Текущий выпуск
№3 2019
Главная|Журнал|№3 2019|Энерготехнологические комплексы
      

Энерготехнологические комплексы

В. И. Паршуков, А. В. Рыжков

Россия сейчас стоит на распутье: стать экологически чистой страной, победившей собственный мусор, или увеличивать полигоны твердых коммунальных отходов (ТКО), проводить провальную мусорную реформу и т. п. Первый путь эффективный, но долгий, ведущий в будущее «zero waste» на уровне всей страны, и требующий консолидации образования, науки, производства и управления в решении комплексных мер экологического характера.

Примером движения в этом направлении будет реализация программы комплексных научно-технических проектов полного инновационного цикла . Блочно-модульные энерготехнологические комплексы (БМ ЭТК) для систем автономного энергоснабжения на основе технологий переработки отходов в рамках этой программы могут стать драйвером развития современных технологий и обеспечить конкурентное преимущество России на мировом рынке.

Национальный проект «Экология» как вектор на сохранение природного достояния и снижения антропогенного воздействия

Национальный проект «Экология» [1] рассчитан на период по 2024 года и направлен на эффективное обращение с отходами, включая ликвидацию выявленных несанкционированных свалок; кардинальное снижение уровня загрязнения атмосферного воздуха, внедрение наилучших доступных технологий в сфере природопользования. 

Основные индикаторы проекта:

−Общее финансирование 4 трлн руб. (в том числе за счет внебюджетных источников - 3,2 трлн. руб.) 

−Ликвидация всех выявленных на 1 января 2018 года несанкционированных свалок в границах городов - 191 шт.

−Ликвидация наиболее опасных накопленных объектов 75 шт.

−Доля ТКО, направленных на утилизацию, в общем объеме образованных ТКО – 36 %

−Доля ТКО, направленных на обработку в общем объеме образованных ТКО – 60 %

−Ввод в промышленную эксплуатацию мощностей по утилизации ТКО - 23,1 млн. тонн.

−Ввод в промышленную эксплуатацию мощностей по переработке ТКО - 37,1 млн. тонн. 

Нацпроектом предусмотрено создание перерабатывающей инфраструктуры за счет средств, полученных от экологического сбора. В 2019 году на эти средства планируется создать 39 объектов в 22 субъектах РФ. По информации Минприроды, к 2024 году планируется собрать в общей сложности 15 млрд. руб. для создания 200 объектов для сортировки, обработки и утилизации отходов [2].

Приведенные цифры дорожной карты проекта указывают на масштабность решений, но не раскрывают какими путями страна подойдет к этим результатам. 

К началу 2018 года Росстат зафиксировал образование 38,07 млрд. т промышленных и бытовых отходов. В 2017 году образовалось 6,22 млрд. т (на 12,5 % больше, чем в 2016 году). По данным агентства NeoAnalytics объем ТКО за 2017 год составил 57 млн. тонн. По состоянию на январь 2019 года в государственный реестр включены 5526 объектов размещения отходов. Их общая остаточная вместимость превышает 1,7 млрд. т. Ежегодно площадь свалок в России увеличивается на 0,4 млн га.

При этом уровень переработки ТКО составляет 7,5 %, а промышленных отходов – 62 %. Данные цифры красноречиво обозначают позицию государства к проблеме утилизации отходов. Согласитесь, показатели пугающие. 

Состояние мусороперерабатывающей отрасли России

Интерес со стороны зарубежных компаний вполне понятен: у нас данная отрасль сегодня находится в самом начале развития. По состоянию на сегодняшний день, в России функционирует:

−243 мусороперерабатывающих заводов;

−50 мусоросортировочных комплексов;

−10 мусоросжигательных заводов.

Само собой, их явно недостаточно для того, чтобы справиться с грандиозными объемами образующихся ТКО. Помимо этого, в России нет заводов, которые осуществляют полный цикл переработки отходов. Большинство отечественных проектов ограничиваются покупкой промышленных прессов, для дальнейшей укладки спрессованных отходов на полигоне. В этом заключается ключевое отличие отечественной схемы мусоропереработки от европейской.

