Коммерциализация научно-технического потенциала газогенерации за рубежом и ее перспективы в России

Что имеем – не храним?

В этой публикации представлено современное состояние и вопросы коммерциализации серийных газогенераторных энергоустановок мощностью до 100 кВт. В таких установках для генерации энергии используют биомассу (в том числе отходы деревообработки) путем ее газификации.

Энергетическая отрасль - естественная монополия. Тесное взаимодействие с любой монополией для промышленного потребителя в долгосрочной перспективе непредсказуемо, но неизбежно снижает его конкурентоспособность. Этот постулат находит все больше подтверждений в отечественной практике. Рост энерготарифов неуклонен, стоимость подключения к централизованному энергообеспечению в России вплотную приблизилась к стоимости энергетического самообеспечения. Количество и тяжесть аварий и сбоев в сфере энергообеспечения нарастают. Качество энергии, поставляемой централизованными сетями энергоснабжения, все меньше удовлетворяет требованиям потребителей.

За рубежом эта проблема решается за счет повышения конкуренции, как внутриотраслевой - путем разработки и использования новых моделей и механизмов функционирования энергорынков (в том числе на принципах распределенной генерации энергии), так и межотраслевой - путем активного вывода на рынок (при поддержке государства и кредитно-­финансовых организаций) все большего количества новых технологий получения энергии и ее источников. Причем в последнем случае основной акцент делается на «зеленые» технологии и возобновляемые источники. Все эти меры благотворно сказываются на деловой активности, в которой значимую роль играет малый и средний бизнес. В конкурентной среде в целях сохранения и развития своей экономической активности энергопотребители рассматривают варианты устойчивого энергообеспечения, не требующие наличия монопольных посредников для доступа к источникам энергии и позволяющие им в нестабильных рыночных условиях повышать финансовую эффективность или как минимум сохранять ее. Внимание энергопотребителей  все чаще обращено к биомассе, и в частности древесине (как возобновляемому источнику энергии, к которому возможен прямой доступ, в обход естественных монополистов), а также к газогенерации (как массовой технологии, благодаря которой человечество смогло пережить смутные военные и послевоенные времена начала - середины XX века).

В мирное время крупные концентрированные и централизованные энергетические мощности, при прочих равных условиях, за счет экономии на условно-постоянных издержках (эффект масштаба) способны обеспечить потребителей более дешевой энергией, чем предлагают малые энергомощности. Поэтому, чтобы энергия газогенераторной (ГГ) энергоустановки по цене и качеству могла конкурировать с энергией, проставляемой энергетической монополией, необходимо «перекрыть» эффект масштаба другими эффектами, значимыми для современного энергопотребителя.

Имея четкое представление о мотивах и цели приобретения газогенераторной энергоустановки, исчерпывающие и надежные данные о биомассе, которую предполагается использовать для газификации, а также полная и адекватная информация обо всех условиях функционирования энергоустановки, ему несложно определить по стандартной методике экономическую эффективность покупки и использования такого оборудования. Поэтому конкретные технико-экономические расчеты в настоящей публикации не приводятся.

Значимые для покупателя газогенераторной энергоустановки и понятные ему эффекты возможны, как представляется автору, при одновременном выполнении нескольких условий. В первую очередь это касается характеристики биомассы как немонопольного энергоресурса, который будет подвергаться газификации в целях выработки энергии в виде электроэнергии, тепла, холода и, возможно, сжиженного топлива. Скорее всего, такой энергоресурс должен:

●  быть доступным на месте или поблизости в количестве, достаточном для обеспечения устойчивой работы газогенераторной энергоустановки в течение длительного периода (в зарубежной практике обычно 20 лет);

● находиться в форме, готовой к утилизации (как, например, ореховая скорлупа) или как минимум в форме, подходящей для измельчения (кусковая древесина, одноразовая упаковка, пищевые кухонные отходы) либо для уплотнения (отходы сельскохозяйственной деятельности);

● характеризоваться относительно низким влагосодержанием;

● состоять из частиц, имеющих подходящий размер для штатной работы газификатора;

● быть однородным по фракционному составу и не содержать неорганических примесей;

● иметь низкую, нулевую или даже «отрицательную» неволатильную, предсказуемую стоимость;

● быть нетоксичным и не образовывать токсины ни в процессе газификации, ни в процессе генерации энергии.

