18.Коновалова Л.П., Лукутин Б.В. Оценка возможности

Реклама
ВЕСТИ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ ЧЕРНОЗЕМЬЯ
№1(15). 2009
УДК 338.28
ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ВНЕДРЕНИЯ ГАЗОГЕНЕРАТОРНЫХ
УСТАНОВОК ДЛЯ ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ УДАЛЕННЫХ
ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
Томский политехнический университет
Л.П. Коновалова, Б.В. Лукутин
В статье проведена оценка возможности внедрения газогенераторных установок для энергообеспечения удаленных потребителей Томской области. Установлено, что Томская область имеет все предпосылки для эффективного использования газогенераторных установок.
Системы децентрализованного энергоснабжения Томской области и большинства
территорий Сибири не соответствуют требуемому уровню надежности электроснабжения. Оптимизация этих систем является
актуальной задачей, решение которой должно включать рассмотрение всех возможных
вариантов, и в первую проекты, ориентированные на максимальное использование
альтернативных видов топлива.
Такие энергоресурсы, как ветер, солнце,
гидроресурсы, в значительной степени подверженные сезонным изменениям в наших
условиях, могут применяться в качестве источников электропитания небольшой мощности: единицы-десятки кВт, преимущественно сезонного применения. Более надежным источником электроснабжения, не носящим сезонный характер, является энергия,
получаемая от биомассы. Еще одним существенным преимуществом этого вида энергии является проработанность методов получения электроэнергии от энергоресурса.
Данная работа направлена на оценку
экономической эффективности использования биомассы как источника энергии для
электроснабжения децентрализованных потребителей. Мощность системы электроснабжения лежит в пределах 10-100 кВт.
Это могут быть группы домов, населенные
пункты или фермерские хозяйства, находящиеся в отдалении от централизованной
системы электроснабжения.
Томская область обладает значительными потенциальными запасами биоэнергетических ресурсов. Потенциальная возможность использования дров по производству
электроэнергии в области оценивается в
10581*1013 Дж, что соответствует 3,5 млн. т
угля Кузнецкого бассейна. Другим видом
ценного биоэнергетического ресурса является торф. По состоянию на 1994 г. выявлено и учтено 1340 торфяных месторождений
с запасами торфа примерно 30 млн. т торфа
(40% влажности), что составляет 18,07% от
запасов Российской Федерации. В настоящее время имеются лишь отдельные попытки использовать торф как альтернативное
топливо.
Томская область имеет все предпосылки
для использования энергии биомассы: с одной стороны, острая нехватка энергии, особенно в децентрализованных зонах энергообеспечения, с другой стороны, имеются
огромные запасы биотоплива, которое практически не используется. Однако практическая реализация проектов возможна только
при их экономической эффективности.
Определение ресурсного потенциала для
энергетических нужд:
Система учета лесного фонда позволяет
оценить только объемные характеристики
стволовой древесины лесов, но этой информации явно недостаточно для планирования
использования биомассы в энергетических
нуждах. Необходима оценка лесных энергетических ресурсов не только в объемных
единицах, но и в энергетических. Помимо
этого целесообразно оценивать энергетическую ценность различных фракций лесных
биоценозов (стволовая древесина, крона,
корни, кора, валежник, сухостой). Используя методику оценки энергетической ценности топлив из биомассы [1], необходимо
75
СОЦИАЛЬНЫЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
дифференцированно (пофракционно) определить объемные и энергетические показатели биомассы и произвести расчет валового
и технического потенциала энергии лесной
биомассы.
Определение удельного валового потенциала энергии биомассы осуществляем следующим способом:
– Используя данные учета лесного фонда
области, определяем объемы стволовой древесины, дифференцированные по породам,
классам возраста, категориям использования.
– По известным среднероссийским отношениям между фитомассой лесных биоценозов
и запасами стволовой древесины, дифференцированной по породам, классам возраста, определяем удельную массу сухих фракций спелых и перестойных древостоев отнесенных к 1 пл. м3 .
– Используя удельную теплотворную способность абсолютно сухой биомассы для
основных пород, фракций, классов возраста
и удельную массу сухих фракций биомассы,
определяем удельный валовый потенциал
энергии стволовой древесины.
– Определяем энергию, заключенную в
запасах биомассы на корню, и энергию, заключенную в расчетной лесосеке.
Эксплуатационный фонд, включенный в
расчет главного пользования, составляет по
Томской области 1349491,2 тыс. м3 . На долю хвойных насаждений приходится 485420,8 тыс. м3 (36%). Основная часть эксплуатационного фонда, возможного для
эксплуатации, приходится на березовые и
сосновые насаждения - 47,9% и 27,4% по
запасу соответственно [2].
Валовый потенциал энергии лесной
биомассы, получаемый на территории, равен
теплотворной способности всех фракций
сухой биомассы лесных биоценозов, входящих в расчетную лесосеку рубок главного
пользования. Он является теоретическим
пределом извлечения из биомассы энергии,
которую можно получить из абсолютно сухого вещества биомассы. Такой степени
сушки не способна достичь ни одна из известных технологий сжигания. Поэтому
нижним пределом извлечения энергии из
лесной биомассы является энергия, полученная из биомассы естественной влажности.
Техническим потенциалом энергии лесной биомассы является часть энергии валового потенциала, которую реально можно
получить из лесной биомассы с использованием современных технологий и применить
как топливо. Эта часть биомассы рассматривается как отходы лесного хозяйства, лесозаготовок и деревообработки.
