Собственная энергия дешевле покупной

Затраты на электрическую и тепловую энергию составляют в структуре себестоимости продукции предприятий лесопромышленного комплекса до 25% и уступают только затратам на сырье.

В связи с постоянным, а в последние годы интенсивным ростом цен на энергоресурсы следует ожидать увеличения как самих затрат на приобретение энергоресурсов, так и их доли в суммарных издержках производства. В условиях неизбежного сближения внутренних цен на энергоресурсы с мировыми многие предприятия пытаются искать альтернативу приобретаемым энергоресурсам в собственном древесном топливе, главным образом отходах основного производства. К сожалению, при этом зачастую не принимается во внимание такой ресурс древесного топлива, как дровяная древесина. Современная структура лесных насаждений, особенно в Европейской части РФ, такова, что каждое третье дерево не может быть использовано для производства пиломатериалов, технологической щепы, балансов или другой товарной продукции, а может быть реализовано только в качестве дров.

Себестоимости заготовки деловой и дровяной древесины практически не отличаются. Предприятиям приходится продавать дрова по ценам втрое и более низким, чем себестоимость, и перекладывать убытки от дров на пиловочник и другие деловые сортименты, завышая их цену. Часто лесозаготовители бросают дровяные деревья на лесосеке, ухудшая условия для возобновления леса и экологическую ситуацию в целом.

Выход из сложившегося положения нам видится в энергетическом использовании дров, древесных отходов основного производства и вообще всей некачественной древесины. Полностью используя ресурс древесного топлива на паротурбинных тепловых электростанциях, предприятия смогут не только полностью обеспечить себя собственной тепловой и электрической энергией, но во многих случаях производить электроэнергию как товарную продукцию гораздо более ликвидную и существенно легче транспортируемую к потребителю, чем дрова.

Рост цен на покупные энергоресурсы заставляет предприятия более полно использовать древесину в качестве топлива. К сожалению, речь идет пока об установках малой единичной мощности, главным образом о водогрейных и реже паровых котлах производственно-отопительных котельных. В мире же действуют сотни ТЭЦ на растительном топливе мощностью от долей МВт до 550 МВт. В то же время в России за последние 50 лет такие электростанции по мере их физического износа закрывались, и предприятия переходили на электроснабжение от государственных электросетей. В настоящее время действуют всего несколько ТЭЦ на древесном топливе и строятся 2−3 новых. Это происходит, в основном, из-за отсутствия у предприятий достаточных средств для капиталовложений и недоступности относительно дешевых долгосрочных кредитов. Но немаловажно и недостаточное осознание собственниками и менеджментом предприятий ЛПК возможностей и экономической эффективности энергетики с использованием древесного топлива.

С 1998 года ГНЦ ЛПК ТЭ по заказам предприятий и контракту с Минпромнауки, при поддержке Российско-шведской программы по развитию биоэнергетики в Северо-западном регионе РФ ведет работы по оценке экономической эффективности промышленных ТЭЦ на древесном топливе и разрабатывает для них оборудование, которое пока не выпускается отечественными заводами: топочные устройства оригинальной конструкции, линии производства и механизированные склады топлива. Основное оборудование − котлы, турбогенераторы, дутьевые машины и пр. серийно выпускаются нашими партнерами ОАО «Калужский турбинный завод» и ОАО «Бийскэнергомаш».

В зависимости от мощности и характеристик потребителей на промышленных тепловых электростанциях предприятий ЛПК могут быть установлены турбогенераторы мощностью от 0,6 до 6,0 МВт с турбинами конденсационными, противодавления и с регулируемыми отборами пара. Принципиальные схемы тепловых электростанций показаны на рис. 1. Конденсационные турбины предназначены только для привода электрогенератора и не предусматривают отбора пара для теплового потребления. При наличии таких потребителей они должны обеспечиваться паром непосредственно от котлов ТЭЦ или от котлов отдельной производственно-отопительной котельной. На ТЭЦ с турбинами противодавления весь пар после турбин направляется тепловым потребителям, что наиболее выгодно с точки зрения использования теплоты топлива. Но в этом случае через турбину можно пропустить только такой расход пара, который необходим для теплового потребления − не больше и не меньше. Разновидностью турбин противодавления являются турбины с коденсаторами-бойлерами. В них пар на выхлопе турбины имеет давление достаточное для нагрева воды, отводящей теплоту от конденсирующегося пара до 90°С, и использования ее в качестве сетевой.

