и горячего водоснабжения здания «Гиперкуб» в Сколково, смонтированная компанией Stiebel Eltron. Мощность системы составляет 69 кВт, площадь отопления и горячего водоснабжения — 6000 м².
Выводы
Россия обладает огромным потенциалом по использованию возобновляемых источников энергии в теплоснабжении. Одним из самых актуальных направлений реализации этого потенциала является использование в качестве топлива отходов от промышленных и аграрных производств, органики свалок и других.
Возобновляемые источники энергии в теплоснабжении регионов Российской Федерации уже сегодня составляют до 2% от общего объёма установленных мощностей в теплоснабжении, и эта величина продолжает расти. Росту способствует ужесточение экологической политики в России в целом и в области переработки и утилизации отходов лесозаготовки и лесопереработки, в частности.
