зеленая экономика - Международная академия наук экологии и
advertisement
ISSN 1605-4369 МЕЖДУНАРОДНОЙ АКАДЕМИИ НАУК ЭКОЛОГИИ И БЕЗОПАСНОСТИ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ Том 19 № 1 2014 Санкт-Петербург ~1~ ISSN 1605-4369 ВЕСТНИК (Лицензия серия ЛР №090176 от 12 мая 1997 г.) Том 19, № 1 2014 г. Периодический теоретический и научно-практический журнал Учредитель журнала: Международная академия наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ). Журнал основан в 1995 году в Санкт-Петербурге. Главный редактор: д.т.н., профессор Русак О.Н. Зам.главного редактора к.т.н., проф. Малаян К.Р. Зав. редакцией к.т.н., доц. Занько Н.Г. РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ Агошков А.И., д.т.н., проф., Алборов И.Д., д.т.н., проф., Аствацатуров А.Е., к.т.н., проф., Балтренас П.,д.т.н., проф., Беликов В.Б., д.ф.н., Давиденко В.А., д.т.н., проф., Золотарев Г.М., д.т.н., проф., Мартовицкий В.Д., д.т.н., проф., Мурахтанов Е.С., д.с-х.н., проф., Смирнов О.В.,д.т.н., проф., Сычев.Р.И., д.юр.н., Хоробрых Э.В., к.экон.н., в.н.с. РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ Блинов Л.Н., д.т.н., проф., Котельников В.С., д.т.н., проф., Анфилофьев Б.А., д.т.н., проф., Буренин Н.С., к.т.н., Воскресенский В.Е., д.т.н., проф., Кармазинов Ф.В., д.т.н., проф., Литвяков Р.А., Медведев Д.С., д.мед.н.,доц., Медведев В.И., к.т.н., Фаустов С.А., к.мед.н., доц., Соловьев И.Е. Адрес редакции: 194021 Санкт-Петербург, Институтский пер.,5 Телефон/ факс: (812)6709376 Электронная почта: nataliya_zanko@mail.ru ~2~ СОДЕРЖАНИЕ Русак О.Н. О «Вестнике МАНЭБ»…………………………….............................. 5 Раковская Е.Г. На повестке дня – «зеленая» экономика – ф.6………………… 7 Полоник С.С., Хоробрых Э.В., Литвинчук А.А. Концептуальные подходы к реализации принципов «зеленой» экономики для обеспечения устойчивого развития Республики Беларусь - ф.20…………………………………………….. 10 Жуков В.В. Зеленая экономика - ф.13…………………………………………… 21 Раковская Е.Г. «Зеленая химия» в современном мире - ф.22………………... 28 Титов Д.П., П.В.Хорева, Тумановскийи В.А., Степанова Т.А. Газификация – как универсальный подход к энергосбережению на базе газопоршневых микро-ТЭЦ - ф.3…………………………………………………………………... 31 Барабошкина Т.А., Огородникова Е.Н. Эколого-экономический потенциал вторичных ресурсов Северной Евразии (на примере Московского региона) ф.17………………………………………………………………………………….. 41 Албул В.П., Тумановский В.А., Степанова Т.А., Дроздов С.В. Анализ эффективности выработки электрической и тепловой энергии в различных схемах генерации - ф.4………………………………………………………………. 46 Горюнов О.А. Автономное энергоснабжение объектов газотранспортной системы, с применением возобновляемых и альтернативных источников энергии ф.11………………………………………………………………………………… Золоторев Г.М., Густов Л.В. Автономное энергоснабжение газовых котельных - ф.2………………………………………………………………………….. 56 66 71 Золотарев Г.М. Пиролиз или сжигание твердых бытовых отходов - ф.5……. Гуков Д.М., Молчанова И.В. Исследование возможности использование биогаза с полигонов твердых бытовых отходов в российских условиях с целью обеспечения экологической и пожарной безопасности - ф.12…………… 77 Ширяев Р.Я., Бобренков В.В. Автономная газовая котельная для безаварийного и энергоэффективного снабжения тепловой энергией жилых поселков на территории новой Москвы - ф.14………………………………………………… 79 Золотарев Г.М., Егошин И.И., Тимакин В.В., Кодолов Г.О., Морозов В.А. Новый энергетический продукт из возобновляемых источников энергии – древесно-угольные пеллеты - ф. 15……………………………………………… 82 Хорева П.В., Бернадинер И.М., Степанова Т.А. Разработка энергоэффективной технологии высокотемпературного обезвреживания осадков сточных вод - ф.9……………………………………………………………………………. 94 ~3~ Молчанова И.В., Тарараева Д.В., Дайнеко Ф.А. Комплексная переработка опасных отходов плазмотермическим методом - ф.19…………………………. 102 Морозов В.А., Рафаилов А.Г. О технологиях устойчивого развития сельскохозяйственных территорий Российской Федерации - ф.1……………………… 108 Карпова Е.Е., Миронов С.М., Сучков А.А., Карпов Е.Е., Карелин А.П., Карпов Е.Ф. Предупреждение чрезвычайных ситуаций техногенного характера, связанных с утечками природного газа в жилых помещениях - ф.21……. 113 Карпова Е.Е., Миронов С.М., Сучков А.А., Карелин А.П., Карпов Е.Ф., Карпов Е.Е. Совершенствование термохимических (каталитических) сенсоров горючих газов и паров - ф.23………………………………………………... 121 Густов Л.В. Термодинамические свойства продуктов сгорания природного газа - ф. 24…………………………………………………………………………. 131 Нгуен Ван Лок Экономика Вьетнама: ее место и роль в международном разделении труда - ф.10……………………………………………………………….. 144 148 Правила подготовки материалов для публикации в «Вестнике МАНЭБ»……... ~4~ О «ВЕСТНИКЕ МАНЭБ» Русак О.Н., главный редактор «Вестника МАНЭБ» Основное назначение «Вестника МАНЭБ» - публикация новых научных разработок в области безопасности деятельности. Поскольку деятельность включает в себя все формы активности человека, то «Вестник МАНЭБ» в тематическом отношении носит универсальный характер. На его страницах могут размещаться любые материалы, содержание которых связано с решением тех или иных аспектов опасности и безопасности, имеющие реальный и обоснованный характер. К основным тематическим направлениям журнала, в частности, можно причислить проблемы: - экология и охрана окружающей среды; - безопасность деятельности, в том числе охрана труда; - промышленная и бытовая безопасность; - чрезвычайные ситуации и гражданская защита; - здоровье населения и безопасность продуктов питания; - безопасность детей; - образование и подготовка кадров; - проблемы терроризма, экстремизма и др. Отдельные рубрики могут быть посвящены критическим публикациям, рекламе, защитам диссертаций, молодежным проблемам, обзору конференций, новым изданиям. Набор рубрик в каждом номере «Вестник МАНЭБ» определяется характером поступающих материалов. Авторами публикаций могут быть любые лица, в том числе не являющиеся членами МАНЭБ. «Вестник» дистанцируется от разного рода спекулятивных индексов цитирования и директивных указаний, руководствуясь только решениями Президиума МАНЭБ, учитывающих мнения членов МАНЭБ. Очевидно, что ценность издания однозначно определяется содержанием публикуемых материалов, их научной обоснованностью и практической применимостью и не зависит от разного рода конъюнктурных обстоятельств. Техническое оформление публикаций максимально упрощено. В некоторых случаях, статьи могут публиковаться в авторской редакции. Приглашаем авторов присылать в журнал свои работы, которые соответствуют принципу Уильяма Оккама «Не умножай сущности без надобности» и призывам Демокрита строго определять значения применяемых слов и понятий. Задача членов редакционного совета и редакционной коллегии состоит в том, чтобы организовать публикации, отвечающие современным реалиям, редактировать статьи, содействовать распространениюи развитию журнала. Выражаю уверенность в том, что публикации, помещенные в «Вестнике МАНЭБ» будут содействовать решению проблем безопасности, сохранению и защите жизни и здоровья людей. Решение глобальных проблем системной экологии, стоящие перед человечеством, связывают с устойчивым развитием, коэволюцией, биотической регуляцией. В последнее время появились такие понятия как зеленая экономика, зеленая химия, зеленая энергетика и др. Символический смысл приведенных слов и словосочетаний один – сохранить жизнь на Земле. Их можно объединить под общим названием зеленая жизнь – «GreenLife». Именно этой теме посвящен номер «Вестника МАНЭБ», который вы держите в руках. ~5~ About "Westnik IAELPS" O.Rusak, Chief Editor of "Westnik IAELPS" The main purpose of "Westnik IAELPS" - the publication of new scientific developments in the field of safety of activity. As activity includes all forms of human activity, the "Westnik IAELPS" in the thematic relation has universal character. On its pages can be placed any materials which are relevant to the decision of certain aspects of danger and safety that have real and reasonable character. The main thematic directions of the magazine, in particular, are: - Ecology and Environmental protection; - Safety of activity, including labor protection; - Industrial and everyday safety; - Emergencies and civil protection; - Public health and food safety; - The safety of children; - Education and training; - The problem of terrorism, extremism, etc. Individual rubrics can be devoted to critical publications, advertising, dissertations, youth issues, review conferences, new publications. Set of rubrics in each issue of "Westnik IAELPS" determined by the character of incoming materials. Any persons may send their articles, even if they are not the members of IAELPS. " Westnik IAELPS" distances itself from all sorts of speculative citation indices and directives, guided only by the decisions of the Presidium IAELPS considering the views of IAELPS members. Obviously, the value of edition is determined by the content of published materials, their scientific validity and practical applicability and does not depend on all sorts of volatile circumstances. Technical design of publications maximally simplified. In some cases, articles are published in author's edition. We invite authors to send their works , which correspond to the principle of William of Ockham, "Do not multiply entities unnecessarily" and Democritus’s calls for strictly define values of used words and concepts. Task of the members of the Editorial Council and the Editorial Collegium is to organize the publication corresponding to modern realities, edit articles, and promote the development of the magazine. I am confident that the publications placed in the "Westnik IAELPS" will help to solve the problems of the safety and protection of life and health. Solution of global problems of System Ecology, facing humanity, linked to sustainable development, coevolution, biotic regulation. Lately such concepts as “green economy”, “green chemistry”, “green energy”, etc. has appeared. The symbolic meaning of these words and phrases one - to preserve life on Earth. They can be grouped under the general name of “green life”«Green Life». The edition of "Westnik IAELPS" which you hold in your hands is devoted exactly to this topic. ~6~ НА ПОВЕСТКЕ ДНЯ – «ЗЕЛЕНАЯ» ЭКОНОМИКА Раковская Е.Г., к.хим.н., доц. Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им. Кирова Аннотация: В работе анализируется направление «зеленая» экономика, вопросы перехода общества к «зеленой» экономике. Показано, что «зеленая» экономика - это новый глобальный курс инновационного антикризисного развития для мировой экономики. Ключевые слова: «зеленая» экономика, природные ресурсы, энергоэффективность, устойчивое развитие, конференции ООН. В обществе все чаще стало употребляться выражение «зеленая» экономика. После прошедшего Саммита «РИО + 20» Президент нашего государства предопределил этому понятию высокий приоритет как один из первостепенных факторов на пути дальнейшего развития страны. Что такое «зеленая» экономика? В настоящее время общество по-разному понимает суть выражения «зеленая» экономика. Одни считают, что это новые отрасли экономики, которые улучшат природу страны. Другие понимают это выражение как новые технологии, своего рода экосистемы, которые призваны помогать и приносить пользу природе. Третьи считают, что это переход на новый этап развития, целью которого является создание экологически чистых продуктов. Все эти подходы к определению понятия очень близки к значению выражения. «Зеленая» экономика - это экономика, направленная на сохранение благополучия общества, за счет эффективного использования природных ресурсов, а также обеспечивающая возвращение продуктов конечного пользования в производственный цикл. В первую очередь, «зеленая» экономика направлена на экономное потребление тех ресурсов, которые в настоящее время подвержены истощению (полезные ископаемые – нефть, газ) и рациональное использование неисчерпаемых ресурсов. В основе зеленой экономики – чистые или «зеленые» технологии. По словам специалистов, развитие «зеленой» экономики позволит избежать нашей стране экологического кризиса, который затронул своими масштабами уже многие постиндустриальные страны. По определению, данному в докладах ЮНЕП (Программа ООН по окружающей среде), зеленая экономика определяется как экономика, которая повышает благосостояние людей и обеспечивает социальную справедливость и при этом существенно снижает риски для окружающей среды и ее деградации. Важными чертами такой экономики являются: эффективное использование природных ресурсов; сохранение и увеличение природного капитала; уменьшение загрязнения; низкие углеродные выбросы; предотвращение утраты экосистемных услуг и биоразнообразия; рост доходов и занятости. Зеленая экономика рассматривается в контексте борьбы с глобальным изменением климата и перспективного направления выхода из финансово-экономического кризиса. Приоритетной чертой ее роста является радикальное повышение энергоэффективности. В связи с этим широкое распространение получил термин «низкоуглеродная» экономика. Концепция зеленой экономики не заменяет собой концепцию устойчивого развития. Однако сейчас все более широко признается тот факт, что достижение устойчивости во многом зависит от позеленения экономики. Предлагается мобилизовать и перестроить глобальную экономику в направлении увеличения инвестиций в чистые технологии и природную инфраструктуру, стимулировать экологизацию экономики, избежать катастрофических последствий глобального изменения климата. Реализация нового зеленого курса предполагает минимизацию использования невозобновимых полезных ископаемых для производства электроэнергии за счет инвестиций в возобновляемые энергоносители, а также обязательность энергосбережения. Все эти мероприятия позволят снизить спрос и затраты на энергию, а также ее стоимость. По оценкам ЮНЕП достаточно 2% мирового ВВП в озеленение 10 секторов экономики для изменения ~7~ характера мирового развития, запуска механизмов снижения выбросов парниковых газов и эффективного использования ресурсов. Многие страны сегодня реализуют антикризисные программы на основе учета принципов зеленой экономики. Новые возможности для развития страны в этом направлении открывает разворачивающееся сейчас в мире движение на основе документа «Будущее, которого мы хотим», принятого на Всемирной конференции ООН по устойчивому развитию в 2012 году, через 20 лет после встречи в Рио-де-Жанейро. Лидировать в этом процессе должен тот, для кого это особенно актуально. Это предполагает осознание необходимости такого пути развития и определенные экономические возможности для его реализации. Ряд развитых стран активно включились в процесс после Конференции ООН в Рио-де-Жанейро в 1992 г. Многие другие страны, всецело сконцентрированные на обеспечении экономического роста для решения крайне острых социальных проблем, не смогли полноценно откликнуться на этот призыв мирового сообщества. При всей актуальности идей устойчивого развития для любой страны и необходимости совместных усилий всего мирового сообщества всерьез продвижение в этом направлении могут обеспечить лишь страны с достаточно развитой экономикой. Подключение других стран возможно по мере их роста и при поддержке со стороны развитых стран. Россия сегодня среди стран, для которых это особенно актуально. На то есть ряд оснований. Это и экономический рост, и богатые природные ресурсы, и постановка вопроса о поисках оптимального пути развития. Приоритеты страны в инновационной политике, в энергоэффективности, в модернизации экономики в соответствии с современными требованиями естественным образом определяют движение в направлении «зеленой» экономики и устойчивого развития. Вопросы перехода к зеленой экономике стали центральными на одной из самых представительных конференций ООН в Рио-де-Жанейро в 2012 году. В итоговом документе конференции говорится: «Мы подтверждаем, что для разных стран существуют различные подходы, концепции, модели и инструменты, соответствующие их национальным ситуациям и приоритетам, для достижения устойчивого развития в трех его аспектах, что является нашей общей целью. В этой связи мы рассматриваем «зеленую» экономику в контексте устойчивого развития и ликвидации нищеты в качестве одного из важных инструментов обеспечения устойчивого развития и считаем, что она может обеспечить различные варианты формирования политики, но не должна быть жестким набором правил. Мы подчеркиваем, что она должна содействовать ликвидации нищеты, а также поступательному экономическому росту, способствуя социальной интеграции, улучшению благосостояния человека и созданию возможностей для занятости и достойной работы для всех, и при этом обеспечивать нормальное функционирование экосистем планеты». «Мы принимаем во внимание, что «зеленая» экономика в контексте устойчивого развития и ликвидации нищеты укрепит нашу способность рационально использовать природные ресурсы с меньшими отрицательными последствиями для окружающей среды, повысит эффективность использования ресурсов и уменьшит количество отходов». Усиление экологических ограничений привело к осознанию необходимости формирования нового типа экономического развития в мире, выработки нового зеленого экономического курса. В международных документах все шире используются термины зеленая промышленность (green industry), зеленые рынки (green markets), зеленая занятость (green jobs) и другие термины с прилагательным зеленый. Все чаще говорят о зеленых инновациях, под которыми подразумеваются новые технологии с минимальным воздействием на окружающую среду (альтернативная энергетика, электротранспорт, биотопливо и т.д.). По определению, данному в докладах ЮНЕП, зеленая экономика определяется как экономика, которая повышает благосостояние людей и обеспечивает социальную справедливость, и при этом существенно снижает риски для окружающей среды и ее деградации. Важными чертами такой экономики являются: ■ Эффективное использование природных ресурсов; ~8~ ■ Сохранение и увеличение природного капитала; ■ Уменьшение загрязнения; ■ Низкие углеродные выбросы; ■ Предотвращение утраты экосистемных услуг и биоразнообразия; ■ Рост доходов и занятости. За прошедшие десятилетия человечество создавало новые богатства на основе неэкологичной модели «коричневой» экономики. Устойчивость остается важнейшей целью, но для ее достижения необходимо сделать мировую экономику зеленой. В настоящее время наблюдается все больше признаков появления новой экономической модели в мире и отдельных странах, при которой за рост благосостояния не надо платить повышением экологических рисков, ростом дефицита природных ресурсов и загрязнением окружающей среды. Переход к «зеленой» экономике способен обеспечить устойчивое развитие и искоренение бедности в невиданных доселе масштабах. Этот потенциал обусловлен, в сущности, изменением правил игры: и наш мир, и вызовы, с которыми мы в нем сталкиваемся, радикально изменились и требуют коренного пересмотра нашего подхода к экономике. Для увеличения и совершенствования природного капитала, такого как леса, водные ресурсы, почва и рыбные запасы, особенно важного для бедного сельского населения, необходимо перераспределение государственных и частных инвестиций, которого можно добиться соответствующими политическими реформами и созданием соответствующих благоприятных условий. Эти «зеленые» инвестиции также обеспечат развитие новых секторов и технологий, которые станут в будущем основными источниками экономического развития и роста. К их числу относятся технологии производства энергии из возобновляемых источников, ресурсо- и нергоэкономичные здания и оборудование, системы общественного транспорта с низким уровнем выбросов углерода, инфраструктура для автомобилей с низким потреблением топлива и автомобилей на «чистой» энергии, мощности по утилизации и переработке отходов. Необходимы также сопутствующие инвестиции в человеческий капитал, включая такие, которые позволят населению приобрести знания, управленческие навыки и технические умения, необходимые для «зеленой» экономики, чтобы обеспечить плавный переход на более устойчивый путь развития. Зеленая» экономика заменяет ископаемое топливо «чистой» энергией и технологиями с низким уровнем выбросов углерода, уменьшая воздействие на климат и одновременно создавая достойные рабочие места и снижая зависимость от импорта. Новые технологии, способствующие повышению энерго- и ресурсоэффективности, открывают возможности для роста в новых направлениях, компенсируя потерю рабочих мест в «коричневой» экономике. Повышение ресурсоэффективности — эффективности использования как электроэнергии, так и сырья — проявляется повсеместно, и в т.ч. в совершенствовании системы утилизации отходов, усилении роли общественного транспорта, «зеленом» строительстве и сокращении количества пищевых отходов по всей цепочке производства и потребления продуктов питания. Нормативы, стандарты и цели очень важны для задания направления развития. Но не менее важно дать развивающимся странам возможность продвигаться своими темпами с учетом своих собственных целей развития, обстоятельств и ограничений. Развитые страны должны сыграть ведущую роль в выработке навыков и повышении компетентности в развивающихся странах, а также в формировании международного рынка и законодательной основы для «зеленой» экономики. Литература 1. Бобылев С.Н., Захаров В.М. Зеленая экономика и модернизация. Экологоэкономические основы устойчивого развития. На пути к устойчивому развитию России, № 60, 2012, 90 с. 2. Глобальный «зеленый» новый курс. Доклад ЮНЕП, 2009, 42 с. ~9~ 3. «Декларация тысячелетия Организации Объединенных Наций». Резолюция № A/RES/52/2, 2000, 7 с. 4. Будущее, которого мы хотим. Итоговый документ Конференции ООН. Рио-деЖанейро, 19 июня 2012г. 5. «Зеленая экономика» - новый вектор устойчивого развития? Мосты между торговлей и устойчивым развитием, 2010, вып. 5, 18 с. Summary. This paper analyzes the direction of "green" economy, questions society's transition to a "green" economy. It is shown that the "green" economy - is a new global anti-crisis rate of innovative development for the global economy. Keywords: "green" economy, natural resources, energy, sustainable development, the UN conference. УДК – 338.012 КОНЦЕПТУАЛЬНЫЕ ПОДХОДЫ РЕАЛИЗАЦИИ ПРИНЦИПОВ «ЗЕЛЕНОЙ» ЭКОНОМИКИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Полоник С.С. – доктор экономических наук, профессор, заместитель декана экономического факультета Хоробрых Э.В. – кандидат экономических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, академик МАНЭБ Литвинчук А.А. – аспирантка, научный сотрудник АННОТАЦИЯ. В научной статье рассмотрены подходы реализации принципов «зеленой» экономики для обеспечения устойчивого развития, включающие: сущность и специфику понятия «зеленой» экономика; принципы и условия перехода на «зеленую» экономику; развитие экологически чистого производства для получения экологически чистой продукции; мировой опыт становления и развития ЭЧП; пути перехода Республики Беларусь на принципы «зеленой» экономики. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: «зеленая» экономика, экологически чистая продукция, мировой рынок, механизм экономического стимулирования В течение последнего десятилетия человечество одновременно переживает несколько кризисов: климатический, кризис биоразнообразия, топливный, продовольственный, водный, а в последние годы и кризис финансовой системы и экономики в целом. Многие из этих вопросов в течение длительного времени воспринимавшиеся как проблемы далекого будущего, сегодня, с учетом новых вызовов, стали насущными проблемами выживания для всей планеты. В этом плане, происходящие изменения обусловили необходимость построения нового экономического мышления и поэтому в передовых развитых странах, в том числе и в Республике Беларусь происходит процесс переоценки ценностей, вектор которой направлен на рост благосостояния общества и социальных гарантий и одновременное уменьшение экологических рисков и дефицитов, и остро ставится вопрос выбора приоритетного направления повышения качества жизни населения. В качестве альтернативной модели все чаще выдвигается так называемая «зеленая» экономика (или «зеленый» рост), призванная обеспечить для устойчивого развития страны увязку между собой трех компонентов – экономического, социального и экологического. ~ 10 ~ Сущность и специфика понятия «зеленая» экономика Наиболее авторитетное и широко применяемое определение этого понятия сформулировано ЮНЕП: «Зеленая» экономика – это экономика, которая обеспечивает долгосрочное повышение благосостояния людей и сокращение неравенства, при этом позволяя будущим поколениям избежать существенных рисков для окружающей среды и ее обеднения [1]. Интегрируя многочисленные аналитические и программные предложения, ЮНЕП также объявило о том, что грядущее десятилетие (2010 – 2020 гг.) будет десятилетием «зеленой» экономики. Это подтвердила и конференция ООН по устойчивому развитию «Рио+20» (2012 г.), которая определила пути устойчивого развития и искоренения бедности на основе «зеленой» экономики. Концепция «зеленой» экономики становится тем «новым» курсом, который способен преодолеть кризис. Она решает двуединые задачи устойчивости: высокий уровень человеческого развития и низкий уровень воздействия на окружающую среду. Это – инициатива, созданная в ответ на множественные кризисы и растущий дефицит ресурсов; новая экономическая парадигма, которая может привести к росту доходов и занятости, усиливая экологические аспекты; экономический двигатель устойчивого развития. Принципы и условия перехода на «зеленую» экономику Инициатива по «зеленой» экономике в соответствии с наиболее устоявшимся подходом основана на трех главных принципах, которые определяют направления инновационного развития и модернизации производства для того, чтобы обеспечить длительное благополучное развитие экономики [1]: оценка и выдвижение на первый план природных услуг на национальном и международном уровнях; обеспечение занятости населения за счет создания «зеленых» рабочих мест и разработки соответствующей политики; использование рыночных механизмов для достижения устойчивого развития. В соответствии с рекомендациями Еврокомиссии по окружающей среде, к числу условий перехода к «зеленой» экономики относятся [2]: внедрение Концепции «зеленой» экономики – экологически ориентированного роста в государственные стратегии, политику и планирования; создание надежных нормативно-правовых основ перехода; приоритетность государственных инвестиций и расходов в областях, стимулирующих превращение секторов экономики в «зеленые»; ограничение расходов в областях, истощающих природный капитал; применение налогов и рыночных инструментов для изменения предпочтений потребителей и стимулирования «зеленых» инвестиций и инновации; инвестирование в повышение компетентности, обучение и образование; укрепление международного сотрудничества. Суть этих условий очевидна: конкретные политические возможности для перехода к «зеленой» экономике не только существуют, но и реализуются во многих странах по всему миру. Правительства, своевременно принимающие меры для создания условий, способствующих переходу к «зеленой» экономике, не только поддерживают подобный переход, но и стараются извлечь из него максимальную выгоду. Для полного перехода государства на принципы «зеленой» экономики, необходимо не только государственное финансирование, но и привлечение частных инвестиций в наиболее важные сектора экономики (сельское хозяйство, промышленность, энергетика, лесное хозяйство, транспорт, туризм и др.). Остановимся более подробно на «озеленении» сельского хозяйства, а именно на перспективах развития и внедрения экологически безопасного производства для получения экологически чистой продукции. Развитие экологически чистого производства для получения ЭЧП Учитывая различные толкования отечественными и зарубежными специалистами сущности понятия «экологически чистая продукция» можно в общем виде дать следующее определение: (ЭЧП) – это продукция, выращенная на экологически чистых сельскохозяйственных землях с использованием технологий и способов, исключающих применение минеральных удобрений, гербицидов и других химических средств защиты растений, отвечающая научно обоснованным стандартам качества, подтвержденная