Все расчеты по определению валового и
технического потенциалов энергии биомассы Томской области сводим в табл. 1. Расчет
валового потенциала производился для объема биомассы в спелых и перестойных лесах
Томской области в 2001 г. Расчет технического потенциала производился для фактического объема рубок главного пользования
в лесах Томской области в 2001 г. ОпредеТаблица1
Валовый потенциал энергии фракций биомассы эксплуатационного запаса и технический
потенциал энергии биомассы дров и отходов, образующихся при фактических рубках
расчетной лесосеки, Пкал
Потенциал Вся
По всей Стволовая Хвоя
Ветки
Корни
Валежник,
биомасса биомассе древесина и листва
с корой с корой сухостой
биоценоза
Валовый
5796,07
2753,79
Технически 283,63
доступный 127,02
5343,3
2514,76
263,05
113,46
2402,7
1063,46
194,41
85,35
48,25
38,35
0,83
1,01
Примечание. Числитель - абсолютно сухих фракций
Знаменатель - естественной влажности
76
2,57
0,78
14,28
6,54
57,68
26,94
53,52
21,29
72,69
30,21
20,58
13,56
ВЕСТИ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ ЧЕРНОЗЕМЬЯ
№1(15). 2009
Таблица 2
Расчет количества электроэнергии, заключенной на корню, в лесоэкономических подрайонах
Томской области
Лесоэкономический
подрайон
Эксплуатацонные
запасы, млн. м3 ∕год
Валовый потенциал,
Пкал ∕год
Валовый потенциал,
ГВтч ∕год
Александровский
149,7
245,63
285,67
Нарымский
268,8
461,67
536,92
Колпашевский
687,4
1180,49
1372,91
Томский
Железнодорожный
Кетский
Асиновский
Чулымский
133,8
115,9
172,3
49,6
53,8
229,88
199,04
295,95
85,07
92,23
267,35
231,48
344,19
98,94
107,26
Рис. График стоимости эл. энергии
ляем технически доступный потенциал биомассы, который соответствует существующему в области уровню развития лесной
отрасли и объему промышленных и санитарных рубок. Объем стволовой древесины 1,603 млн. м3.
Для территориальной привязки и определения количества электроэнергии, которое
возможно получить из биомассы, разбиваем
область на лесоэкономические районы и по
известным показателям находим количество
энергии, заключенное на корню, в энергетических единицах, табл. 2. Из таблицы видно,
что биомасса в Томской области обладает
значительным потенциалом для использования в децентрализованных зонах с небольшим энергопотреблением.
Оценка технического потенциала:
В ходе работы были проработаны следующие вопросы.
Обзор существующих способов и
средств производства электрической энер77
СОЦИАЛЬНЫЕ И ЭКОНОМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
гии с использованием древесной биомассы и
торфа:
- газогенераторные электростанции;
- пиролизные электростанции;
- малые паровые электростанции.
Для выбора способа получения электрической энергии из существующих вариантов
необходимо провести сравнительную оценку рыночных возможностей технологий получения электроэнергии из биомассы.
Технология быстрого пиролиза имеет
рыночное преимущество перед газификацией в двух случаях:
Во-первых, если источник биомассы находится на достаточно большом расстоянии
от потребителя электроэнергии, то пиролизер располагается вблизи источника сырья, а
генератор - возле потребителя. Возникающие при этом затраты на транспортировку
пиротоплива меньше, чем на транспортировку биомассы.
Во-вторых, если электроэнергия необходима в нескольких отдаленных точках, то
одна пиролизная установка (расположенная
возле источника биомассы) может обслуживать несколько генераторов. В этом случае
капитальные затраты экономятся за счет одной крупной установки вместо нескольких
небольших.
Сравнительный анализ технических характеристик установок для использования
на базе существующего ресурсного потенциала, интересующих объектов энергообеспечения и климатических условий показал,
что в условиях Томской области наиболее
рационально использовать газогенераторные и газодизельные установки небольшой
мощности.
Результаты
технико-экономического
анализа доказывают эффективность приме-
78
нения локальных электростанций, использующих биотопливо. Стоимость электрической энергии в диапазоне мощностей до
500 кВт оказывается в 5-10 раз ниже средней
стоимости электрической энергии от ДЭС в
децентрализованных зонах Томской области.
Из графика видно, что стоимость электрической энергии находится в пределах
Сэл.эн=2,141÷0,959 руб./кВтч для установок
мощностью 30÷75 кВт и Сэл.эн=1,516÷
0,738 руб./кВтч для установок мощностью
200÷500 кВт.
Таким образом, Томская область имеет
все предпосылки для эффективного использования газогенераторных установок. Проект внедрения газогенераторных станций
поддерживается администрацией области,
данная работа является составной частью
этой разработки.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Безруких, П.П. Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России [Текст] / П.П.
Безруких [и др.]. – СПб.: Наука, 2002. -314 с.
2. Коновалова, Л.П. Исследование потенциала возобновляемых энергоресурсов
территории Томской области [Текст] / Л.П.
Коновалова // Материалы докладов всероссийской научной конференции молодых ученых «Наука. Технологии. Инновации»: сб. –
Новосибирск: Изд-во НТГУ, 2002. – С. 74-75.
Сведения об авторах
Коновалова Людмила Петровна, аспирант Томского политехнического университета.
Скачать