Турбины с регулируемым отборам позволяют некоторую долю расхода пара забирать из проточной части турбины при давлении и в количестве, необходимом тепловым потребителям, а оставшемуся пару дать возможность расшириться до давления в конденсаторе (0,004… − 0,006 МПа) и произвести максимально возможную работу. В этой схеме электрическая (N) и тепловая (Q) мощности могут изменяться независимо друг от друга и в широких пределах. Такой способ производства тепловой и электрической энергии представляется предпочтительным для промышленного предприятия с разнообразными потребителями, работающими по различным суточным и годовым графикам.

Рассмотрим типичные ТЭЦ на древесном топливе с точки зрения их экономической эффективности. Согласно нашим расчетам для одного из предприятий в Томской области суммарные затраты на сооружение ТЭЦ с двумя турбогенераторами с конденсаторами-бойлерами ТГ-0,6/0,4-К1,3 мощностью по 600 кВт и тремя паровыми котлами ДКВр-10-13-225 паропроизводительностью по 10 т/ч. и всем необходимым вспомогательным оборудованием − составляют 70,7 млн руб. При годовом потреблении 47 тыс. пл. м³ древесного топлива ТЭЦ за год выработает 6250 кВтч электроэнергии и 50 тыс. Гкал тепловой энергии. При цене топлива 220 руб./пл. м³ годовые эксплуатационные затраты составят 21,6 млн руб., а себестоимость электроэнергии − 0,66 руб./кВтч и тепловой энергии − 349 руб./Гкал.

Суммарные затраты на сооружение для того же предприятия более мощной ТЭЦ электрической мощностью 4000 кВт с одной турбиной П-4-3,5/0,5 с регулируемым отбором и четырьмя котлами ДКВр-10-39-440 составят 104 млн руб. При годовом потреблении 117 тыс. пл. м³ топлива и неизменной выработке тепловой энергии 50 тыс. Гкал, определенной условиями предприятия, выработка электроэнергии составит 33 600 тыс. кВтч, что превышает потребности предприятия и позволяет реализовать излишки внешним потребителям. Себестоимость электроэнергии при этом составит 0,88 руб./кВтч, а тепловой энергии 289 руб./Гкал при годовых затратах 43,9 млн руб.

Сравнивая результаты расчетов по двум приведенным выше вариантам комплектации ТЭЦ, легко сделать вывод об относительной недогрузке ТЭЦ тепловым потреблением во втором варианте. В связи с этим представляется важным установить влияние на экономическую эффективность ТЭЦ цены топлива и соотношения тепловой (Q) и электрической мощности (N).

Расчеты выполнены для ТЭЦ установленной электрической мощностью 4 МВт, использующей древесное топливо с влажностью свежесрубленной древесины (Wр =55%). Низшая теплота сгорания рабочей массы такого топлива составляет 7000 кДж/кг. Принято, что турбоустановка работает 8000 часов в год на номинальной электрической мощности. Тепловая нагрузка полагалась постоянной в течение этого же времени и в различных вариантах расчетов изменялась от 0 (конденсационный режим) до 15,7 МВт (максимально возможный отбор при номинальной электрической мощности − 25 т/ч).

Все расчеты выполнены для трех значений цены на топливо − 100, 175 и 250 руб./пл. м³. На разных предприятиях цена на топливо может существенно различаться. Деревообрабатывающие предприятия, не ведущие заготовки древесины и использующие в качестве топлива только кору и отходы собственного производства, вправе в стоимость реализуемой продукции включить стоимость отходов.

Для таких предприятий себестоимость топлива включает только затраты на внутризаводскую транспортировку и хранение. Для предприятий, ведущих заготовку древесины, себестоимость топлива из дровяной древесины составляет более 300 руб./пл. м³. На этих предприятиях себестоимость топлива из смеси относительно дешевой щепы из отходов и опилок, а также более дорогой щепы из дровяных деревьев или хлыстов может колебаться в зависимости от соотношения составляющих в пределах 100… 250 руб./пл. м³.

Суммарные затраты на сооружение ТЭЦ с установленной электрической мощностью 4 МВт − 104 млн руб. складываются из затрат на котельное оборудование − 36,4 млн руб., турбоустановку − 43,4 млн руб., здание ТЭЦ − 11,2 млн руб., склад топлива − 3,5 млн руб., проектные работы − 9,5 млн руб.

Годовые затраты на выработку тепловой и электрической энергии, рассчитанные как сумма затрат на топливо, амортизационные отчисления, зарплату персонала, ремонт оборудования, воду и общестанционные расходы, оказались в различных вариантах в диапазоне 24,7−55,0 млн руб. Доля затрат на топливо в общих расходах изменяется от 1/3 (конденсационный режим, цена топлива 100 руб./пл. м³) до 2/3 (режим максимального расхода пара из отбора, цена на топливо 250 руб./пл. м³).