сертификатами и не оказывающая негативного влияния на состояние окружающей среды при ее производстве и утилизации. ~ 11 ~ Основные требования, предъявляемые к ЭЧП, следующие: безопасность человека; полезность для здоровья человека; безопасность для окружающей среды; использование безотходных (малоотходных производств); экономичность использования всех видов ресурсов; соответствие качественных параметров продукции установленным нормам и стандартам; возможность утилизации с соблюдением требований экологичности. Учитывая вышеперечисленные требования, ЭЧП должна удовлетворять следующим условиям: во-первых, она должна быть изготовлена полностью или не менее чем на 90 процентов из натуральных компонентов, которые, в свою очередь, получены или выращены в естественных природных условиях без применения искусственных и генномодифицированных добавок; во-вторых, содержание вредных примесей в ней не должно превышать предельно допустимых концентраций (ПДК); в-третьих, производство экологически чистой продукции не должно наносить ущерб окружающей среде; в-четвертых, по окончанию жизненного цикла, утилизация такой продукции может быть осуществлена без последствий для окружающей среды. Среди основных факторов, обеспечивающих производство ЭЧП, можно выделить: качество исходного сырья, используемого при производстве продукции; технология производства; органолептические свойства; наличие соответствующего сертификата; отсутствие консервантов и генно-модифицированных продуктов; цена реализации. Конкурентные преимущества экологически безопасного производства продукции представлены в таблице 1 [3, 4]. В настоящее время особое внимание во всем мире уделяется экологическому преимуществу по двум причинам – из-за проблем экологии в целом, которые затрагивают и сельское хозяйство, а также качество продуктов питания. Поэтому в требования к экологическому сельскому хозяйству включается не только соблюдение норм чистоты продукта, но и окружающей среды. Таблица 1 – Конкурентные преимущества экологически безопасного производства продукции. № п/ п 1 Конкурентные преимущества безопасной продукции ЭЧП Качественные 2 Экологические 3 Социальные 4 Технологические 5 Маркетинговые 6 7 Технические Ценовые 8 Биологические Характеристика конкурентных преимуществ для экологически безопасной продукции Содержание нитратов, тяжелых металлов, витаминов и питательных веществ, легкость продукции. Загрязнение окружающей среды: рациональное применение минеральных, органических удобрений, пестицидов, химических средств защиты растений, механической обработки почвы; утилизация животных отходов, отходов потребления; сокращение выбросов в атмосферу, водные объекты. Качество жизни населения: заболеваемость, продолжительность жизни, рождаемость, формирование «экологического сознания» и культуры питания у населения. Современные экологически безопасные, энерго- и ресурсосберегающие технологии, специальные технологические приемы. Развитие прямого маркетинга через специальные торговые сети. Сертификация продукции, экологическая маркировка. Маркетинговые программы продвижения. Сертифицированная сельскохозяйственная техника. Цена продажи и цена потребления экологически безопасной аграрной продукции. Сохранение экосистем, природных ландшафтов, видового и генного разнообразия. При этом следует отметить, что экологически чистая сельскохозяйственная продукция более дорогая по сравнению с обычной, что обусловлено сравнительно большими затратами для ее производства. В силу этого в условиях развития рыночных отношений возраста- ~ 12 ~ ет роль экономического стимулирования тех товаропроизводителей, производящих экологически чистую и безопасную продукцию. Механизм экономического стимулирования производства и потребления ЭЧП Важнейшими составляющими механизма экономического стимулирования производства и потребления экологически чистой сельскохозяйственной продукции являются: правовое обеспечение (система законодательных актов, определяющих «рамки правового поля» в указанной сфере производства); нормативное обеспечение (разработка технических регламентов, системы стандартов и сертификатов); государственное регулирование (формирование системы льготного кредитования и налогообложения). Главной целью такого механизма является приведение в действие экономических рычагов влияния на производителей, а также на потребителей экологически чистой продукции, что в конечном итоге должно привести к удовлетворению общества в качественных продуктах питания, а также к увеличению средней продолжительности жизни населения в условиях устойчивого развития [5]. Он должен обеспечивать выполнение следующих функций управления производством ЭЧП [6]: организация процесса производства; оценка потребности в экологически чистом продукте; планирование; ценообразование; мотивация; стимулирующая функция; функция контроля, реализация которых может осуществляться экономическими, хозяйственными и социальными методами. Исследования показали, что несмотря на позитивные сдвиги в функционировании действующей системы экономического стимулирования производства и потребления ЭЧП, она не в полной мере соответствует рыночным условиям и имеет ряд нерешенных проблем: недостаточная эффективность функционирования сельскохозяйственного производства, неполное использование имеющихся мощностей; высокая степень износа активной части основных производственных фондов; отсутствие собственных средств для развития и модернизации сельскохозяйственного производства ввиду высокой закредитованности ряда предприятий; недостаточная эффективность управления предприятиями в условиях жесткой конкуренции; дефицит частных инвестиций на модернизацию производственно-технической базы с внедрением новейших ресурсосберегающих и экологически чистых технологий и др. Исходя из вышеизложенного, считаем целесообразным: формирование системы правового обеспечения производства и потребления ЭЧП; установление четких критериев отбора проектов для финансирования и кредитования; установление льготных кредитов для предпринимательства в сфере производства ЭЧП; приоритетное финансирование мероприятий, способствующих улучшению качественных параметров продукции; оптимизация перечня контролируемых показателей качества и безопасности продукции в соответствии с требованиями мирового рынка; разработка новых технологий производства сельскохозяйственных продуктов с учетом экологического фактора; Реализация предложенных направлений позволит, с одной стороны, повысить уровень удовлетворения потребностей общества в экологически чистой сельскохозяйственной продукции, а с другой стороны – исключить применение химических консервантов, искусственных чужеродных для человека пищевых добавок и жестких режимов тепловой обработки. Мировой опыт становления и развития экологически чистой продукции с учетом принципов «зеленой» экономики. Во многих странах мира в последние годы пересмотрена вся система ведения сельского хозяйства, основная цель которой – получение качественной экологически чистой безвредной для человека продукции. Учитывая мировые тенденции перехода многих стран к «зеленой» экономике, значительно активизировалось формирование быстро развивающегося мирового рынка, охваты- ~ 13 ~ вающего все сферы производства и услуг. Однако, пока не существует общепринятой международной классификации нового рынка и ЭЧП не выделена в отдельную графу ни международной, ни национальной статистикой. В связи с этим дать точную оценку и анализ данного рынка пока не представляется возможным, хотя приблизительную структуру рынка экологически чистых продуктов точно можно представить на рисунке 2 [7]. Обзор научных публикаций свидетельствует о том, что в мире идет стремительное развитие экологического сельского хозяйства. Оно ведется приблизительно в 120 странах мира. Согласно анализу, проведенному Международной Федерацией движений за экологическое сельское хозяйство (IFOAM), Швейцарским институтом органического сельского хозяйства (FIBL), а также Фондом экологии и сельского хозяйства (SOEL), уже в 2006 – 2007 гг. экологическое сельское хозяйство велось на площади более чем 30 млн. га. Кроме того, на площади 19,7 млн. га. Произрастают сертифицированные дикорастущие растения. Наиболее быстрое развитие сектора производства экологически чистой продукции наблюдается в Китае, Аргентине, Японии, Польше и Австралии. По оценке профессора Ульриха Хама ежегодное увеличение производства экологических продуктов в этих странах составляет от 20 до 50 %. Активную политику экологизации сельского хозяйства проводит Китай. Буквально за 2 года он более чем в 11 раз увеличил площадь земли, отведенной под производство этой продукции. В 2002 г. Китай экспортировал экологические продукты на 200 млн. долларов. Структура рынка экологически чистых продуктов Операторы рынка Продукт Поставщики эко-сырья и технологий Не сертификационные продукты, но позиционирующиеся, как экологически чистые и безопасные 3-й уровень экологичности Эко-производители Сертификационные органы Дистрибуторы Розничные операторы Продукты здорового образа жизни, функциональные и витаминизированные продукты 2-й уровень экологичности Потребители Пассивные потребители: «Колеблющиеся» «Жалующиеся» «Равнодушные» Активные потребители: «Подверженные» «Тратящие» Сертифицированные экологически чистые продукты 1-й уровень экологичности Государственное регулирование рынка Стимулирование операторов рынка Единая система экологической сертификации продукции Повышение экологического сознания населения Рисунок 2 – Структура рынка экологически чистой продукции Тем не менее, соотношение экологического сельского хозяйства и традиционного несоизмеримо выше в странах Европы. Среди крупнейших стран мира по доле экологического земледелия находится Лихтенштейн (27,9 %), Австрия (14,2 %) и Швеция (12,0 %). Во мно- ~ 14 ~ гих странах с развитой экономикой удельный вес земель, на которых возделывается экологически чистая продукция, колеблется от 5 до 15 % [8, 9]. Основной причиной роста объемов экологически чистой продукции является наличие спроса населения на нее в связи с ростом благополучия и заботой о здоровье, ухудшением общей экологической обстановки на планете, заинтересованность производителя в увеличении прибыли, внедрение современных технологий и др. С каждым годом все больше жителей цивилизованных стран предпочитают покупать экологически чистые продукты питания, что способствует развитию рынка этой продукции. В растущей фазе в настоящее время находится рынок экологически чистой продукции в Северной Америке, Италии, Голландии, Норвегии, Швеции, Португалии, Финляндии и других странах. Основными причинами роста мирового рынка ЭЧП являются экологические пищевые кризисы последнего десятилетия (эпидемия коровьего бешенства, эпидемия ящера, птичий грипп), общественные волнения по поводу вреда генно-модифицированных компонентов, содержащихся в продуктах питания, распространение аллергических реакций на употребление продуктов питания и, как следствие, всех этих явлений – рост недоверия к традиционным продуктам. Правительства развитых стран активно поддерживают эко-производство, так как оно способствует укреплению внутреннего рынка, увеличению экспорта и помогает решить экономические и экологические проблемы. Лидирующие позиции по развитию рынка ЭЧП и экспорту эко-продукции занимают США, страны Западной Европы, прежде всего Германия, Швейцария, Дания, Италия, Великобритания, Франция. Для стран Восточной Европы и развивающихся стран характерен экспортный характер развития рынка ЭЧП. В первую очередь это связано с неготовностью внутреннего рынка к эко-потреблению вследствие низкого уровня жизни и экологического сознания населения. Но в общем можно говорить о большом потенциале развития эко-производства в этих странах по причине более низкого уровня техногенного развития и загрязнения окружающей среды, а так же более дешевой себестоимости производства эко-продукции. Доля рынка экологически чистой продукции в общем объеме продуктового рынка в странах Евросоюза составляет: Австрия – 1,8 %, Швеция – 2 %, Германия – 3 %. Наибольшая доля экологически чистой продукции на рынке приходится на овощи и фрукты, наименьшая – на мясо, рыбу и птицу. Опыт стран, имеющих рынок экологически чистой продукции, свидетельствует о том, что эта продукция реализуется через супермаркеты, специализированные и обычные магазины. В Финляндии около 90 % всех розничных продаж ЭЧП осуществлялось через супермаркеты, в Великобритании – 76 %. В Германии – реализуется 36 % общего объема продаж, специализированные магазины – 34 %, обычные магазины – 16 % [8]. Надбавка к цене на экологически чистую продукцию в Германии колеблется от 27 до 268 %. Причиной высокой надбавки является низкий уровень цен на традиционные продукты питания, высокие затраты на поставку вследствие небольших объемов производства, а так же короткий период хранения свежих продуктов в различных сетях. Поэтому важным в развитии рынка экологически чистой продукции является и то, что правительства целого ряда стран осуществляют поддержку сельских товаропроизводителей, производящих эту продукцию, в виде дотаций и субсидий. Из бюджета Евросоюза ежегодно примерно 50 % расходуется на компенсационные выплаты фермерам, ограничивающим использование химикатов. Накопившиеся экологические проблемы в большинстве стран СНГ, а также общемировые рыночные экотенденции дали толчок развитию рынка ЭЧП. В этом плане весьма показателен пример России, где начиная уже с конца XIX столетия было положено начало развитию производства экологически чистой продукции [4, 7]. В настоящее время уже можно констатировать, что российский рынок ЭЧП успешно развивается: внедрение эко-маркировки в Москве, разработка закона о производстве, переработке, транспортировке, хранении и реализации ЭЧП, открытие первых специализирован- ~ 15 ~ ных магазинов, – все это свидетельствует о большом будущем индустрии ЭЧП в России. Динамика и прогноз развития рынка ЭЧП в России представлена на рисунке 3. Динамика и прогноз развития рынка Эчп в России, 1989 - 2019 гг. (млн. долл.) 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019 Рисунок 3 – Динамика и прогноз развития рынка ЭЧП России (1989 – 2019 гг.) На основе анализа особенностей и закономерностей развития рынка, проделанный российскими специалистами, была построена модель рынка ЭЧП, опыт построения которой может быть с соответствующей корректировкой применен и в Республике Беларусь (рисунок 4). Основными особенностями данной модели являются: специализация экологически чистого производства в области экологического сельского хозяйства, что обусловлено уникальными климатическими и аграрными возможностями страны; планируемая ориентация рынка на отечественные ЭЧП среднего ценового сегмента вследствие доступности и приемлемой текущей экологичности продовольственных ресурсов страны; широкие экспортные возможности российских ЭЧП вследствие более низкой себестоимости их производства в России. Производство Основная специализация – экологическое сельское хозяйство: биорастениеводство биоживотноводство использование биоресурсов дикой природы Экологически ориентированный потребитель: лояльность к отечественному эко-продукту предпочтение продукции среднего ценового сегмента, баланс цены и качества РОССИЙСКИЙ РЫНОК ЭКОЛОГИЧЕСК И ЧИСТОЙ ПРОДУКЦИИ Единая система сертификации и маркировки эко-продукции: гармонизированная с международными стандартами. Система стимулирования экопроизводителей. Каналы сбыта продукции: Внутренний рынок: традиционные магазины – до 45 % (выделение отделов и секций ЭЧП) специализированные магазины (до 20 %) с/х рынки, прямой сбыт (до 35 %, преобладание несертифицированной, но близкой к экологическому качеству продукции) Внешний рынок: экспорт составляет до 50 % всей произведенной продукции Маркетинг и продвижение продукции: 1 этап – популяризация категорий «эко», «био», как таковых, создание союзов эко-производителей 2 этап – формирование российских эко-брендов Рисунок 4 – Модель российского рынка экологически чистой продовольственной продукции Активную позицию в вопросах перехода к «зеленой» экономике среди стран СНГ занимает Казахстан. В 2013 году разработана и утверждена Концепция по переводу страны к «зеленой» экономике до 2050 года.. При этом следует отметить, что Казахстан уже заручил- ~ 16 ~ ся поддержкой иностранных партнеров из Южной Кореи, Китая и Евросоюза, подписан меморандум (июль 2013) на сумму более 18 млрд. тенге (около 120 млн. долл.) для проведения совместных работ по «зеленой» экономике. И в соответствие с планами руководства республики, следуя «зеленому пути», Казахстан должен войти к 2050 году в 30-ку наилучших для жизни стран мира. Изложенный выше мировой опыт по организации экологического земледелия и производства экологически чистой продукции на основе принципов «зеленой» экономики будет весьма полезен для Республики Беларусь, поскольку в нашей стране уже наблюдаются некоторые позитивные изменения в этом направлении. Большое внимание в настоящее время уделяется усилению государственного регулирования разработки и внедрения механизмов ориентации производства на создание конкурентоспособных экологически чистых и безопасных товаров и услуг на национальном уровне. Об этом свидетельствует ряд разработанных в Беларуси программных документов, в которых среди основных приоритетных направлений развития промышленного комплекса страны отдельно выделено формирование «зеленой» экономики [11]. Уже в настоящее время Республика Беларусь рассматривает «зеленую» экономику в качестве важного инструмента обеспечения устойчивого развития экологической безопасности страны и как фактор повышения конкурентоспособности белорусской продукции, в том числе экологически чистой, на внешних рынках. Поэтому рынок экологически чистой аграрной продукции, представляющий собой альтернативу традиционному рынку, хотя медленно, но развивается. Следует особо отметить, что в Республике Беларусь с 1 июня 2008 года введен в действие знак «Натуральный продукт», который наносится на продукцию, изготовленную из натурального продовольственного сырья животного и (или) растительного происхождения, без применения методов генной инженерии. Продукт, претендующий на звание «Натурального», должен также соответствовать действующим в республике гигиеническим нормативам и стандартам. К таким продуктам предъявляются и специальные требования, одно из которых – обязательное наличие сертифицированной системы менеджмента качества и (или) безопасности пищевых продуктов (системы НАССР). Одним из первых в нашей республике такой сертификат получило ОАО «Савушкин продукт». «Зеленый» знак на своей продукции также имеют: «Дарида», Минский гормолзавод № 2, «Бабушкина крынка», Барановичский молочный комбинат и СП «Санта Бремор» и др. В настоящее время знак «Натуральный продукт» наносится на определенные виды продукции 11 предприятий. Еще более 50 компаний готовятся к прохождению установленных процедур для получения соответствующего сертификата. Беларусь в последнее время больше внимания уделяет экспорту продуктов питания. Одним из важных условий экспорта пищевых продуктов является наличие сертификата (НАССР). В странах Европейского Союза работы по внедрению НАССР начались с Директивы по гигиене пищевых продуктов 93/43/ЕЭС от 14 июня 1993 г., затем были разработаны национальные документы, регламентирующие требования системы НАССР и процедуры ее разработки. С 1999 г. в Европейский союз прекратил импорт продукции предприятий, не использующих систему обеспечения качества НАССР. Уже в 2005 г. в Беларуси было сертифицировано 32 системы НАССР на предприятиях молочной, мясоперерабатывающей, кондитерской, алкогольной и безалкогольной отраслей пищевой промышленности. Экспортная ориентация многих отраслей пищевой промышленности республики и необходимость обеспечения населения экологически чистыми продуктами питания предопределяет дальнейшее проведение работы в данном направлении. Продвижению белорусской продукции, в том числе и экологически чистой, с учетом ее конкурентоспособности на принципах «зеленой» экономики способствуют следующие предпосылки: наличие долгосрочных и среднесрочных программных и плановых отраслевых документов; действия по приведению законодательства отрасли в соответствии с законодательством ЕС, а также ряда важных отраслевых законов; активность природоохранных ~ 17 ~ научно-производственных объединений; наличие в нормативной базе возможностей для внедрения комплексных разрешений на основе наилучших доступных технологий и для роста применения экономических и рыночных инструментов; высокий профессиональный уровень государственного управления; система контроля за состоянием окружающей среды и экологической статистики и др.; развитая научно-исследовательская и инновационная инфраструктура. Однако, как показали исследования, ряд сдерживающих факторов усложняют развитие безопасного производства экологически чистой безопасной аграрной продукции. К их числу относятся: отсутствие национальных стандартов на экологически чистую продукцию (ЭЧП) и четкого определения понятия «экологически чистый продукт» приводит к массовой несанкционированной маркировке и дискредитации ЭЧП среди потребителей; отсутствие массового спроса на ЭЧП и необходимость больших маркетинговых усилий для их продвижения, образовательной и разъяснительной работы с покупателями; зависимость от внешних источников энергии, низкий уровень прямых иностранных инвестиций вследствие увеличения финансовых и временных издержек на производство ЭЧП, которые в 1,5 – 2 раза превышают аналогичные затраты на производство обычной продукции; неподготовленность в сельском хозяйстве республики к процессу обоснования сертификации земель. Их сертификация может занять, по мнению специалистов, не менее 4-х лет только в том случае, если правильно велась история полей и прочая документация, а химические показатели почвы соответствовали допустимым уровням. Несмотря на имеющиеся проблемы и учитывая условия и опыт перехода ряда зарубежных стран на принципы «зеленой» экономики, можно констатировать, что Беларусь поступательно движется к «озеленению» экономики, предусматривающей применение инновационных технологий и рационального подхода к использованию имеющихся ресурсов. При этом следует учесть, что реализация задач новой экономики на основе рыночного механизма предполагает соблюдение двух основных условий, которые определяются уровнем развития общества и его культуры: обеспечение требований рынка на природные блага и связанные с этим характеристики товаров, запрос потребителей (включая население и государство), что предполагает роль человеческого фактора на основе приоритета повышения ценностей природы и человека; возможность работать механизму конкуренции. Создание государственной конкурентной среды, отход от монополизма в экономике будут стимулировать предприятия к инновациям. Заключение Проведенный анализ концептуальных подходов реализации принципов «зеленой» экономики для обеспечения устойчивого развития ведущих стран мира и их интеграцию в мировую экономику, позволил сделать следующие выводы: 1. Мир стоит на пороге новых великих перемен – на пороге эпохи «зеленой» экономики. «Зеленая» экономика – это экономика, которая обеспечивает долгосрочное повышение благосостояния людей и сокращение неравенства, при этом позволяя будущим поколениям избежать существенных рисков для окружающей среды и ее обеднения. ЮНЕП объявило грядущее десятилетие (2010 – 2020 гг.) десятилетием «зеленой» экономики. 2. Одно из важнейших направлений «озеленения» экономики не только отдельного государства, но и всего мирового пространства – создание, развитие и стимулирование безопасного производства экологически чистой продукции (ЭЧП). 3. Тенденции мирового рынка становления и развития безопасного производства ЭЧП следующие: переход ведущих стран мира к «зеленой» экономике; стремительное развитие экологического сельского хозяйства; создание, развитие и производство ЭЧП; правительственная поддержка целым рядом стран сельских производителей ЭЧП; существенное рас- ~ 18 ~ ширение площадей возделывания ЭЧП овощей и приправ, фруктов и ягод, тепличных культур. Одновременное уменьшение площадей под сахарную свеклу и картофель. Мировой опыт перехода ряда стран на «зеленую» экономику, а также сложившаяся ситуация в Республике Беларусь показали необходимость развития «зеленой» экономике в стране, как главного вектора движения на основе применения инновационных экологически безопасных технологий и рационального подхода к использованию имеющихся ресурсов, для реализации которых предлагаем: 1. Разработать Концепцию по переводу страны к «зеленой» экономике. 2. Разработать национальные стандарты и единой системы сертификации ЭЧП, гармонизированных в соответствии с международным образцом и основанных на сертификации всего процесса производства в целом, а не только готовой продукции. 3. Создание благоприятного законодательного, налогового и кредитного климата для развития рынка ЭЧП и стимулирования его операторов. Необходимо принятие Закона об экологически чистом сельскохозяйственном производстве и введение системы льготного кредитования и налогообложения экологических проектов. 4. Расширить работы по обретению предприятиями права маркировки знака «Натуральный продукт», способствующего появлению на рынке принципиально нового класса пищевых продуктов, расширения рынков сбыта и повышения имиджа предприятия. В настоящее время этот знак имеют только 11 предприятий, еще более 50 компаний готовятся к прохождению установленных процедур для получения соответствующего сертификата. 5. Мобилизация и перестройка экономики в направлении увеличения инвестиций в чистые технологии и «природную» инфраструктуру, стимулирование экологизации экономики. 6. Устранение макроэкономических рисков: защита экономики от колебаний внешней конъюнктуры, обеспечение долгосрочной устойчивости бюджетной системы, поддержание стабильности цен в национальной валюте. 7. Реформирование системы бюджетных отношений через введение экологических налогов, позволяющих перенести налоговую нагрузку с традиционных видов деятельности на производства, загрязняющие окружающую природную среду, и через перераспределение бюджетных средств на увеличение инвестиций в развитие экологически чистых конкурентоспособных и безопасных видов деятельности. 8. Развитие направления экологически чистых государственных закупок, оценки жизненных циклов товаров, их конкурентоспособности, основанной на спросе и учитывающей тенденции устойчивого потребления, стимулирования использования ресурсов и повышения интереса к чистому производству посредством повторного использования и утилизации отходов. 9. Укрепление рыночных механизмов и стимулирование предпринимательской активности для развития «зеленого» бизнеса путем повышения защищенности собственности, снятия административных барьеров для выхода новых предприятий на рынок и их ухода с рынка, усиления стимула повышения эффективности производства, перемещения экономических ресурсов от предприятий с низкой производительностью к эффективным предприятиям для выпуска конкурентоспособной экологически чистой, малоотходной и ресурсосберегающей продукции. 10. Увеличение человеческого потенциала / капитала. В дополнение к повышению качества образования всех уровней необходимо развивать систему подготовки и переподготовки квалифицированных рабочих и специалистов востребованных «зеленых» специальностей, систематически проводить работу по удержанию в стране наиболее ценных специалистов и возвращать отечественных профессионалов, работающих за рубежом. 11. Осуществление компенсаций расходов, направленных на воспроизводство плодородия земель, соблюдение экологических и санитарных норм земледелия, а также на переход к производству экологически безопасной продукции. ~ 19 ~ 12. Всемерно развивать агроэкотуризм за счет предоставления льгот по налогам и кредитам, для развития которого необходимо строительство агротуристических комплексов, агроусадьб, разрабатывать специализированные научно-познавательные туры и экскурсии экологической направленности. Практическое использование в Беларуси предлагаемых мер позволит более полно учитывать экологический фактор при производстве ЭЧП и принятии управленческих решений для улучшения благосостояния и повышения качества жизни населения страны с учетом требований «зеленой» экономики, что повысит эффективность государственного регулирования экономики и деятельность субъектов хозяйствования. Библиография 1. Навстречу «зеленой» экономике – Путь к устойчивому развитию и искоренению бедности. Обобщающий доклад для представителей властных структур. URL: http://www.unep.org/greeneconomy. 