Экономика ВИЭ. Издание 2-е, переработанное и дополненное - Анатолий Копылов

Первой ступенью является наиболее простой и дешевый, но и наиболее экологически и социально опасный метод захоронения отходов на полигонах. Данный метод используется в России для, примерно 97% всего производимого мусора, столь широкое распространение в России получил ввиду его дешевизны – около 15 евро за захоронение 1 тонны ТБО против около 1000 евро за тонну в странах Западной Европы.

Второй ступенью иерархии методов утилизации бытовых отходов после захоронения мусора на полигонах является его использование в качестве топлива. Для этого проектируются специальные ТЭЦ на базе мусоросжигательных заводов (МСЗ), к которым предъявляются требования, отличные от ТЭЦ на традиционном топливе. Мусор, используемый для этих целей, проходит специальную подготовку – сортировку, позволяющую избавить его от негорючих включений, а также полимеров, выделяющих при горении опасные вещества.

Следующие ступени – это переработка, компостирование и вторичное использование переработанного мусора. Данные методы являются наиболее экологически выгодными, однако для их реализации необходим мусор, разделенный на основные составляющие фракции – органика, стекло, бумага, пластик и т.д., что приводит к потребности в его раздельном сборе, либо сортировке, ввиду чего данный метод наиболее затратен. Обойтись только сортировкой и переработкой мусора пока, к сожалению, невозможно и поэтому в развитых странах активно развивается строительство генерирующих мощностей на основе термической обработки части ТБО.

На данный момент в США насчитывается 460 ТЭЦ на базе МСЗ41 мощностью от 1,5 до 715 МВт. Структура установленной мощности этих станций следующая:

• станции мощностью до 5 МВт – 156

• станции мощностью от 5 до 25 МВт – 148

• станции мощностью свыше 25 МВт – 156

с разбивкой по установленной мощности, как показано на Рисунке 11. При этом в США насчитывается 21 станция мощностью более 100 МВт.

Рисунок 11. Структура установленной мощности станций на базе МСЗ в США

Источник:http://globalenergyobservatory.org/

Ситуация со строительством и эксплуатацией электростанций на основе МСЗ в европейских странах – различная. Лидер – Дания, которая сжигает свой мусор уже примерно 150 лет (Рисунок 12).

Рисунок 12. Утилизация мусора в европейских странах

Источник: по данным Eurostat2010 и CEWEP

В странах Европы по данным на 2012 год насчитывалось 452 ТЭЦ на базе МСЗ42. Лидерами по количеству таких станций в Европе являются: Франция, Германия, Италия, Швеция и Дания. Европейские страны планируют и далее наращивать объёмы производства энергии на станциях на основе МСЗ, доведя её объёмы к 2020 г. до 134 млрд кВт•ч.

Доля между объёмами тепла и электроэнергии на этих станциях в сумме распределяется, примерно, как 2:1. Поэтому такое значение имеет политика государств по отношению к развитию генерации на ТЭЦ наряду с политикой в сфере сбора и утилизации мусора. Утилизация мусора в т.ч. путём его частичного сжигания предполагает наличие нескольких источников выручки (компенсации затрат):

• плата жителей за сбор и утилизацию мусора домохозяйств,

• плата за приём мусора от собирающих компаний на ТЭЦ МСЗ,

• стоимость проданной электроэнергии,

• стоимость проданного тепла,

• выручка от продажи и (или) повторного использования вторичного сырья из ТБО.

Выводом из этого перечня является необходимость довольно «тонкой» настройки всей этой системы тарифов и цен.

БИОГАЗ

Ситуация с использованием имеющегося потенциала биогаза в Европе подобна ситуации с биомассой, но в меньшем масштабе, что можно увидеть на Рисунке 13.

Развитие технологии с использованием биогаза значительно зависит от схем стимулирования не только на национальном уровне, но и на уровне регионов и отдельных муниципалитетов, т.к. часто генерация на основе этой технологии – местная, небольшая, являющаяся частью сугубо муниципальной энергетики и теплоснабжения. Эта ситуация стала источником дополнительных трудностей для анализа, и в ней не просто разобраться.