Принятые в Европе высокие экологические требования сделали размещение ТКО на полигонах самым дорогим и невыгодным способом утилизации отходов, в то время как их переработка является весьма серьезным доходным бизнесом. В России же все происходит наоборот: дешевле всего оказывается складировать мусор на полигонах либо сжигать его [3]. 

Для Германии мусороперерабатывающая отрасль является важнейшим экономическим игроком рынка: для работ по вывозу 400 млн т ТКО задействовано 10,8 тыс. предприятий. Годовой оборот отрасли составляет 76 млрд евро и в ней занято 300 тыс. человек. Такое же число работников в Германии задействовано в энергетике. 

В Швеции эту проблему подняли еще в 1975 году, когда 2/3 ТКО вывозилось на полигоны, а остальное сжигалось. Сегодня повторно используется 34,6 %, биологически утилизируется 16 %, используется для получения электрической и тепловой энергии 48,5 % и лишь 0,7 % неподдающихся переработке отходов отправляется на захоронение. [4].

К сожалению, сейчас в России нет ни технологической, ни экономической платформы для развития ресурсо- и почвосбережения с использованием технологий раздельного сбора. Нет ни специальных контейнерный площадок, которые грамотно вписаны в архитектуру города, нет специального транспорта, вывозящего разделенные отходы, нет пунктов приема, финишного оборудования [5]. Человеческий фактор в этой проблеме играет самую последнюю роль и уповать на сложный менталитет русского народа незачем.

Проблемы и перспективы внедрения технологий переработки ТКО

В настоящее время основной технологией переработки ТКО является сортировка с выделением вторичного сырья: бумага, стекло, металлы, полиэтилен и прочие материалы. Остальные отходы вывозятся на полигоны и свалки, то есть хранятся в окружающей среде. Линии по сортировке представляют набор технологического оборудования как отечественного, так и импортного. Вот здесь и определяется мера ответственности, как бизнеса, который строит такие линии, так и государства, которое создает условия работы этого самого бизнеса. На лучших сортировочных линиях, как например у ОАО "Автопарк №1 "Спецтранс" (Санкт-Петербург), он достигает 40 %. В тоже время в большинстве проектов он не превышает 10 %. 

Комплексов по глубокой или полной переработке отходов, без необходимости последующего захоронения отходов в РФ нет, даже построенных на импортном оборудовании. Так в чем же тут проблема?

Может отсутствуют необходимые технологии? Так нет же. Имеется широкий спектр зарубежных производителей, которые обладают технологиями полной переработки. Но они достаточно дороги и бизнес не может их прибрести за собственные средства. 

Может отсутствуют отечественные разработки в данной области? Если взять базу научных проектов Министерства науки и высшего образования (НИР, ПНИЭР) за последние 10 лет, то можно понять какой громадный потенциал мы имеем. Оказывается, наши ученые и специалисты создали, разработали, изготовили экспериментальные образцы и получили результаты, которые ни в чем не уступают их зарубежным коллегам, а в некоторых случаях и опережают их. Чем заканчиваются такие исследования. В лучшем случае создаются единичные экземпляры, которые находятся у разработчика, и он на его примере, демонстрирует возможность разработанного технологического процесса. Что необходимо делать далее: совершенно верно - завершить ОКР, разработать рабочую КД и организовать серийное изготовление продукции. Весь вопрос в том: кто это будет организовывать и финансировать.

Вот в этом и состоит проблема и не только утилизации отходов. У нас не просто дыра, у нас полный разрыв между НИР, выполняемой наукой и производством. С одной стороны, бизнес не хочет вкладывать средства в отечественную науку, а предпочитает купить импортное оборудование, в стоимости которого он оплачивает чужую науку. Его можно понять, ему важно заплатить меньше. А что делает государство, в лице Минпромпрорга? Именно оно больше других должно быть заинтересовано в реализации Программы импортозамещения. На практике все опять сводится к покупке зарубежной технологии и локализации производства продукции на предприятиях с государственным участием. Государство не создает должных условий для развития этой отрасли.