2. Report on the Green Economy in the EaP. Final rev EN clean. 3. Организационно-экономические основы стимулирования рационального использования сельскохозяйственных земель и производство экологически безопасной продукции / Ушачев, И.Г., Югай А.М., Алейник С.Н. и др.: метод. пособие. – М.: ФГУП «ВО Минсельхоза России», 2006 г. 4. Горшков, Д.В. Формирование экологичности продукции на стадии ее жизненного цикла. Экологические характеристики продукции // Экологический консалтинг. – 2004 г. – № 2 (14). 5. Расторгуев, П.В. Оценка уровня потребительских свойств и современного механизма стимулирования качества сельскохозяйственных продукции // Экономические вопросы развития сельского хозяйства Беларуси: межвед. тематич. сб. Вып. 35. – Ин-т экономики НАН Беларуси, Центр аграрной экономики, 2007. 6. Мишина Е.Б. Развитие экономического стимулирования производства и потребления экологически чистой продукции. – Екатерингбург, 2006. 7. Кантемгиров, Н.Ф. Рынок экологически чистой продукции на современном этапе и место России в данном процессе / Н.Ф. Кантемгиров // Аграрная Россия. – 2006. – № 5. 8. Обзор рынков экологически чистых продуктов (Organic Food 8r Drink) США, страны Евросоюза / Гортис. Маркетинговые исследования. Бизнес-консалтинг, СПб., март 2007 г. 9. Сельскохозяйственные угодья России (состояние и перспективы развития). М., 2008г. 10. Информационно-аналитический центр – Экспертная оценка – Казахстан и «зеленая экономика» http://www.ia-centr.ru/expert/13623/ 11. Итоговый документ Международной научно-практической конференции «20 лет Содружеству независимых государств», 28 – 29 сентября 2011 года, Минск. Bibliography 1. Towards a "green" economy - Path to Sustainable Development and Poverty Eradication. Synthesis report for representatives of government agencies. URL: http://www.unep.org/greeneconomy. 2. Report on the Green Economy in the EaP. Final rev EN clean. 3. Organizational-economic bases of promoting the rational use of agricultural land and production of environmentally friendly products / Ushachev, IG, Yugay AM, SN Aleynik et al: method. allowance. - Moscow: Federal State Unitary Enterprise "Russian Agriculture IN", 2006 4. Gorshkov, DV Formation of product stewardship at the stage of its life cycle. Environmental characteristics of products / / Environmental Consulting. - 2004 - № 2 (14). 5. Rastorgouev PV Assessing the level of consumer properties and the modern mechanism of stimulation of quality of agricultural products / / Economic issues of agricultural development in ~ 20 ~ Belarus: Interagency. thematic. Sat MY. 35. - Institute of Economics of NAS of Belarus, Center of Agricultural Economics, 2007. 6. Mishina EB Development of economic incentives for the production and consumption of environmentally friendly products. - Ekateringburg 2006. 7. Kantemgirov, NF Environmental market at present and Russia's place in this process / NF Kantemgirov / / Agrarian Russia. - 2006. - № 5. 8. Overview of markets for environmentally friendly products (Organic Food 8r Drink) U.S., European Union / Gortis. Marketing research. Business Consulting, St. Petersburg., March 2007 9. Russian agricultural land (state and prospects of development). M., 2008. 10. Information-Analytical Center - Expert assessment - Kazakhstan and "green economy» http://www.ia-centr.ru/expert/13623/ 11. Final Document of the International scientific-practical conference "20 years of the Commonwealth of Independent States", 28 - 29 September 2011, Minsk. ЗЕЛЕНАЯ ЭКОНОМИКА Жуков В.В., исполнительный директор НП «Национальный Центр» Экологоэпидемиологической Безопасности Зеленая экономика – это отрасли, которые создают и увеличивают природный капитал земли или уменьшают экологические угрозы и риски (UNEP). «Если традиционная экономика совмещает труд, технологии и ресурсы, чтобы производить товары конечного пользования и отходы, то зеленая экономика должна возвращать отходы обратно в производственный цикл, нанося минимальный вред природе» (Паван Сухдев, Deutche Bank). В бизнес-среде понятие зеленой экономики находится на пике внимания. Финансовые фонды, венчурные капиталисты, правительства передовых стран, бизнесмены и потребители уже строят зеленую экономику. Инвестиции в энергоэффективные технологии и природную инфраструктуру уже приносят адекватную отдачу. Всемирный Экономический Форум 2009 г. взял новый глобальный курс на зеленую экономику как единственный путь развития и на реализацию программы выделено $750 млрд. (1% от мирового ВВП). В основе зеленой экономики - чистые или «зеленые» технологии ("cleantech” или greentech), такие новые технологии или бизнес-модели, предлагающие инвесторам и покупателям конкурентоспособный доход одновременно с обеспечением решений глобальных проблем. Такие гуру «зеленой экономики» как Cleantech Group, даже считают термин greentech более подходящим к технологиям 80-х – «на конце трубы», которые были движимы регулированием и не формировали большого рыночного спроса среди потребителей. Чистые технологии работают с причиной экологических проблем, используя новые инновационные подходы, кардинально меняя продукты, технологии и потребительское поведение. Чистые технологии стимулируются покупательскими предпочтениями и поэтому успешны на рынках и имеют хорошие финансовые результаты. Рынок чистых технологий представлен широким спектром товаров, услуг, процессов, которые обеспечивают великолепную производительность при снижении издержек, одно- ~ 21 ~ временно заметно снижая или исключая негативное воздействие на окружающую среду, боле эффективное и ответственное использование природных ресурсов. Выделяют 11 сегментов. Инвестиции в чистую энергетику с 2005 года выросли на 230% (среднегодовой рост на 50%), в 2009 году - $162 млрд., на 2010 прогнозируют $200 млрд. Глобальный рынок зеленых товаров и услуг составляет $546 млрд. (Worldwatch Institute, 2009). Cleantech прогнозируют размер рынка чистых технологий в $2 трлн. к 2020 году http://www.regreenlab.ru/ru/green-economic Зелёная экономика (Википедия) Зелëная экономика (англ. Green economics, Ecological economics) — направление в экономической науке, сформировавшееся в последние 2 десятилетия, в рамках которого считается, что экономика является зависимым компонентом природной среды, в пределах которой она существует и является ее частью. Концепция зеленой экономики включает в себя идеи многих других направлений в экономической науке и философии, таких как феминистская экономика, постмодернизм, экологическая экономика,экономика окружающей среды, антиглобалистика, теория международных отношений и др. Теория зеленой экономики базируется на 3 аксиомах: невозможно бесконечно расширять сферу влияния в ограниченном пространстве; невозможно требовать удовлетворения бесконечно растущих потребностей в условиях ограниченности ресурсов; все на поверхности Земли является взаимосвязанным. Сторонники зеленой экономики критикуют неоклассическую школу за то, что в ее рамках природные и социальные факторы обычно рассматриваются в качестве экстерналий; в лучшем они считаются фиксированными и не анализируются в динамике. Зеленые экономисты считают экономический рост недоразумением, так как он противоречит первой аксиоме. «Ростизм» (Growthism), считают сторонники зеленой экономики, нарушает деятельность экосистемы. Зелеными экономистами предлагается установление налога Тобина в размере 1 % от всех международных торговых сделок, с тем, чтобы направлять собранные средства бедным странам с целью торможения усиливающейся дифференциации между развитыми и не очень странами. Кроме этого, предлагается использовать категорию «природный капитал» (Natural capital) вместо категории «природные ресурсы», которая как бы свидетельствует о пассивной роли природы в экономике. Среди сторонников зеленой экономики выделяются: М. Букчин, Дж. Джекобс, Р. Карсон, Э. Ф. Шумахер, Р. Костанца, Л. Маргулис, Д. Кортен, Б. Фаллер, Х. Дэли, Д. Мидоус, П. Хоукен, А. Тверски и др. Сторонниками зеленой экономики с 2006 г.публикуется International Journal of Green Economics; создан научный Институт зеленой экономики. «Зеленая" экономика как альтернатива Необходимо глобальное видение проблемы изменения климата, подкрепляемое действием 2008-11-24 / Пан Ги Мун - генеральный секретарь ООН; Сусило Бамбанг Юдхойоно президент Индонезии; Дональд Туск - председатель совета министров Польши; Андерс Фог Расмуссен - премьер-министр Дании. ~ 22 ~ Для противодействия изменению климата нужна энергетическая революция Фото Reuters Сегодня мы стоим перед двумя кризисами. Глобальный финансовый кризис более злободневен, но изменение климата имеет большую бытийную значимость. Настоятельность первого не оправдывает пренебрежения вторым. Напротив, появляется возможность убить одним выстрелом сразу двух зайцев. Абстрагируйтесь от привычных доводов про научную доказанность изменения климата, про усугубление проблемы с каждым днем нашего бездействия, про то, что борьба с глобальным потеплением – это моральный императив. Вместо этого давайте изложим дело сугубо в терминах прагматической экономики. Глобальный рост замедляется. Бюджеты урезаются. Скорее всего у нас окажется меньше ресурсов на то, чтобы заниматься удлиняющимся списком глобальных проблем. Так какие же шаги мы можем предпринять для создания рабочих мест и подстегивания роста? Как нам обеспечить снабжение энергоносителями по доступным ценам? Что мы должны сделать, чтобы уберечь глобальную финансовую систему от повторяющихся потрясений и циклических «пузырей», позволяя населению всех стран пользоваться тем, что сулит развитие, и жить в условиях экономической безопасности? Ответ состоит в том, чтобы искать общие решения стоящим перед нами суровым проблемам. А когда речь заходит о двух самых серьезных из них: о финансовом кризисе и изменении климата, – то ответ кроется в «зеленой» экономике. Если наш образ жизни оказывается под угрозой, мы должны отреагировать адаптацией. Ученые согласны: для противодействия изменению климата нам нужна энергетическая революция, полномасштабная перемена в том, как мы питаем энергией наши общества. Согласны и экономисты: как раз сейчас самой кипучей в смысле роста отраслью является производство возобновляемой энергии. Именно там уже создаются рабочие места будущего, там осуществляется значительная часть технологических инноваций, которые откроют новую эру экономической трансформации. Практичные философы напоминают нам, что завтра начинается сегодня. Да, вашингтонский финансовый саммит имел критическое значение. Но не менее сложный экзамен предстоит нам и в начале декабря, когда государства соберутся в польском городе Познань на следующий раунд переговоров по Климатической конвенции ООН. Эта встреча знаменует собой половину пути, обозначенного в балийской «дорожной карте», которая была одоб- ~ 23 ~ рена в Индонезии в прошлом году в атмосфере огромного энтузиазма. Задача встречи – подготовить почву для больших переговоров в Копенгагене в декабре следующего года, когда мировые лидеры будут сообща договариваться о заключении смелого и всеобъемлющего соглашения по проблеме климатических изменений, которое может быть воспринято всеми государствами. Пан Ги Мун: «Нынешний глобальный финансовый кризис это отрезвляющий сигнал». Фото Григория Тамбулова (НГ-фото) Министры, ведающие окружающей средой и климатом, впервые соберутся в Познани, чтобы наметить долгосрочную концепцию совместных действий. Чтобы достичь договоренности в Копенгагене, нам необходим четкий план работы, предусматривающий конкретные цели в части сокращения выбросов и адаптации к отрицательным последствиям изменения климата. Нам необходимы согласованная институциональная архитектура, серьезность намерений участвовать в Адаптационном фонде, а превыше всего – готовность и развивающихся, и развитых стран выполнять свою долю работы. Ключевое значение будет иметь финансирование. Если развивающимся странам не хватает финансовых ресурсов и технологий, чтобы взять «зеленый» курс, мы не в состоянии эффективно бороться с изменением климата. Пожелания не воплощаются автоматически в дела. Но давайте же четко уясним, что именно этого хочет население планеты в лице предпринимателей, инвесторов, правительств, коллективов граждан. И на деле это уже происходит. Согласно подсчетам Программы ООН по окружающей среде, глобальные инвестиции в энергетику с нулевым парниковым эффектом достигнут к 2020 году 1,9 трлн. долл. – а это значительная доля общемирового ВВП. Почти 2 млн. человек во всем мире заняты в новых ветро- и солнцеэнергетических отраслях, и половина этой цифры приходится на один только Китай. В Бразилии по линии биотопливной программы создается почти по миллиону рабочих мест в год. В Германии в предстоя- ~ 24 ~ щие годы ожидается четырехкратное увеличение инвестиций в экологичные технологии: к 2030 году на них будет приходиться 16% выпускаемой продукции и больше задействованных рабочих, чем в автомобильной промышленност Нам не нужно дожидаться прихода новых технологий; не нужно нам и чрезмерно беспокоиться о расходной стороне инициативности. Исследования показывают, что Соединенные Штаты могли бы значительно сократить углеродные выбросы при небольших или почти нулевых затратах, используя имеющееся ноу-хау. Для наглядности посмотрите, с какой интенсивностью вкладывает средства в «зеленый» рост Дания. С 1980 года ВВП вырос на 78% при лишь минимальном увеличении энергопотребления. Польше даже в условиях ее экономического бума удалось за последние 17 лет сократить выбросы на треть. Для предпринимателей такая экономия оборачивается прибылью. Сегодня европейские компании из сектора «зеленых» технологий пользуются как первопроходцы существенными преимуществами: на них приходится треть расцветающего в мире рынка экологичных технологий. Ограничение вредных выбросов в атмосферу – один из самых спорных вопросов. Фото Reuters При правильных установках и финансовых стимулах – в глобальных рамках – мы можем направить экономический рост в низкоуглеродное русло. При правильных установках и правильных стимулах мы можем быть уверены, что свой вклад в дело борьбы с глобальным потеплением будут вносить и развитые, и развивающиеся страны, каждая по-своему, причем без ущерба для права всякого государства на развитие и для экономического благополучия его граждан. подходы. А еще сильнее нам нужно руководящее начало: просвещенное, глобальное видение проблемы, подкрепляемое действием. Нынешний глобальный финансовый кризис – это отрезвляющий сигнал. Он требует свежего мышления. Он требует новаторских решений, которые учитывают непростые задачи более широкого Это известно наиболее дальновидным из сидящих в кресле главного исполнительного директора. Здесь одна из причин, по которым предприниматели в столь многих уголках мира требуют четких и последовательных установок в отношении изменения климата – глобальных установок перед лицом глобальной проблемы. При этом давайте признавать, что к Риму ведет много дорог. В Познани, а затем в Копенгагене одни будут настаивать на строгих лимитах на выбросы. Другие будут выступать за добровольные ориентиры. Третьи будут дебатировать плюсы и минусы рыночной переуступки углеродных квот в сравнении с налогообложением и национальной природо- ~ 25 ~ охранной регламентацией. Многие будут призывать к тому, чтобы взять установку на сокращение обезлесения, из-за которого происходит примерно пятая часть выбросов парниковых газов. Благодаря инвестициям в размере 17–30 млрд. долл. в год этот показатель можно было бы уполовинить при одновременном стимулировании занятости в природосберегающих секторах таких тропических стран, как Индонезия. Увы, нам нельзя быть прихотливо-разборчивыми. Нам нужны все эти подходы. А еще сильнее нам нужно руководящее начало: просвещенное, глобальное видение проблемы, подкрепляемое действием. Нынешний глобальный финансовый кризис – это отрезвляющий сигнал. Он требует свежего мышления. Он требует новаторских решений, которые учитывают непростые задачи более широкого плана, стоящие перед нами как народом планеты. Он не дает повода откладывать то, что необходимо делать для спасения нашего будущего. Терять время нам больше нельзя (http://www.ng.ru/courier/2008-11-24/9_green.html) Рабочие места и зеленая экономика (журнал Sunhome) Публицистика. Зеленая экономика Исследовательский Worldwatch Institute опубликовал доклад о нынешней ситуации с "зелеными" рабочими местами - то есть, с профессиями, которые позитивно влияют на окружающую среду и противостоят процессу глобального потепления. Некоторые исследователи считают, что именно "зеленая экономика" станет движущей силой экономического развития 21-го столетия. Авторы доклада указывают, что "зеленые" рабочие места создаются все более быстрыми темпами. В общей сложности, ныне в мире насчитывается 2.3 млн. таких рабочих мест. В том числе, ветряная энергетика обеспечивает работой около 300 тыс. человек, солнечная энергетика - 600 тыс., индустрия производства биотоплива - более 1 млн. Кроме того, постепенно "зеленеют" и иные профессии. К примеру, набирает популярность "зеленое" строительство более экономичных в плане потребления энергии зданий. По данным Института, "зеленая" модернизация 200 тыс. квартир позволила создать 25 тыс. новых рабочих мест и сохранить 116 тыс. старых. 250 тыс. работников автоиндустрии ныне выпускают экономичные автомобили - всего в этом секторе экономики заняты около 8 млн. человек. Примерно 40% мировой стали и около 25% алюминия производятся путем переработки отходов, что позволяет обеспечить работой около 250 тыс. человек. Worldwatch Institute подчеркивает, что при всех достижениях, "зеленая экономика" никогда не станет реальностью без масштабной помощи государств (деньгами, соответствующими законами и льготами), частных инвесторов и потребителей. (http://www.sunhome.ru/journal/114815) В-четвертых, значительных успехов отдельные страны добились в работе с твердыми бытовыми отходами. В Европе селективный сбор мусора, его повторное использование или переработка стали нормой. «В США и Канаде некоторые города стали безмусорными. Они полностью используют или перерабатывают мусор. В некоторых странах удалось выйти на уровень 50–80 процентов вторичного использования. В России, к слову, такой показатель меньше одного процента. Наша страна зарастает свалками», — говорит эксперт по экостроительству Юрий Лапин. Есть зеленые технологии, которые далеки от того, чтобы стать стандартом, но при этом достаточно развиты. Так, в Японии уже установлено более 2 млн. тепловых насосов, позволяющих использовать энергию земли. Все активнее применяются системы с рециркуляцией воды в здании с использованием дождевой воды. Однако некоторые мечты так и не стали явью. Зеленые технологии постоянно дешевеют, но все равно дороги и нуждаются в субсидировании со стороны государства. Расходы ~ 26 ~ по утеплению зданий окупаются в среднем за 7–10 лет. Солнечная энергия попрежнему намного дороже энергии, получаемой от сжигания нефти и угля (несмотря на то, что КПД солнечных батарей только в последние годы довели с 12 до 18%). Принципиально новые источники энергии или революционные инженерные системы в последние десятилетия так и не выстрелили. Против течения «Мы идем в другом направлении» — такой вывод напрашивается при оценке места России в мировом «зеленом» тренде. По сравнению с советскими временами нынешнее положение с безусловной ставкой на углеводороды выглядит как инволюция, как регресс. Это касается и научных разработок — к примеру, Советский Союз активно экспериментировал с возобновляемыми источниками энергии. Недавно я посетил кластер экспериментальной энергетики начала 80−х годов в Крыму, около Казантипа. Рядом с так и не запущенной Крымской АЭС расположены разрушенные гелиостанция и ветропарк. Это касается и стиля жизни: в Советском Союзе была сделана ставка на общественный транспорт, не было пластиковой тары, которая на свалках не разрушается десятилетиями, бумагу и металлолом сдавали как вторсырье и так далее. То, к чему сегодня стремятся передовые города мира. Когда мы говорим о зеленых технологиях в России, то подспудно встает вопрос: а нужно ли это нам? Вопрос не праздный: энергоресурсы в стране есть, в отличие от Европы. К примеру, академик Ивантер в своей статье, опубликованной в журнале «Эксперт» (см. «Мы равны самим себе» [2] в «Эксперте» № 29 за 2010 год), прямо спросил: «На первом месте у нас стоят энергосберегающие технологии? У нас, что, дефицит энергии ожидается? Конечно, желательно выключать свет, выходя из комнаты, и нежелательно отапливать улицу вместо дома. Однако следует помнить, что эффективность инвестиций в энергосбережение у нас вдвое ниже, чем в Европе. Зачем же тогда их делать приоритетом?» Позволим себе не согласиться с академиком. Вопрос энергоэффективности крайне важен в силу того, что Россия — очень холодная страна с огромными теплопотерями. Вопрос о возобновляемых источниках энергии имеет для России особое значение в силу протяженности, в силу существования населенных пунктов и отдельных домов, стоящих вдалеке от коммуникаций. Энергоэффективность названа президентом одним из приоритетов в экономической политике, в 2009 году был принят закон об энергоэффективности. В принципе путь развития этого проекта, если изучать западные аналоги, достаточно ясен. Необходимо ужесточать нормы по энергоэффективности, создавать систему стимулирования альтернативной энергии. Надо вести пропаганду среди населения и финансировать пилотные проекты (очевидный «пилот» — Сколково). Однако все гладко выглядит только на бумаге. Например, как ужесточать нормы, если стройка в стране «лежит»? Очевидно, что при закручивании гаек объемы строительства еще сильнее снизятся. Очевидно, что крупные игроки рынка энергетики и строительства будут против новых правил. Значит, нужна многоуровневая программа реформации отечественной строительной индустрии. Есть и частный вопрос. Рассматривая опыт экостроительства в Европе, Азии и Америке, везде находишь институты, занимающиеся исследованиями и поддержкой новых проектов и технологий. В Китае и ОАЭ такие институты созданы при непосредственном участии государства. В России сегодня есть «зеленые» разработки, оставшиеся еще со времен Советского Союза, есть и интересные новые проекты. Некоторые из них — к примеру, утеплители из натурального сырья — могли бы иметь успех и на мировом рынке. Создание в России института, который собрал бы базу данных по таким технологиям, выдавал бы гранты, помогал бы с выходом на мировой рынок, было бы реальным шагом на пути развития зеленых технологий в стране. (:http://www.expert.ru/expert/2010/34/ot_solnechnuh_batarey_k_ekogoodam/) ~ 27 ~ «ЗЕЛЕНАЯ ХИМИЯ» В СОВРЕМЕННОМ МИРЕ Раковская Е.Г., к.хим.н.,доц., Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. Кирова Аннотация: В работе рассматриваются основные направления «зеленой химии». «Зеленая химия» - научное направление в химии, к которому можно отнести любое усовершенствование химических процессов, положительно влияющих на окружающую среду. Ключевые слова: зеленая химия, ресурсосбережение, токсичность, безопасные вещества, химические процессы, экологические последствия. Зеленая химия возникла после издания в США Акта о предотвращении загрязнений, хотя к ранним предпосылкам ее возникновения можно отнести движение, направленное на ресурсо- и энергосбережение, которое было популярным в СССР и других странах с момента развития промышленности. Основная цель зеленой химии – поиск безопасных с точки зрения химии и экологии способов деятельности общества во всех аспектах – начиная от процессов производства и способов использования энергоресурсов и до способов выполнения нашей ежедневной домашней работы. Химики и обычные люди, которые следуют принципам зеленой химии, нацелены на то, чтобы меньше использовать или вообще не использовать и не создавать опасных веществ и продуктов, а также процессов, в которых образуются такие вещества. Таким образом они предотвращают воздействие отходов и опасных веществ самым 12 принципов Зеленой химии впервые были разработаны специалистами, работающими в промышленности, Полом Анастасом и Джоном С.Уорнером. Эти принципы создали основу, в соответствии с которой химики должны разрабатывать новые, «зеленые» материалы, продукты, процессы и системы. Принципы служат каркасом для создания инновационных решений, разработанных в последнее десятилетие. 12 принципов Зеленой химии: 1. Лучше предотвратить выброс загрязнений, чем потом от них избавляться. 2. Синтез следует планировать так, чтобы максимальное количество использованных материалов вошли в конечный продукт. 3. Следует планировать методы синтеза так, чтобы реагентами и конечными продуктами служили вещества, которые малотоксичны или вовсе нетоксичны для человека и природы. 4. Среди целевых химических продуктов следует выбирать такие, которые наряду с требуемыми свойствами обладают максимально низкой токсичностью. 5. Необходимо по возможности избегать использования в синтезе вспомогательных веществ (растворителей, экстрагентов и др.) или выбирать безвредные. 6. При планировании синтеза нужно учитывать экономические и экологические последствия производства энергии, необходимой для проведения химического процесса, и стремиться к их минимизации. Следует стремиться проводить синтез при температуре окружающей среды и нормальном давлении. 7. Следует использовать возобновляемое сырье там, где это технически и экономически обосновано. 8. Необходимо сокращать число стадий процесса (для этого избегать при синтезе стадий блокирования групп, введения-снятия защиты, временной модификации физикохимических процессов). 9. Каталитические реагенты (по возможности максимально селективные) предпочтительны по сравнению со стехиометрическими. 10. Химические продукты желательно применять такие, чтобы по окончании нужды в них они не сохранялись в окружающей среде, а разлагались до безопасных веществ. ~ 28 ~ 11. Аналитические методики следует развивать так, чтобы в режиме реального времени обеспечивать мониторинг образования продуктов реакции, среди которых могут оказаться опасные. 12.