Обзор методов производства тепловой и электрической энергии из ТБО

Оценка современного состояния энергетического использования твердых бытовых отходов

Аналитический обзор существующего положения в области энергетического использования ТБО в России и за рубежом

Мировой опыт показывает, что самым доступным и наиболее экономически целесообразным возобновляемым источником энергии (ВИЭ) являются твердые бытовые отходы (ТБО), сжигаемые на тепло­вых электростанциях. (Рис.1.1.) Твердые бытовые отходы – это топливо, сопоставимое по теплоте сго­рания с торфом и некоторыми марками бурых углей. Оно образуется там, где тепловая и электрическая энергия наиболее востребована, т.е. в крупных горо­дах, и имеет гарантированное предсказуемое возоб­новление, пока существует человечество.

Рис.1.1. Общая себестоимость получения электроэнергии на электростанциях различных типов на основе возобновляемых источников энергии

Работа ТЭС на ТБО не зависит от природных ус­ловий (в отличие, например, от солнечных или ве­тровых установок), географического расположения (по сравнению с геотермальными и приливными электростанциями), и в результате ее эксплуатации, помимо выработки энергии, решается важная соци­альная задача – утилизируются образующиеся в про­цессе жизнедеятельности человека бытовые отходы.

Следует отметить, что за рубежом значитель­ная часть предприятий для сжигания отходов при­надлежит энергетическим компаниям, и интерес энергетиков к этому источнику энергии продолжает возрастать. Примером этого может служить крупнейшая энергетическая компания E.ON, которой принадлежит 19 за­водов для термической утилизации ТБО. На этих предприятиях общей электрической мощностью более 300 МВт перерабатывает­ся около 4,5 млн.т ТБО в год, производится 1600-1700 ГВт∙ч электроэнергии с отпуском в электрические сети (в 2012 г. – 1678 ГВт∙ч) и 2600- 2700 ГВт∙ч тепловой энергии (в 2012 г. – 2673 ГВт∙ч).

Всего же только в Европе в результате энерге­тической утилизации ТБО уже сейчас ежегодно вырабатывается более 31 ТВт∙ч электроэнергии и примерно 78 ТВт∙ч тепловой энергии. Это позволя­ет экономить до 42 млн.т органического топлива и, кроме того, предотвращать до 42 млн.т в год выбро­сов парниковых газов (в пересчете на СО2), которые могли бы выделиться в виде метана при полигон­ном захоронении отходов.

В США на 86 предприятиях ежегодно сжигается около 29 млн.т ТБО с производством более 17 ТВт∙ч электроэнергии, а общая установленная электриче­ская мощность этих предприятий составляет при­мерно 2,7 ГВт. Дополнительный потенциал подоб­ных предприятий оценивается в 20 ГВт. [1]

Общее количество предприятий по переработке ТБО в странах ЕС и США представлено на Рис.1.2.

 

 

 

Рис.1.2. Количество предприятий для термической переработки

ТБО в странах ЕС и США

 

Вырабатывать электроэнергию за счет термической утилизации ТБО становится экономически целесообразным, если доходы от продажи электроэнергии покрывают расходы, связанные с дополнительными капитальными и эксплуатационными затратами на приобретение, установку и обслуживание основного и вспомогательного электрогенерирующего оборудования. Для каждой конкретной страны с учетом сложившихся в ней тарифов на покупку электроэнергии, а также законодательства и налогообложения, производство электроэнергии на предприятиях, сжигающих ТБО, становится прибыльным, если годовой отпуск электрической энергии превышает некоторое пороговое значение.

Решающими факторами, определяющими электрическую мощность ТЭС на ТБО, являются прогнозируемый расход поступающих на переработку отходов и их свойства. (Электрическая мощность обычных ТЭС, на которых сжигают органическое топливо, как правило, выбирается исходя из потребности региона в электроэнергии).

Количество поступающих ТБО, зависит от ряда факторов к которым в первую очередь относятся численность населения, удельный объем накопления ТБО в конкретном регионе, а также политика региональных властей в области обращения с отходами с учетом наметившихся мировых тенденций в сфере управления ТБО, таких, например, как раздельный сбор и сортировка.

Важным этапом создания ТЭС на ТБО является разработка и обоснование принципиальных технических и технологических решений, позволяющих максимально эффективно преобразовать энергетический потенциал ТБО в электрическую энергию с наименьшим воздействием на окружающую среду и с оптимальными показателями по надежности и экономичности.

Первоочередная задача в этом направлении - выбор метода и технологии термической переработки ТБО, которые наиболее технически приемлемы и экономически обоснованы для ТЭС на ТБО в российских условиях.[2]

В настоящее время во всем мире продолжает на­блюдаться рост количества строящихся предпри­ятий для сжигания ТБО, в том числе в Китае, Южной Корее, Индии и других странах, где до этого метод термической утилизации ТБО широко не применял­ся. Так, например, в Китае, где до 2000 г. заводов для сжигания ТБО практически не было, в 2010 г. терми­чески утилизировалось уже более 24 млн. т отходов в год и планируется ежегодный прирост мощностей около 4 млн.т. Намечены приоритеты в области термической переработки ТБО даже в таких стра­нах, как Вьетнам.

