Автономные системы комбинированного производства тепловой и электрической энергии из непищевой растительной биомассы

Использование биомассы для тепло- и электроснабжения населения и промышленности особенно актуально для России сегодня, в то время, когда централизованная система электро- и теплоснабжения в России переживает значительные трудности. По прогнозам, резкое, в 7-8 раз, замедление темпов ввода новых энергетических мощностей в 90-е годы двадцатого века послужит причиной того, что в ближайшем будущем более половины мощностей полностью выработают свой ресурс. Вместе с тем, огромные потери при передаче и использовании централизованной электроэнергии приводят к тому, что на единицу ВВП Россия тратит в 5-6 раз больше электроэнергии, чем европейские страны, в 12-16 раз больше чем Япония. По разным оценкам, на модернизацию существующей инфраструктуры «большой» энергетики необходимо от 120 до 600 млрд. долларов США (исходя из $600 за установленный кВт). В среднем, требуется около 8 млрд. долларов ежегодно на обновление мощностей. Вместе с тем, прогнозируется рост энергопотребления к 2020 году на 22-36%.

Для модернизации и дальнейшего роста мелкотоварного промышленного и сельскохозяйственного производства, равно как и повышение качества жизни в удаленных регионах России, важную роль играет обеспеченность их доступными, в первую очередь по цене, энергоресурсами и максимальная независимость от их внешних поставок. Поэтому технологии производства биотоплива из местного возобновляемого сырья и его эффективного использования можно твердо отнести к прорывным направлениям технологического развития, обеспечивающим переход от экстенсивной, экологически неудовлетворительной «углеводородной» экономики к экологически чистой «биоэкономике», основанной на возобновляемом сырье. Учитывая то, что в сельских районах России более 50% потребителей не охвачены централизованным электроснабжением и до 80% потребителей не охвачены централизованным теплоснабжением, актуальность и необходимость активного развития отечественного рынка автономных систем модульного типа для комбинированного тепло- и электроснабжения малых хозяйственных (в том числе удалённых) и социальных объектов (малых поселков, деревень, малых предприятий с ограниченным потреблением энергии и т.п.) с использованием местных возобновляемых топливных биоресурсов не вызывает сомнений.

В целом, не менее 80% населения сельскохозяйственных районов России может быть обеспечено теплом и энергией за счёт местных возобновляемых биоресурсов. Это в разы экономически эффективнее по сравнению с созданием магистральных сетей электропередач и сетей нефте-и газопроводов. Причем, указанный план повсеместного энергоснабжения может быть реализован в течение 2-3 лет вместо десятилетий, необходимых для создания традиционной инфраструктуры. Учитывая, что рассредоточенность заселённости характерна для Восточной Сибири и Дальнего Востока, реализация настоящего проекта имеет стратегическое значение для России.

Во многих развитых странах (Германия, Австрия, Великобритания и т.д.) автономные установки комбинированного тепло- и электроснабжения уже нашли широкое применение, при этом снижаются потери энергии, выбросы в атмосферу вредных веществ, себестоимость выпускаемой продукции. Развитые страны преследуют три основные цели: обеспечивают собственную энергетическую безопасность, поддерживают экологический баланс, сохраняют энергоресурсы своих стран для будущих поколений.

В 2005 году правительство Дании стимулировало потребление энергетическими компаниями 1,5 млн. тонн биомассы для производства электроэнергии. Ежегодное потребление для этих целей древесных отходов должно теперь увеличиваться на 500 тысяч тонн, соломы — на 530 тысяч тонн.

В сельском хозяйстве Индии 20% агрокомплексов обеспечивают себя энергией за счет небольших установок по получению биогаза, а в Китае таких установок уже свыше 60 млн. В Западной Европе не менее половины всех птицеферм отапливаются биогазом.

Автономные систем модульного типа для комбинированного тепло- и электроснабжения малых хозяйственных и социальных объектов могут работать как на традиционном топливе, так и биотопливе. Их требуемая мощность — от нескольких киловатт до нескольких сотен киловатт, в зависимости от конкретной потребности.

Выбор непищевой растительной биомассы в качестве сырья для получения биотоплива имеет принципиальное значение в условиях, когда, как показал мировой опыт, использование пищевого сырья для этих целей может спровоцировать широкомасштабный продовольственный кризис. Таким образом, использование непищевой биомассы напрямую связано с задачей обеспечения продовольственной безопасности России.

В инновационной составляющей проекта — разработке и использованию прорывных технологий метаногенеза и систем разделения компонентов биогаза и его очистки отечественная наука занимает ведущие позиции в мире. Поэтому проект внесет свой вклад в ожидаемые результаты ФЦП в свете реализации потенциала российской науки и укрепление статуса России как мировой научной державы.

Решение поставленных в проекте задач позволит в удаленных от промышленных центров регионах России получать тепло и электроэнергию из возобновляемого сырья, а именно отходов сельскохозяйственного растениеводства, отходов деревообрабатывающей промышленности.

Использование в хозяйствах автономных систем комбинированного тепло- и энергоснабжения установок позволит одновременно решить ряд важнейших проблем:

  • экологическую (полная комплексная утилизация растительных отходов, получение и использование экологически чистого биотоплива, так как при выращивании биомассы поглощается тоже же количество СО2, которое выделяется затем при сжигании биотоплива);
  • энергетическую (тепло- и энергообеспечение хозяйств и населения);
  • агрохимическую (получение удобрений);
  • социальную (улучшение условий жизни и труда населения и создание новых рабочих мест);
  • демографическую (повышение привлекательности проживания в отдаленных районах засчет улучшения качества жизни);
  • экономическую (диверсификацию используемых в народном хозяйстве видов топлива, снижению доли сырьевого сектора в экономике страны, снижение платежей и получение прибыли от реализации удобрений и углекислоты).

Разработанная по проекту технология и оборудование позволяют использовать непищевое сырье растительное сырьё естественной влажности — отходы сельскохозяйственного производства, отходы лесотехнической промышленности, что принципиальным образом расширяет сырьевую базу индустрии комбинированной выработки тепловой и электрической энергии за счёт сырья не нефтяного происхождения.

Это особенно важно для муниципальных организаций, мелких аграрных предприятий, деревообрабатывающих фабрик. С экологической точки зрения разработанный процесс, с одной стороны, обеспечит очистку окружающей среды от самых разнообразных органических отходов, с другой стороны, получаемое биотопливо само по себе экологически чисто. Кроме того, в процессе кондиционирования биогаза помимо метана получаются такие коммерчески ценные продукты как пищевая углекислота и фосфатно-калийно-аммониевое удобрение.

В связи с малой мощностью автономных систем комбинированного тепло- и энергоснабжения, использующих в качестве топлива непищевую растительную биомассу естественной влажности, к их преимуществам можно отнести также короткий срок проектирования и строительства, повышение надежности энергоснабжения, связанное с его децентрализацией, повышение эффективности использования топлива, снижение остроты проблемы утилизации растительных отходов.

Информация о выпускаемой инновационной продукции предоставляется с 2011 года.