Вещества, используемые в химических процессах, следует выбирать так, чтобы свести к минимуму возможные аварии, включая разливы, взрывы и пожары. Чтобы понять возможности зеленой химии, лучше всего посмотреть на ее достижения. В США ежегодно Агентство по защите окружающей среды (ЕРА) спонсирует Президентские награды за прорывные достижения в зеленой химии. Можно перечислить несколько ярких примеров достижений, за которые в последние годы вручалась эта награда. Они показывают, как эффективное применение принципов Зеленой химии исследователями, представителями малого бизнеса и крупных корпораций позволило решить некоторые из неотложных задач сохранения окружающей среды. Профессор Кшиштоф Матышевски разработал безопасные растворители и вещества. При производстве важных полимеров, например, смазок, клеев и покрытий, часто требуется использование опасных химикатов. Профессор Кшиштоф Матышевски из Carnegie Mellon University разработал альтернативный процесс получения полимеров «Радикальная полимеризация с атомным переносом». В процессе применяют экологически безопасные химические вещества, например, аскорбиновую кислоту (витамин С) в качестве восстановителя, для процесса требуется меньшее количество катализатора. Новые краски разработали в сотрудничестве фирмы Procter & Gamble и Cook Composites and Polymers. Обычные алкидные краски на основе нефти обеспечивают получение долговечного глянцевого покрытия. На них существует большой спрос в архитектуре, промышленности при получении изделий из металла, например, сельскохозяйственных орудий и конструкций. Однако при производстве этих красок применяют опасные органические растворители. Названные выше фирмы разработали инновационную краску Chempol® MPS, в которой в качестве растворителя применяли масло Sefose® на основе биологических продуктов – сахара и растительного масла. Это позволяет получить алкидные краски с очень хорошими потребительскими свойствами при использовании вдвое сниженного количества растворителей. Фирма Virent Energy Systems, Inc. разработала каталитический способ Virent's BioForming® производства бензина, дизельного или реактивного топлива на основе возобновляемого сырья – сахара, крахмала или целлюлозы растений. В этом способе большую часть энергии, требуемую для проведения процесса, получают также из биомассы, требуется лишь незначительная добавка энергии, полученной из других источников. Важным достоинством процесса является его гибкость – целевой продукт можно изменять в зависимости от потребностей рынка. При производстве косметики и других средств персонального ухода используют сложные эфиры. Обычно их получают с помощью жестких химических методов, в которых в качестве реагентов применяют сильные кислоты и опасные растворители, и требуются значительные затраты энергии. Фирма Eastman Chemical Company разработала новый способ с применением иммобилизованных ферментов, который позволяет избежать и избыточных затрат энергии, и опасных реагентов – сильных кислот и органических растворителей. Этот щадящий способ позволяет получать сложные эфиры, которые невозможно было получить ранее, из природного сырья. Один из принципов Зеленой химии связан с использованием возобновляемых ресурсов вместо ископаемых. Сегодня ни для кого не секрет, что ископаемые ресурсы планеты исчерпываются. В связи с этим встает необходимость перехода к тем ресурсам, запасы которых могут быть пополнены. Если говорить более строго, то к возобновляемым природным ресурсам относят такие ресурсы, запасы которых или восстанавливаются быстрее, чем используются (или скорость их восстановления сравнима со скоростью расходования), или не зависят от того, используются они или нет. Например, к возобновляемым природным ресурсам относится растительное сырье (древесина, злаковые культуры и др.). Некоторые ресурсы, ~ 29 ~ которые относят к возобновляемым, на самом деле не восстанавливаются и когда-нибудь будут исчерпаны. К ним относятся, например, солнечная и геотермальная энергии. «Зеленым» направлением развития химической промышленности является синтез топлива из биологического возобновляемого сырья (биотопливо). На сегодняшний день существует большое количество проектов на эту тему, предлагающие переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Подход Зеленой химии привлекает для оценки промышленного процесса большое количество факторов, таких как стоимость реагентов, оборудования и труда; затраты на утилизацию отходов и побочных продуктов, обработку и очистку реагентов и целевого продукта; расходы на транспортировку; обеспечение хранения и специального оборудования; расходы на обеспечение дополнительных мер предосторожности и многие другие. Конечно, если рассматривать каждый их перечисленных факторов в отдельности, то иногда может показаться, что соответствие принципам зеленой химии только увеличивает стоимость процесса. Например, большая доля гетерогенных катализаторов содержит дорогостоящие благородные металлы. Однако повышение селективности химического процесса автоматически снижает затраты на обработку и утилизацию отходов. В результате общая себестоимость процесса часто будет ниже, не смотря на дорогую стоимость катализатора. Аналогичные рассуждения верны и для принципа №3, который говорит, что методы синтеза по возможности следует выбирать так, чтобы используемые и синтезируемые вещества были как можно менее вредными для человека и окружающей среды. Использование даже не очень токсичных соединений существенным образом увеличивает затраты на процесс, начиная со стадии их покупки, расходов на транспортировку, обеспечение хранения и специального оборудования, расходы на обеспечение дополнительных мер предосторожности и т.д. Переход в химических технологиях к нетоксичным реагентам, несомненно, является выгодным как с экологической, так и с экономической точек зрения. Литература 1. Зеленая химия в России, под редакцией В.В.Лунина, П.Тундо, Е.С.Локтевой, Издательство Московского университета, 2004. 2. Резолюция Генеральной Ассамблеи ООН №57/254. 3.T.Anastas, J.C.Warner, Eds., “Green Chemistry: Theory and Practice”, Oxford, University Press, 1998 Summary: In this paper the main directions of "green chemistry". "Green Chemistry" - scientific direction in chemistry, which can be attributed to any improvement in chemical processes, positively affecting the environment. Keywords: green chemistry, resource, toxicity, harmless substances, chemical processes, environmental impacts. ~ 30 ~ УДК 621.43 ГАЗИФИКАЦИЯ - КАК УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПОДХОД К ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЮ НА БАЗЕ ГАЗОПОРШНЕВЫХ МИКРО-ТЭЦ Д.П. Титов, вед. инж. каф. ЭВТ ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», П.В. Хорева, аспирант, вед. инж. каф. ЭВТ ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», В.А. Тумановский, к.т.н., старший научный сотрудник, зав. НИЛ каф. ЭВТ ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», академик МАНЕБ, Т.А. Степанова, к.т.н., проф., доц., первый проректор ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ", зав. каф. ЭВТ ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», академик МАНЕБ АННОТАЦИЯ: Обоснована актуальность изучаемой темы. Показана перспектива для изучения паровых двигателей. Приведены основные преимущества газогенераторного варианта микро-ТЭЦ. Дано подробное описание опытной малоразмерной газогенераторной установки с приведением результатов экспериментальных исследований. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Энергосбережение, паровые двигатели, поршневой двигатель внутреннего сгорания, твердое топливо, газогенераторные установки, микро-ТЭЦ, промышленные отходы. Введение В ближайшие полвека мировое энергопотребление будет уменьшаться примерно на 40%. Это будет связано с увеличением доли энергосберегающих технологий и повышения культуры энергоиспользования. Будет меняться и структура энергопотребления, постепенно будут отказываться от нефти, доля газа так же будет уменьшаться. Доля биомассы других возобновляемых источников будет увеличиваться. Широко будет использоваться выработка энергии из вторичных энергоносителей и отходов. Изменяющаяся структура энергопотребления повлияет и на энергогенерирующие технологии. Уменьшение энергопотребления сделает невыгодной отдельную выработку тепловой энергии, получат широкое распространение когенерационные системы. Крупные энергоустановки сложно обеспечить тепловой нагрузкой, поэтому энергоустановки будущего будут иметь малые единичные мощности, менее 10 МВт, и вырабатывать электроэнергию с максимально допустимой эффективностью, порядка 60%. Топливом для энергоустановок наряду с природным газом будут служить различные газы и жидкости, получаемые переработкой биомассы, различных органических и неорганических отходов, а также угля. В связи с этим возрастёт интерес к газогенераторным установкам. Наиболее подходящим типом в таких условиях являются установки с использованием двигателей внутреннего сгорания. Вследствие того, что эти двигатели обладают высокой эффективностью, большим ресурсом, и технологии получения топлива для этих двигателей на данный момент хорошо отработаны. Уже сейчас действуют научно-производственные программы, как по совершенствованию коммерческих двигателей, так и по созданию ДВС нетрадиционных типов с высокой эффективностью, получены хорошие результаты. В некоторых отдельных случаях задачи энергосбережения будут решаться применением паровых двигателей и двигателей Стирлинга. Паровые двигатели найдут свою сферу применения при использовании различного рода низкотемпературных источников, а так же как вспомогательное оборудование для автономной выработки электрической энергии в паровых и водогрейных котельных. Если решится вопрос серийного производства, то и двигатель Стирлинга так же будет широко востребован в сложившихся условиях. ~ 31 ~ Преимущества газогенераторного варианта микро-ТЭЦ. Из вышесказанного можно сделать вывод, что наиболее приемлемым для микро-ТЭЦ является поршневой ДВС, как наиболее доступный и эффективный двигатель, обладающий ещё достаточным резервом для совершенствования. В связи с этим большой интерес представляет использование генераторного газа. Это позволит с большой эффективностью применять различные виды твёрдого топлива: древесина, уголь, торф. А при условии подготовки (топливные брикеты, гранулы и т.д.) и отходы деревообработки, сельского хозяйства, лесозаготовки, вплоть до ила и осадков сточных вод. Отдельную сферу применения газогенераторных установок представляет газификация твёрдых и жидких отходов техногенного происхождения, связанного с производственной деятельностью. Сравним характеристики микро-ТЭЦ, работающих на твёрдом топливе с наиболее вероятными типами силовых установок, паросиловой и газогенераторным двигателем (табл.1). Паровые двигатели представлены двигателями паросиловых станций ПСТ-1-200, ЛПУ-1 и силовой установкой лесовоза НАМИ-012 [1, 2]. Газогенераторные двигатели будут представлены двигателями газогенераторных автомобилей ГАЗ-42 и ЗИС-21 [3]. Таблица 1. Сравнительная таблица силовых установок микро-ТЭЦ. Удельный Расход топлива на Мощность Масса устарасход топлива 1 тонно-километр [л.с.] новки (дрова) [кг] [кг] [кг/(л.с.*час)] ГАЗ-42 (ε=6,4) 0,8-1 0,43 30 400 ЗИС-21 (ε=6,9) 0,8-1 0,36 45 490 ПСТ-1-200 3 - 185 4000 ЛПУ-1 2,5-3 - 25 2050 НАМИ-012 - 0,5-0,67 100 - Из таблицы видно, что газогенераторный вариант обладает большей экономичностью, как по удельному расходу, так и по интегральному критерию эффективности транспортного средства, как расход топлива на один тонно-километр. Это объясняется тем, что в котлах, рассматриваемых паровых двигателях, давление 25 атм и большее давление на таком топливе и с такой паропроизводительностью достичь не удаётся, поэтому КПД двигателей, работающих на таком паре, будет порядка 10%. Термический КПД ДВС традиционно высок, в связи с этим несмотря на охлаждение газа перед двигателем удельный расход топлива ниже, чем у паровых моторов. Вообще говоря, расход дров по массе у таких двигателей в 3-4 раза выше, чем жидкого топлива (бензина и дизельного топлива). Столбец «масса установки» (табл. 1) показывает, что газогенераторные установки имеют примерно в 2-2,5 раза меньшую массу на единицу мощности, что обеспечит меньшую металлоёмкость, а следовательно и цену. Отметим преимущества газификации твёрдого топлива с последующим сжиганием в ДВС: Высокий электрический КПД – более 30% Широкий диапазон мощностей – от нескольких единиц нескольких сотен кВт и более Может использоваться для выработки тепловой, электрической энергии и их сочетании в режиме когенерации, с коэффициентом использования теплоты сгорания топлива порядка 80% ~ 32 ~ Невысокая стоимость оборудования, примерный срок окупаемости 2,5-3 года Отличные экологические характеристики: выхлопные газы содержат меньше выбросов, чем при работе на природном газе, побочные продукты - зола (в очень небольших количествах). Таким образом, среди всех рассмотренных вариантов энергоустановок, газогенераторный вариант наиболее предпочтительный. Опытная малоразмерная газогенераторная установка, созданная сотрудниками ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ». Учитывая все преимущества газогенераторного варианта, сотрудники кафедры ЭВТ ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» разработали, изготовили и испытали малоразмерную газогенераторною установку, схема которой приведена на рис. 1. Установка состоит из газогенератора 2 (рис. 1), с системой очистки и охлаждения представленной циклоном 3 и холодильником 5, вентилятором 1, горелкой 4, смесительнодозирующего устройства 6 и двигателя с электрогенератором 7. Разработка установки была осуществлена с использованием опыта создания высоконагруженных лёгких газогенераторов, также используемых на автомобилях ГАЗ-42 и ЗИС21. Конструкция установки проработана с учётом современных способов изготовления. Испытания были проведены как на традиционных видах газогенераторного топлива (древесные чурки), так и на появившихся в последнее время древесных пеллетах, а так же на пластиках и изношенных резинотехнических изделиях (ТБО). В процессе испытаний установки получен опыт эксплуатации газогенераторных установок на различных видах топлива как твёрдых, так и жидких, подтверждена возможность газификации ТБО в газогенераторах такого типа. Рис. 1. Схема малой газогенераторной установки. Так же путём замера электрической мощности, вырабатываемой электрогенератором, качественно определена пригодность генераторного газа, получаемого из различного исходного сырья как моторного топлива для ДВС. При испытаниях были выявлены так же расходные и мощностные характеристики, которые подтвердили высокую эффективность газогенераторной установки и перспективность всего газогенераторного направления в целом. Рассмотрим отдельно устройство элементов установки и требования, предъявляемые к ним. Газогенератор Газогенератор, разрез которого приведён на рис. 2 , состоит из 2-х обечаек - наружной и внутренней. На некотором расстоянии от нижнего края внутренней обечайки находится ко- ~ 33 ~ лосник. Под колосником внешняя обечайка и дно образуют зольник. Чистка зольника и розжиг газогенератора осуществляются через люк для выгрузки золы. Воздух в зону газификации подается через две дутьевые фурмы. Генераторный газ отводится через патрубок отвода газа. Загрузка газогенератора осуществляется через загрузочный люк. Исходное сырьё при газификации проходит ряд превращений, проходя через различные зоны. В зоне подсушки удаляется влага. В зоне сухой перегонки (зона пиролиза) из исходного сырья при температуре около 500ºС удаляются смолы. В следующей зоне горения происходит сгорание смол и углерода, развивается наивысшая температура около 1000-1600ºС. Затем продукты горения СО2 и Н2О направляются к колоснику в зону восстановления, где на колоснике лежит практически чистый раскалённый углерод С. Происходит восстановление до СО и Н2. Пройдя через слой углерода, восстановленные газы направляются между обечайками к патрубку отвода газа. Несгоревший минеральный остаток (зола) проваливается через колосник и накапливается в зольнике. Описанный газогенератор обеспечивает генераторным газом двигатель, развивающий мощность на этом газу до 20 кВт, работая на различных видах твёрдого топлива с возможностью подачи в зону газификации жидкого топлива. Рис.2 Разрез газогенератора. Циклон очиститель. Циклон очиститель обеспечивает расход газов порядка 2 м³/мин и максимально качественную его очистку от твёрдых частиц, уносимых из газогенератора. Циклон очиститель состоит из двух корпусов, соединённых между собой фланцем. Генераторный газ поступает в циклон очиститель через вход очищаемого газа. Поступая в циклонную полость через тангенциально расположенный вход очищаемого газа, генераторный газ получает интенсивное вращательное движение, при этом происходит сепарация твёрдых частиц (сажи) от чистого газа, сажа скапливается на периферии и проваливается вниз, попадая в камеру сбора сажи, чистый газ, круто повернув, должен попадать через центральную трубу на выход очищенного газа. Чистка камеры сбора сажи производится через люк выгрузки сажи. ~ 34 ~ Радиатор охладитель. Радиатор охладитель состоит из набора охладительных труб, фланцами соединённых с двумя коллекторами - подводящим и отводящим. Радиатор охладитель охлаждает очищенный циклоном очистителем газ перед подачей его в двигатель для увеличения массового наполнения цилиндров горючей смесью. Газ, подводимый к радиатору охладителю, имеет температуру порядка 250ºС, после радиатора охладителя газ имеет температуру порядка 60ºС. Максимальный расход охлаждаемого газа, проходящего через радиатор охладитель, порядка 2 м³/мин. Воздуходувка. Воздуходувка, представляет собой центробежный дутьевой вентилятор с электрическим приводом переменной частоты (для изменения расхода газа). Максимальная производительность воздуходувки порядка 2 м³/мин. Давление дутьевого воздуха развиваемого воздуходувкой составляет порядка 0.1 кг/см². Горелка. Горелка представляет собой эжекционную горелку, состоящую из газового сопла, через которое подводится генераторный газ, завихрителя и камеры смешения. Генераторный газ поступает через газовое сопло, эжектирует воздух, с которым смешивается в камере смешения и сгорает, завихритель стабилизирует горение, не даёт пламени сорваться. Горелка предназначена для пробы генераторного газа перед запуском двигателя. Для сжигания производимого генераторного газа при остановленном двигателе. Мощность горелки достаточна для сжигания 2 м³ генераторного газа в минуту. Смесительное устройство. Смесительное устройство представляет собой газовый смеситель, закрепляемый на двигателе посредством фланца. Генераторный газ (очищенный и охлаждённый) подводится через патрубок подвода генераторного газа, воздух подводится через воздушный патрубок. Смеситель оснащён двумя заслонками: воздушной, управляющей подачей воздуха через воздушный патрубок (устанавливающий качество воздушной смеси), и газовой, управляющей подачей газовоздушной смеси в двигатель (устанавливающий количество горючей смеси). Воздушная заслонка управляется вручную в зависимости от режима работы газогенератора. Газовая заслонка управляется вручную или автоматически от центробежного регулятора (если такой имеется в двигателе). Смесительное устройство разрабатывается для каждого двигателя индивидуально и обеспечивает точную регулировку качества горючей смеси в необходимом количестве для каждого мощностного режима работы двигателя. ДВС приводящий электрогенератор. При испытаниях газогенераторной установки были использованы двигатель ВАЗ-2101 и бензоэлектрический агрегат АБ-4 с двигателем УД-25 (рис.3). ~ 35 ~ Рис. 3. ВАЗ-2101 и АБ-4 в составе малой газогенераторной установки. Причём на двигателе ВАЗ-2101 проверялась возможность работы двигателя на генераторном газу, без нагрузки. Бензоэлектрический агрегат АБ-4 работал на генераторном газу, вырабатывая электричество, т.е. с полной нагрузкой. Испытания газогенераторной установки были проведены в несколько последовательных этапов: 1. Испытания газогенератора с сжиганием газа на горелке, топливо – древесные чурки и прессованные древесные пеллеты. В этих испытаниях проверялась возможность газогенератора вырабатывать горючий генераторный газ, вырабатывалась методика розжига газогенератора. Последовательность действий следующая. Открывался загрузочный люк и лючки для чистки. В газогенератор загружается необходимое для розжига количество чурок. Они зажигаются и прогорают до образования углей. Затем загружалась основная масса топлива до полного заполнения бункера. Закрывались загрузочный люк и лючки для чистки. Включалась воздуходувка и осуществлялся раздув газогенератора. Генераторный газ через циклон очиститель направлялся в горелку и сгорал. В результате выполнения этого этапа выяснилось, что газогенератор данной конструкции способен вырабатывать горючий генераторный газ из древесных чурок, который устойчиво горит на горелке до полной выработки бункера. На древесных пеллетах, предназначенных для печей, газогенератор работать не смог, так как пеллеты были прессованные и от выделявшийся в процессе подсушки влаги размокали, рассыпались, забивая газогенератор. Процесс газификации прекращался. 2. Запуск двигателя от газогенератора, работа двигателя без нагрузки, топливо – древесные чурки. На этом этапе производился запуск от газогенератора двигателя ВАЗ-2101. Последовательность действий следующая. Розжиг газогенератора осуществлялся, как и на первом этапе. После розжига газогенератора осуществлялась проба газа на горелке, если газ загорался, то осуществлялся запуск двигателя. Выключалась воздуходувка. Производимый газ через циклон очиститель и радиатор охладитель направлялся в смеситель на двигатель. Двигатель начинает прокручиваться стартёром, при этом начинает устанавливаться соотношение воздух/газ воздушной заслонкой в смесителе. При установке нужного соотношения двигатель запускается и работает. Двигатель уверенно запускался от генераторного газа, ~ 36 ~ устойчиво работал в течение длительного времени. В процессе испытаний на этом этапе выявилось зависание углей в жерле газогенератора. В дальнейшем жерло газогенератора расширили удалением заужающего конуса. После переделки угли перестали зависать, двигатель вырабатывал весь бункер до конца. Суммарная наработка двигателя ВАЗ-2101 составила 5 часов, отказов не наблюдалось. 3. Работа двигателя от газогенератора под нагрузкой, замеры мощности и расхода, топливо – древесные чурки. На этом этапе и в дальнейшем производился запуск от газогенератора двигателя УД-25 в составе электростанции АБ-4 мощностью 4 кВт (рис. 4). Рис. 4. Электростанция АБ-4 с двигателем УД-25 в составе малой газогенераторной установки. Последовательность действий следующая. Розжиг осуществлялся как на первом этапе. Запуск двигателя производился как на втором этапе. После запуска двигатель загружался электрогенератором, электричество от которого потреблял теплоэлектровентилятор мощностью 3,5 кВт. Двигатель электростанции уверенно запускался, устойчиво работал, вырабатывал электрическую мощность 3,5 кВт, от электрогенератора производилась сварка. Это доказало возможность применения генераторного газа для работы электростанции как с постоянной нагрузкой, так и в режиме наброса нагрузки. Суммарная наработка двигателя УД-25 на этом этапе составляла порядка 20 часов. Возникали отказы двигателя. Свечи зажигания выходили из строя из-за налипания смолы, залипали поршневые кольца, вследствие этого падала компрессия в двигателе, зависали впускные клапаны. Моторное масло быстро старилось. Всё это указывало на несовершенство системы очистки генераторного газа, которая нуждается в доводке. Были произведены замеры топливной эффективности. При нагрузке в 3,5 кВт в течении 4-х часов установка потребляла 20 кг деревянных чурок, что соответствует расходу 1,4 кг/(кВт*час), что соответствует расходу газогенераторных двигателей созданных раннее (см. табл. 1). 4. Работа газогенератора на древесных чурках с орошением зоны газификации отработанным маслом, генераторный газ сжигается на горелке. ~ 37 ~ На этом этапе проверялась возможность работы газогенератора совместно на твёрдом и на жидком топливе. Для этого в загрузочном люке (рис. 2) было проделано закрываемое отверстие, через которое в газогенератор подавалось отработанное масло. Последовательность действий следующая. Розжиг газогенератора осуществлялся как на первом этапе. Далее через закрываемое отверстие подавалось отработанное масло. Масло стекало вниз и орошало зону газификации. При этом был достигнут режим работы газогенератора, когда твёрдое топливо практически не расходовалось, т.е. осуществлялась газификация жидкого топлива. На рис. 5 показана работа горелки на продуктах газификации жидкого топлива. Рис. 5. Работа горелки на продуктах газификации жидкого топлива. Это открывает возможности не только по обогащению генераторного газа, получаемого из твёрдого топлива, но отдельной газификации тяжёлых топлив с последующим сжиганием их с самыми высокими экологическими нормами. 5. Работа газогенератора на отработанных резинотехнических изделиях, пластиках (ТБО), генераторный газ сжигается на горелке. На этом этапе проверялась возможность работы газогенератора на различного рода техногенных отходах, таких как резина, пластик (ТБО). Последовательность действий была как на этапе №1. Сначала работа осуществлялась на резине (разрезанные автопокрышки и камеры), обнаружились затруднения при очистке зоны газификации, слишком частый колосник. При замене колосника газификация резины шла уверенно, производилось большое количество генераторного газа, хорошо горящего на горелке, в зольнике оставалась сажа, металлокорд оставался на колоснике. Затем совместно с резиной газифицировался пластик (ТБО). Процесс газификации шел так же хорошо, образовывалось много хорошо горящего газа. Проблему представляет пластик ПВХ, в состав которого входит хлор. В процессе газификации пластика образуется генераторный газ, содержащий хлор, при последующем сжигании которого образуются ядовитые соединения. Поэтому без предварительной очистки генераторного газа от хлора и его соединений генераторный газ сжигать нельзя. 6. Работа газогенератора на отработанных резинотехнических изделиях, пластиках (ТБО), с орошением зоны газификации отработанным маслом, генераторный газ сжигается на горелке. На этом этапе, как и на этапе №4, проверялась работа газогенератора совместно на твёрдом и на жидком топливе, только в качестве твёрдого топлива выступали полимеры техногенного происхождения резины, пластики. ~ 38 ~ Последовательность действий была как на этапе №4. Устройство подачи жидкого топлива в зону газификации такое же, как и на этапе №4. Процесс газификации шёл хорошо, при подаче жидкого топлива вырабатываемый газ значительно богатился. 7. Запуск двигателя на газе, получаемого из резины, замер мощности. На этом этапе производился запуск от газогенератора двигателя УД-25 в составе электростанции АБ-4 мощностью 4 кВт. Топливом для газогенератора были нарезанные автопокрышки и разрезанные пластиковые бутылки. Последовательность действий была как на этапе №3. Двигатель электростанции уверенно запускался, устойчиво работал, вырабатывал электрическую мощность 3,5 кВт, от электрогенератора производилась сварка. Это доказало возможность применения генераторного газа для работы электростанции как с постоянной нагрузкой, так и в режиме наброса нагрузки. Суммарная наработка двигателя УД-25 на этом этапе составляла порядка 15 часов. Возникали отказы двигателя. Свечи зажигания выходили из строя из-за налипания смолы, залегали поршневые кольца, вследствие этого падала компрессия в двигателе, зависали впускные клапаны. Моторное масло быстро старилось. Всё это указывало на несовершенство системы очистки генераторного газа, которая нуждается в доводке. Были произведены замеры топливной эффективности. Для работы, как на резине, так и на пластмассе. Работая на резине, при нагрузке в 3,5 кВт в течение 4-х часов, установка потребляла 11 кг деревянных чурок, что соответствует расходу 0,78 кг/(кВт*час). Работая на пластмассе, при нагрузке в 3,5 кВт в течение 4-х часов, установка потребляла 12 кг деревянных чурок, что соответствует расходу 0,86 кг/(кВт*час). Это доказывает, что газ, получаемый из ТБО в газогенераторе, может сжигаться не только на горелке, но и в ДВС. Как видим из вышеописанного, газогенератор способен работать на разнообразных топливах, при этом выяснилось, что несмотря на то, что исходные топлива для газификации различные, калорийность генераторного газа практически одинакова, что сказывается на развиваемой двигателем мощности, она практически одинакова. Различается только выход генераторного газа с 1 кг исходного твёрдого топлива, что отразилось на удельном расходе (см. рис. 6). Рис. 6. Полученная внешняя характеристика и удельный расход двигателя УД-25 при его работе на генераторном газу. ~ 39 ~ Выводы. Проведённая исследовательская работа показала, что газогенераторные установки с поршневым ДВС являются весьма привлекательным типом энергоустановок. В современных условиях поршневые ДВС являются самым распространённым и доступным типом двигателя, производимым в очень широком мощностном диапазоне от нескольких кВт до нескольких МВт. Разработать и произвести газогенераторное оборудование для двигателя соответствующей мощности, как показала исследовательская работа, под силу практически любому механическому заводу. Несмотря на свою простоту и предполагаемую невысокую стоимость газогенераторные установки при своих малых мощностях обладают весьма малым удельным расходом твёрдого топлива, порядка 1,4 кг/(кВт*час) (практически на уровне больших электростанций), что делает вырабатываемое ими электричество дешевым. Способность ДВС работать на эффективный котёл-утилизатор, также делает привлекательным этот вариант для совместной выработки электрической и тепловой энергии, что снова удешевляет выработку энергии. Топливом для газогенераторных установок могут служить наряду с традиционными топливами (древесные чурки, торф, уголь, биомасса), как показала НИР, и различного рода углеродосодержащие отходы техногенного происхождения (резина, пластики (ТБО)). Причём как показано в работе, газ, получаемый из ТБО, может использоваться не только для сжигания на горелке, но и для работы ДВС. Список использованной литературы: 1. С.