Со значительной долей капитальных вложений со стороны энергетических компаний ведется стро­ительство новых ТЭС на ТБО в республиках, ранее входивших в состав СССР. В конце 2012 г. в Баку (Азербайджан) введен в эксплуатацию завод терми­ческой утилизации производительностью 500 тыс. т бытовых отходов в год, установленной электриче­ской мощностью около 30 МВт. В 2013 г. в Таллин­не (Эстония) завершено строительство завода для ежегодной термической утилизации 220 тыс. т ТБО с комбинированной выработкой тепловой и электри­ческой энергии (электрическая мощность турбины 17 МВт).

В целом в настоящее время в мире в стадии стро­ительства находятся около 160 подобных предприя­тий для утилизации ТБО, планируется строительство еще такого же количества подобных заводов. Ожи­дается, что через пять лет будет ежегодно термиче­ски утилизироваться примерно 420 млн. т ТБО.

Россия в области энергетической утилизации ТБО отстает значительно. Лишь в 2001 г. после ре­конструкции введен в эксплуатацию Московский спецзавод (МСЗ) № 2, на котором установлены три турбоагрегата электрической мощностью 1,2 МВт. Это, по сути, первая в России теплоэлектростан­ция, основным топливом которой являются ТБО. [1]

В России немногочисленные российские предприятия для сжигания отходов принадлежат к коммунальным службам, поскольку до запуска МСЗ №2 на них выделяемая энергия использовалась для покрытия собственных теплофикационных нужд и, в лучшем случае, излишки отпускались в тепловые городские сети. Первая попытка объединить усилия энергетиков и коммунальных служб была предпринята в Челябинске, где в 1996г. было начато строительство завода «Термоэкология», основной задачей которого было не только термическая переработка ТБО, но и удовлетворение потребностей близлежащих промпредприятий в технологическом паре. Работа завода предусматривалась в единой системе с расположенной рядом Челябинской ТЭЦ-2, что обеспечивает значительную экономическую эффективность его эксплуатации. Под руководством соискателя во ВТИ был разработан технологический регламент, а также технические решения, реализованные в проекте этого завода. Запуск завода в промышленную эксплуатацию существенно продвинул бы развитие России в области термической утилизации ТБО. Однако в силу причин, прежде всего финансовых, строительство завода было приостановлено.

В дальнейшем строительство в России новых объектов для термической утилизации отходов с получением тепловой и электрической энергии велось только в Москве. Кроме упомянутого МСЗ №2 в 2000-х годах введены в эксплуатацию еще два предприятия для сжигания ТБО с выработкой электроэнергии: МСЗ № 4 (установленной электрической мощностью 12 МВт) и МСЗ № 3 (11 МВт). [3]

Сегодня на территории России, по данным крупнейшего участника рынка твердых бытовых отходов (ТБО) — госкорпорации «Ростехнологии», скопилось свыше 31 млрд. т неутилизированных отходов. Ежегодно их количество увеличивается на 60 млн. т. Министерство природных ресурсов страны подсчитало, что на каждого жителя страны приходится по 400 кг отходов в год. А среднестатистическая российская семья из четырех человек выбрасывает около 150 кг разного рода пластмасс, порядка 100 кг макулатуры, около 1000 стеклянных бутылок. И практически весь этот объем размещается на полигонах ТБО, санкционированных и не санкционированных свалках.

В России действуют лишь 243 мусороперерабатывающих и 50 мусоросортировочных комплексов, а также 10 мусоросжигательных заводов. [4]

Несмотря на то, что Россия по-прежнему считает себя одним из лидеров в области развития электро­энергетики, в настоящее время в РФ в эксплуатации находятся только три ТЭС на ТБО общей установлен­ной электрической мощностью всего 26,6 МВт (для сравнения – суммарная мощность ТЭС на ТБО в США составляет 2,7 ГВт), причем основное оборудование этих ТЭС импортное, а принадлежат эти предприятия коммунальщикам. [1]

 

Таблица 1.1. - Характеристики ТЭС на ТБО в России

	МСЗ № 2	МСЗ № 3	МСЗ № 4
Производительность, т/год	150 000	360 000	250 000
Общая электрическая мощностью, МВт	3,6
Выработка электроэнергии, МВт*ч/год	18 700	30 000	105 000
Выработка теплоты, Гкал/год	230 000	370 000	283 000

 

Обзор методов производства тепловой и электрической энергии из ТБО

Особенностью ТБО является то, что их можно использовать для получения тепловой и электрической энергии. Возможны различные способы поучения энергии из ТБО:

· анаэробная переработка биоразлагаемой части отходов при их захоронении на полигонах

· пиролиз

· газификация

· плазменная переработка

· сжигание в специальных печах

Захоронение на полигонах относится к биотермическим (механо-биологическим) способам переработки, осуществляемым с помощью анаэробных бактерий. В процессе метанового брожения отходов в теле полигона температура повышается до 25-30^оС. При биотермической переработке частично гибнет содержащаяся в ТБО патогенная микрофлора, однако, содержащиеся в отходах токсичные вещества накапливаются в теле полигона.

Остальные рассматриваемые способы переработки ТБО относятся к термическим, они осуществляются при температурах от 450 до 2000^оС и обеспечивают не только стерилизацию микрофлоры, но и обезвреживание иных содержащихся в отходах опасных и токсичных веществ. [4]

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: