Энергоснабжение АПК. О ТЭЦ и работе котельных на отходах растительного происхождения
По данным Минэкономразвития энергоемкость российского ВВП на 46% превышает средний мировой уровень, однако негативное влияние повышения тарифов на темпы развития экономики очевидно. Разумеется, бизнес ищет пути снижения затрат на энергоносители. Особенно активно действуют компании в растущих отраслях, для которых промедление в решении энергетических задач может обернуться утратой конкурентных позиций.
Один из ярких примеров — пищевая промышленность и агропереработка. К 2023 году Минэкономразвития обещает увеличение объемов производства сельскохозяйственной продукции относительно 2019 года на 7,5%, пищевой промышленности — на 14,3%. Рост производства происходит за счет развития действующих и строительства новых перерабатывающих мощностей и неизбежно сопровождается растущей потребностью отрасли в электроэнергии и тепле. Избыточные затраты на энергоснабжение отражаются на себестоимости продукции и в условиях регулирования цен снижают возможности компании инвестировать в развитие производства в тот момент, когда это активно делают другие участники рынка. Они оказываются вынуждены рассматривать альтернативные виды топлива.
В ходе сбора урожая и переработки ряда сельскохозяйственных культур в пищевую продукцию образуется значительное количество биомассы, обладающей энергетическим потенциалом, ненамного уступающим традиционным видам топлива.
В России — достаточно большой объем производства бобовых и зерновых культур. Вовлечение отходов их переработки в топливный баланс агросектора увеличивает потенциал альтернативной тепло- и электрогенерации в отрасли.
Так, например, для производства 15,37 млн тонн подсолнечного масла в 2019/2020 г. было переработано 30,7 тонн семян подсолнечника, а объем подсолнечной лузги составил не менее 3,5 млн тонн, что позволяет оценить годовой потенциал теплогенерации в 12 млн Гкал. Этого хватило бы, чтобы полностью обеспечить теплом промышленность Ирландии.
Уступая по теплотворной способности ископаемым топливам, биомасса имеет, как минимум, два значимых преимущества. Во-первых, она ничего не стоит для предприятия, так как является побочным продуктом производства. А во-вторых, замещение традиционных газа или угля агротопливом позволяет снизить выбросы СО2.
Поскольку образование растительной массы, из которой получены отходы аграрного сектора, было сопряжено с фотосинтезом, а значит — с потреблением CO2 из атмосферы, топливо из биомассы относится к потенциально углерод-нейтральным, и замещение им традиционных ископаемых видов топлива снижает углеродный след предприятия.
Так, одна тонна лузги, используемой для теплогенерации, снижает выбросы углекислого газа на 790,10–1162,53 кг в зависимости от того, какое топливо замещено лузгой.
В случае природного газа:
- 1 тонна подсолнечной лузги замещает 428 м3 газа,
- снижение выбросов углекислого газа составит 807,6 кг.
При использовании в составе энергоисточника электрогененирующего оборудования положительный эффект усиливается. Несмотря на то, что в общепринятой терминологии к энергоемким отраслям в нашей стране пищевая промышленность и агропереработка не относятся (не спорим, с машиностроением они, и правда, не сравнятся), затраты электроэнергии на маслоэкстрационном заводе значительные — 118 кВтч на тонну готовой продукции (нерафинированного масла). Производство 1 кВт в России сопровождают 510–520 г выбросов эквивалентов СО2. Поэтому потребление сетевой электроэнергии оказывает существенное влияние на уровень эмиссии маслоэкстракционных заводов. Таким образом, переход на собственную тепло- и когенерацию на отходах биомассы может минимизировать негативное влияние на окружающую среду.
Проблеме изменения климата в нашей стране традиционно уделяется значительно меньше внимания, чем в Европе. Однако если (а точнее когда) инициатива Еврокомиссии по введению углеродных пошлин для любых товаров из стран за пределами Евросоюза, где уровень углеродных выбросов более высокий, чем в ЕС, выдвинутая осенью 2020 года, будет реализована, повышение значимости климатической повестки неизбежно.
При этом для компаний агросектора, работающих на международном рынке, а особенно тех, кто планирует выход на IPO, сознательная политика в отношении окружающей среды и климата уже сегодня является эффективным инструментом формирования имиджа и завоевания доверия партнеров и инвесторов.