Две страны ЕС-28 с самым высоким уровнем развития использования биогаза в настоящее время – это Германия и Великобритания, и в обоих случаях свалочный газ является доминирующей технологией, стимулируемой при помощи дополнительных схем на муниципальном уровне. Эта ситуация может объяснить отличие от соответствующего развития технологии в Испании: в последнем случае испанское правительство обеспечило в самом начале определённые низкие фиксированные тарифы, не ставшие достаточным стимулом для необходимого технологического развития. А, например, в Польше сейчас нет ни одной свалки, которая не была бы занята под производство свалочного газа, после того, как в стране была принята адекватная система поддержки, все свалки «разобрали». Для многих стран отсутствие детальной информации об опыте поддержки на местном и национальном уровне не позволяет оценить реализуемые стратегии.

Остановимся на биогазе, получаем на свалках, так называемом, свалочном газе. Свалочный газ – конечный продукт микробиологического разложения определённых фракций отходов, захороненных на мусорном полигоне. К ним относятся: растительные и животные остатки, бумага и древесина. Скорости, с которой эти материалы подвергаются биоконверсии, а также выход свалочного газа, существенно различны и зависят, в первую очередь от вида отходов (т.н. «морфологии» отходов), а также от физико-химических условий в теле свалки (влажность, температура, кислотность, доступ воздуха и т.д.). Проблема утилизации свалочного газа стоит достаточно остро, ввиду того, что метан, составляющий от 40 до 70% единицы объёма свалочного газа (остальные составляющие СГ – СО2 (порядка 30—60%), H2S, O2, N2 – порядка нескольких процентов), является чрезвычайно сильным парниковым агентом (его парниковый эффект превосходит аналогичный для СО2 примерно в 21 раз).

Рисунок 13. Доля биогаза, среднесрочный потенциал и ФТ

(1. В Голландии надбавка составляет 0,016 евро за 1 кВт•ч.

2. В Венгрии реализован механизм фиксированных тарифов с привязкой ко времени использования энергии; поэтому был рассчитан средневзвешенный показатель на основании равномерного графика нагрузки.)

Поэтому западные природоохранные организации субсидируют даже простое факельное сжигание собираемого свалочного газа.

Из-за достаточно высокого содержания метана свалочный газ хорошо горюч (его средняя калорийность составляет примерно 5500 Ккал на м3)43 и может быть использован в качестве топлива без специальной предварительной обработки как в устройствах прямого сжигания (различные топочные устройства), так и в газопоршневых и газотурбинных двигателях.

Особенностью эксплуатации мусорных полигонов при получении на них свалочного газа является изменение выдаваемых объёмов газа со временем из-за «живого» характера процессов, происходящих в пробуренных скважинах, и соответствующие колебания выработки электроэнергии от этого. Колебания уровня производительности скважин могут происходить на разных временных горизонтах. Есть долгосрочные изменения, связанные с постепенным затуханием процессов выработки метана бактериями, которое наступает приблизительно после 18—20 лет эксплуатации полигона. Есть сезонные колебания выработки метана на скважинах, связанные с влиянием температур и влажности массы полигона. Колебания производительности могут происходить и в течение одного дня, особенно на начальном этапе работ, когда уточнение производительности каждой скважины и особенностей её работы пока не завершено.

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА НА ОСНОВЕ ФОТОПРЕОБРАЗОВАНИЯ

Солнечная энергетика на основе фотоэлектрического преобразования (ФЭ, фотовольтаика) является на сегодня самым активно развивающимся сегментом возобновляемой энергетики.

В соответствии с результатами исследования44 в мире в 2012 году было установлено примерно 30 ГВт новых мощностей генерации на основе фотопреобразования, и этот показатель аналогичен показателю 2011 года. Однако уже в 2015 г. годовой объём ввода мощностей генерации на основе ФЭ составил более 57 ГВт45 и благодаря такому быстрому росту мощностей солнечной генерации суммарной уровень установленной мощности генерации на основе фотоэлектрического преобразования во всем мире к концу 2012 года составил приблизительно 100 ГВт, то по итогам 2015 г. уже более 220 ГВт что равно, примерно, суммарной установленной мощности российской энергосистемы – одной из крупнейших в мире. По объёму новых вводов солнечной генерации в 2015 году лидирующие позиции заняли Китай и Япония, построившие, по предварительным данным, 16,2 ГВт и 12,6 ГВт соответственно. В тройке лидеров также США с 7,3 ГВт новой солнечной генерации.46