Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 107-91-50 ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"

АВОК ассоциированный
член
Summary:

Энерготехнологические комплексы для автономного энергоснабжения на основе технологий переработки отходов

Energy Technology Complexes for Autonomous Energy Conservation based on Waste Processing Technologies

V.I. Parshukov, Director of OOO NPP "Donskiye Tekhnologiyi", A.V. Ryzhkov, Candidate of Engineering, Senior Researcher at OOO NPP "Donskiye Tekhnologiyi"

Keywords: industrial and household waste, waste processing industry, garbage processing technologies, waste burial,waste processing energy technology complex

Today Russia is at the crossroads: to become an environment friendly country that has defeated its own garbage problems, or build more solid waste landfills, implement disastrous garbage reforms, etc. The first path is efficient, but rather long, leading to a zero waste future at the national level and requiring consolidation of education, science, industry and management in resolution of comprehensive ecological measures. An example of work in this direction will become implementation of a program of complex scientific technical projects with a complete innovation cycle. Modular energy technology complexes (METC) for autonomous energy supply systems based on waste processing technologies within the framework of this program can become a driver for development of modern technologies and create a competitive advantage of Russia in the global market.

Описание:

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 1. 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.

ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ
ДЛЯ АВТОНОМНОГО ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ

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 «zerowaste» 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 снижение антропогенного воздействия
Национальный проект «Экология» [1] рассчитан на период по 2024 год 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 т.
  • Ввод в промышленную эксплуатацию мощностей по переработке ТКО – 37,1 млн т.

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].

Дорожная карта комплексного проекта
полного инновационного цикла

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

Ущерб, наносимый окружающей среде

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 т. По состоянию на январь 2019 года в государственный реестр включены 5 526 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 завода;
  • 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: в работах по вывозу 400 млн т ТКО задействовано 10 800 предприятий. Годовой оборот отрасли составляет 76 млрд евро, в ней занято 300 000 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 % не поддающихся переработке отходов отправляется на захоронение [4].

К сожалению, сейчас в России нет ни технологической, ни экономической платформы для развития ресурсо- и почво-сбережения с использованием технологий раздельного сбора. Нет контейнерных 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 собой 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, например у ОАО «Автопарк № 1 «Спецтранс»» (Санкт-Петербург), уровень извлечения полезных фракций достигает 40 %. В то же время в большинстве проектов уровень сортировки 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 результатам 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 их 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. 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 Минпромторга? 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, наверное 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 в 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, чтó необходимо выполнить в каждом регионе для решения экологических и социальных задач.

Решение проблем – комплексный проект полного инновационного цикла

Экспериментальный образец БМ ЭТК

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 и 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 собой научное руководство, координатора работ, ответственного исполнителя, финансово-экономический менеджмент. Заказчиком комплексного проекта выступает ФОИВ.

Существует не такое большое количество 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.

Таблица. Номенклатурный ряд БМ ЭТК

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 под 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 нештатные ситуации. Выбросы после системы очистки не превышали допустимых значений. 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 мини-ТЭЦ 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 °C. Контейнерное исполнение комплекса дает возможность его монтажа на свайных конструкциях, что снимает необходимость экспертизы строительной части проекта.

Научное руководство работами осуществляет ЦНИИ КМ «Прометей», координатор проекта – ООО ИТЦ «Дон-ЭнергоМаш». В консорциуме имеются вакантные места в области разработки и изготовления высокоскоростных подшипниковых опор на обороты от 20 000 до 100 000 об/мин, высокоэффективного теплообменного оборудования. Мы также заинтересованы в адаптации созданного МЭК к другим устройствам и оборудованию по утилизации сбросной тепловой энергии как для технологий переработки отходов, так и для других, включая транспорт, дизель-генераторные установки и прочие.

Рынок БМ ЭТК

Региональные операторы ТКО – около 250 организаций, они смогут значительно сократить объемы складируемых на полигонах отходов. Снижение затрат за счет получения энергии на собственные нужды.
Фермерские хозяйства, птицефабрики и крупные сельхозпроизводители – более 2 000 предприятий, ограничат объемы отходов, снизят себестоимость конечной продукции.
Лесозаготовительные и деревообрабатывающие предприятия – более 1 100 предприятий, снижение затрат и повышение эффективности производства [6].

Помимо этого, к потенциальным заказчикам можно смело отнести организации, занимающиеся утилизацией сточных вод и иловых осадков, предприятия угледобычи, нефтепереработки и 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 не менее чем в 2 500 шт. блоков различной мощности. Блочно-модульные энерготехнологические комплексы по переработке отходов являются важной технологической составляющей всего процесса утилизации отходов.

Литература

  1. Утилизация мусора в России. Как реформируют отрасль. https://tass.ru/info/6000776.
  2. Паспорт Национального проекта «Экология». http://www.mnr.gov.ru/upload/medialibrary/5e7/ecology.pdf.
  3. Переработка мусора (ТБО) в России. https://ztbo.ru/o-tbo/stati/stranni/pererabotka-musora-tbo-v-rossii.
  4. Мальцева О. Н. РОП и муниципалитеты, шведский вариант // ТБО. 2018. № 12. С. 50–54.
  5. Колычев Н. А. «Кто виноват» и «что делать» // ТБО. 2018. № 12. С. 40–42.
  6. Бизнес-карта России. http://mxkr.ru/ru.
купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “Энергосбережение” за №5'2019



Реклама
Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Сертификационный центр АВОК
Реклама на нашем сайте
KSB
Онлайн-словарь АВОК!