Место и роль малой энергетики в энергобалансе Калининградской области

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Научно-технический прогресс в современном мире сопровождается все возрастающим потреблением природных энергетических ресурсов. Мировое сообщество стремится к накоплению богатства, повышению комфорта, укреплению политической и экономической стабильности, наращиванию военных потенциалов. Однако плата за все это оказывается чрезвычайно высокой. Развитие энергетики сопровождается исчерпанием традиционных невозобновляемых источников энергии (НИЭ) и порождает ряд экологических, санитарных и социальных проблем. Возрастает негативное воздействие на окружающую среду вследствие тепловых выбросов, сброса сточных вод в водоемы и выхлопных газов в атмосферу, что серьезно угрожает здоровью человека. Мусорные свалки и золоотвалы занимают огромные территории не только вокруг мегаполисов и крупных городов, но и угрожают нормальной жизни небольших городов и поселков. Поэтому еще в 1998 году Первый Московский международный форум «Энергетика и общество» одобрил основные положения Новой Энергетической Идеи на XXI век, в которых в частности утверждается, что дальнейшее развитие топливно-энергетического комплекса (ТЭК) в России должно осуществляться не на установках по реализации тех или иных «грандиозных» ресурсопоглощающих проектов, а на принципе гармоничного сосуществования системы «энергетика-экономика-природа-общество» [1-4].

В энергодефицитной Калининградской области, изолированной от других регионов России, все эти проблемы проявляются наиболее остро. Под вопрос поставлена ее энергетическая безопасность [5-7]. В перспективе проблемы исчерпаемости НИЭ и энергетической безопасности региона можно решать не только за счет ввода в строй новых генерирующих мощностей на традиционных видах топлива, например АЭС, но и путем развития «малой энергетики» за счет всемерного использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ). Для Калининградской области это прежде всего энергия биомассы, ветра и малых рек [8-10]. Однако наиболее высоким потенциалом обладает биомасса сельского и городского происхождения [11,12], которая в результате того или иного способа переработки может быть превращена в различные виды энергетического топлива [13,14], а при комплексной переработке позволит дополнительно получать ряд коммерческих продуктов в виде экологически чистых удобрений для сельского хозяйства, строительных материалов, черных и цветных металлов.

К биомассе сельского происхождения в нашем регионе можно отнести: отходы растениеводства, животноводства, звероводства, птицеводства; посадки бысторастущих кустарников на неудобьях; отходы древесины от рубок ухода за лесом, выборочных санитарных рубок и т.п. Преимущественно городское происхождение имеют твердые бытовые отходы ЖКХ (ТБО); промышленные отходы предприятий (ПО), в том числе отходы деревообработки и горючие отходы ряда других производств; сточные воды канализации; залежи ТБО на свалках и ПО в короотвалах. Утилизация и переработка всех этих видов отходов в настоящее время представляют одну из самых актуальных задач, на решение которой направлены финансовые, интеллектуальные, технические и политические усилия мирового сообщества, в первую очередь стран ЕС. Начало этому процессу было положено ещё в 1972 году на Стокгольмской конференции по охране окружающей среды. Однако в Калининградской области, как и в России в целом, практика в сфере обращения с отходами пока негативна по всем направлениям [15].

В то же время существует ряд отечественных разработок и предложений по переработке биомассы сельского происхождения в сочетании с другими видами НВИЭ в автономных теплоэнергетических комплексах (АТК) для получения тепловой и электрической энергии и экологически чистых удобрений для сельского хозяйства [13-16]. В КГТУ нами разработаны принципиальные схемы таких АТК для крупных сельскохозяйственных производств, фермерских хозяйств, отдельных жилых и общественных зданий в курортной зоне [17.

Наряду с ранее предложенными и уже действующими на территории России и за рубежом АТК может быть осуществлен энегробиологический комплекс (ЭБК) на базе ГП «ОКОС» в пос. Заостровье Калининградской области. На площадке очистных сооружений этого предприятия производится очистка сточных вод курортной зоны с последующим сбросом очищенных стоков в Балтийское море. Проектная производительность очистных сооружений составляет 40 тыс. м3 в сутки. При модернизации предприятия, которую намерено произвести его руководство, возможно получение биогаза из осадков сточных вод, прошедших биологическую обработку, и пищевых отходов ЖКХ, собранных в курортной зоне и трех районах Калининграда. ЭБК будет работать в режиме ТЭЦ с выработкой электрической энергии газотурбинной установкой (ГТУ) и тепловой энергии в газоводяном теплообменнике уходящими из ГТУ газами.

Произведенная электроэнергия будет использована для обеспечения работы электрооборудования предприятия, а тепловая энергия - на отопление и горячее водоснабжение зданий и сооружений ГП «ОКОС», а также на поддержание термофильного режима в метантенке. Избыток электроэнергии планируется продавать.

Принципиальная схема получения биогаза и его использования на ГП «ОКОС» представлена на рис. 1.

По предварительным расчетам средний годовой выход биогаза на ЭБК будет равен 8,18 млн. м3, в том числе полученного: из осадка сточных вод -

1,26 млн. м3; из пищевых отходов курортной зоны - 4,0 млн. м3; из пищевых отходов, собранных в Калининграде - 2,92 млн. м3. Осуществление проекта потребует капитальных затрат порядка 28 млн. руб. Оценочная себестоимость вырабатываемой на ТЭЦ при использовании биогаза электрической энергии составит 0,53 руб./кВтч, тепловой - 68 руб./ГДж. Срок окупаемости проекта составит один год.

Рис. 1. Схема ЭБК на базе ГП «ОКОС»

биомасса энергетический теплоэлектроцентраль

Принципиальная тепловая схема предлагаемой ТЭЦ показана на рис. 2, а годовой график выработки электроэнергии - на рис. 3.