Еще один, наверно самый весомый минус: в Программе отсутствует государственный заказ на такие технологии и поставку оборудования. Что необходимо бизнесу, что нужно ученым, что хочет знать общество? Это набор простых и понятных всем данных, которые кроме того, можно легко проверить и по которым можно получить исчерпывающую информацию:

- Каким технологиям переработки отходов государство отдает предпочтение, и главное - почему? Рейтинг этих технологий, подтвержденный экспертным сообществом. Сравнительные характеристики отечественных и зарубежных технологий;

- В каком субъекте РФ, в каком месте и какое время планируется ввести в действие перерабатывающие комплексы? Обоснование проекта, его исполнитель и заказчик, ход реализации, 

Государственный заказ, это не просто прямая поставка оборудования для решения государственных задач, но и государственное планирование, что необходимо выполнить в каждом регионе для решения экологических и социальных задач. 

Решение проблем - комплексный проект полного инновационного цикла 

Мы решили подойти к решению проблем системно и предложили проект Концепции Программы по развитию отрасли переработки отходов. Была составлена матрица , которая отображает задачи, цели, технологии, участников Программы. Внутри Программы формируются комплексные проекты, в основе которых лежат конкретные технологии. Что это дает?

Во-первых, для решения конкретной задачи создается научно-производственный Консорциум. В его составе основные разработчики необходимых технологий по каждому элементу создаваемого энерготехнологического комплекса. Во-вторых, здесь присутствует набор производственных предприятий, которые будут в дальнейшем выпускать созданную продукцию, а в рамках НИОКТР выступают в роли Индустриальных партнеров. Проработана также система гарантийного и послегарантийного обслуживания с функцией дистанционного контроля состояния оборудования и предотвращения аварийных ситуаций. Для финансирования предусматривается государственно-частное партнерство, основой которого является четкая государственная Программа разработки промышленной технологии и поставки оборудования на долгосрочную перспективу. Система управления проектом представляет: научное руководство, координатора работ и ответственного исполнителя, финансово-экономический менеджмент. Заказчиком комплексного проекта выступает ФОИВ.

Существуют не такой большой перечень технологий глубокой переработки отходов, поэтому конкуренция в таких комплексных проектах будет достаточно высокая. В рамках одной технологии могут работать несколько групп, что позволит улучшить результативность проектов и снизить конечную стоимость продукции. Наличие в Консорциуме представителей академической и прикладной науки, технологических центров промышленных предприятий, финансовых организаций повышает результативность и снижает риски реализации. Включение в Консорциум вузов решает вопросы подготовки специалистов для эксплуатирующих организаций.

Энерготехнологический комплекс по переработке ТКО и сельскохозяйственных отходов

В рамках предложенной Концепции был сформирован основной состав Консорциума по реализации комплексного проекта: "Блочно-модульные энерготехнологические комплексы (БМ ЭТК) для систем автономного энергоснабжения на основе технологий переработки отходов" В качестве базовой технологии выбрана технология оксипиролиза: высокотемпературный пиролиз в совокупности с процессом газификации. Технология позволяет полностью перерабатывать ТКО после мусоросортировочных линий. Остатки переработки в виде зольного продукта в объеме около 10 % могут применяться в производстве строительных материалов.

Консорциум обладает действующими экспериментальными образцами оборудования и комплекса в целом. 24 апреля 2019 года общественности была продемонстрирована работа комплекса (рис.) в полностью автоматическом режиме. В качестве топлива применялись отходы сортировки маркой "топливо rdf". Выработка энергии осуществлялась в режиме когенерации. Энергетический модуль комплекса стабильно работал, поддерживая заданную частоту вращения (около 9 000 об./мин) при изменении параметров поступающего пара. Для проверки работы систем безопасности имитировались внештатные ситуации. Выбросы после системы очистки не превышали допустимых. Полученные результаты позволяют масштабировать разработанные конструкторско-технологические решения на типовой ряд планируемых к разработке комплексов.