Насколько экономически и технически доступен такой немонопольный энергоресурс для потенциальных пользователей газогенераторных энергоустановок в России? Заинтересованный читатель, посмотри вокруг, примерься, подумай и сделай выводы. Каков современный потенциально заинтересованный в технологии газогенерации потребитель, который способен предъявить коммерчески значимый спрос на газогенераторные энергоустановки малой мощности, работающие на возобновляемом сырье - биомассе? Скорее всего, его портрет таков:

● он находится на территории (в регионе, местности) с высоким уровнем цен на энергообеспечение (электричество, тепло, холод, газообразное и/или жидкое топливо);

● он круглосуточно нуждается одновременно и в электрической, и в тепловой энергии, и эта потребность равномерно проявляется в течение года;

● его энергетические потребности превышают мощность газогенераторной энергоустановки (для гарантированного обеспечения устойчивой и равномерной полной нагрузки на нее);

● у него должна быть возможность коммерческой продажи (отпуска на сторону) производимой энергии, если он не способен потреблять всю генерируемую энергию на месте;

● он обеспечивает себя биомассой для газификации, используя для этого отходы основной деятельности (производства) в объеме, достаточном для длительной и бесперебойной эксплуатации газогенераторной энергоустановки (или имеет возможность приобретать биомассу по низким неволантильным и предсказуемым ценам);

● ему установлены жесткие природоохранные ограничения на открытое сжигание, хранение или захоронение отходов деятельности;

● стоимость утилизации пригодных к газификации отходов его деятельности для него высока и/или непредсказуема;

● он готов выделить персонал для обеспечения бесперебойной подачи газифицируемой биомассы в энергоустановку, пусть даже это занимает несколько десятков минут в сутки;

● его финансовые возможности позволяют приобрести и/или арендовать газогенераторную энергоустановку и оплачивать ее техническое (сервисное) обслуживание;

● он располагает территорией для размещения газогенераторной энергоустановки;

● он поддерживает идею сокращения углеродных выбросов (желательно);

●  у него есть самомотивация к снижению собственных затрат и повышению эффективности деятельности.

Видит ли заинтересованный читатель такие черты у себя или/и своей организации, предприятия, учреждения, домохозяйства? Много ли в нашем отечестве таких организаций, предприятий и учреждений, домохозяйств?

Предположим, что в результате пересечения ответов на эти вопросы определено некоторое число потенциальных покупателей газогенераторных (ГГ) установок. Тогда пришло время задать следующий вопрос. Какой должна быть газогенераторная энергоустановка, коммерчески привлекательная для всех участников энергоотношений (производителей, продавцов, кредитно-­финансовых учреждений, надзорно-контролирующих организаций, владельцев, пользователей и населения)? Думается, такая энергоустановка должна быть:

● серийного заводского изготовления (отсутствие рисков неотработанности технологии и неоптимальности конструкции;

● модульной - в целях эффективной адаптации к нуждам данного потребителя;

● компактной, мобильной, иметь стандартно-­тарное исполнение для обеспечения легкой передислокации, в том числе облегчения получения финансирования, разрешений и согласований;

● простой в установке, готовой к устойчивой работе сразу после инсталляции;

● безопасной во всех отношениях; функционировать в круглосуточном режиме постоянно;

● полностью автоматизированной, для того чтобы автоматически вводить энергоустановку в работу и выводить из нее, увеличивать и снижать нагрузку, проводить в удаленном режиме мониторинг, контроль, протоколирование и диагностику и другие необходимые операции;

● способной работать на разнообразной биомассе

● нетребовательной к наличию постоянного обслуживающего персонала;

● максимально готовой к возможному ремонту на месте - без привлечения специалистов завода­-изготовителя или специализированной организации, с возможностью использования доступных на местном рынке расходных материалов и запасных частей;

● дружественной по отношению к окружающей среде (соответствовать федеральным, региональным и местным экологическим требованиям, желательно и требованиям международных финансовых организаций);

● No NiMBY (NiMBY – акроним английской фразы not in my backyard («не на моем заднем дворе»). Понятие применяется для описания сопротивления местных жителей изменениям на ближайших к ним территориях. Чаще всего используется в негативном смысле);

● иметь заложенную в конструкции возможность реализации владельцем разных концепций энергосервиса - от несетевого точечного энергообеспечения, концентрации мощностей до создания масштабируемых энергокластеров на основе современных бизнес-моделей типа Biomass Energy Service Company (BESCO).

В действительности даже за рубежом мало какие конструкторско-­технические решения газогенераторных энергоустановок соответствуют изложенным выше требованиям, поэтому диапазон коммерчески востребованных моделей газогенераторных энергоустановок в мире не очень широк.