Рис. 2. Принципиальная тепловая схема ТЭЦ ГП «ОКОС»: 1 - газгольдер; 2 - ГТУ; 3 - газоводяной теплообменник; 4 - ХВО; 5 - насос ХВО; 6 - подогреватель ХВО; 7 - эжектор; 8 - эжекционный насос; 9 - бак технической воды; 10 - подпиточный насос; 11 - питательный насос; 12 - деаэратор; 13 - бак питательной воды; 14 - циркуляционный насос; 15 - сетевой насос; 16 - тепловой потребитель; 17 - метантенк

Использование в метантенке пищевых отходов ЖКХ наряду с осадками сточных вод позволяет получать объем биогаза, обеспечивающий мощность ГТУ, равную 1000 кВт. В качестве резервного топлива предполагается использовать природный газ.

Рис. 3. Годовой график выработки электроэнергии ТЭЦ ГП «ОКОС»

В периоды остановок ГТУ биогаз будет аккумулироваться в баллонах для коммерческой реализации наряду с электроэнергией и экологически чистыми удобрениями.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что малая энергетика на базе НВИЭ, прежде всего биомассы, может внести существенный вклад в обеспечение энергетической безопасности региона. Одновременно она позволяет решить и ряд других проблем, которыми обеспокоено общество: экологическую, санитарную, социальную. Развитие малой энергетики должно рассматриваться как важнейшая часть общей энергетической стратегии региона.

В заключение следует отметить, что материалы исследований, приведенные в настоящей статье, были получены при участии студенток-теплоэнергетиков Н.О. Вериго, Е.С. Володченко.

Литература

1. Шейндлин А.Е. Некоторые проблемы энергетики / А.Е. Шейндлин // Энергия: экономика, техника, экология. - 2005. - № 8. - С. 2-11.

2. Маргулов Г.Д. Энергетика и общество - курс на устойчивое развитие / Г.Д. Маргулов // Энергия: экономика, техника, экология. - 2001. - № 4. - С. 2-7.

3. Троицкий А.А. Энергоресурсы и развитие экономики России /А.А. Троицкий // Энергия: экономика, техника, экология. - 2008. - № 10. - С. 21-29.

4. Троицкий А.А. Энергетический фактор в развитии России / А.А. Троицкий // Энергия: экономика, техника, экология.- 2009.- № 1.- С. 9-15.

5. Гнатюк В.И. О стратегии развития РЭЭК Калининградской области / В.И. Гнатюк // Энергия: экономика, техника, экология. - 2008. - № 11. - С. 10-16.

6. Селин В.В. К вопросу о разработке стратегии развития региональной энергетики / В.В. Селин // Надежность и эффективность технических систем: международный сборник научных трудов / КГТУ, Морская академия. - Щецин, Калининград, 2009. - С. 112-122.

7. Краснов Е.В. Экологические аспекты развития калининградской энергетики / Е.В. Краснов, И.Р. Рагулина //Электрика. - 2006. - № 8. - С. 12-16.

8. Безруких П.П. Возобновляемая энергетика: вчера, сегодня, завтра /П.П. Безруких // Электрические станции: энергопрогресс. - 2005. - № 2. - С. 35-47.

9. Брусницын А.Н. Развитие нетрадиционной энергетики в XXI в. / А.Н. Брусницын // Теплоэнергетика. - 2007. - № 8. - С. 2-11.

10. Белей В.Ф. Возобновляемые источники энергии и перспективы их использования в Калининградской области / В.Ф. Белей, В.В. Селин, В.Ф. Паршина // Известия КГТУ. - 2007. - № 11. - С. 11-21.

11. Селин В.В. К вопросу о разработке концепции использования биотоплива в энергобалансе Калининградской области / В.В. Селин // Электрика. - 2006. - № 8. - С. 9-12.

12. Рагулина И.Р. Биоэнергетический потенциал Калининградской области: автореф. дисс. канд. геогр. наук: 25.00.36. - геоэкология // РГУ им. Канта. - Калининград, 2007. - 24 с.

13. Панцхава Е.С. Биоэнергетика России - настоящее и будущее (биоэнергетика и политика) / Е.С. Панцхава, М.М. Шипилов, Н.Д. Ковалев // Энергия: экономика, техника, экология. - 2008. - № 10. - С. 2-14.

14. Панцхава Е.С. Отечественная биоэнергетика как элемент развития внутреннего рынка России / Е.С. Панцхава // Энергия: экономика, техника, экология. - 2009. - № 7. - С. 30-39.

15. Иванов А.В. Организация обращения с твердыми бытовыми отходами (Российский и зарубежный опыт) / А.В. Иванов, Д.Г. Запорожский. - Калининград: КГТУ, 2007. - 434 с.

16. Ильин А.К. Автономные теплоэнергетические комплексы (структура, характеристики, эффективность) /А.К. Ильин, Н.Д. Шишкин.-Ростов-н/Д., 2004. -112 с.

17. Селин В.В. Анализ возможностей использования биотоплива в энергетическом балансе Калининградской области / В.В. Селин, Е.А. Епишина // Энергетическая безопасность и малая энергетика. XXI век: материалы Всероссийской НТК. - Санкт-Петербург, 2002. - С. 322-326.

18. Беркова Е.А. Разработка структурно-функциональных схем с использованием нетрадиционных и возобновляемых источников энергии в автономных теплоэнергетических комплексах Калининградской области / Е.А. Беркова, В.В. Селин // Инновации в науке и образовании - 2007: V международная научная конференция, ч. 2 : труды / КГТУ. - Калининград, 2007. - С. 37-39.

Размещено на Allbest.ru