Еще одно преимущество — решение проблемы отходов. Площадь мусорных полигонов и свалок в России составляет около 4 млн гектаров. Причем, если энергетическая утилизация отходов биомассы способствует снижению выбросов СО2, то ее захоронение, напротив, негативно влияет на изменение климата. Разложение органических отходов сопровождается выделением парникового газа — метана, а мусорные полигоны являются третьим по величине источником метана после отрасли ископаемого топлива и сельского хозяйства.
Будем честны, какими бы весомыми не были экологические факторы, определяющее значение для руководства и собственника предприятия играет экономический эффект любого проекта, требующего инвестиций (а в случае строительства собственного энергоисточника они весьма существенны).
Возврат инвестиций в строительство ТЭЦ или котельной на отходах биомассы осуществляется за счет:
- снижения затрат, связанных с захоронением отходов и платой за негативное воздействие на окружающую среду (НВОС), создающих сегодня существенную финансовую нагрузку на сельхозпроизводителей. Например, малоэкстракционный завод с мощностью переработки 1000 тонн семян в сутки в связи с утилизацией основного отхода — лузги подсолнечника — в среднем тратит:
— на транспортировку и размещение отходов на полигоне — 102 млн рублей в год (сумма может варьироваться в зависимости от тарифов региональных операторов),
— на платежи НВОС, рассчитываемые, исходя из массы и класса опасности отходов (лузга относится к V классу), — 72 млн рублей. - выработки более дешевой по сравнению с приобретаемой у внешних поставщиков энергии. Наша практика расчетов рентабельности проектов показывает, что целесообразно рассматривать собственную генерацию, если электроэнергия обходится дороже, чем 3,7 рублей за кВтч. В большинстве регионов с развитым сельским хозяйством и агропромышленным производством электроэнергия дорогая, и действующие тарифы существенно превышают этот показатель.
- исключения затрат на присоединение дополнительной сетевой мощности. Стоимость подключения по разным регионам различна и зависит от существующей инфраструктуры. Если подстанция находится рядом, и она недозагружена, то стоимость подключения будет относительно невысока; если до предприятия нужно будет тянуть ЛЭП, то потребитель должен будет её оплатить, и она будет включена в стоимость присоединения мощности. В среднем диапазон затрат в расчете на 1 МВт составляет 30–80 млн рублей (единовременный платеж), но в отдельных случаях, упомянутых выше, может и превышать эту сумму.
При оценке целесообразности проекта собственной тепло- или когенерации важно принимать в расчет не только действующие тарифы на электроэнергию, текущее энергопотребление и сумму экологических платежей, но и составлять прогнозный сценарий с учетом повышения тарифов и планов развития предприятия (то есть учитывать вероятную потребность в дополнительной мощности и ее стоимость, а также увеличение количества отходов и платы за их размещение).
Каковы же основные пути для предприятий, рассматривающих перспективу энергетической утилизации отходов биомассы? По типу вырабатываемой энергии объекты энергетической утилизации отходов можно разделить на две основные группы:
- теплогенерация (котельные на биомассе);
- когенерация (ТЭЦ и мини-ТЭЦ на биомассе).
Сразу оговоримся, в данной статье мы рассматриваем исключительно решения, основанные на технологии прямого сжигания. Одна из популярных ее альтернатив — производство пеллетного топлива для последующего получения энергии — целесообразна к применению исключительно в целях его продажи (или снабжения собственных объектов, удаленных от источника отходов), поскольку пеллеты удобнее транспортировать. Коммерческая реализация пеллетов как способ утилизации отходов имеет существенный недостаток — сезонность спроса, а значит, вне отопительного сезона вам по-прежнему будет нужно решать вопрос со складированием отходов. Для энергообеспечения собственного производства использование пеллетных котлов нерационально с экономической точки зрения, поскольку требует неоправданных капитальных затрат, а преимуществ с точки зрения эффективности сжигания не имеет.
Котельная на растительном топливе позволяет обеспечить стабильное теплоснабжение производства и сопутствующих объектов, минимальные потери тепла за счет размещения в непосредственной близости к потребителям и кардинально снизить затраты на приобретение тепловой энергии.
