Партнеры журнала:

Биоэнергетика

Щепа как твердое биотопливо в Европе

Перспективы использования щепы в ЖКХ России

Твердые виды топлива согласно европейским нормам Pre-Norm prCEN/TS 14961 подразделены на группы. Для генерации тепловой и электроэнергии применяется древесная щепа, которая относится к важной группе древесной биомассы (в эту группу входят дрова, пеллеты, брикеты).

Новости по теме:

27 августа 2015
В Великобритании построят биотопливную ТЭЦ мощностью 299 МВт

10 августа 2015
Правительство снизило вдвое вывозные пошлины на некоторые виды пиломатериалов и топливную щепу

22 мая 2011
Экспорт щепы в Финляндию уверенно растет

Древесная биомасса классифицируется по этим нормам согласно происхождению (способу получения). Каждой группе присваивается свой код. Из-за разнообразия происхождения видов топлива в этой группе оно различается и по качеству (качественным показателям):

  • щепа, полученная из древесины проходных и санитарных рубок, рубок ухода;
  • щепа, полученная из отходов деревообработки, переработанных отходов, не содержащих химических примесей, и б/у деревянных конструкций (непригодные к дальнейшей эксплуатации европалеты, строительные леса и крепеж, столярные изделия и т. п.).

Возрастает и интерес к щепе, полученной в результате ландшафтных работ по уходу за зелеными насаждениями в парках, рекреационных зонах, полосах отчуждения железных дорог и автобанов, а также к щепе, получаемой из быстрорастущих деревьев, выращиваемых на специальных плантациях.

Классификация и стандарты щепы

Таблица 1. Соответствие классификации древесной щепы по
австрийским нормам ÖNORM M7133 и по европейским
CEN/TS 14961 
По размеру

Таблица 1. Соответствие классификации древесной щепы по австрийским нормам ÖNORM M7133 и по европейским CEN/TS 14961 по размеру
По влажности
Таблица 1. Соответствие классификации древесной щепы по австрийским нормам ÖNORM M7133 и по европейским CEN/TS 14961 по влажности
По зольности
Таблица 1. Соответствие классификации древесной щепы по австрийским нормам ÖNORM M7133 и по европейским CEN/TS 14961 по зольности

В Европе существует технический комитет, ведущий разработку стандарта CEN/TS 335 «Твердая биомасса», в котором имеются описания всех видов твердого биотоплива, в том числе щепы, древесных гранул и брикетов, опилок, соломы и др. В стандарте содержится вся нормативная информация, приведены требования к физическим и химическим свойствам топлива, требование указывать источник его происхождения. В документе CEN/TS 14961 «Твердое биотопливо. Спецификация и классы» содержатся впервые разработанные общеевропейские нормы для твердого биотоплива.

До того как в Германии были приняты требования норм европейского стандарта DIN, щепу использовали без учета ее классификации либо в соответствии с австрийским стандартом Önorm M7133. Основные качественные параметры щепы по австрийскому стандарту − это размеры (например, для стандарта G30 максимальное сечение − 3 см2, для G50 − 5 см2) и влажность (например, W35 − 35%).

Нормативные характеристики щепы по CEN/TS 14961 «Твердое биотопливо. Спецификация и классы»:

  • происхождение;
  • размер частиц (P16/P45/P63/P100);
  • содержание влаги (M20/M30/M40/M55/M65);
  • зольность (A0.7/A1.5/A3.0/A6.0/A10.0).

Информационные характеристики щепы:

  • теплота сгорания (низшая теплота сгорания (LHV)), МДж/кг или кВтч/м3;
  • объемная плотность, кг/м3, от которой зависят необходимые размеры складских помещений и транспортные расходы;
  • содержание хлора, % (Cl0.03/Cl0.07/Cl0.10/Cl0.10);
  • содержание азота, % (N0.5/N1.0/N3.0/N3.0).

В этом документе указаны и многие другие характеристики: содержание химических элементов и летучих веществ, температура плавления золы и т. п.

Европейский комитет по сертификации CEN при разработке новых общеевропейских норм классификации щепы учитывает как австрийский стандарт Önorm M7133, так и другие стандарты щепы, действующие в 27 европейских государствах.

Производство и транспортировка щепы

Таблица 2. Зависимость теплотворной способности различных
пород древесины от влажности

Посмотреть в PDF-версии журнала. Таблица 2. Зависимость теплотворной способности различных пород древесины от влажности

Большая часть владельцев небольших котлов (около 70%) в личных хозяйствах в сельских и лесных районах Германии заготавливают щепу самостоятельно, используя собственные или арендованные рубительные машины. С этой целью применяются как мобильные, так и стационарные установки. Для переработки б/у «столярки» и прочей старой древесины используются специальные стационарные измельчители с малооборотным приводом (шредеры и дробилки). В Германии щепа, полученная таким путем, называется Schredderholz − раздробленная, измельченная древесина. Применяются рубительные машины самых разных типов: дисковые, барабанные, шнековые, причем как самоходные, так и приводящиеся в действие через вал отбора мощности тракторов (см. техобзор «Мобильные рубительные машины и измельчители биомассы»). На теплоэлектростанциях, работающих на биомассе, установлены стационарные рубительные машины (см. техобзор «Стационарные рубительные машины и шредеры»).