Разделение расхода топлива на выработку тепловой и электрической энергии и пропорциональное разделение общих затрат на выработку тепловой и электрической энергии выполнено по так называемому «физическому» методу. По этому методу расход топлива на выработку тепловой энергии определяется как расход топлива, необходимый для выработки теплоты при раздельном ее производстве, а разность между общим расходом топлива и расходом его на выработку теплоты приходится на выработку электроэнергии.

В странах ЕС применяются «экономические» методы, сводящиеся к следующему. На один из видов энергии цена задается, и по ней определяется выручка от продажи. Разность между годовыми затратами и этой выручкой переносится на производство другого вида энергии и определяет его себестоимость.

Введение в РФ «экономического» метода определения себестоимости вырабатываемых ТЭЦ видов энергии требует изменения законодательства и, по-видимому, произойдет нескоро. По нашим расчетам, результаты которых приведены на рис. 2, себестоимость электроэнергии оказалась в диапазоне от 0,49 руб./кВтч (максимальный расход пара из отбора, цена на топливо 100 руб./пл. м³) до 1,17 руб./кВтч (конденсационный режим, цена топлива 250 руб./пл. м³).

Важно не столько выявление более или менее очевидных тенденций понижения себестоимости тепловой и электрической энергии с увеличением отношения Q/N, а определение реального уровня величин себестоимости, что дает возможность оценить эффективность ТЭЦ на древесном топливе.

Современный уровень действующих тарифов на электроэнергию составляет около 1 руб./кВтч (без НДС). По нашим расчетам, уже при Q/N = 1,0 ТЭЦ на древесном топливе конкурентоспособны в современном диапазоне цен на него в РФ. При увеличении отношения Q/N себестоимость электроэнергии понижается и может составить при определенных условиях половину от цены по действующим тарифам.

Себестоимость тепловой энергии, результаты расчета которой представлены на рис. 3, также уменьшается с увеличением отношения Q/N и находится в диапазоне от 167 руб./Гкал (Q/N =4, цена топлива 100 руб./пл. м³) до 331 руб./пл. м³ (Q/N = 1, цена топлива 250 руб./пл. м³). При средней для РФ цене производителя на тепловую энергию на июль 2004 г. 294 руб./Гкал производство теплоты на ТЭЦ с использованием древесного топлива вполне конкурентоспособно.

Отношение себестоимостей электрической и тепловой энергии обусловлено термодинамически, и при принятых параметрах пара перед турбиной и в отборе равно приблизительно 3,8 независимо от величины Q/N.

Срок окупаемости капиталовложений может быть определен с некоторыми оговорками. Строго говоря, срок окупаемости определяется отношением капиталовложений к приросту прибыли предприятия-владельца ТЭЦ. В наших расчетах срок окупаемости определен как отношение всех капиталовложений к годовой экономии от замены покупки энергоресурсов выработкой их на собственной ТЭЦ. Экономия на оплате электроэнергии определена по разности среднего тарифа на нее, принятого равным 1 руб./кВтч, и себестоимости при выработке на собственной ТЭЦ. Экономия на оплате тепловой энергии определена по разности себестоимости тепловой энергии, вырабатываемой на собственной котельной, и себестоимости тепловой энергии, вырабатываемой на ТЭЦ. Себестоимость тепловой энергии, получаемой от котельной, определена специально выполненными расчетами для котельной, обеспечивающей расход пара равный максимальному расходу пара из отбора турбины − 25 т/ч. Она составляет при цене на топливо 100, 175 и 250 руб./пл. м³ соответственно 277, 347 и 418 руб./Гкал. Следует отметить, что даже при малых значениях Q/N себестоимость тепловой энергии, вырабатываемой на ТЭЦ, ниже, чем получаемой от котельной при одинаковых ценах на топливо. Как хорошо видно на графике рис. 4, приемлемый срок окупаемости может быть достигнут при определенной комбинации цены топлива и отношения Q/N. Конденсационная тепловая электростанция может окупиться при цене на топливо 100 руб./пл. м³ за 14 лет, а при цене 250 руб./пл. м³ она убыточна. При Q/N = 4 сроки окупаемости составляют при выбранных ценах топлива соответственно 3,8; 4,5 и 5,4 лет, что очень хорошо для объекта, рассчитанного на эксплуатацию в течение 30−50 лет. Для каждого конкретного значения цены на топливо можно определить значение Q/N, при котором срок окупаемости не превысит величины, удовлетворяющей инвестора.