Под коммерчески востребованными понимаются готовые конструкторско­-технические решения, последовательно предлагаемые производителями на открытом рынке в течение нескольких лет путем публичной прямой или косвенной ценовой оферты.

В качестве примера можно привести продукцию All Power Lab, Community Power Corporation, Victory Gasworks. Компания All Power Lab (США), созданная в 2008 году, к концу 2012 года при поддержке научных коллективов более 50 университетов разных стран поставила в 40 стран мира более 400 газогенераторных установок. Компания позиционирует себя как производственное подразделение открытого GEK­-проекта, предлагая два типовых коммерческих решения: установку GEK Power Pallet мощностью 10 кВт (двигатель Kubota) по цене $18 995 и установку GEK Power Pallet мощностью 20 кВт (двигатель GM) по цене $26 995. Исследователям и энтузиастам­-«самоделкиным» бесплатно предлагаются чертежи базовой модели, а также набор для самостоятельной сборки по цене от $1785 до $5895 в зависимости от исполнения и комплектации. Основными клиентами All Power Lab являются: университеты и исследовательские центры из США, Канады, Объединенных Арабских Эмиратов,

Израиля, Индии, Японии, Австралии, ЮАР, Италии, Великобритании, Ирландии, Швеции; организации, реализующие программы электрификации в слаборазвитых странах; предприятия и учреждения в сфере промышленности, лесного хозяйства, скотоводства и земледелия; удаленные усадьбы и экологические поселения, приобретающие энергоустановки для автономного или резервного энергоснабжения; «выживальщики» прогнозируемой некоторыми учеными и политологами эпохи постапокалипсиса и экологи с умелыми руками.

Развивая свои коммерчески обкатанные решения, All Power Lab при поддержке министерства энергетики США в 2012 году разработала и установила в Университете Миннесоты предкоммерческую контейнерную газогенераторную установку мощностью 100 кВт.

Компания Victory Gasworks, которая основана в 2007 году, одним из своих главных продуктов, отмеченных международными авторитетными изданиями (в том числе Mechanical Engineering) и ставших номинантами таких конкурсов, как Dooms Day Preppers 2011, Clean Tech Open 2010 и др., считает компактную газогенераторную энергоустановку Rugged Individualist мощностью 5 кВт (двигатель Kubota). Особенность установки, стоимость которой $35 тыс., - наличие аккумуляторной батареи. На Rugged Individualist компания дает гарантию на 20 лет.

Еще одна американская компания - Community Power Corporation (существует с 1995 года) с 1998 по 2012 год поставила 40 газогенераторных энергоустановок мощностью от 25 до 100 кВт разным потребителям по всему миру, включая вооруженные силы США, правительственные учреждения и университеты. В 2011 году компания была поглощена Afognak Native Corporation со штаб-­квартирой в Аляске и с 2012 года для активизации продаж стала ориентироваться в маркетинговой стратегии на использование бизнес­-модели BESCO. Мощность серийно выпускаемых в настоящее время коммерческих моделей энергоустановок - 25 и 100 кВт. Выпуск установок мощностью 5, 15, 50 и 75 кВт прекращен. Цена энергоустановок в зависимости от комплектации варьируется от $1,5 тыс. до $4,5 тыс. за один киловатт мощности.

Самым значимый клиент для Community Power Corporation - вооруженные силы США, которые в полевых и боевых условиях активно ииспользуют газогенераторные энергоустановки. В июле 2009 года на территории крупнейшего в США учебного центра национальной гвардии Camp Grayling была пущена энергоустановка мощностью 50 кВт, которая перерабатывала органические отходы учебного центра в электроэнергию. Установки снабжена модулем подготовки упакованных в пластиковые мусорные мешки отходов путем их переработки в топливные гранулы. Газогенераторная энергоустановка большей мощности была развернута в US Army Natick Soldier Systems Center. Основная цель ее развертывания - переработка использованной бумажно-картонной упаковки и офисной макулатуры в энергию. Эта идея получила развитие в 2012 году при создании и пуске в Hickam Сommissary газогенераторной энергоустановки, одновременно использующей в качестве топлива сухие (макулатура) и влажные органические отходы (пищевые остатки) для производства энергии.

В январе 2011 года на территории Абердинского испытательного полигона (штат Мериленд), в Лаборатории сухопутных войск США смонтирована и начала функционировать газогенераторная энергоустановка мощностью 25 кВт, которая позволяет получать дизельное топливо из биомассы: один литр из 4,78 кг. В феврале 2011 года была введена в строй газогенераторная энергоустановка мощностью 100 кВт на военной базе в Форт-Карсон, в качестве сырья для которой используется древесная щепа, образующаяся в результате санитарных рубок леса.