В промышленном масштабе в Европе применяют следующие методы производства и транспортировки щепы:

1. Получение щепы непосредственно на деляне. Порубочные остатки измельчаются в щепу на месте вырубки леса в специальной мобильной измельчительной машине с накопительным бункером. По мере наполнения бункера щепа перевозится на придорожную площадку, где после механического опрокидывания бункера пересыпается в большие контейнеры. Затем щепа транспортируется грузовым автомобилем-контейнеровозом на электростанцию, а пустые контейнеры возвращаются на площадку. Это наиболее дорогостоящий вариант производства и доставки щепы.

2. Измельчение на придорожной площадке. Лесосечные отходы перевозятся на придорожную площадку. Отходы складируются и высушиваются. Их измельчение в щепу происходит круглогодично. Доставка щепы до электростанции осуществляется автотранспортом: контейнерами или щеповозами. Щепа подается с измельчительной машины непосредственно в контейнер или щеповоз, без складирования на площадке. Такая производственная схема является основной в Швеции и Финляндии.

3. Измельчение на специализированном терминале. Порубочные остатки перевозятся с деляны на терминал для сушки, измельчения и дальнейшей перевозки автотранспортом конечному потребителю. Производственные этапы аналогичны этапам заготовки на придорожной площадке.

4. Дробление непосредственно на электростанции. Лесосечные отходы пакетируются на деляне и перевозятся автотранспортом на электростанцию. Измельчение осуществляется на стационарной дробилке. Такой метод более экономичен и позволяет избежать несогласованности в работе звеньев технологической цепочки, которые зачастую присущи описанным выше методам получения щепы.

Для получения щепы высокого качества согласно новым нормам классификации необходимо сортировать поступающее сырье. Огромное значение для получения качественной щепы имеет влажность сырья, которая не должна превышать 30%. При такой влажности полученная щепа может храниться на складе, не подвергаясь биологическому разложению и не теряя энергетической ценности. Поскольку свежесрубленная древесина имеет влажность 50−60%, перед измельчением ее необходимо высушить до 30%. Ведь именно от влажности зависит теплота сгорания (теплотворная способность) щепы.

Использование щепы в энергетике

В Европе щепу используют в энергетике в основном на крупных теплоэлектростанциях мощностью от одного до нескольких десятков мегаватт. Но из-за повышения стоимости ископаемых видов топлива в последние годы, а также в связи с появлением на рынке новых моделей котлов мощностью от 15 кВт щепу стали применять как в частном секторе, так и в небольших коммунальных и промышленных котельных, особенно в сельской местности. Сжигание щепы происходит в автоматическом режиме. Стоимость получения одного киловатта тепловой энергии в маломощных котлах, работающих на щепе, сопоставима со стоимостью получения того же киловатта в пеллетных котлах. Главные отличия таких котлов от пеллетных − большие размеры накопительного бункера и топливного склада. За счет этого котел вместе со складом для щепы дороже котельного оборудования, работающего на пеллетах. На ТЭЦ в основном используются котлы для сжигания щепы, так как в этом случае стоимость генерации энергии ниже, чем при эксплуатации пеллетных котлов. Поэтому пеллеты используются в основном на электростанциях, расположенных вдали от лесных территорий, куда подвоз щепы авто­- или железнодорожным транспортом нерентабелен в отличие от поставок пеллет морскими или речными судами. Это характерно для Нидерландов, Бельгии, Дании, Швеции и Великобритании.

По последним статистическим исследованиям, в 2005 году для отопления в частном секторе в Германии было использовано всего 1,1% щепы от общего годового потребления (20,7 млн м3) всех видов твердого биотоплива из древесной биомассы, что соответствует 230 тыс. плотных кубометров древесины. В домашнем хозяйстве главным образом эксплуатируются камины и котлы с ручной загрузкой, в качестве топлива используются в основном дрова и обрезки пиломатериалов.

В коммунальных и промышленных котельных с установленной мощностью менее 1 МВт сжигается 3,6 млн м3 щепы, а в котельных мощностью от 1 МВт − 15,5 млн м3. Для справки: средняя стоимость щепы влажностью 20% в Германии составляет 118 евро за тонну, влажностью 35% − 80 евро за тонну, а влажностью более 50% − 38 евро за тонну (около 15 евро за насыпной кубометр).