Выполненные расчеты позволяют утверждать, что уже на стадии проектирования нового предприятия или реконструкции действующего следует решать проблемы энергообеспечения в тесной увязке с выбором производимой продукции и технологий. При правильном выборе технологических процессов, согласовании ресурса древесного топлива и потребностей в тепловой и электрической энергии можно получить кумулятивный экономический эффект. В необходимых случаях для повышения отношения Q/N следует обязательно использовать коммунальное потребление, теплицы и другие возможности в соответствии с местными условиями.

Как следует из изложенного, эффективность производства энергии с использованием древесного топлива определяется не только параметрами ТЭС, но и возможностями рационального использования тепловой и электрической энергии в оптимальных соотношениях. Выработка собственной энергии стимулирует углубление степени переработки древесины, производства более наукоемкой, а, следовательно, и более дорогой продукции, делает продукцию более конкурентоспособной, что еще более повышает эффективность производства.

Наиболее просто проблемы перевода предприятий на собственные источники энергии − древесное топливо -решаются на деревообрабатывающих предприятиях. С учетом того, что доля затрат на топливо, как уже отмечалось, составляет 1/3−2/3 от общих расходов на тепловую и электрическую энергию, низкие цены на собственные древесные отходы в деревообрабатывающих предприятиях делают производство энергии более эффективным и снижают срок окупаемости капитальных затрат. Этому же способствует и возможность наиболее рационального использования как тепловой, так и электрической энергии, поскольку деревообрабатывающие предприятия, как правило, являются энергоемкими. Существенно влияет на эффективность предлагаемых мер наличие производств, работающих круглосуточно по скользящему графику, таких как сушильные камеры, древесноплитные производства.

Не менее актуален, но значительно более сложен перевод на собственные источники энергии лесозаготовительных предприятий. Именно на лесозаготовительных предприятиях, работающих, как правило, в перестойных древостоях, образуется убыточная для них продукция − дрова. Однако себестоимость производства дров-сортиментов, из которых в настоящее время производится топливная щепа, равняется себестоимости производства деловой древесины (трудоемкость работ одинакова), а, следовательно, себестоимость производства топливной щепы из них выше, чем себестоимость деловой древесины. Для освоения этого ресурса сырья в качестве топлива целесообразно использовать разработанную нами технологию, существенно снижающую затраты на производство топливной щепы из дровяной древесины. В соответствии с этой технологией заведомо дровяные деревья должны отсортировываться в процессе лесозаготовок и поступать на специализированную линию для переработки на щепу. Переработка дровяных деревьев на щепу позволяет устранить из технологического процесса такие трудоемкие операции, как обрезка сучьев, раскряжевка, сортировка, штабелевка сортиментов. Трудоемкость производства щепы из деревьев почти в 2 раза ниже, чем выработка ее из дров-сортиментов. Это позволяет сократить убытки. В технологической линии используется оборудование, выпускаемое отечественными заводами. Оборудование позволяет перерабатывать на щепу деревья диаметром в комле до 80 см. Тонкомерная дровяная древесина перерабатывается на щепу пачками. Переработка дровяных деревьев вместе с кроной повышает использование биомассы деревьев на 8−10%. Устранение убыточности производства дров позволяет повысить эффективность лесозаготовительного процесса примерно на 20%. Кроме того, использование дровяной древесины для выработки энергии позволяет превратить убыточную древесину в самую ликвидную продукцию − энергию, цены на которую растут опережающими темпами.

Другой проблемой, связанной с переводом лесозаготовительных предприятий на древесное топливо, является отсутствие у большинства из них достаточных потребителей тепловой и электрической энергии, которую позволяют выработать имеющиеся ресурсы дровяной древесины и других отходов. Переработка древесины в большинстве леспромхозов отсутствует. Дома в поселках имеют печное отопление. Поэтому строительство в леспромхозах ТЭС должно быть совмещено со строительством деревообрабатывающих производств − потребителей энергии. Продукция деревообработки, выработанная с использованием собственной тепловой и электрической энергии, значительно более конкурентоспособна по сравнению с продукцией, произведенной с использованием покупной энергии.

Третьей и самой важной проблемой леспромхозов является отсутствие у большинства из них средств на осуществление приведенных выше мероприятий: лесозаготовительная отрасль в целом по стране убыточна. Наши исследования показывают, что реализация предлагаемых нами взаимосвязанных мероприятий по переводу лесозаготовительных предприятий на собственные источники энергии и развитие в них деревообрабатывающих производств позволяет резко повысить эффективность их работы. что открывает возможность получения кредитных ресурсов для их реализации.

Приглашаем предприятия ЛПК к сотрудничеству.
Контактный тел.: (095) 916-05-99.
E-mail: gnclpkte@rol.ru.

А. Б. ЛЕВИН, проф., В. С. СУХАНОВ, д.т.н.,
Головной научный центр лесопромышленного комплекса по технологиям и энергетике