Вполне возможно, что и наши военные теоретически заинтересованы в компактно-модульных газогенераторных энергоустановках, позволяющих «закрыть» потребности в разных видах энергии оперативных подразделений, базирующихся на лесопокрытой территории без возможности получения топлива в обычном порядке и функционирующих по принципу «нулевого воздействия» (Zero Footprint) на местность, в которой дислоцируются.

Безусловно, военными, правительственными и исследовательскими заказчиками объемы платежеспособного спроса не ограничиваются, но именно они являются ключевыми драйверами в расширении применения технологии газификации биомассы для генерации энергии разного вида. В этом есть некая символичность: газогенерация блестяще себя показала в военных условиях в XX веке, аее научно­-техническое развитие в неспокойном XXI веке обеспечивается платежеспособным спросом вооруженных сил. Особенностью современного этапа научно­-технического развития газогенерации является использование передовых теплоизоляционных конструкционных материалов, активное применение новейших достижений в области сухой очистки генераторного газа, комплексная компьютерная автоматизация работы энергоустановок, развитие их способности устойчиво работать на все более широком спектре газифицируемого сырья.

На научно­-техническое и коммерческое развитие газогенерации во всем мире оказывает влияние и жесткая позиция некоторых финансовых институтов (таких как Всемирный банк, Азиатский банк развития), а также правительственных и неправительственных организаций, которые прекращают финансировать энергетические проекты, способствующие усилению зависимости от невозобновляемых источников энергии. В результате поставщики нецентрализованных автономных энергорешений заинтересованы в том, чтобы использовать генерируемый модулями газ для замещения дизельного топлива. В России такая практика не принята.

Слаборазвитые страны, реализующие проекты экономического развития на основе программ электрификации сельского хозяйства, используют газогенераторные энергоустановки как альтернативу дизель­-генераторам для энергообеспечения малых сообществ в сельской местности. Несмотря на то что в нашей стране существует проблема энергообеспечения удаленных и депрессивных районов, располагающих запасами древесины, которую можно использовать в качестве источника энергии, подобных программ в России нет.

Все большее распространение идей плантационного лесовыращивания в мире также способствует развитию рынка коммерческих газогенераторных энергоустановок. Представляется, что в условиях нашей страны переход от экстенсивной модели освоения лесов к модели «ухоженного огорода» мог бы дать определенный импульс развитию газогенерации. К сожалению, в настоящее время в России нет действенных экономических стимулов эффективного лесовосстановления, что объективно приводит к необходимости освоения лесопользователями объемов лесозаготовки за счет новых удаленных лесных массивов вместо истощенных. Такое положение влечет незаинтересованность участников лесопользования в развитии жилой, дорожной и сопутствующей инфраструктуры, в том числе энергоинфраструктуры. Нет стимулов для эффективного использования древесины и у потребителей, имеющих доступ к значительным объемам древесного сырья и заинтересованных в в извлечении из него доходов либо стремящихся избежать расходов, например, на утилизацию деревьев, состояние которых может угрожать здоровью леса или способствовать возникновению лесных пожаров. Вряд ли можно говорить о коммерчески значимом спросе на газогенераторные установки у таких пользователей.

Многие мировые аналитики отмечают, что назревает передел мирового рынка поставок ископаемого топлива и предсказывают резкое обострение конкуренции в связи в началом широкого коммерческого использования за рубежом новых технологий добычи природного газа и нефти. В этих условиях отечественные энергомонополисты для компенсации выпадающих доходов пойдут естественным для любой монополии путем - станут расширять сферу своего присутствия на внутреннем рынке, в том числе за счет индифферентного отношения к политике энергосбережения и энергоэффективности потребителей при одновременном максимально возможном ослаблении конкуренции. Сейчас проблематично говорить о сколь­-нибудь значимом финансировании и развитии биоэнергетических исследований и разработок в целях повышения межотраслевой энергетической конкуренции.

Таким образом, накопив к 1960­-м годам значительный научно-­технический потенциал в области газогенерации, уровень которого, по мнению авторитетных технических специалистов, по ряду позиций превышает зарубежный, наша страна вскоре может его утерять. Этот риск стоит учитывать инициаторам и инвесторам проектов, связанных с энергетической газогенерацией.

Геннадий КОВАЛЕНКО, канд. экон. наук,
доцент СПб государственного
политехнического университета