А. Иофинов, Н.И. Кочуров, А.А. Цырин. Механизация и электрофикация сельскохозяйственного производства. Энергетика сельскохозяйственного производства. - М.: Сельхозгиз, 1960. 2. Ю.А. Долматовский, И.И. Трепенников. Тракторы и автомобили, краткий справочник. - М.: Сельхозгиз, 1954. Портнов М.Н. Справочник. Газогенераторные тракторы и автомобили. Газобаллонные автомобили. Смазочные масла и горючее из древесины. «Сельхозгиз», М-Л, 1943 Gasification - as a universal approach to energy-based piston micro-CHP. ABSTRACT:The topicality of the subject. The prospects for the study of steam engines. The main advantages of gas generator option micro-CHP. The detailed description of the experimental setup of small gas generator to bringing the results of experimental studies. KEYWORDS: Energy saving, steam engines, internal combustion piston engine, solid fuel, gas generators, micro-CHP, industrial waste. ~ 40 ~ УДК 691.335 ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ВТОРИЧНЫХ РЕСУРСОВ СЕВЕРНОЙ ЕВРАЗИИ (НА ПРИМЕРЕ МОСКОВСКОГО РЕГИОНА) Т.А. Барабошкина, МГУ имени М.В. Ломоносова, Россия, Москва, Моховая, д.11. ИСАА МГУ, Е.Н.Огородникова доцент кафедры Геоэкологии, Экологического факультет Российский университет дружбы народов Аннотация: Обоснована актуальность изучаемой темы. Показаны эколого-экономические перспективы внедрения вторичных ресурсов - золошлаковых отходов в дорожное строительство. На примере Московского столичного региона Северной Евразии предложена дорожная карта-схема использования вторичных ресурсов различного генезиса. Ключевые слова: вторичные ресурсы, устойчивое развитие, дорожное строительство золы, металлургические шлаки, укрепление грунтов Введение. Синхронно с ростом экономики в пределах Северной Евразии растет тренд энергопотребления. В энергосистеме России около 20 % приходится на долю тепловых электростанций, работающих на твердом топливе, что ведет к формированию (по различным источникам) от 30 до 50 млн. т. золы в год. Во второй половине XX века экспериментально выявлено порядка 300 направлений их рационального использования. Однако программа разработки и ликвидации массивов ЗШО в пределах Северной Евразии широкого внедрения в практику не получила. Основная причина – административно-экономические и законодательные проблемы [1, 2]. Мировые тенденции использования вторичных ресурсов (на примере ЗШО) В мировой практике опыт использования вторичных ресурсов более успешный. Европейскими производителями электроэнергии в 1990 г была основана Европейская Ассоциация продуктов сжигания угля (ЕСОВА). Ее задача - гарантировать выгодное и высококачественное использование зол. Близкие тенденции и на других континентах и регионах: Американская Ассоциация угольной золы (АСАА), Канадские отрасли промышленности, перерабатывающие угольную золу (CIRCA), Национальное правление угольной золы Израиля (NCAB), Центр утилизации угля в Японии (CCUJ) и др. Аналогичная генеральная линия международных организаций - стратегия рационального природопользования для решения задач строительного комплекса. Лидер по утилизации продуктов сгорания угля – Китай, до 99% от выхода вторичного продукта. В Европе в среднем только около 9% зол — размещается в отвалах. А в России только 8 % зол находит свое применение в экономике страны, т.е. у нас свыше 90% ЗШО идет в отвалы на бессрочное хранение. Такая инверсионная картинка между европейскими странами и Россией в цикле «производство ЗШО - использование», обусловлена тем, что инициаторами создания зарубежных ассоциаций выступали сами производители «продуктов сжигания угля», а толчком их активности стала совершенная законодательная база, исключившая альтернативу между складированием отходов в отвалы и активным их использованием. В Китае столь высокий уровень переработки золошлаков обусловлен административной политикой поощрения их использование, где за переработку вторичных ресурсов предприятие не только освобождается от налогов, но ему еще и доплачивается бонусная сумма. ~ 41 ~ Только детальная проработка экономических рычагов в законодательной базе рационального природопользования, позволит актуализировать данное направление на практике и в пределах Северной Евразии. Исследования состава вторичных ресурсов региона Модернизация транспортной инфраструктуры в пределах Северной Евразии в условиях дефицита каменного материала ставит актуальной задачу поиска альтернативных строительных материалов. В энергетической отрасли данного региона большая роль принадлежит тепловым электростанциям, работающим на твердом топливе. В процессе его сжигания формируются золошлаковые материалы, которые, преимущественно с использованием гидротранспорта, отправляются в отвалы, где в настоящее время сконцентрировано более 1,5 млрд. тонн зол и шлаков. Одним из путей их вторичного применения является использование в качестве вяжущего для целей дорожного строительства. Разработка золошлаковых отходов тепловых электростанций и металлургических предприятий является одним из стратегических путей оптимизации состояния природной среды на территории России. Особенно это актуально для Центрального Федерального округа, реально испытывающего в настоящее время дефицит ресурса геологического пространства для различных видов деятельности [1, 2, 4]. Поэтому использование вторичных ресурсов - шлаков черной металлургии и зол ТЭЦ - в дорожном строительстве – одна из перспективных задач современного этапа развития дорожной индустрии России. Для детальных исследований были отобраны образцы зол гидроудаления различных ТЭЦ и ГРЭС Московского региона и шлаки металлургических предприятий. Закрепляемые грунты представлены различными генетическими типами четвертичных отложений, распространенными в пределах Московского региона (табл. 1, 2- название дано по классификации В.В.Охотина) [3]. Таблица 1. Дисперсность и минеральный состав исследованных зол №пп Объект исследования 1 2 3 Удельная Название Минеральный состав поверхность, S, см2/г Каменноугольная зола 2053 Супесь Кварц, муллит, однокальцие(ТЭЦ – 22, г. Москва) легкая вый аллюминат, однокальциевый диаллюминат, кальцит Буроугольная зола 2212 Песок Кварц, муллит, магнетит, (ТЭЦ -17, г. Ступино) гематит, кальцит Торфяная зола 2687 Супесь Кварц, магнетит, гематит, (ГРЭС – 5, г. Шатура) легкая кальцит Методика исследований базировалась на детальной характеристике состава, структурно-текстурных особенностей и свойств золы, шлака, природного грунта, золоцементных и шлакоцементных смесей, а также композиций на основе природных грунтов и добавок вторичных отходов. Гидравлические свойства зол и шлаков и способность их к самостоятельному твердению и в присутствии активизатора оценивались на цилиндрических образцах высотой, равной диаметру при оптимальной влажности уплотнения и уплотняющей нагрузке 10 МПа. Образцы хранились в воздушно-влажных условиях и испытывались на прочность на одноосное сжатие в различные сроки твердения. Исследование на водо- и морозостойкости проводилось на 90 суток хранения. Анализ новообразований формирующихся в процессе упрочнения материала проводился рентгеноструктурным, термометрическим и электронно-микроскопическим методами. ~ 42 ~ Комплексный анализ результатов зол показал: (1) золы гидроудаления являются многофазовыми системами кислого состава; (2) значение модуля основности и модуля активности определяет их как скрытоактивные разности, что позволяет их рекомендовать для закрепления грунтов в сочетании с активизатором твердения – цементом; (3) упрочнение изученных систем осуществляется благодаря синтезу кристаллических и рентгеноаморфных фаз; (4) в качестве дорожно-строительного материала для закрепления глинистых грунтов можно рекомендовать композицию на основе каменноугольной золы (30% в смеси) и нормального портландцемента М-300 в количестве 4 - 8%. Принципиальное отличие химического состава шлаков металлургических производств от зол состоит: (1) в значительном количестве оксидов металлов щелочноземельного ряда при пониженном содержании оксидов кремнезема и глинозема; (2) в высоком значении модуля основности и модуля активности, что определяет исследованные шлаки как самостоятельные или скрытоактивные разности, способные к самостоятельному твердению или твердеющими при более низких по сравнению с золами теплоэлектростанций дозировками цемента в смеси; (3) упрочнение шлаков и шлакоцементов осуществляется преимущественно за счет синтеза рентгеноаморфных образований. Установлено эффективное использование для целей дорожного строительства в укрепленных основаниях автодорог - буроугольной, каменноугольной и торфяной золы, шлаков металлургических предприятий Московской промышленной агломерации. Таблица 2. Исследованные четвертичные отложения Генетический тип, возраст Моренные отложения gIIms Водно-ледниковые отложения fIIms Водно-ледниковые и озерно-ледниковые отложения отложения f,lgIIs Водно-ледниковые и аллювиальные отложения (IV н/п терраса) f,aII Покровные отложения, развитые на днепровской морене рrIII / gIIdn Покровные отложения, развитые на московской морене рrIII / gIIms Покровные отложения, развитые на водноледниковых и озерно-ледниковых образованиях рrIII / f,lgIIs Аллювиальные отложения I н/т р. Москвы aIII Название грунта Суглинок средний пылеватый Песок Суглинок средний Супесь легкая Суглинок тяжелый пылеватый Суглинок средний пылеватый Глина пылеватая Супесь легкая На основе статической обработки экспериментальных данных подобраны оптимальные составы инновационных материалов. С учетом обобщенных данных для территории Московского региона разработана карта-схема рационального использования вторичных ресурсов в комплексе с природными грунтами (рис.1). Применение зол и шлаков в составе комплексных вяжущих предполагает снижение на 30-50% финансовых затрат на возведение полотна автомагистралей. Внедрение эффективных материалов в практику дорожного строительства позволит: (1) расширить базу местных возобновляемых дорожно-строительных материалов; (2) снизить потребление дорогостоящих традиционных вяжущих материалов; (3) оптимизировать затраты на грузоперевозки с учетом перспективного плана развития автодорог в пределах федеральных округов. Для успешной реализации данного направления необходимо: ~ 43 ~ 1. Разработка и составление карты пространственного распространения вторичных минеральных ресурсов-зол и шлаков в синхронизации с Федеральной целевой программой дорожного строительства. Систематизация данных по составу и свойствам зол и шлаков в массивах техногенных грунтов по федеральным округам. Технико-экономическое обоснование выбора перспективных вторичных месторождений техногенных грунтов для до изучения. Рис.1 Карта-схема рационального использования вторичных ресурсов (на примере ЗШО) в пределах Московского региона (Северная Евразия) [1] 2. Комплексные исследования перспективных месторождений вторичного сырья: полевое опробование массивов техногенных грунтов составление технологических карто-схем разработки вторичных месторождений, исходя из специфики инженерно-геологических условий массивов. изучение физико-механических свойств зол и шлаков, как материала для сооружения земляного полотна и укрепленных оснований. изучение особенностей минерального, петрографического, гранулометрического состава техногенных грунтов – перспективных по физико-механическим характеристикам для использования в дорожном строительстве. 3. Эффективное использование зол и шлаков подбор состава рентабельных и эффективных композиционных вяжущих на основе региональных вторичных ресурсов, дисперсных четвертичных отложений, ативизаторов твердения с целью получения местных инновационных материалов для автодорог различной категории. мониторинг динамики процесса твердения инновационных композиционных матери- ~ 44 ~ алов: минералого-петрографические; электронно-микроскопические, физикомеханические исследования. 4. Устойчивое управление вторичными ресурсами Минимизация отпускной цены для зол и шлаков потребителям Льготное налогообложение для предприятий, использующих инновационные материалы на основе вторичных ресурсов Эффективность развития отрасли целесообразно рассматривать не только с позиции получения прибыли, но и с позиции устойчивого развития экономики и ее экологизации в свете решений конференции «РИО+20». Освобождение площадей занятых под отвалы (зачастую на наиболее продуктивных землях), позволит вернуть в севооборот значительные площади и укрепить агропромышленную базу Северной Евразии. Список использованной литературы: 1. Барабошкина Т.А., Огородникова Е.Н. Перспективы использования золы и шлаков в дорожном строительстве. Экология производства. 2011. № 10. 2. Огородникова Е.Н., Барабошкина Т.А., Мымрин В.А. Вторичные ресурсы для дорожной индустрии-золы теплоэлектростанций и шлаки черной металлургии. М.: РУДН, 2013. 3. Огородникова Е.Н., Николаева С.К. Техногенные грунты. М., МГУ, 2004. 4. Трофимов В.Т., Барабошкина Т.А., Жигалин А.Д. и др. Изменение экологических функций литосферы под влиянием энергетических комплексов.// Вестн. Моск. ун-та, Сер. 4, № 1, 2006. ENVIRONMENTAL AND ECONOMIC POTENTIAL SECONDARY RESOURCES NORTHERN EURASIA (THE CASE OF MOSCOW REGION) T.A.Baraboshkina, E.N.Ogorodnikova Abstract: The topicality of the subject. Showing the ecological and economic prospects for the introduction of secondary resources - ash waste in road construction. On the example of the Moscow metropolitan region of Northern Eurasia proposed roadmap diagram of secondary resources of different genesis. Key words: recoverable resources, sustainable development, ashes in road construction, metallurgical slags, soil reinforcement ~ 45 ~ УДК 697.1;620.9 АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В РАЗЛИЧНЫХ СХЕМАХ ГЕНЕРАЦИИ В.П. Албул, кандидат технических наук, главный научный сотрудник ОАО "Газпром промгаз", академик МАНЭБ, В.А. Тумановский, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заведующий НИЛ кафедры "Энергетика высокотемпературных технологий" (ЭВТ) ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ", академик МАНЭБ, Т.А. Степанова, кандидат технических наук, профессор, доцент, первый проректор ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ", заведующая кафедрой "Энергетика высокотемпературных технологий" (ЭВТ) ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ", академик МАНЭБ, С.В. Дроздов, ведущий инженер ОАО "Газпром промгаз". Аннотация: При генерации тепловой и электрической энергии в конкретных реальных условиях необходим выбор соответствующей энергоэффективной системы. В данной работе рассмотрены следующие системы: когенерационная, раздельная выработка электроэнергии на конденсационной станции, выработка электроэнергии и теплоты на теплоэлектроцентрали (ТЭЦ), включая с турбинами противодавления. Приведены примеры расчета энергетических балансов и КПД. Ключевые слова: Когенерационная система, энергетический баланс, коэффициент полезного действия, удельный расход энергии. Получившие в последнее время широкое распространение системы автономной выработки электрической и тепловой энергии обеспечивает надежность энергоснабжения, повышает энергетическую безопасность объектов и снижает стоимость выработанной энергии. Последнее определяется тем, что такие системы не имеют конденсационного «хвоста», что характерно для классической схемы тепловых электрических станций, в которых рабочим телом является водяной пар. Стремление сократить негативное воздействие на окружающую среду, в т.ч. выбросы СО2, тесно связано с сокращением удельного расхода топлива на единицу продукции. Далее авторы приводят методологию определения удельного расхода топлива в зависимости от выбранной системы генерации. Когенерационная система Рассмотрим, с точки зрения энергетической эффективности – топливного коэффициента полезного действия [1-5], некоторую когенерационную систему (рис.1), состоящую из двигателя, генератора и теплообменника. В качестве двигателя может быть использован любой тепловой двигатель (газовая турбина или двигатель внутреннего сгорания). Рассмотрим общий случай, когда двигатель имеет принудительное водяное охлаждение, теплота которого используется также как и теплота, полученная в теплообменнике-утилизаторе, использующем теплоту выхлопных газов двигателя. Теплообменником-утилизатором может являться парогенератор. ~ 46 ~ Энергетический баланс и КПД двигателя. Приход Расход B Qнр V1 i0 1,163 N в V1 i1 Vог iог Qдм ех Qдос (1) где 1,163 – переводной коэффициент (ккал/втч) Удельный расход энергии топлива на единицу полезной энергии: В 1 Vог iог Qдмех Qдос вд (1 ) 1,163 N в V1 i1 i0 ) Qнр 1,163 N в V1 i1 i0 ) Удельный расход топлива на единицу полезной энергии в идеальном двигателе ( iог = 0, Qдм ех = 0, Q дос = 0): вд0 1 Qнр КПД двигателя: д вд0 вд 1,163 N в V1 (i1 i0 ) 1 мех ос Vог iог Qд Qд B Qнр 1 1,163 N в V1 (i1 i0 ) (2) Энергетический баланс и КПД электрогенератора. Приход Расход 1,163 N в 1,163 N э Qгм ех Qгос Qгэл Удельный расход энергии на единицу полезной энергии: N Q мех Qгос Qгэл 0 вг в 1 г , вг 1 . Nэ 1,163 N э КПД электрогенератора: в0 N 1 г г э м ех ос эл Q Qг Qг вг Nв 1 г 1,163 N г (3) (4) Энергетический баланс и КПД теплообменника. Приход Расход Vог iог V2 i0 V2 i2 Vуг i уг Qтос (5) Удельный расход теплоты на единицу полезной энергии: V уг i уг Qтос Vог iог вт 1 , V2 (i2 i0 ) V2 (i2 i0 ) КПД теплообменника: т 1 V (i i ) 2 2 0 ос V i Qт Vог iог 1 уг уг V2 (i2 i0 ) ~ 47 ~ в т0 1 (6) – расход топлива на двигатель; Qнр – теплота сгорания топлива; V1 – расход воды на охлаждение двигателя; i0 – теплосодержание холодной воды на охлаждение; i1 – теплосоB держание горячей воды после охлаждения двигателя; Q дос – потери тепла двигателем в окружающую среду; Qдм ех – механические потери двигателя; Vог – объем отходящих газов из двигателя; iог – теплосодержание отходящих из двигателя газов; N в - мощность на валу двигателя; N э – электрическая мощность, отданная потребителям; Qгм ех – механические потери электрогенератора; Qгэл - электрические потери электрогенератора; Q гос – потери тепла электрогенератором в окружающую среду; V2 – расход воды на теплообменник; i2 - теплосодержание горячей воды (пара) после теплообменника; V уг – объем уходящих из теплообменника газов; i уг – теплосодержание уходящих из теплообменника газов; лообменником в окружающую среду. Q тос – потери теплоты теп- Рисунок 1 Схема когенерационной системы выработки тепловой и электрической энергии ~ 48 ~ Когенерационная система в целом. Приход Расход B Qнр (V1 V2 )i0 (V1 i1 Qдм ех Qдос ) (7) (1,163 N э Qгм ех Qгос Qгэл ) (V2 i2 V уг i уг Qтос ) Удельный расход энергии на единицу полезной энергии: вкс Qдисс V уг i уг В 1 , р 1 1,163 N э V1 i1 V2 i2 Qн 1,163 N э V1 i1 V2 i2 1 в кс0 р Qн м ех ос ос м ех ос эл где Qдисс Qд Qд Qт Qг Qг Qг - энергия диссипации (рассеянная) в окружающую среду. КПД когенерационной системы: в кс0 1,163 N э V1 i1 V2 i2 кс в кс B Qнр 1 Qдисс V уг i уг B Q р н 1 1 Qдисс V уг i уг (8) 1,163 N э V1 i1 V2 i2 1 в кс Qнр Раздельная выработка электроэнергии на конденсационной станции и теплоты в котельной На рисунке 2 приведена схема конденсационной электростанции. Энергетический баланс и КПД парогенератора Приход Расход B Qнр Gпв iпв Gп iп Vуг i уг Qпгос Qпгхн Удельный расход топлива (энергии) на единицу полезной теплоты: ос хн В 1 V уг i уг Qпг Qпг впг 1 . Gп (iп iпв ) Qнр Gп (iп iпв ) Удельный расход топлива на единицу полезной энергии в идеальном парогенераторе ос хн ( i уг 0 , Qпг 0 , Qпг 0 ) впго 1 Qнр ~ 49 ~ (9) B iп – расход топлива на парогенератор; Gп – паропроизводительность парогенератора; – теплосодержание пара; V уг – объем уходящих из парогенератора дымовых газов; i уг – теплосодержание уходящих газов; Gпв – расход питательной воды; iпв – теплосодержание питательной воды; Qпгос – потери теплоты парогенератором в окружающую среду; Qпгхн – потери теплоты с химическим и механическим недожогом в парогенераторе; N в – мощность на валу турбины; iоп – теплосодержание отработанного пара; iкн – теплосодержания конденсата; Gкн – расход конденсата; N э – электрическая мощность, отданная потребителю; Qгм ех – механические потери в электрогенераторе; Qгэл – электрические потери в электрогенераторе; Qгос – потери теплоты электрогенератором в окружающую среду; Gов – расход воды на охлаждение конденсатора; iов' – теплосодержание воды на охлаждение конденсатора; iов'' – теплосодержание охлаждающей воды после конденсатора. Рисунок 2 – Схема конденсационной электрической станции ~ 50 ~ КПД парогенератора: впг0 1 G (i i ) пг п п рпв ос хн впг V уг i уг Qпг Qпг В Qн 1 Gп (iп iпв ) V уг i уг Qпгос Qпгхн 1 1 р р В Qн Qн впг (10) Энергетический баланс и КПД турбоустановки. Приход Расход Gп iп 1,163 N в Gп iоп Qтос Qтм ех (11) Удельный расход теплоты на единицу полезной мощности вт Gп i п G i Qтос Qтм ех 1 п оп , 1,163 N в 1,163 N в в т0 1 КПД турбины вт0 т вт 1,163 N в 1 ос мех G i Qт Qт Gп i п 1 п оп 1,163 N в (12) Энергетический баланс и КПД конденсатора Приход Расход Gп iоп Gов iов' Gкн iкн Gов iов'' Qкос (13) Удельный расход теплоты (энергии) на единицу полезной теплоты, принимая Gп Gкн : Gп iоп iоп Gов (iов'' iов' ) Qкос вк 1 , Gкн iкн iкн Gкн iкн вк0 1 КПД конденсатора: к вк0 вк G i i 1 кн кн кн '' ' ос G (i i ) Q к Gп iоп iоп 1 ов ов ов Gкн iкн (14) Энергетический баланс и КПД электрогенератора Приход Расход 1,163 N в 1,163 N э Qгос Qгм ех Qгэл (15) Удельный расход энергии на единицу полезной энергии вг Nв Q ос Qгмех Qгэл 1 г , Nэ 1,163 N э ~ 51 ~ вг0 1 . КПД генератора: в г0 г вг Qгос Qгмех Qгэл N э 1 1 Qгос Qгмех Qгэл 1,163 N э Nв 1 1,163 N э (16) Энергетический баланс и КПД конденсационной станции в целом. Приход Расход B Qнр Gов iов' (V уг i уг Qпгос Q угхн ) (Qтос Qтм ех ) (Gов iов'' Qкос ) (1,163 N э Qгос Qгм ех Qгэл ) (17) Удельный расход топлива (энергии)на единицу полезной энергии: '' ' В 1 Gов (iов iов ) Qдис V уг i уг 0 1 вст р 1 , вст р , 1,163 N э Qн 1,163 N э Qн Qпгос Qугхн Qтос Qтмех Qкос Qгос Qгмех Qгэл - энергия диссипированная в где Qдис окружающую среду. КПД станции: ст 1 0 вст 1,163 N э вст В Qнр 1 1 Gов (i i ) Qдис V уг i уг '' ов 1,163 N э Gов (i i ) Qдис V уг i уг '' ов ' ов В Q р н ' ов (18) 1 Q вст р н На рисунке 3 представлена котельная установка, предназначенная для обеспечения потребителя теплом. Рисунок 3 – Схема котельной установки ~ 52 ~ ос хн В соответствиями с зависимостями (9 - 10) и приняв Qдисс Qку Qку получим: ку 1 в ку0 в ку G (i i ) 1 п п р пв V уг i уг Qдисс В Qн 1 Gп (iп iпв ) V уг i уг Qдисс В Q р н (19) 1 Q в ку р н Определим общий топливный КПД при раздельной выработке электроэнергии на конденсационной станции и тепла в котельной установке. Нетрудно показать, что общий топливный КПД раздельных систем может быть определен как: n '' n Q ' Qпол ..... Qпол пол ' '' n Qпол Qпол Qпол '' .... n ' Q пол 1 n 1 Qпол , или 1 k ' ' k '' '' ... kn , (20) n где: k ' , k '' ,…, k n - доли полезной энергии отдельного производства в общем производстве энергии системой. Очевидно, что k ' k '' ... k n 1 Q' Qn k ' n пол ..............k n n пол Qпол Qпол 1 1 Для рассматриваемого случая ст ку 1 k 1 k k ку (1 k )ст ст (21) ку где k – доля электроэнергии в общем производстве энергии. Например: если КПД конденсационной станции ст 0,4 , а КПД котельной установки ку 0,9 , то суммарный КПД системы будет равен: k доля электроэнергии в общем производстве суммарный КПД 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 90 72 60 51 45 40 ~ 53 ~ Выработка электроэнергии и теплоты на теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) Энергетический баланс ТЭЦ в общем весе (см. баланс конденсационной станции) Приход Расход B Qнр Gов iов' 1,163 N э Qотп Gов iов'' Vуг i уг Qдисс (22) где Qотп – теплота, отпущенная потребителю как из отборов и противодавления турбин, так и непосредственно из парогенератора. Удельный расход топлива на единицу полезной энергии: вТЭЦ '' ' В 1 Gов (iов iов ) V уг i уг Qдисс 0 1 р 1 , вТЭЦ р . 1,163 N э Qотп Qн 1,163 N э Qотп Qн КПД ТЭЦ: ТЭЦ 1 0 вТЭЦ вТЭЦ 1,163 N э Qотп B Qнр 1 Gов (iов'' iов' ) V уг i уг Qдисс B Q р н 1 Gов (i i ) V уг i уг Qдисс '' ов ' ов 1,163 N э Qотп (23) 1 Q вТЭЦ р н Топливный КПД, определенный таким образом, соответствует коэффициенту использования топлива на ТЭЦ [2]. Топливный КПД ТЭЦ (зависимость 23) принципиально отличается от топливного КПД конденсационной станции (зависимость 18) тем, что в конденсационной станции весь отработанный пар направляется в конденсатор, т.е. в конденсаторе теряется теплота, равная теплоте конденсации всего объема пара, полученного в парогенераторе ( Gn (ion iкн ) Gn r , где r – скрытая теплота испарения). В случае ТЭЦ в конденсатор поступает количество пара за вычетом отданного потребителю непосредственно из котлоагрегата или из отборов турбин. Поэтому отношение Gов (iов'' iов' ) , B Qнр входящее в уравнения (18 и 23) для определения КПД, у ТЭЦ меньше чем у КЭС, т.е. топливный КПД ТЭЦ выше, чем при раздельной выработке электроэнергии и теплоты [3]. Из изложенного следует вывод, что топливный коэффициент полезного действия когенерационной системы – («мини» ТЭЦ), работающей на двигателе внутреннего сгорания или газовой турбине выше топливного КПД теплоэлектроцентрали и системы с раздельной выработкой электроэнергии и теплоты: КС ТЭЦ РАЗД Выработка электроэнергии и теплоты на ТЭЦ с турбинами противодавления Теплота выхлопа турбины противодавления используется в бойлере для нагрева воды, поступающей в теплоснабжение. Очевидно, что при прочих равных условиях (параметров котлоагрегата и мощности ТЭЦ), ТЭЦ будет вырабатывать меньше электрической энергии. Вместе с тем, если ТЭЦ запроектирована на тепловую нагрузку, то использование турбин противодавления оправдано ~ 54 ~ с точки зрения общей эффективности работы станции. Такая схема не исключает отбора тепла из цилиндров высокого давления турбины на технологические нужды. Это актуально, прежде всего, для маломощных ТЭЦ, работающих в зоне промышленных предприятий, где расстояние для транспорта пара и воды минимальны. Энергетический баланс такой станции в общем виде (см. баланс конденсационной станции): (24) B Q р G i ' 1,163 N G i " Q V i н ТП ТП Сумма 1,163 N Э GТП (i " ТП Э ТП ТП дис уг уг i ) Qпол является полезной энергией станции, ' ТП где: GТП - расход воды (пара) в бойлере на теплофикацию; ' iТП - теплосодержание обратной воды при теплофикации на входе в бойлер; " iТП - теплосодержание прямой воды при теплофикации на выходе из бойлера; V уг i уг - теплота уходящих газов из парогенератора. Удельный расход топлива на ТЭЦ с турбинами противодавления ( bТП ) равен: bПТ 0 В идеальной станции bПТ Qдис V уг i уг 1 (1 ) р Qн Qпол 1 . Qнр Топливный КПД станции с турбинами противодавления будет равен: ПТ 1 Qдис V уг i уг 1 1 1 р Qдис V уг i уг B Qн bПТ Qнр (25) Qпол Как видно из зависимостей 8 и 25, КПД ТЭЦ с турбинами противодавления равен КПД когенерационной системы и превышает КПД ТЭЦ с конденсационными турбинами и систем с раздельной выработкой энергии. КС КС ТЭЦ РАЗД Следует отметить, что качество энергии электрической и тепловой энергии, с позиций второго начала термодинамики, различно: электрическая энергия имеет работоспособность выше, чем тепловая энергия, она трансформируется без остатка в любой вид энергии, а тепловая энергия может трансформироваться в другие виды ограниченно до уровня температуры и давления окружающей среды (энергия второго сорта). Эти вопросы рассматриваются при эксергетическом анализе систем производства, трансформации и использования энергии. Список литературы 1. Албул В.П. Обобщенная система КПД тепловых агрегатов и процессов для оценки эффективности использования газа. Серия: Газификация. Природный газ в качестве моторного топлива. Использование газа, энергосбережение, ИРЦ Газпром», 1999г., 31 стр. 2. Промышленные тепловые станции. Под общей редакции Соколова Е.Я., М. «Энергия», 1979г., 294 стр. 3. Рыжкин В.Я. Тепловые электрические станции. М. «Энергия», 1976г., 446 стр. 4. Албул В.П., Дроздова Е.А. Коэффициент полезного действия когенерационных систем. Газовая промышленность №6, 2004,47-49 стр. 5. Албул В.П., Дроздов С.В. ,Степанова Т.А., Тумановский В.А., Винниченко Н.В. Анализ показателей работы тепловых электрических станций. Ж. Информационные ресурсы России, №2,2013г.