Номенклатурный ряд разрабатываемых БМ ЭТК представлен в таблице. Комплексы планируется изготавливать в полной заводской готовности, в модульном исполнении, с возможностью создания микро- и миниТЭЦ необходимой мощности. Выработка энергии осуществляется в режиме когенерации, с полным обеспечением на собственные нужды и возможностью локального электроснабжения. Регулирование электрической и тепловой энергии раздельное. Разработанный микроэнергетический комплекс (МЭК) может сопрягаться с любым другим оборудованием по переработке отходов при условии подачи на вход турбины пара с параметрами по температуре не менее 160 °С. Контейнерное исполнение комплекса дает возможность его монтажа на свайных конструкциях, что снимает необходимость экспертизы строительной части проекта.

Основные предприятия, входящие в Консорциум: разработчик технологии переработки отходов РНЦ "Прикладная химия", разработчик и изготовитель реакторного оборудования "ЦНИИ КМ "Прометей", разработчик и изготовитель высокотемпературного парогенератора ОАО "Балтийский завод", разработчик и изготовитель контейнерного оборудования и систем жизнеобеспечения ЗАО МИК "Аква-Сервис", все предприятия представляют г. Санкт-Петербург. Разработчик и изготовитель систем автоматизации и управления ОАО "Московский завод тепловой автоматики, г. Москва. Разработчики и изготовители МЭК: высокоскоростные микротурбина и электрический генератор, устройство преобразования и распределения электрической энергии ООО НПП "Донские технологии" и ООО ИТЦ "ДонЭнергоМаш", Ростовская область.

Научное руководство работами осуществляет ЦНИИ КМ "Прометей", координатор проекта ООО ИТЦ "ДонЭнероМаш". Как видно из схемы реализации проекта в Консорциуме имеются вакантные места в области разработки и изготовления высокоскоростных подшипниковых опор на обороты от 20 до 100 тысяч об/мин, высокоэффективного теплообменного оборудования. Мы также заинтересованы в адаптации созданного МЭК с другими устройствами и оборудованием по утилизации сбросной тепловой энергии как для технологий переработки отходов, так и других, включая транспорт, дизель-генераторные установки и прочие.

Рынок БМ ЭТК

Региональные операторы ТКО - около 250 организаций, смогут значительно сократить объемы складируемых на полигонах отходов. Снижение затрат за счет получения энергии на собственные нужды.

Фермерские хозяйства, птицефабрики и крупные сельхозпроизводители -  более 2000 предприятий, ограничат объемы отходов, снизят себестоимость конечной продукции.

Лесозаготовительные и деревообрабатывающие предприятия - более 1100 предприятий, снижение затрат и повышение эффективности производства [6].

Помимо этого, к потенциальным заказчикам можно смело отнести организации занимающиеся утилизацией сточных вод, иловых осадков; предприятия угледобычи, нефтепереработки, химического производства. БМ ЭТК найдут свое применение в мероприятиях по развитию удаленных районов Крайнего Севера, Дальнего Востока, Сибири; могут быть использованы МЧС при устранении последствий стихийных бедствий.

Общий объем рынка оценивается нами в количестве не менее 2500 шт. блоков различной мощности. Блочно-модульные энерготехнологические комплексы по переработке отходов являются важной технологической составляющей всего процесса утилизации отходов.

Постановление Правительства РФ от 19 февраля 2019 года № 162 “Об утверждении Правил разработки, утверждения, реализации, корректировки и завершения комплексных научно-технических программ 

2 Дорожная карта комплексного проекта полного инновационного цикла приведена в электронной версии статьи.

Графики, рисунки и список использованных источников указан в электронной версии статьи в журнале "Энергосбережение" №4/2019

don-tech.ru 

Чтобы проголосовать за статью, напишите комментарий и сделайте репост в социальных сетях.

Голосование продлится до 7 октября.

Подведение итогов 7- 12 октября.

Награждение победителей 23-25 октября во время конференции «Умные технологии Москвы - энергоэффективного города».