Строительство собственной ТЭЦ или мини-ТЭЦ на отходах сельскохозяйственного производства целесообразно и выгодно для предприятий при соблюдении таких условий, как:
- наличие собственных отходов в количестве, достаточном для покрытия собственных нужд в тепловой энергии и для выработки электрической энергии;
- высокая стоимость энергии в регионе;
- потребность в тепловой энергии у потребителей предприятия, отбор которой можно организовать непосредственно с турбины (более выгодный режим когенерации).
Таким образом, оптимальный тип источника, прежде всего, определяется размером предприятия (а значит, масштабом переработки сырья и потребностью в энергии). Для небольших заводов — это котельная, для крупных производственных площадок — собственная ТЭЦ.
Давайте на расчетном примере из практики компании «Первый инженер» проанализируем и сравним энергетический потенциал отходов лузги подсолнечника и возможности экономии, связанные с внедрением технологии энергетической утилизации маслоэкстракционных заводов различной мощности.
А теперь оценим потенциальную экономию от двух типовых решений — котельной и мини-ТЭЦ:
Таким образом, очевидно, что энергетическая утилизация позволяет полностью закрыть потребности обоих предприятий в тепле, а при внедрении технологии когенерации — обеспечить полностью автономное энергоснабжение. При этом в обоих случаях потенциал выработки при условии использования 100% отходов лузги значительно превышает энергетические потребности предприятия.
Для небольших предприятий применение когенерационных решений нецелесообразно. Необходимое для электрогенерации турбинное оборудование существенно увеличивает капитальные затраты в строительство энергоцентра, а экономия на покупке электроэнергии оказывается недостаточной, чтобы их оправдать. При том, что потребности в тепле оказываются меньше потенциала его выработки, исходя из количества образующихся отходов, оптимальным решением остается строительство котельной и утилизация невостребованной для ее работы лузги традиционным способом.
Разумеется, данных расчетного примера недостаточно для точной оценки рентабельности проектов и срока возврата инвестиций: ни данные о стоимости подключения к сетям, ни прогнозные значения по тарифам на электроэнергию, газ и утилизацию отходов не учтены.
Тем не менее, на основе рассматриваемых данных мы можем получить общее представление о потенциале экономии за счет строительства котельной и мини-ТЭЦ.
Для котельной экономия будет достигаться за счет исключения затрат на газ для выработки тепла (в рассматриваемом примере она составит 11,4 млн рублей в год), а также снижения платежей, связанных с захоронением отходов (в нашем случае для обеспечения предприятия теплом будет использовано около 35% образующейся лузги, что позволит снизить платежи на захоронение отходов на 19 млн рублей), и суммарно составит 30,4 млн рублей в год.
Собственная мини-ТЭЦ — проект, требующий значительно больших инвестиций, но зато позволяющий достичь существенно больших результатов. В большинстве случаев собственное энергопотребление маслоэкстрационного завода ниже, чем мощность энергоисточника, рассчитанного на сжигание 100% отходов. В рассматриваемом примере для полного обеспечения потребностей в тепле и электроэнергии сжигается 80% отходов лузги. Экономия на энергоносителях и платежах, связанных с размещением отходов, составит 258 млн рублей в год. Если у предприятия есть потенциальные потребители вырабатываемой энергии, целесообразно рассмотреть строительство источника большей мощности (для утилизации 100% отходов) и перспективу продажи избытков энергии для получения дополнительной прибыли.
Пример энергоисточников, работающих на лузге подсолнечника, наглядно демонстрирует значительный потенциал экономии от внедрения энергетической утилизации отходов на маслоэкстракционных заводах. В отрасли это хорошо понимают и активно используют преимущество — бесплатное топливо. И если раньше предприятия в основном шли по пути строительства котельных, сегодня в тренде — когенерация, позволяющая достичь максимального экономического эффекта.
Но в начале этой статьи неспроста приведены данные о других видах топлива. Вернитесь к этому рисунку, и вы увидите, что по теплотворной способности другие отходы растительного происхождения сопоставимы с лузгой подсолнечника, а некоторые — даже превосходят ее. При этом энергетическая утилизация отходов на предприятиях переработки этих культур сегодня в России практически отсутствует. Принимая во внимание растущие тарифы и обострение ценовой конкуренции на рынке, уверен, что вскоре ситуация изменится.