с.2-6. ~ 55 ~ ANALYSIS OF THE EFFICIENCY OF GENERATION OF ELECTRIC AND THERMAL ENERGY IN VARIOUS SCHEMES GENERATION V.P. Albul, V.A. Tumanovsky, T.A. Stepanova, S.V. Drozdov ABSTRACT:When generating heat and electricity in specific real world necessary to choose the appropriate energy-efficient system. In this paper we consider the following systems: cogeneration, separate electricity generation condensing plant, power generation and heat for combined heat and power (CHP), including turbines prot KEYWORDS:The cogeneration system, energy balance, efficiency. specific energy consumption. АВТОНОМНОЕ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЕ ОБЪЕКТОВ ГАЗОТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ, С ПРИМЕНЕНИЕМ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ И АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ Горюнов О.А. На территории нашей страны помимо богатств в недрах земли и на ее поверхности, имеется неисчерпаемый потенциал энергии – это энергия ветра и солнца, взять хотя бы морское побережье, протянувшееся на несколько тысяч километров, где движение воздушных масс всегда стремительно и все еще не обуздано. В мире уже накоплен значительный позитивный опыт в области применения возобновляемых источников энергии (ВИЭ), существуют различные технические решения и надежное современное оборудование, работающее в разных климатических условиях. Ведущие производители ветрогенераторов предлагают установки мощностью до 8 МВт, из которых возможно формировать объединённые в единую сеть энергокомплексы, называемые ветропарками или ветряными фермами. В настоящее время самым крупным является офшорный ветропарк London Array мощностью 630 МВт, состоящий из 175 турбин производства Siemens единичной мощностью 3,6 МВт. Установленная мощность построенных ветроэлектростанций (ВЭС) на конец 2012 года составляет 282,4 ГВт. Лидерами среди стран, активно использующих энергию ветра стали Китай - 75ГВт, США - 60 ГВт, Германия -31 ГВт. На долю России, несмотря на ее большой потенциал, приходится лишь 16,5 МВт. Сегодня сложились наилучшие условия для изменения этой ситуации. Во-первых, курс государственной политики направленный на модернизацию электроэнергетики, предусматривающий совершенствование нормативно-правовой базы и выработку мер по поддержке производителей и потребителей электроэнергии на основе возобновляемых источников энергии. Во-вторых, уже существует множество технических решений по возведению ВЭС в различных природных условиях, а также лидеры по производству надежного оборудования, такие как Siemens, GE, Enercon и др. В третьих, постоянный рост тарифов на электроэнергию и цен на углеводородное топливо становится своего рода стимулом для развития и применения нетрадиционной энергии. На протяжении нескольких лет ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром» ведет работу в области создания устройств электроснабжения на основе возобновляемых источников энергии. Многие компании сегодня успешно развивают это направление, создавая агрегаты различной мощности и назначения и возводя электростанции на базе ВИЭ, снабжающие электроэнергией целые города. Задача, которую ставит перед собой «Электрогаз» не столь мас- ~ 56 ~ штабна, но не менее важна и востребована. Речь идет об электроснабжении труднодоступных и удаленных от электросети объектов добычи и транспортировки газа. По мере того, как районы освоения новых месторождений и строительства газотранспортных систем стали формироваться на Крайнем Севере и континентальном шельфе, вопрос автономного энергоснабжения становится все более актуальным. Несмотря на то, что решение уже существует в виде применения электростанций собственных нужд, работающих на углеводородном топливе, тем не менее, актуальность этот вопрос приобретает благодаря осознанию обществом важности экологического аспекта в любой производственной деятельности и необходимости бережливо использовать исчерпаемые природные ресурсы. ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром» проводит работу по энергоснабжению технологических объектов единой газотранспортной системы России, используя готовые современные технические решения, основанные на использовании возобновляемых источников энергии и энергоэффективных технологиях. Разрабатываются и внедряются модифицированные блочно-комплектные электростанции (БКЭС) на основе возобновляемых и альтернативных источников энергии — солнечных модулей, ветроэнергетических установок, электрохимических генераторов на твердополимерных и твердооксидных топливных элементах. Модифицированные БКЭС предназначены преимущественно для автономного электроснабжения удаленных и/или труднодоступных потребителей линейной части магистральных газопроводов с уровнем потребляемой мощности до 5 кВт (системы электрохимической защиты, крановые узлы, контролируемые пункты систем телемеханики — КП ТМ и т.п.). В зависимости от требований к категории надежности электроснабжения линейных потребителей указанные источники могут использоваться в качестве основных, резервных или вспомогательных. При этом предусмотрена возможность их параллельной работы с локальной электрической сетью. Силами ДОАО «Электрогаз» разработан и пройден полный комплекс опытноконструкторских работ для БКЭС на базе солнечных модулей (СМ) мощностью 6 кВт. За период эксплуатации, начатой в январе 2011 года, с помощью СМ было получено более 20 тысяч киловатт-часов электроэнергии. Анализ годового графика выработки электроэнергии СМ в период поздней осени — ранней весны показал, что СМ такой мощности на объекте испытаний не может быть использован в качестве основного источника электроснабжения даже на широте города Ставрополя, где расположена установка, ввиду недостаточной солнечной активности. Хотя в отдельных случаях это возможно для электроприемников малой мощности (до 300 Вт), например, линейных КП ТМ. Рисунок 1. БКЭС–СМ на базе солнечных модулей на газораспределительной станции «Ставропольская ГРЭС» Изобильненского ЛПУМГ ООО «Газпром трансгаз Ставпрополь». ~ 57 ~ Другой разработкой ДОАО «Электрогаз» для автономного электроснабжения объектов является БКЭС с комбинированным использованием солнечных модулей и ветроэнергетических установок (ВЭУ). Для этого из существующих типов ветрогенераторов были отобраны наиболее эффективные. Первый — роторного типа, имеющий длительный период непрерывной работы (сервисное обслуживание через 8 500 мото-часов), независимость от направления ветра, мощность генератора до 8 кВт, и недостаток в виде больших массогабаритных параметров и необходимости строительства фундамента. Второй — крыльчатого типа, имеющий легковозводимую конструкцию, малые массогабаритные параметры, мощность генератора до 5 кВт, и недостаток в виде сравнительно короткого периода непрерывной работы (сервисное обслуживание через 4 000 мото-часов). В конечном счете, выбор ветрогенератора будет зависеть от условий эксплуатации и требований заказчика. С августа 2012 года на территории завода филиала «Афипэлектрогаз» в тестовом режиме эксплуатируется БКЭС-СМ-ВЭУ (крыльчатого типа). В первом квартале 2014 года на объекте ООО «Газпром трансгаз Ставрополь» ГИС ПИРГ Починки в опытную эксплуатацию будет введен головной образец БКЭС-СМ-ВЭУ (роторного типа), разработанный ДОАО «Электрогаз» совместно с ФГУП «Государственный космический научно-производственный центр имени М. В. Хруничева» и ООО «Альфа Инжиниринг». Рисунок 2. БКЭС-СМ-ВЭУ на базе солнечных модулей и ветроэнергетической установки крыльчатого типа на территории завода филиала «Афипэлектрогаз», ДxШxВ 6058 х 2438 х 2591 мм. Результаты испытаний данных гибридных установок будут получены и представлены на рассмотрение экспертам уже летом 2014 года. Надежность электроснабжения потребителей — одно из основных требований к автономным системам электроснабжения. Поэтому, учитывая непостоянство погодных условий, БКЭС на базе СМ и ВЭУ необходимо комбинировать с другими источниками энергии. Одним из таких источников может рассматриваться электрохимический генератор (ЭХГ) — экологически чистое устройство с высокой надежностью работы и КПД до 70%. На сегодняшний день ДОАО «Электрогаз» совместно с Российским федеральным ядерным центром ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» (г. Саров) ведется разработка блочнокомплектного устройства электроснабжения с использованием ЭХГ на твердополимерных ~ 58 ~ топливных элементах, мощностью 5 кВт. А совместно с ФГУП «РФЯЦ-ВНИИТФ им. академика Забабахина Е. И.» (г. Снежинск) прорабатывается возможность разработки БКЭС с применением ЭХГ на твердооксидных топливных элементах мощностью 3 кВт Результатом комплекса разработок ДОАО «Электрогаз» ОАО «Газпром» станет блочно-комплектное устройство электроснабжения, обеспечивающее автономность, экологичность и ресурсосбережение в процессе выработки энергии для линейных потребителей магистрального газопровода. Рисунок 3. Ветроэнергетическая установка роторного типа ~ 59 ~ Рисунок 4. Модули управления электрохимическим генератором на твердополимерных топливных элементах Безусловно, для обеспечения надежного электроснабжения, ветряные и солнечные электростанции необходимо комбинировать с сетью, или, в случае автономности с другими источниками. Как вариант, предлагается рассмотреть комбинацию с ЭХГ. На рисунке 5 представлена схема автономного электроснабжения в условиях отсутствия или слабого развития энергетической инфраструктуры, что характерно для удаленных и труднодоступных объектов. Рисунок 5. Схема автономного электроснабжения Основной источник питания – комплексный блок солнечных модулей и ветрогенератора (1); резервный источник питания – блок аккумуляторных батарей (2); аварийный источник питания – электрохимический генератор (3).На На рисунке 6 представлена схема электроснабжение вдольтрассовых потребителей на МГ при развитой энергетической инфраструктуре, которая позволяет направлять избыток мощности в электрическую сеть. Основной источник питания – комплексный блок солнечных модулей и ветрогенератора (1); аварийный источник питания - блок аккумуляторных батарей (2); резервный источник – эл. сеть (3). ~ 60 ~ Рассмотренные выше источники электроснабжения предназначены для систем с небольшой потребляемая мощность – до 5 кВт. (Исключением являются ГРС, где установленная мощность электроприемников может составлять от 1,5 до 25 кВт и более). Далее будут приведены примеры возможного применения ветроэнергетических установок с единичной установленной мощности более 1 МВт. В ОАО «Газпром» рассматривалась возможность использования энергии ветра в рамках подготовки Штокмановского проекта. В 2010 году сотрудниками ООО«НИИгазэкономика» проведены ряд исследований по определению эффективности строительства ветропарка мощностью 120 МВт в Мурманской области в районе пос. Териберка для нужд завода СПГ и промышленных объектов Штокмановского ГКМ. Срок окупаемости составил 5 лет, ежегодная экономия эксплуатационных затрат - 344 млн. руб., ежегодная чистая прибыль от реализации высвобождаемого газа - 445 млн руб., чистый дисконтированный доход за период расчета 2010-2030 гг. - более 3,4 млрд.руб. На основании полученных данных проект по возведению ветроэлектростанции был признан эффективным и запланирован к вводу в эксплуатацию в 2017-2018 гг. Рисунок 6. Схема параллельной работы с электрической сетью С целью сравнения вариантов электроснабжения, следующим примером послужит смоделированная система на основе ВЭУ уже действующего участка магистрального газопровода КС-1 «Байдарацкая» - КС-9 «Малоперанская» СМГ «Бованенкого-Ухта», входящий в зону активности среднегодовой скорости ветра более 5 м/с. В настоящее время электроснабжение КС осуществляется от ЭСН 10 МВт и 11,5 МВт на основе газопоршневых агрегатов. На рисунке 7 модель системы электроснабжения КС от ветроэнергоустановок Siemens SWT-3,6-107 (3,6 МВт), проведен сравнительный анализ и рассчитана эффективность проекта (Таблица 1). Срок окупаемости составил 5 лет, ежегодная экономия эксплуатационных затрат – 139 млн.руб, ежегодная чистая прибыль от реализации высвобождаемого газа - 149 млн руб., чистый дисконтированный доход за период расчета 2013-2030 гг. – 1,16 млрд.руб. ~ 61 ~ Рисунок 7. Участок СМГ «Бованенково-Ухта», являющийся потенциальным полигоном для внедрения ветроэнергостанций. Таблица 1. Технико-экономические показатели вариантов энергоснабжения участка КС-1 «Байдарацкая» - КС-9 «Малоперанская» СМГ «Бованенкого-Ухта» с использованием ЭСН и ВЭУ. Наименование показателя ЭСН ВЭУ Установленная мощность, МВт, в т.ч.: 93 114,5 в работе в резерве Отпуск электроэнергии в сеть, млн.кВт*ч/год Срок эксплуатации, лет Капитальные затраты, млн. руб. 32,5 60,5 162 20 1 950 54 Годовые эксплуатационные затраты, млн.руб., в т.ч.: затраты на топливный газ, млн.руб. Стоимость электроэнергии, руб/кВт*ч 423 201 2,61 284 0 1,76 162 20 3 949 Однако чтобы обеспечить требуемую надежность электроснабжения технологических объектов ОАО «Газпром» наиболее оптимальным вариантом является создание комбинированной системы, которая в свою очередь позволит снизить установленную мощность ЭСН в 2 раза. Учитывая карту ветровых нагрузок, эффективной зоной применения ВЭУ большой мощности является полуостров Ямал и побережье Карского моря. Бованенковское НГКМ является крупнейшим на полуострове Ямал. Основными его потребителями являются: Промбаза ГП-1, Промысел ГП-1, Промбаза ГП-2, Промысел ГП-2, Промысел ГП-3. Общая расчётная нагрузка всех потребителей составляет около 55,03 МВт. Электроснабжение предусмотрено от базовой ЭСН, размещённой на Промбазе ГП-2. Строительство базовой ЭСН планируется провести в две очереди: 1-я очередь – установка 10 агрегатов «Урал-2500» единичной мощностью 2,5 МВт; 2-я очередь – установка 4 агрегатов ГТУ-12С единичной мощностью 12 МВт. ~ 62 ~ Для определения перспективности использования энергии ветра в районе Бованенковского НГКМ компанией «РусВетер» были проведены предварительные расчеты ветроэнергетического ресурса на высоте 100 м над уровнем земли, а также проведена оценка годовой выработки электроэнергии для условного ветропарка установленной мощностью 55 МВт. Для оценки ветроэнергетического ресурса были использованы: – данные SYNOP (surface synoptic observations) метеостанции Марресаля получены в результате наземных измерений, на которые могут оказывать воздействия орографические препятствия и растительность; – данные MERRA (modern era retrospective-analysis for research and applications) получены из глобального центра моделирования и ассимиляции NASA. Для обработки данных и моделирования местного ветрового климата использовалось численное моделирование ветрового потока в пограничном слое с учетом меняющихся параметров подстилающей поверхности, а также влияние рельефа местности. Для расчетов ветроэнергетического ресурса выбранной площадки был использован общепризнанный подход в мировой практике ветроэнергетики при предпроектном обследовании площадок. Этот подход основывается на использовании архивных данных SYNOP наземной метеостанции Марресаля и спутниковых данных MERRA. Архивные данные обработаны с помощью специализированного программного обеспечения WindPRO. На основании метеоданных, цифровых карт рельефа местности и подстилающей поверхности рассчитаны карты ветроэнергетического ресурса на высоте 100 м над уровнем земли. В результате проведенных расчетов среднегодовая скорость ветра в районе Бованенковского НГКМ составляет от 8,4 до 8,6 м/с на высоте 100 м над уровнем земли и от 8,1 до 8,3 м/с на высоте 94 м над уровнем земли (высота оси ветроколеса ветроэнергетической установки). С целью оценки перспективности использования энергии ветра в рассматриваемой местности рассчитана годовая выработка электроэнергии ВЭС, размещенной вблизи Бованенковского НГКМ. Мощность ВЭС составляет 55 МВт (18 ВЭУ модели Vestas V-112, с установленной мощностью 3 МВт, диаметром ротора 112 м и высотой оси ветроколеса 94 м). Коэффициент использования установленной мощности для выбранной модели ВЭУ варьируется от 42,1 до 45,2%. В целом, рассматриваемая местность является достаточно перспективной с точки зрения использовании энергии ветра. Таким образом, для электроснабжения энергопотребителей Бованенковского НГКМ альтернативным вариантом строительства 2-й очереди базовой ЭСН (установки 4 агрегатов ГТУ-12С) может служить вариант с использованием ВЭС установленной мощностью 55 МВт. При проведении сравнительного анализа этих двух вариантов были рассчитаны технико-экономические показатели (Таблица 2) и показатели экономической эффективности. Срок окупаемости составил 5 лет, ежегодная экономия эксплуатационных затрат – 152 млн.руб., ежегодная чистая прибыль от реализации высвобождаемого газа - 160 млн руб., чистый дисконтированный доход за период расчета 2013-2030 гг. – 1 388 млн.руб. Таким образом, при существующей структуре электроснабжения Бованенковского НГКМ использование ВЭС эффективно и целесообразно. ~ 63 ~ Рисунок 8. Метеостанция Марресаля Рисунок 9. Карта ветроэнергетического ресурса ~ 64 ~ Таблица 2. Технико-экономические показатели вариантов энергоснабжения Бованенкого НГКМ с использованием ЭСН и ВЭУ Наименование показателя Установленная мощность, МВт, в т.ч.: в работе ЭСН ВЭС 48 67 36 55 в резерве 12 Отпуск электроэнергии в сеть, млн.кВт*ч/год 175 174 Срок эксплуатации, лет 20 20 2 160 4 022 485 333 120 0 2,77 1,91 Капитальные затраты, млн. руб. Годовые эксплуатационные затраты, млн.руб., в т.ч.: затраты на топливный газ, млн.руб. Стоимость электроэнергии, руб/кВт*ч Рисунок 10. Предварительная компоновка ВЭС в районе Бованенковского НГКМ. Использование ветроэнергетических станций позволяет сократить использование природного газа и других органических видов топлива, минимально воздействует на окружающую среду, обеспечивает экологическую и энергетическую безопасность в районах децентрализованного энергоснабжения, а также оправдывает затраты имея значительные показатели экономической эффективности. ~ 65 ~ УДК 621.43 АВТОНОМНОЕ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЕ ГАЗОВЫХ КОТЕЛЬНЫХ Золотарев Г.М., Президент Московского отделения МАНЭБ, Академик МАНЭБ, проф., д.т.н., Густов Л.В., Технический директор МУП «Томилинский коммунальный комплекс», Член-корреспондент МАНЭБ Аннотация: Обоснована необходимость монтажа газомоторных мини-ТЭЦ для автономного электроснабжения газовых котельных. В газовой котельной № 2 посёлка Томилино, Люберецкого района, Московской области, предложено установить 3 газомоторных электроагрегата КГПУ, ЯМЗ-300 суммарной мощностью 3 х 300кВт = 900 кВт.. В газовой котельной № 7 предложено установить 3 газомоторных электроагрегата ЯМЗ-200 суммарной мощностью 3 х 200 кВт = 600 кВт. Экономический эффект за счет монтажа газомоторных мини-ТЭЦ в 2500 газовых котельных Московской области составит 6,0 млрд. руб. в год. Ключевые слова: Газовые котельные, автономное электроснабжение, газомоторные миниТЭЦ, газомоторные электроагрегаты, энергоэффективность, экономическая эффективность В последнее десятилетие произошли существенные изменения в структуре тепло и электропотребления страны. Эпоха доминирования промышленности осталась в прошлом. В настоящее время доля промышленности составляет 50%, а доля сферы услуг достигла 50%. В структуре потребления топлива в котельных наблюдается рост доли природного газа за счет вытеснения мазута и угля. Анализ показывает, что из систем централизованного теплоснабжения наименее эффективными являются системы небольшой мощности, которые в большинстве своем относятся к коммунальной энергетике. В мировой энергетике сейчас наблюдается противоборство двух технологических тенденций: - централизованное энергоснабжение, - распределенная генерация автономных энергоустановок. Распределенная генерация – это независимая, но трудно управляемая система. Она способна обеспечить независимость потребителей от диктата поставщиков централизованной электроэнергии. Через 20-25 лет доля распределенной генерации будет составлять треть установленных электроэнергетических мощностей. Разработка Закона «О государственной поддержке малой энергетики» предполагает государственную поддержку и стимулирование использования автономной энергетики. Для его реализации необходимо ликвидировать барьеры и дискриминации в деле функционирования распределенной генерации, в т.ч. проблемы подключения микро и мини ТЭЦ к соответствующим централизованным системам электроснабжения. В США принят закон, по которому запрещено вводить в действие котельные, работающие на природном газе, без оснащения газомоторными или газотурбинными установками. В последние годы потребность в электроэнергии жилых квартир и общественных зданий резко выросла. Раннее, среднее потребление электроэнергии в 2-х комнатной квартире составляло 50-100 кВт в месяц. Исходя из минимального электропотребления в 50 кВт/месяц рассчитаны льготы на оплату электроэнергии для ветеранов труда. В настоящее время средний расход электроэнергии в 2-х комнатной квартире составляет 200-300 кВт/месяц, т.е. вырос в среднем в 3 раза. ~ 66 ~ В квартирах появились новые электроприборы: кондиционеры, компьютеры, посудомоечные машины, водоподогреватели, электропечи и т.д. В домах старой постройки сечение электропроводов стало недостаточным для возросшего потребления электроэнергии. В связи с точечной застройкой зданий в обжитых кварталах увеличилось мощность и количество котельных для теплоснабжения жилых квартир. Возросла мощность насосных станций для подачи воды в высотные дома. Увеличилось количество лифтов. Все это вместе привело к ухудшению качества электроснабжения. Стали возможны аварии в системе электроснабжения из-за перегрузок. При этом резко снизилась надежность электроснабжения целых районов города. В этих условиях для обеспечения устойчивого энергоснабжения жилых районов города необходимо использовать местные источники электроснабжения на основе модернизации многочисленных действующих котельных с установкой газомоторных мини-ТЭЦ. При установке газомоторных или газотурбинных электроагрегатов в здании котельной не требуется увеличивать численность обслуживающего персонала. Управление электроагрегатами осуществляет оператор газовой котельной с пульта управления в автоматическом режиме. В случае отключения электроэнергии оператор переходит на щадящий режим работы котлоагрегатами с учетом поступления электроэнергии только от газомоторных электроагрегатов. Таким образом, мировой опыт в деле энергообеспечения жилых домов городов свидетельствует о том, что внедрение газомоторных или газотурбинных электроагрегатов является необходимым мероприятием в деле обеспечения надежного снабжения электрической энергии. Дополнительно следует отметить, что надежность газовых трубопроводов, обеспечивающих подачу газа в котельные для выработки тепловой и электрической энергии, существенно выше, чем надежность передачи электроэнергии по высоковольтным линиям электропередач. При работе газомоторного электроагрегата 40% энергии сжигаемого топлива идет на получение электроэнергии, а 45-50% энергии используются в виде теплоты. Потери энергии составляют 10-15%. Таким образом, КПД газомоторной мини-ТЭЦ составляет 85-90%. Для сравнения, приведем данные о КПД мощной тепловой электростанции, который составляет 35-40%. Так как эффективный радиус действия тепловой электростанции для подачи горячей воды в жилые дома не превышает 3 км, а основные отапливаемые жилые массивы находятся на расстоянии 3- 5 км, то использовать всю образующуюся тепловую энергию не удаётся. При этом приходится использовать градирни с выбросом тепловой энергии в атмосферу. Наиболее распространенная мощность электрооборудования, установленного в газовой котельной, составляет от 100 кВт до 1000 кВт. Поэтому приходится ориентироваться на применение в основном газомоторных электроагрегатов малой мощности. Режим работы газовых котельных зависит от температурных условий в течение года. При этом необходимо отметить 3 характерные периода: - зимний максимум нагрузки в декабре- январе - феврале, - весенний – осенний период нагрузки в марте, апреле, октябре, ноябре; - летний период нагрузки в мае, июне, июле, августе, сентябре. Графики электрических нагрузок 3-х наиболее характерных котельных ОАО «Люберецкая теплосеть» в г.Люберцы приведены на рис.1. Из графиков видно, что в летнее время электрическая нагрузка падает до 20-30% от максимальной зимней нагрузки, в осенний и весенний периоды до 60-70% от максимальной нагрузки. ~ 67 ~ Следует учитывать, что котельные жилищно-коммунального хозяйства обеспечивают одновременно подачу тепловой энергии для отопления квартир и подачу горячей воды для бытовых нужд. Анализируя графики электрических нагрузок можно отметить, что энергопотребление на подачу горячей воды составляет 20-30% от общей мощности котельной. Остальные 70-80% энергопотребления приходятся на подачу горячей воды для отопления домов. Поэтому в летнее время возможно отключение водогрейных котлов и использование только газомоторных мини-ТЭЦ. Излишки электроэнергии могут быть использованы в коммунальной электросети. Принципиальная схема газовой котельной с автономным электроснабжением с применением газомоторных электроагрегатов приведена на рис. 2. Три газовых водогрейных котла обеспечивают отопление обслуживаемых жилых домов. В зимнее время работают два водогрейных котла, в осеннее и летнее время работает один водогрейный котел. Электроснабжение газовой котельной обеспечивают соответственно в зимнее время 2 газомоторных электроагрегата, а в летнее время один газомоторный электроагрегат. Дополнительно в состав котельной вводят резервный водогрейный котел и резервный газомоторный электроагрегат. При выполнении проекта автономного электроснабжения газовой котельной № 2, поселка Томилино, Люберецкого района, Московской области, планируется выполнить монтаж 3-х когенерационных установок КГПУ-300 общей мощностью 900 кВт на базе двигателя ЯМЗ 850.10 (4-х тактный, 12 –цилиндровый, V- с генератором «Leroy Somer», Франция). Когенерационная установка КГПУ имеет электронную систему управления газовым двигателем, на базе контроллера ComAP с функцией синхронизации с электрическими сетями и блок утилизации тепла. Рис. 1 Графики электрических нагрузок для котельных ОАО «Люберецкая теплосеть»: А- котельная «Красная горка», Б- котельная ул. Космонавтов, 18а, В - котельная Хлебозаводской тупик, 9/ ~ 68 ~ Рис. 2. Принципиальная схема монтажа газомоторных мини-ТЭЦ в газовой котельной. Фото машинного зала газовой котельной № 2 представлено на рис 3. Рис. 3 Машинный зал газовой котельной № 2 в пос. Томилино ~ 69 ~ Техническая характеристика газомоторного электроагрегата КГПУ-300 Максимальная электрическая мощность, кВт ------------------------------------300 Род тока ------------------------------------------------------ - переменный трехфазный Номинальная тепловая мощность, кВт ---------------- ------------------------ 470 Номинальное напряжение, В --------------------------- --------------------------- 400В Номинальная частота, Гц ------------------------------ ----------------------------- 50 Номинальный коэффициент мощности ---------- --------------------------------- 0,8 Номинальный ток, А --------------------------------- -------------------------------- 570 Частота вращения вала двигателя, об./мин. ------ ------------------------------- 1500 Давление природного газа, МПа ------------------ -------------------------- 0,01-0,03 Расход природного газа, нм3/ч --------------------- ------------------------------- 100 Удельный расход масла , л/ч --------------------- --------------------------------- 0,17 Ресурс электроагрегата, мотто-часов. --- --------------- ---------------------- 48000 Габаритные размеры (длина, ширина, высота),мм ------------- 3250х1410х1850 Масса сухого электроагрегата, кг --------------------------------------------------4100 В настоящее время электроснабжение котельной № 2 поселка Томилино, осуществляется от централизованной электросети. Электрический ток с напряжением 380 В поступает от двух трансформаторов 2 х 630 кВа = 1260 кВа. Включение и отключение электроэнергии, поступающей в котельную № 2 пос. Томилино, осуществляется с помощью автоматических выключателей. Учет электрической энергии выполняется с помощью счетчика электрической энергии. Максимальная суммарная потребляемая электрическая мощность, составляет: в зимнее время - 600 кВт., в летнее время – 200 кВт. Объем потребляемой электроэнергии котельной за год составляет – 2,2 млн. кВт-час. Годовой объем вырабатываемой тепловой энергии составляет – 47 тыс. Гкал. Расчетная годовая экономия за счет использования собственной электрической и тепловой энергии, вырабатываемой КГПУ-300, составляет 8,0 млн. руб. Срок окупаемости проекта – 5 лет. Широкое внедрение газомоторных мини-ТЭЦ в составе действующих котельных позволит получить ряд преимуществ в обеспечении надежной работы системы теплоснабжения жилищно-коммунального хозяйства. 1) Обеспечивается безаварийное электроснабжение газовых котельных, так как осуществляется подача электроэнергии от двух независимых источников генерации электроэнергии: от местной газомоторной мини-ТЭЦ и от централизованной электросети. В случае повреждения воздушной линии подачи электроэнергии всю нагрузку в электроснабжении осуществляет газомоторная мини-ТЭЦ. И, наоборот, при остановке газомоторной миниТЭЦ, всё электроснабжение производится от централизованной электросети. 2) Надёжность электроснабжения при работе местной газомоторной мини-ТЭЦ, за счет подачи природного газа по подземным газопроводам, многократно выше, чем электроснабжение по воздушным проводам, подверженных природным катаклизмам. 3) КПД газомоторной мини-ТЭЦ составляет 90%. При этом, за счет использования электрической энергии обеспечивается 40% КПД и за счет использования тепловой энергии охлаждения газомоторного двигателя и тепловой энергии выхлопных газов обеспечивается 50% КПД. 4) Потери электроэнергии при передачи энергии от мощной электростанции, расположенной на значительном расстоянии от потребителей электроэнергии, в централизованном электроснабжении достигают 10-12%. В то время, как при электроснабжении от местной газомоторной мини-ТЭЦ, потери энергии практически отсутствуют. 5) Надёжность работы газомоторных электроагрегатов за последнее время существенно выросла и достигает 40-50 тыс. часов до первого капитального ремонта. Все газомоторные электроагрегаты управляются дистанционно и не требуют постоянного обслуживания. ~ 70 ~ 6) За счет снижения электропотребления в газовых котельных возникает возможность повысить напряжение в близлежащих домах, испытывающих дефицит мощности. 7) Себестоимость электроэнергии при работе газомоторной мини-ТЭЦ составляет 2,02,5 руб./кВт-ч. Тариф на оплату за потребленную электроэнергию от централизованного электроснабжения составляет 4,5 руб./кВт-ч. На каждой газомоторной мини-ТЭЦ мощностью 100кВт экономия составляет 1,0 млн.руб./год. Всего экономия от внедрения собственной генерации на 2500 газовых котельных в объёме 3,0 млрд. кВт-ч/год составит 6,0 млрд.руб./год. В соответствие с Государственной программой Российской Федерации «Энергосбережения и повышения энергетической эффективности на период до 2020 года», утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 27.10.2010 г., № 2446-р в подпрограмме «Энергосбережение и повышение энергетической эффективности в теплоснабжении и системах коммунальной инфраструктуры» предусмотрено наращивание выработки электроэнергии в котельных и мини-ТЭЦ к 2020г. до 57 млрд.кВт-час. Для реализации региональных программ в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности постановлением Правительства Российской Федерации от 05.09.2011г. № 746 утверждены «Правила предоставления субсидий из федерального бюджета бюджетам субъектов Российской Федерации на реализацию региональных программ в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности. Распоряжением Правительства Российской Федерации от 03 апреля 2013г. № 512-р предусмотрено предоставление субсидий из федерального бюджета бюджетам субъектов Российской Федерации на реализацию региональных программ в области энергосбережения и повышения энергетической эффективности».Реализация «Государственная Программа Российской Федерации «Энергоэффективность и развитие энергетики», Подпрограмма 1 Энергосбережение и повышение энергетической эффективности позволит довести выработку электроэнергии в котельных и мини-ТЭЦ к 2020 году в объёме 57 млрд.кВт-час и получить экономический эффект 114 млрд. руб. в год. Но самое главное – это обеспечение безаварийной и надёжной работы газовых котельных в системе теплоснабжения городов и поселков, несмотря на погодный катаклизмы – ледяные дожди, ураганный ветер и технологические нарушения в электрических сетях. ПИРОЛИЗ ИЛИ СЖИГАНИЕ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ Золотарев Г.М., проф., д.т.н., Президент Московского регионального отделения «Экология отходов», МАНЭБ Аннотация: Приведено сравнение двух способов термической обработки твердых бытовых отходов – за счет прямого сжигания отходов на колосниковой решетке и за счет пиролиза отходов через горячую металлическую стенку герметичного реактора. Установлена экологическая эффективность пиролизной обработки отходов по сравнению с прямым сжиганием отходов. Приведена технологическая схема пиролизной установки для переработки твердых бытовых отходов в составе мусороперерабатывающего завода 100 тыс. т./год, Ключевые слова: камера сушки, пиролизный реактор, термический генератор, трехкамерный сепаратор пиролизного пара, газомоторный электроагрегат, Начало ХХ1 века характеризуется резким ростом углеродосодержащих отходов, к которым прежде всего относятся твердые бытовые отходы. В Московском регионе ежегодно образуется около 10,0 млн.т. твердых бытовых отходов. Эти отходы размещают на открытых полигонах без соблюдения экологических норм. При этом образующийся полигонный филь- ~ 71 ~ трат заражает водоносные слои, выделения метана отравляют атмосферу, тысячи птиц и крысы разносят инфекцию на значительные расстояния. При этом встаёт вопрос – как бороться с открытым захоронением отходов? Менталитет жителей Москвы и Московской области не позволяет осуществить раздельный сбор отходов. Существующая на отдельных полигонах ручная выборка вторичного сырья не позволяет решить проблему, так как отбирается не более 20% от поступающей на сортировку массы отходов. Остальная масса грязных, мокрых отходов направляется на открытое складирование на полигоне. В Москве работают 3 (три) мусоросжигательных завода: - мусоросжигательный завод № 2 – производственная мощность 160 тыс.т./год, -мусоросжигательный завод № 3 – производственная мощность 360 тыс.т./год, - мусоросжигательный завод № 4 – производственная мощность 240 тыс.т./год. Дальнейшее строительство мусоросжигательных заводов в Москве заблокировано жителями столицы. При этом следует отметить, что стоимость приёмки отходов на мусоросжигательных заводах составляет 3000 руб. за 1 (одну) тонну. В то же время, стоимость захоронения отходов на полигоне составляет всего 600 руб. за 1 (одну) тонну. Губернатор Московской области Ю.Н.Воробъёв поставил задачу ликвидировать открытое захоронения отходов. Какую же технологию придется осваивать до конца 2020 года ? Безусловно, остаётся необходимость совершенствовать технологию и оборудование сортировки, поступающих на полигон отходов. Но более, чем 20% невозможно отобрать полезных фракций. Остальные отходы должны быть термически обезврежены. Существует два способа термической обработки твердых бытовых отходов. Это сжигание отходов на колосниковой решетке и пиролиз отходов в герметичном реакторе. Для сжигания мокрых грязных отходов необходим воздух. Например, для нормальной работы сжигающей печи производственной мощностью 22 т/час на 3-ем мусоросжигательном заводе необходимо подавать 81272 нм3/ч воздуха в час. Вся эта масса воздуха загрязняется и её очистка требует значительных средств, по сумме превышающих стоимость основного технологического процесса – сжигания отходов. В отличие от сжигания при пиролизе отходов нет необходимости в использовании воздуха, так как нагревание отходов до температуры 5000С осуществляется через металлическую стенку пиролизного реактора. Образующиеся при термо-химическом разложении отходов, пиролизные пары настолько незначительны, что их очистка не представляет особого труда. Во время совместных экспериментов с участием Академии МАНЭБ в г. ЛосАнжелесе, США, в 2008г., при пиролизной обработке твердых бытовых отходов установлены следующие показатели выбросов при сжигании и при пиролизе отходов, табл.1. Таблица 1 № Параметр выброса Пиролизный завод Мусоросжигательный п/п завод 1 Летучая зола и пыль РМ 3,87 10 2 Оксид углерода СО 4 50 3 Оксиды азота NOx 40 100-120 4 Диоксид серы SO2 2,02 50 5 Диоксины и фураны 0,035 (мг/м3) 0,1 6 Гидрохлорид HCl 10 7 Кадмий Cd 0,00015 0,05 8 Свинец Pb 0,00028 0,5 Таким образом, как по объёму, так и по концентрации выбросов пиролизная обработка отходов существенно превосходит экологические показатели по сравнению с сжиганием отходов. ~ 72 ~ Особо необходимо отметить следующее обстоятельство. В последнее время доля пластмассовых отходов при смешанном сборе твердых бытовых отходов достигла 20%. При сжигании пластмассовых отходов выделяется масса вредных веществ, что делает этот способ разложения отходов в принципе невозможным. В то же время при пиролизе термическое разложение пластмассовых отходов является легко осуществимым процессом. При этом за счет пластмассы существенно увеличивается процентное содержание жидкого топлива. Так, например, при пиролизе 1000 кг пластмассовых бутылок образуется 900 литров высокооктанового бензина, марки евро 4. В Томске, на базе установки АИСТ-200, уже в течении ряда лет сотрудники института пользуются синтетическим моторным топливом вместо бензина. При пиролизной обработке твердых бытовых отходов с содержанием пластмассовых, резиновых отходов в количестве 20%, из 1000 кг отходов может быть получено 300 литров синтетического жидкого топлива. Исходя из экспериментальных и теоретических положений Московское региональное отделение ЗАО «Экология отходов», Международной Академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности, предложило принципиально новую конструктивную схему двухкамерной пиролизной установки для термической переработки углеродосодержащих отходов с любой исходной влажностью. Приведем краткое описание пиролизной установки производственной мощностью 5,0 т/ч (40 тыс. т/год) для переработки твердых бытовых отходов с исходной влажностью до 40% от общей массы отходов. В состав мусороперерабатывающего завода производственной мощностью 100,0 тыс.т. смешанных твердых бытовых отходов входят: - сортировочный комплекс производственной мощностью 20,0 тыс.т. отсортированных вторичных отходов, - две пиролизные установки с суммарной производственной мощностью 2 х 40 тыс.т./год = 80 тыс.т./год. Схема пиролизной установки, состоящей из последовательно установленных камеры сушки и камеры пиролиза, приведена на рис.1. Рис. 1 Схема пиролизной установки для двухстадийной переработки остатков после сортировки твердых бытовых отходов: 1 – скребковый погрузочный конвейер, 2 – тросовый измельчитель, 3 – шнековый конвейер, 4 – камера сушки, 5 – устройство очистки отходящих газов, 6 – шнековый конвейер с теплоизоляционной рубашкой, 7 – пиролизный реактор, 8 – блок охлаждения и сепарации, 9 – термический генератор, 10 - газомоторная электростанция, 11 – шнековый питатель с охлаждаемой рубашкой для выгрузки остаточного шлака. ~ 73 ~ Остаточные после сортировки твердые бытовые отходы углеродосодержащие отходы выгружают из промежуточного накопительного бункера с помощью скребкового конвейера 1 и подают на измельчение до крупности не более 50 мм в тросовый измельчитель 2. Измельченные твердые бытовые отходы транспортируют по наклонному шнековому конвейеру 3 в камеру сушки 4 пиролизного реактора. Сушка измельченных твердых бытовых отходов осуществляется за счет пропуска через весь объём, находящихся в камере сушки, отходов, горячих бескислородных газов, которые поступают во внутреннюю полость камеры сушки из внешней камеры пиролизного реактора. В процессе сушки влажные отходящие газы выбрасываются в атмосферу через устройство очистки и утилизации тепла отходящих газов 5. Высушенные и термически обработанные твердые бытовые отходы при температуре не ниже 200 0С непрерывно подают по наклонному шнековому конвейеру 6 во внутреннюю полость пиролизного реактора 7. Сухие отходы нагреваются до температуры 4505000С за счет контакта с горячими металлическими стенками реактора, которые выполнены из термостойкой стали. Для интенсификации процесса пиролиза используются два активатора с вращающимися лопастями, расположенные по краям корпуса овального поперечного сечения. К внутренней поверхности пиролизного реактора приварены продольные призмы с отверстиями, через которые пиролизный газ из нижней зоны пиролизного реактора поступает по всему сечению в коллектор. Металлический корпус пиролизного реактора имеет внешнюю теплоизолированную камеру. В полость между внешней оболочкой и пиролизной камерой подают горячие бескислородные газы с температурой 5000С. В блоке охлаждения и сепарации 8 пиролизный пар охлаждают и разделяют на синтетическое жидкое топливо и сухой пиролизный газ. Определенную часть жидкого топлива сжигают в термическом генераторе 9, с помощью которого образуются бескислородные горячие газы при температуре 5000С. Пиролизный газ поступает в газомоторную мини-ТЭЦ 10 для выработки электрической и тепловой энергии. Выхлопные газы при температуре 5000С используются для нагрева металлического корпуса пиролизного реактора за счет направления их в полость между наружным теплоизолирующим корпусом и внешними стенками пиролизного реактора. Остаточный шлак, образующийся в реакторе, выгружается из камеры пиролиза с помощью шнекового питателя с водяной рубашкой охлаждения и направляется на погрузочный бункер для отправки на захоронение в качестве отходов нулевой степени опасности или на подсыпку дорог. Блок охлаждения и сепарации пиролизного пара состоит из трёх последовательно установленных осадительных камер, с помощью которых будет выделено 3 вида пиролизной жидкости. Схема сепарации пиролизного пара с выделением 3-х видов пиролизной жидкости приведена на рис.2. ~ 74 ~ Рис. 2 Схема сепарации пиролизного пара с разделением пиролизной жидкости на легкую (типа бензин), среднюю (типа керосин), и тяжелую (типа мазут) фракции: 1- осадительная камера тяжелой фракции (типа мазут), 2- средняя фракция (типа керосин), 3 - легкая фракция (типа бензин), 4 – газгольдер для выделения пиролизного газа. В первой камере, при температуре 280 -3500С, происходит выделение из пиролизных паров тяжелой фракции пиролизной жидкости, типа мазут. Во второй камере, при температуре 210-2800С, происходит выделение из пиролизных паров средней фракции пиролизной жидкости, типа керосин. В третьей камере, при температуре 140-2100С, происходит выделение из пиролизных паров легкой фракции пиролизной жидкости типа бензин. Внимание: Указанная технологическая схема сепарации пиролизного пара может стать основой новой технологии переработки нефти с производством бензина, керосина, мазута, которая будет значительно дешевле, чем существующая технология переработки нефти, применяющаяся на нефтеперерабатывающих заводах. Пиролизные пары тяжелой фракции поступают на сжигание в термический генератор 9 (рис.1), с помощью которого образуются бескислородные горячие газы при температуре 5000С. При этом генератор тепловой энергии, одновременно с источником тепловой энергии, выполняет роль фильтра для улавливания твердых частичек и сажи, которые загрязняют пиролизную жидкость. Отделенный от пиролизной жидкости и охлажденный до температуры 40 0С пиролизный газ направляют в газомоторную мини-ТЭЦ 10 (рис.1) для выработки электрической и тепловой энергии. Одновременно с этим за счет использования пиролизной жидкости средней и легкой фракций возможна дополнительная выработка электроэнергии за счет сжигания в дизельной электростанции. После дополнительной очистки легкая и средняя фракция пиролизной жидкости может быть использована также в качестве моторного топлива. При переработке остаточных измельченных твердых бытовых отходов с помощью двух пиролизных установок суммарной производственной мощностью 2 х 40 тыс.т/год = 80 тыс.т./год может быть получено 40,0 млн. кВт-час электрической энергии. Параллельно с электрической энергией газомоторные мини-ТЭЦ вырабатывают тепловую энергию в коли- ~ 75 ~ честве 40 тыс. Гкал в виде горячей воды при температуре 900С, которая может быть использована для обогрева теплиц и производственных помещений. В связи с тем, что полигон твердых бытовых отходов имеет зону отчуждения с расстоянием до 1000 м, то на этой территории вполне может быть организовано тепличное хозяйство с использованием дешевой электрической и тепловой энергии. Таким образом, новая технология экологически чистой переработки твердых бытовых отходов позволяет вместо экологически вредного захоронения твердых бытовых отходов получить востребованные продукты: - продукты переработки вторичных ресурсов. - жидкое топливо, - электрическую энергию, - тепловую энергию, - продукты тепличного хозяйства Техническая характеристика пиролизного комплекса производственной мощностью 100 тыс.т./год Производительность по исходному сырью ------------------------ 100 тыс.т./год Объём отсортированного сырья --------------------------------------- 20 тыс.т./год Объём переработки отходов на пиролизных установках----------80 тыс.т./год Производство синтетического жидкого топлива --------------------12 тыс. т./год Суммарная мощность газомоторных электроагрегатов ----------------- 5,0 МВт Годовое производство электрической энергии ----------------------40 млн.кВт-ч Годовое производство тепловой энергии ---------------------------- 40 тыс.Гкал Доход от приёмки смешанных отходов, 1000 руб./т -----------100 млн. руб./год Продажа вторичного сырья при стоимости 3000 руб./т ---------60 млн. руб./год Продажа жидкого топлива по цене 10 руб./т -------------------- 120 млн. руб./год Продажа электрической энергии по тарифу 3,0 руб./кВт-ч ---120 млн. руб./год Продажа тепловой энергии по тарифу 1500 руб./ГКал----------60 млн. руб./год Всего стоимость реализованной продукции--------------------- 460 млн. руб./год Капитальные затраты --------------------------------------------------- -- 400 млн.руб. Погашение кредита в течение 3-х лет -----------------------------150 млн. руб./год Эксплуатационные затраты ---------------------------------------- -200 млн.руб./год Всего себестоимость производства---------------------------------350 млн.руб./год Прибыль в течение 3-х лет работы пиролизного комплекса-- 110 млн.руб./год Выводы Для решения вопроса ликвидации экологически вредного открытого захоронения твердых бытовых отходов на действующих полигонах в ближайшем Подмосковье предлагается строительство 40 пиролизных комплексов, работающих в паре с сортировочными комплексами. Возможный экономический эффект 4,4 млрд.руб./год. Заявки на проектирование и строительство пиролизных комплексов можно подавать по E-mail:zolotg@yandex.ru ~ 76 ~ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОГАЗА С ПОЛИГОНОВ ТВЕРДЫХ БЫТОВЫХ ОТХОДОВ В РОССИЙСКИХ УСЛОВИЯХ С ЦЕЛЬЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ И ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ Гуков Д.М., Молчанова И.В., «МАТИ» - Российский государственный технологический университет им. К.Э.Циолковского Захоронение твердых бытовых отходов (ТБО) на специальных полигонах или свалках стало традиционным для России способом размещения отходов. При этом опасность для всех компонентов окружающей среды (человека, воздушного пространства, почвы, растительности и животных) даже на значительных расстояниях от места захоронения сохраняется на долгое время, исчисляемое десятками лет после прекращения захоронения. Основная опасность, исходящая от полигонов ТБО, - загрязнение воздушного бассейна вредными пожароопасными выбросами, образующимися при биохимических процессах распада складируемых отходов. Обеспечение экологической и пожарной безопасности полигонов ТБО возможно путем их правильного обустройства и эксплуатации. Помимо сокращения ущерба, наносимого окружающей природной среде, достигается дополнительная энергетическая выгода от сбора и утилизации метансодержащего газа. Образующийся на свалках биогаз с начала 80-х г.г. интенсивно добывается во многих странах. В настоящее время общее количество используемого биогаза составляет примерно 1,2 млрд. м3/год, что эквивалентно 429 тыс. т метана, или 1 % его глобальной эмиссии. Лидерами по добычи и использовании биогаза являются США, Германия, Австрия. В настоящее время в нашей стране промышленная добыча биогаза не ведется. Впервые систематические исследования свалочного биогаза начали проводиться на подмосковных полигонах «Кучино», «Дашковка», «Каргашино» и др. в конце 80-х г.г. прошлого века. В результате наблюдений было выявлено, что на исследуемых объектах масштабы газообразования значительно отличаются вследствие различного количества и состава захораниваемой органики, температурного режима в толще свалочного тела и др. Было установлено, что свалочный метан интенсивно образуется и в холодные периоды года, что крайне важно для России с ее суровыми природно-климатическими условиями. В рамках российско-голландского проекта в период 1995-1997 г.г. на полигоне «Дашковка» и «Каргашино», расположенных на территории Московской области, были построены две пилотные установки по добыче и утилизации биогаза. В ходе их эксплуатации выявлено, что они не соответствуют проектным параметрам. Мощность каждой из установок составляет 70-80 кВт. В настоящее время планируется внедрение зарубежной технологии по сбору и использованию биогаза при рекультивации городской свалки в г. Адлер. Однако применение зарубежных технологических схем не совсем оправдано для нашей страны. Для России характерны свои специфические особенности, связанные с составом бытовых отходов, технологией складирования, природно-климатическими условиями и др., что не позволяет в полной мере воспользоваться имеющимися разработками и требует конкретизации исследований с учетом реальных условий функционирования полигонов. Решению такой задачи посвящена данная работа. В рамках проведения исследований по использованию биогаза был выбран полигон «Торбеево» расположенный в Люберецком районе Московской области. Полигон «Торбеево» является более предпочтительным для создания системы сбора биогаза, так как на нем преимущественно захоронены бытовые отходы, емкость основной части практически исчерпана и в ближайшее время он будет закрыт. Кроме того, по этому полигону имеется довольно много фактического материала, который можно использовать в расчетах. С целью определения состава образующегося биогаза на полигоне «Торбеево» были проведены экспериментальные исследования. ~ 77 ~ Газ отбирался из колодца предназначенного для откачки фильтрата глубиной 30 м. Газовые пробы отбирались в газовые пипетки с разных глубин 1 -10 м. Пробы биогаза, полученные с разных глубин 1-10 м из колодца содержат воздух в количестве 94,75%и 65,01% соответственно, что свидетельствует о разбавлении воздухом биогаза на меньшей глубине больше. Этот факт делает колодец безопасным, так как взрываемость метана в смеси с воздухом лежит в пределах 5-15% об. Анализ результатов показывает, что опасные зоны в колодце находятся на глубине больше 3 м. Пересчет состава биогаза на безвоздушное состояние позволяет понять, что в процессе метанового брожения отходов на полигоне «Торбеево» получается газ, состоящий из CO2-46-48%, CH4-52-53%. На основании полученных результатов экспериментальных исследований был рассчитан прогноз образования свалочного газа на полигоне захоронения твердых бытовых отходов «Торбеево» при изменении периода полураспада и содержания углерода. В расчете прогноза образования биогаза на полигоне «Торбеево использовалась кинетическая модель распада органического вещества первого порядка (МГЭИК). Результаты проведенных расчетов приведены на рисунке 1. При расчете использования биогаза с целью производства электроэнергии использовался коэффициент полезного действия дегазационной системы (соотношение собранного объема газа и объема образующегося газа) 0,6. Это означает, что сбору подвергается около 60 % объема образующегося газа полигона. При предполагаемом коэффициента полезного действия и расчетных максимальных показателях производства газа в 2011 году на полигоне возможно собирать газ в объемах, равных 725 – 1422 м³/ч, что позволяет использование электрогенерирующей установки мощностью 1,4 МВт. Полигон ТБО "Торбеево" Люберецкий район Московской области 2500 2000 куб.м/час h=5 Go=150 1500 h=5 Go=100 h=10 Go=150 h=10 Go=100 1000 Среднее 500 2039 2036 2033 2030 2027 2024 2021 2018 2015 2012 2009 2006 2003 2000 1997 1994 0 годы Рисунок 1. Прогноз образования свалочного газа на полигоне захоронения твердых бытовых отходов «Торбеево» при изменении периода полураспада и содержания углерода. Проведенные исследования на полигоне «Торбеево» Московской области позволяют сделать вывод о возможности сбора биогаза на полигонах ТБО и использования его для производства электроэнергии. ~ 78 ~ АВТОНОМНАЯ ГАЗОВАЯ КОТЕЛЬНАЯ ДЛЯ БЕЗАВАРИЙНОГО И ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОГО СНАБЖЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИЕЙ ЖИЛЫХ ПОСЁЛКОВ НА ТЕРРИТОРИИ НОВОЙ МОСКВЫ Ширяев Р.Я., Генеральный директор ОАО «МПНУ Энерготехмонтаж», Бобренков В.