По расчетам европейских био­энергетических агентств, потребление дров в 27 странах Евросоюза в 2005 году составляло 184 млн м3, а щепы, пеллет и брикетов − 38,9 млн м3. По прогнозам, в 2050 году потребление дров в ЕС должно снизиться до 96,6 млн м3 (-48% к 2005 году), а щепы, пеллет и брикетов − увеличиться до 194,6 млн м3 (+400%).

Использование щепы в России

В РФ многие предприятия деревообрабатывающей промышленности уже давно используют щепу для получения тепловой энергии. Однако в жилищно-коммунальном хозяйстве страны щепа пока не получила массового применения, так как до сих пор не принята столь необходимая для России государственная программа использования твердого биотоплива в ЖКХ, без которой невозможно его широкое применение в коммунальной энергетике России. Хотя уже во многих регионах страны (Ленинградской, Вологодской, Кировской областях, Республике Карелии и др.) в последние годы было запущено в эксплуатацию несколько новых и модернизированных котельных, использующих щепу и опилки как основной вид топлива.

Одна из проблем российской экономики − высокая энергоемкость. Удельная энергоемкость ВВП в РФ в три раза выше, чем в некоторых странах Западной Европы. В первую очередь это касается ЖКХ. Причина прежде всего в растущих потерях и увеличении стоимости энергоресурсов в коммунальных сетях и котельных вследствие их износа, достигающего порой 60%. Параллельно ухудшается экологическая обстановка и растет загрязнение окружающей среды.

Последние годы все чаще можно слышать о региональных программах перевода коммунальных котельных на биотопливо, в основном на древесные топливные гранулы (пеллеты) и брикеты. Щепу почему-то многие разработчики подобных программ забыли, а ведь себестоимость 1 ГКал тепла при сжигании щепы ниже, чем при сжигании тех же гранул или брикетов. Так как в производстве топливных гранул и брикетов, помимо опила и стружки, используется та же щепа, во многих случаях нет смысла инвестировать в дорогостоящие заводы по изготовлению этих видов биотоплива, если предусматривается их применять только для выработки тепловой энергии в местных котельных. Значительно дешевле будет наладить заготовку щепы на месте. А пеллеты и брикеты целесообразнее использовать в частном секторе и в небольших котельных мощностью до 1 МВт.

Одним из перспективных направлений повышения энергоэффективности жилищно-коммунального комплекса страны является модернизация за счет широко применяемых в Европе технологий сжигания древесного топлива, произведенного из малоценной древесины и лесосечных отходов. Поселки, расположенные в лесных районах Урала, Сибири и Дальнего Востока, вынуждены закупать ископаемое топливо (уголь, мазут, дизтопливо) и завозить его за сотни и тысячи километров. При этом в РФ миллионы тонн (более 65) порубочных остатков, лесопильных отходов и низкосортной древесины практически не используются. А ведь такие отходы, собранные в радиусе до 50 км от населенного пункта и переработанные в щепу, могут обеспечить теплом даже районный центр, не говоря уже о деревнях и рабочих поселках. Эта щепа, которую часто называют топливной или «зеленой» (так как на измельчительную машину подаются сучья, кора, ветки с листвой, составляющие от 20 до 25% биомассы дерева), не используется в плитном и гидролизном производствах. Ее экономически целесообразно заготавливать в регионах с проблемным лесопользованием, где качество лесов упало и лесопользование становится невыгодным. Одной из важнейших причин недоиспользования расчетной лесосеки в таких регионах является отсутствие производств по переработке низкосортной древесины (тонкомера и сухостойной древесины от рубок ухода) и мероприятий по воспроизводству лесов. При переводе коммунальных котельных в таких районах с угля на щепу решаются многие проблемы: создаются новые рабочие места, снижается нагрузка на местный бюджет за счет значительного сокращения стоимости выработанной тепловой энергии.

Учитывая, что угольные котельные и котельные на щепе имеют во многом схожую конструкцию, а принципиальное устройство самих котлов идентично, многие угольные котельные можно переводить на щепу без замены самих котлов − после незначительной модернизации (в частности, обеспечения подачи и автоматизации). Можно применять совместное сжигание угля и щепы, что уже давно практикуется во многих европейских странах.

Конечно, не все котельные годятся для реализации подобных проектов. В первую очередь нужно рассматривать проблемные котельные, котельные в отдаленных районах, где очень высока стоимость угля, а сырьевая база отходов лесозаготовки в регионе достаточна для производства необходимого количества топливной щепы.

Использование щепы, полученной путем измельчения низкотоварной древесины, порубочных остатков и лесосечных отходов, повысит не только энергоэффективность ЖКХ, но и рентабельность лесозаготовительных предприятий, позволит эффективно выполнять мероприятия по уходу за лесом и ведению устойчивого лесного хозяйства и улучшит экологическую обстановку в лесных регионах.

Сергей ПЕРЕДЕРИЙ
EKO Holz und Pellets GmbH