В., Заместитель Генерального директора ОАО «МПНУ Энерготехмонтаж» Аннотация: Предлагается газовая котельная с собственным источником электроснабжения, работающим на природном газе. Независимость от централизованного электроснабжения обеспечивает безаварийную работу котельной. Автономная газовая котельная имеет три водогрейных газовых котла и два когенерационных газомоторных электроагрегата. Экономический эффект работы автономной газовой котельной составляет 2,0 руб. на 1 кВт х ч потреблённой электроэнергии. Ключевые слова: газовая котельная; водогрейный котел; газомоторный электроагрегат; экономический эффект. AUTONOMOUS GAS BOILER ROOM FOR ACCIDENT-FREE AND POWER EFFECTIVE SUPPLY BY THERMAL ENERGY OF INHABITED SETTLEMENTS IN THE TERRITORY OF NEW MOSCOW R. Shiryaev, mpnu@mpnu.ru; V. Bobrenkov Summary The gas boiler room with own source of power supply working at natural gas is offered. Independence of the centralized power supply ensures trouble-free functioning of a boiler room. The autonomous gas boiler room has three water-heating gas coppers and two cogeneration gas engine electrical units. Economic effect of work of an autonomous gas boiler room makes 2,0 rub on 1 kW x h the consumed electric power. Keywords: gas boiler room; boiler; gas engine electrical unit; economic effect. В последнее десятилетие в России произошли существенные измене-ния в структуре тепло- и электропотребления. Например, в структуре потребления топлива в котельных наблюдается рост доли природного газа за счет вытеснения мазута и угля. Резко выросла потребность в электроэнергии жилых квартир и общественных зданий. Растет число объектов распределенной энергетики. Ожидается, что через 20…25 лет мощность распределенной генерации будет составлять треть установленной электроэнергетической мощности. Меняется и законодательная база. В США принят закон, по которому запрещено вводить в действие котельные, работающие на природном газе, без оснащения газомоторными и газотурбинными электроустановками. Разработка Закона РФ «О государственной поддержке малой энергетики» предполагает государственную поддержку и стимулирование использования распределенной энергетики. Сегодняшнее положение с электроснабжением таково, что высоковольтные линии, передающие электроэнергию от электростанций, расположенных за городом, до трансформаторных подстанций в жилой зоне в ряде случаев не могут обеспечить передачу необходимого количества электроэнергии. При этом резко снизилась надежность электроснабжения целых районов города. В этих условиях для обеспечения устойчивого энергоснабжения жилых районов города необходимо использовать местные источники электроснабжения. Для этого потребуется модернизировать многочисленные действующие котельные – установить в котельных газомоторые мини-ТЭС. ~ 79 ~ При установке газомоторных электроагрегатов в здании котельной не требуется увеличивать численность обслуживающего персонала. Управление электроагрегатами ведется в автоматическом режиме и контролируется оператором газовой котельной. Дополнительно следует отметить, что надежность газовых трубопроводов, обеспечивающих подачу газа в котельные для выработки тепловой и электрической энергии, существенно выше, чем надежность передачи электроэнергии по высоковольтным линиям электропередач. При погодных катаклизмах – ледяные дожди, ураганные ветры - происходит аварийное отключение электроэнергии и остановка работы котельных. В Московской области работают 2500 газовых котельных. Потребление электроэнергии в газовых котельных на собственные нужды в большинстве случаев составляет от 100 кВт х ч до 500 кВт х ч. Особо крупные котельные потребляют от 500 до 1000 кВт х ч. Мощность газомоторной мини-ТЭС не должна превышать максимально потребляемой мощности одновременно работающего электрооборудования котельной. Кроме этого, установленная мощность мини-ТЭС должна обеспечить запуск агрегатов котельной с учетом пусковых токов. Результаты приёмочных испытаний отечественного газомоторного электроагрегата ЭГ100-Т400 в Люберецком районе Московской области показали, что себестоимость производства электроэнергии при работе газомоторной мини-ТЭС составляет 2,0 руб./кВт-ч. Себестоимость складывается из стоимости природного газа, затрат на приобретение машиного масла, мелкого ремонта электроагрегата, а также погашения банковского кредита в течение 5 лет. В то же время стоимость электроэнергии, поступающей из централизованной электросети, составляет 4,0 руб./ кВт-ч. Таким образом, при установке газомоторной мини-ТЭС в составе газовой котельной, экономия на оплате за потребляемую электроэнергию составляет 2,0 руб./ кВт-ч. При потреблении 3,0 млрд. кВт-ч электроэнергии в газовых котельных Московской области экономия от внедрения собственной генерации электроэнергии в составит 6,0 млрд. руб. в год. Пример схемы монтажа газомоторных электроагрегатов в газовой котельной приведен на Рис. 1. Рис. 1. Принципиальная схема монтажа газомоторных мини-ТЭС в газовой котельной. Электроснабжение оборудования газовой котельной осуществляется на постоянной основе от 2-х газомоторных электроагрегатов, синхронизированых с централизованной электросетью. При отключении газомоторных электроагрегатов электроснабжение котельной осуществляется от централизованной электросети. В качестве топлива в газовых двигателях используется природный газ, на котором работают основные газовые котлоагрегаты. ~ 80 ~ Техническая характеристика газомоторного электроагрегата ЯМЗ-300: Максимальная часовая мощность, кВт --------------------------------------------300 Род тока ------------------------------------------------------- переменный трехфазный Номинальная тепловая мощность, кВт ---------------------------------------470 Номинальное напряжение, В ------------------------------------------------------ 400В Номинальная частота, Гц ----------------------------------------------------------- 50 Номинальный коэффициент мощности ------------------------------------------- 0,8 Номинальный ток, А ----------------------------------------------------------------- 570 Частота вращения вала двигателя , об/мин ------------------------------------- 1500 Давление природного газа, МПа -------------------------------------------- 0,01-0,03 Расход природного газа, нм3/ч ---------------------------------------------------- 100 Удельный расход масла , л/ч ------------------------------------------------------ 0,17 Ресурс электроагрегата, моточасов. ------------------ ---------------------- 48000 Габаритные размеры (длина, ширина, высота),мм ------------- 3250х1410х1850 Масса сухого электроагрегата, кг --------------------------------------------------4100 В помещении газовой котельной предусмотрена установка двух газомоторных электроагрегатов КГПУ-300ЯМЗ суммарной мощностью 2 х 300 кВт = 600 кВт. Для отбора тепловой энергии горячих выхлопных газов устанавливаются два блока утилизации тепла, входящих в состав когенерационной установки КГПУ-300 ЯМЗ. Общая производительность энергоблока составляет: - по выработке электроэнергии -----------------------------2 х 300 кВт = 600 кВт; - по выработке тепла ----------------------------------------- 2 х 470 кВт = 940 кВт. Для обеспечения потребности обслуживаемого района города в тепловой энергии предусмотрена установка 3-х водогрейных котлов суммарной мощностью 3 х 6500 кВт = 19500 кВт. В качестве водогрейного котла рекомендуется к установке водогрейный трехходовой жаротрубный котёл Термотехник ТТ100 фирмы Энтророс (Россия) мощностью 6500 кВт, имеющий среднее рабочее избыточное давление 6 бар, укомплектованный шкафом управления, предохранительной и запорной арматурой в пределах котла, автоматикой безопасности, тепловой изоляцией и металлической обшивкой. Преимущества автономного электроснабжения газовых котельных: 1) Обеспечивается безаварийное электроснабжение газовых котельных за счет подачи электроэнергии от двух независимых источников электроэнергии: от местной газомоторной мини-ТЭС и от централизованной электросети. Газомоторная мини-ТЭС работает в постоянном режиме, обеспечивая надёжное и экономное электроснабжение газовой котельной. При остановке газомоторной мини-ТЭС электроснабжение котельной производится от централизованной электросети. 2) Надёжность электроснабжения при работе местной газомоторной мини-ТЭС при подаче природного газа по подземным газопроводам многократно выше, чем электроснабжение по воздушным проводам, подверженное природным катаклизмам. 3) КПД газомоторной мини-ТЭС составляет 90%. При этом за счет использования электрической энергии обеспечивается 40% КПД и 50% - за счет использования тепловой энергии охлаждения газомоторного двигателя и тепловой энергии выхлопных газов. В то же время мощная конденсационная электростанция, работающая на природном газе, и расположенная на расстоянии 50…200 км от основной массы потребителей электроэнергии, имеет КПД не более 40…50 %. 4) Потери электроэнергии при централизованном электроснабжении - передаче энергии от электростанции, расположенной на значительном расстоянии от потребителей элек- ~ 81 ~ троэнергии, достигают 10-12%. А при электроснабжении от местной газомоторной миниТЭС потери энергии практически отсутствуют. 5) Надёжность работы газомоторных электроагрегатов за последнее время существенно выросла и достигает 40…50 тыс. часов до первого капитального ремонта. Все газомоторные электроагрегаты управляются дистанционно без постоянного присутствия обслуживающего персонала. 6) Себестоимость электроэнергии при работе газомоторной мини-ТЭС составляет 2,0 руб./ кВт/ч. Тариф на оплату электроэнергии при централизованном электроснабжении составляет 4,0 руб./ кВт-ч. Таким образом, экономия при оплате за электроэнергию составляет 2,0 руб./ кВт-ч. Экономия от внедрения собственной генерации на 2500 газовых котельных Московской области при потреблении 3,0 млрд. кВт-ч /год составит 6,0 млрд. руб./год. НОВЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПРОДУКТ ИЗ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ – ДРЕВЕСНО-УГОЛЬНЫЕ ПЕЛЛЕТЫ Золотарев Г.М., Президент ЗАО «Экология отходов» МАНЭБ, Егошин И.И., Лесозавод ИП «Егошин И.И.», Тимакин В.В., Генеральный директор ООО «ЛИЛАНА», Кодолов Г.О., Заместитель Генерального директора ООО «РОСТ-Л», Морозов В.А., Генеральный директор ООО «ТРИВИМ Лтд» В последние годы успешно развивается рынок древесных пеллет, которые изготавливают из древесины лиственных и хвойных пород. Благодаря своей сыпучести и малым размерам древесные пеллеты хорошо вписываются в систему отопления индивидуальных домов, обеспечивая качественное отопление в автоматическом режиме. Загрузив пеллеты в небольшой бункер и установив программу отопления, владелец дома не обязан следить за работой отопительной системы в течение суток. При зольности пеллет 0,5% не требуются значительные усилия по выгрузке золы из топливной печи. В то же время, зола является хорошим удобрением. По уровню комфортности и экономичности отопления применение пеллет находится на втором месте после природного газа. Возможно широкое применение пеллет для отопления социальных объектов, где отсутствуют газопроводные системы. За последние годы рынок потребления древесных топливных пеллет в Странах Европейского союза вырос в 12 раз и достиг почти 14 млн. тонн в год. По прогнозам, к 2020 году он составит более 32 млн. тонн в год. Объём производимых пеллет, млн.т./год, в странах Европы приведен в табл. 1 Таблица 1 Страна 2007г 2008г 2009г 2010г 2011г 2012г 2013г Германия 1,100 1,460 1,600 1,750 1,880 2,000 2,000 Швеция 1,360 1,580 1,580 1,650 1,340 1,340 1,350 Австрия 0,700 0,625 0,695 0,850 0,940 0,890 0,950 Португалия 0,400 0,550 0,650 0,6500 0,650 Франция 0,190 0,240 0,350 0,350 0,550 0,600 0,600 Италия 0,600 0,700 0,550 0,600 0,470 0,600 0,600 Польша 0,329 0,378 0,400 0,410 0,410 0,410 0,410 В целом в ЕС 5,782 6,294 6,669 9,241 9,620 10,000 10,150 ~ 82 ~ Недостающие 4,0 млн. тонн пеллет страны ЕС импортируют преимущественно из США и Канады, табл. 2. Страна США Канада Россия Украина Хорватия Беларусь Другие Общий объём 2009г 535 тыс.т. 520 тыс.т. 379 тыс.т. 30 тыс.т. 72 тыс.т. 75 тыс.т. 160 тыс.т. 1,771 млн.т. 2010г 763 тыс.т. 983 тыс.т. 396 тыс.т. 57 тыс.т. 95 тыс.т. 90 тыс.т. 226 тыс.т 2,610 млн.т. 2011г 1,029 млн.т. 1,174 млн.т. 475 тыс.т. 149 тыс.т. 115 тыс.т. 100 тыс.т. 226 тыс.т 3,226 млн.т. Таблица 2 2012г 1,764 млн.т 1,346 млн.т 637 тыс.т. 217 тыс.т. 136 тыс.т. 112 тыс.т 279 тыс.т. 4,491 млн.т. Из данных таблицы № 2 видно, что наиболее быстрый рост экспорта пеллет в ЕС наблюдается из США и Канады. В этих странах строят мощные пеллетные заводы с производственной мощностью 100-200 тыс.т./год. Существуют 2 вида пеллет. – «потребительские» пеллеты с зольностью 0,5% используются для индивидуального отопления домов. Средняя стоимость таких пеллет на Европейском рынке составляет 240 евро/тонна в месте потребления - Энергетические пеллеты с зольностью 1,5% используются в котельных и биоэлектростанциях. Средняя стоимость таких пеллет составляет 190,0 евро/тонна в месте потребления. Основным направлением для обеспечения конкурентной способности производства пеллет является увеличение их калорийности, что будет способствовать уменьшению затрат на логистику и увеличению потребительских качеств пеллет. С этой целью Московское региональное отделение МАНЭБ предложило изготавливать древесно-угольные пеллеты, которые состоят из опилок 70% и отсева древесного угля 30%. Благодаря этому увеличится на 20% теплотворная способность пеллет. Предложен инвестиционный проект 2014-2015 гг. для строительства «Опытнопромышленной пиролизной установки для производства древесно-угольных пеллет, биодизельного топлива и электрической энергии». В состав технологической схемы входят следующие элементы: - Складирование древесных опилок от обработки балансовой древесины при промышленной и санитарной рубке леса; - Складирование древесной щепы, поступающей от отходов санитарной рубки леса; - Получение мелкофракционного древесного угля, жидкого топлива, электрической и тепловой энергии на пиролизной установке, - Смешивание опилок и мелкофракционного древесного угля; - Измельчение смеси мелкофракционного древесного угля и опилок до крупности 0 2 мм.;- Получение древесно-угольных пеллет на пеллетной установке; - Упаковка древесно-угольных пеллет в пакеты весом по 20 кг. или в мягкие контейнеры (биг-баги) весом по 500кг; - Отгрузка пакетов древесно-угольных пеллет на поддонах или в биг-багах для реализации. Особенностью пиролизного процесса является полное самообеспечение электрической и тепловой энергией. Приведем краткое описание технологического процесса. ~ 83 ~ Экология: 1).В лесных массивах в результате деятельности короедов и других насекомых - вредителей образуется большое количество больных и сухих деревьев. 2). В результате лесных пожаров образуются целые массивы обгорелых деревьев. 3). В результате воздействия сильного ветра и ледяных дождей происходит падение деревьев и обломка крупных сучьев. 4). В результате старения и гниения падают старые деревья. 5). Лес загрязнен упавшими, сухими и горелыми деревья. При санитарной очистке леса необходимо организовать вывозку из леса погибших деревьев. Необходимо вместо бесполезного гниения погибших деревьев и сучьев организовать переработку их в новые полезные энергетические продукты – древесно-угольные пеллеты. Энергетика: 1). Древесно-угольные пеллеты относятся к продуктам возобновляемых источников энергии. 2). Производимые на разрабатываемых автоматизированных пиролизных установках древесно-угольные пеллеты по своим стоимостным и потребительским свойствам призваны заменить в системах отопления индивидуальных домов ископаемый уголь, дизельное топливо, сжиженный газ, электроэнергию. 3). Древесно-угольные пеллеты могут заменить древесные пеллеты. Калорийность древесных пеллет составляет 4300 ккал/кг. Калорийность древесно-угольных пеллет составляет 5000 ккал/кг. Стоимость древесных пеллет на внутреннем рынке Европейских стран составляет 240 евро/тонна. Прогнозируемая стоимость древесно-угольных пеллет, изготовление которых будет осуществлено на разрабатываемой пиролизной установке, на внутреннем рынке Европейских стран будет составлять 300 евро/тонна. Учитывая то, что калорийность древесно-угольных пеллет на 20% выше, чем калорийность древесных пеллет, следует ожидать повышенный спрос и высокую рентабельность производства древесно-угольных пеллет, так как дополнительно при этом снижается стоимость логистики Блок схема технологического производства древесно-угольных пеллет представлена на рис. 1 На участке, выделенном для санитарной рубки леса, осуществляют заготовку деловой древесины и древесных отходов – тонкомера, комлей, вершинок, толстых сучьев. Деловую древесину грузят на автомашину, оснащенную гидравлическим подъёмником, и вывозят на лесозавод для производства досок, бруса, реек и другой товарной продукции из дерева. Образовавшиеся при этом опилки перевозят в цех производства древесноугольных пеллет. ~ 84 ~ Рис.1 Блок -схема производства древесно-угольных пеллет. Древесные отходы непосредственно на лесной делянке вблизи от дороги с помощью тракторного щепореза превращают в древесную щепу. Транспорт щепы на лесозавод осуществляют с помощью специальных машин - щеповозов. На производственной площадке смонтирована пиролизная установка, с помощью которой древесную щепу превращают в древесный уголь. В процессе пиролиза образуется горючая пиролизная жидкость и горючий пиролизный газ. Указанные энергетические продукты используются для нагрева металлических стенок пиролизного реактора и для производства электрической энергии с помощью газомоторных и дизельных электроагрегатов. Из каждой тонны древесной щепы в результате термо-химического разложения образуется 250 кг мелкофракционного древесного угля. Древесный уголь с помощью шнекового конвейера транспортируют в лопастной смеситель. Одновременно с этим в смеситель подают опилки. Смесь опилок и древесного угля измельчают до крупности 0-2 мм и после сушки направляют в приёмный бункер пеллетной установки. За счет давления и температуры 1000С в матрице пеллетной установки, происходит формирование древесно-угольных пеллет повышенной калорийности. Пеллеты подают с помощью шнекового конвейера в бункер пеллет для охлаждения. Затем пеллеты упаковывают в бумажные или полиэтиленовые пакеты весом по 20 кг. для реализации на автостоянках или в специализированных магазинах. Основным новым элементом технологии производства древесно-угольных пеллет является пиролизная установка для получения древесного угля и биодизельного топлива. Схема пиролизной установки приведена на рис.2. ~ 85 ~ Рис. 2 Схема пиролизной установки для переработки древесных отходов в древесный уголь: 1 - пиролизные реакторы, 2 – камера осаждения тяжелой фракции пиролизной жидкости, 3 – камера осаждения средней фракции пиролизной жидкости, 4 – камера осаждения легкой фракции пиролизной жидкости, 5 - генератор тепловой энергии с регулируемой температурой 5000С, 6 - газгольдер для охлаждения и очистки от воды пиролизного газа, 7 - газомоторный электроагрегат, 8- дизельный электроагрегат, 9 – разгрузочный шнековый конвейер, 10 – гидравлический фильтр отходящих в атмосферу газов. Древесные отходы в виде щепы загружают в пиролизные реакторы 1 и перекрывают входные задвижки. Затем запускают генератор тепловой энергии и нагревают пространство между металлическими корпусами пиролизных реакторов и кирпичной камерой, в которой установлены реакторы. Отходящие газы от генератора тепловой энергии через гидравлический фильтр 10 выводят в атмосферу. За счет нагрева металлических стенок пиролизных реакторов происходит сушка щепы и нагрев её до температуры 400-5000С. В этот период происходит термохимическое разложение древесных отходов с выделением пиролизных паров, включающих жидкие и газообразные составляющие. Пиролизный пар направляют в блок сепарации и охлаждения. В первой камере, 2, при температуре 280 -3500С, происходит выделение из пиролизных паров тяжелой фракции пиролизной жидкости, типа мазут. Во второй камере, 3, при температуре 210-2800С, происходит выделение из пиролизных паров средней фракции пиролизной жидкости, типа керосин. В третьей камере, 4, при температуре 140-2100С, происходит выделение из пиролизных паров легкой фракции пиролизной жидкости типа бензин. Пиролизные пары тяжелой фракции поступают в генератор тепловой энергии 5, обеспечивающий подачу в нагревательную камеру горячих бескислородных газов при температуре 5000С. При этом генератор тепловой энергии одновременно с источником тепловой энергии выполняет роль фильтра для улавливания твердых частичек и сажи, которые загрязняют пиролизную жидкость. Пиролизную жидкость средней и легкой фракции направляют в цистерны для использования в качестве топлива при работе дизельной электростанции 8, которая снабжает пиролизный завод электроэнергией. ~ 86 ~ Отделенный от пиролизной жидкости пиролизный газ поступает в газгольдер 6, где после охлаждения до температуры 400С и отделения от влаги, направляется в газомоторный электроагрегат 7 для выработки электрической энергии. Горячие выхлопные газы поступают в кирпичную камеру для дополнительного нагрева металлических корпусов пиролизных реакторов. После завершения процесса термохимического разложения и превращения древесных отходов в древесный уголь осуществляют его выгрузку из пиролизных реакторов с помощью шнекового конвейера 9. Для опытно-промышленной проверки новой технологии выбирают трубчатые реакторы диаметром 800 мм и высотой 3,0м. При этом, объём каждого реактора составит 1,5м3. Количество пиролизных реакторов выбирают в зависимости от требуемой производительности пиролизной установки. При наличии 4-х пиролизных реакторов и обеспечении 2-х циклов пиролиза в сутки возможно получение 4-х тонн древесного угля. Этого количества древесного угля будет достаточным для изготовления 12 тонн смеси, состоящей из 8,0 тонн опилок и 4,0 тонн древесного угля и соответственно производства 12 тонн древесно-угольных пеллет в сутки. Экспериментальные исследования по получению древесно-угольных пеллет были проведена на лесозаводе ИП «Егошин И.И.» в поселке Виноградово, Воскресенского района, Московской области. Технологическая схема получения древесно-угольных пеллет с применением импортного гранулятора Evol 500 приведена на рис.3. Сырые опилки от деревообрабатывающих линий доставляют с помощью автопогрузчика в цех производства пеллет и складируют на бетоном полу. Рабочие цеха вручную подают опилки на ленточный конвейер, с помощью которого опилки загружаются в дробилку № 1. От дробилки опилки поступают в пневматическую сушилку с подогревом от обрезков древесины. После сушилки опилки выгружаются через пылеуловитель на бетонный пол. Отсев древесного угля поступил от углевыжигательного комплекса, принадлежащего сторонней коммерческой фирмы. Для предварительного измельчения отсев древесного угля пропустили через дробилку и систему сушки и разместили рядом с сухими опилками, рис.4 Рис.3 Технологическая схема получения древесно-угольных пеллет на промышленной установке – грануляторе Evol 500, Польша. ~ 87 ~ Рис.4 Отсев древесного угля и опилки для дополнительного измельчения до крупности 0-2 мм и смешивания Смешивание сухих опилок и сухого древесного угля осуществляли вручную, перемешивая лопатой. При этом соотношение массы опилок к массе древесного угля составляло 2 : 1 Смесь измельченного древесного угля, 33% по массе, и древесных опилок, 64% по массе, загружали в смесительный бак с помощью всасывающего шланга – продуктопровода. Общий объём загруженной в бак смеси составил 35 пластмассовых ведер вместимостью 30л х 35штук = 1050 литров или около 1,0 м3. От смесительного бака древесно-угольная смесь с помощью шнекового конвейера загружалась в гранулятор Evol 500. Особенностью гранулятора является склеивание измельченных опилок за счет нагревания лигнина, являющегося составным элементом древесных опилок, и прессования смеси в ячейках гранулятора Evol 500. В начальный период при низкой температуре удавалось получить черные пеллеты необходимого качества. Однако, в дальнейшем, после нагрева матрицы гранулятора свыше 1000С происходило разрушение пеллет длиной 38мм. Процесс был остановлен, так как необходимо было заменить матрицу с диной ячеек 38мм на матрицу с длиной ячеек 15 мм. Фотография гранулятора Evol 500, производство Польша приведена на рис. 5. ~ 88 ~ Рис.5 Гранулятор Evol 500, производство Польша. На фотографии рис. 6 представлены образцы черных блестящих пеллет полученных из смеси опилок и древесного угля при соотношении по массе 2 : 1 Рис.6 Фотография древесно-угольных пеллет, полученных из смеси опилок и древесного угля с соотношением по массе 2 : 1 ~ 89 ~ Для сравнения потребительского эффекта от применения древесно-угольных пеллет было произведено сжигание партии древесно-угольных пеллет в пеллетном котле РV-20, оборудованном системой автоматического сжигания с дистанционным управлением конструкции ООО «ЛИЛАНА». Пеллетный котел обеспечивает коттедж площадью 200 кв.м. При сжигании было установлено, что эффект сжигания проявлялся в скорости подъема температуры воды в системе отопления дома. Скорость подъема температуры определялась по показаниям термометра котла и соответствующей регистрации времени на электронном табло котла. Установлено, что скорость подъема температуры в системе отопления коттеджа до 600С составила для древесных пеллет в течение 20 мин, а для древесно-угольных пеллет в течение 10 мин. Фотография пеллетного котла, установленного в подвальном помещении коттеджа в пос. Белозерский, Воскресенского района, Московской области представлена на рис. 7 Предварительные результаты разработки технологии производства древесноугольных пеллет показали возможность создания новой технологии и оборудования для массового применения в системе индивидуального отопления жилых домов. Рис.7 Автоматизированный пеллетный котел PV-20, установленный в подвальном помещении коттеджа в пос. Белоозерский, Воскресенского района, Московской области Кроме этого, древесно-угольные пеллеты с успехом могут применяться в малых котельных жилищно-коммунального хозяйства и небольших производственных фирм. Особенностью применения древесно-угольных пеллет является полная автоматизация процесса, не требующая постоянного дежурства и диспетчерского контроля. По уровню эффективности древесно-угольные пеллеты стоят на втором месте после трубопроводного снабжения топливных котлов природным газом. Капитальные затраты при строительстве пиролизного завода производственной мощностью 3000 тон древесно-угольных пеллет в год. составляют 40,0 млн. руб. В таблице 1 приведен перечень оборудования для строительства опытнопромышленного образца пиролизного завода на территории Лесозавода ИП «Егошин И.И. ~ 90 ~ Таблица 1 № Наименование оборудования и мероприятий 1 Разработка проекта пиролизного завода 2,0 млн.руб. 2 Гранулятор Evol 500, Польша 4,0 млн. руб. 3 Пиролизная установка, конструкции «РОСТ-Л» 12,5 млн. руб. 4. Газомоторный электроагрегат мощностью 200 кВт 2,0 млн. руб. 5 Дизельный электроагрегат мощностью 200 кВт 1,5 млн. руб. 6 Автопогрузчик сыпучих материалов, 5т, DOOSAN 1,0 млн. руб. 7 Трактор «Беларусь» с щепорезом 2,0 млн. руб. 8 Автокран с грейферным погрузчиком 5,0 млн. руб. 9. Всего, cтоимость проекта и оборудования 30,0 млн. руб. Стоимость разработки проекта и приобретения оборудования оплачивает инвестор в размере 30 млн. руб. Строительно-монтажные работы общей стоимостью 10,0 млн. руб. осуществляет ИП «Егошин И.И. за свой счет. В перечень строительно - монтажных работ входят: - цех древесно-угольных пеллет площадью 15м х 12м = 180 кв.м - цех пиролизной установки площадью 24м х 12м = 288 кв.м. - склад опилок с навесом площадью 12м х 12м = 144 кв.м. - склад древесного угля площадью 12м х 12м = 144 кв.м. - площадка с навесом для складирования щепы – 12м х 40м = 480 кв.м. Затраты на производство и вывоз щепы из леса покрываются за счет реализации обработанной древесины при санитарной рубке леса. Всего капитальные затраты на строительство опытно-промышленного завода для производства древесно-угольных пеллет производственной мощностью 3000 тонн в год составят: 30 млн. руб. + 10 млн.руб. = 40 млн. руб. в т.ч. - затраты инвестора - 30 млн. руб., - затраты ИП «Егошин И.И.» - 10 млн. руб. Технико-экономическое обоснование строительства пиролизного завода При производстве 3000 тонн древесно-угольных пеллет расход древесных опилок составляет 70% от всего объёма пеллет или 2100 тонн в год, и расход древесного угля составляет 30% от всего объёма пеллет или 900 тонн в год. Древесные опилки получают при обработке древесины на деревообрабатывающих станках. В тех случаях, когда количество древесных опилок не позволяет обеспечить требуемую производительность пиролизного завода, применяют древесную щепу крупностью 0-12мм. Для этого смешивают в определённой пропорции, например 70% щепы и 30% древесного угля, и осуществляют помол смеси в дробилке SG 40. Китай –Германия до крупности 0-2 мм для загрузки в гранулятор с целью получения древесно-угольных пеллет. ~ 91 ~ Древесный уголь получают на пиролизной установке за счет нагревания древесной щепы без доступа воздуха до температуры 400-5000С. Из 1 тонны древесной щепы получают следующие продукты: - древесный уголь - 250 кг, - пиролизная жидкость - 300 кг - пиролизный газ - 400 кг - примеси, утечки – 50кг. Для получения 900 тонн древесного угля необходимо термически обработать 3600 тонн древесной щепы. В процессе сепарации пиролизной жидкости получают три фракции: легкая фракция, типа бензин, средняя фракция, типа керосин, солярка, тяжелая фракция, типа мазут Тяжелую фракцию в количестве 360 тонн сжигают в термической печи с целью использования получаемых при этом горячих бескислородных газов для нагрева металлической стенки пиролизного реактора. Легкую и среднюю фракции пиролизной жидкости возможно использовать в качестве печного топлива для коммерческой продажи по цене 10 руб. за 1 литр. При соответствующей обработке из легкой и средней фракции пиролизной жидкости можно получить моторное топливо, евро 4, для коммерческой продажи 15 руб. за 1 литр. Пиролизный газ, после отделения от пиролизной жидкости и охлаждения до 400С, сжигают в газомоторном электроагрегате. Количество пиролизного газа при термохимической обработке 3600 тонн древесной щепы составит 1,44 млн. м3. При калорийности пиролизного газа 23 МДж/м3 и расходе 60 м3 на 100 кВт-ч мощности, может быть получено 2,4 млн. кВт-ч электрической энергии. Стоимость электроэнергии, получаемой для собственных нужд при тарифе 3,0 руб./кВт-ч, составит 7,2 млн. руб./год. Таким образом, при производстве 3000 тонн древесно-угольных пеллет, выручка от продажи побочных коммерческих продуктов составит: - пиролизная жидкость (печное топливо) 720 т./год х 10 тыс. руб./т. = 7,2 млн. руб./год - электроэнергия 2,4 млн. кВт-ч х 3,0 руб. /кВт-ч = 7,2 млн. руб./год Техническая характеристика пиролизного завода Производство древесно-угольных пеллет ---------------------------- 3000 т/год Расход древесных опилок, 70% от массы пеллет ---------------------- 2100 т/год Расход древесного угля, 30% от массы пеллет ---------------------------900 т/год Объем камеры пиролиза, куб.м. ---------------------------------------------1,5 Количество камер пиролиза ---------------------------------------------------4,0 Мощность газомоторного электроагрегата, кВт ------------------------ 200 Мощность дизельного электроагрегата, кВт ------------------------------200 Экономические показатели пиролизного завода Выручка от продажи древесно-угольных пеллет, млн.руб./год----------------18 Выручка от реализации электрической энергии, млн. руб./год. ------------–7,2 Выручка от реализации жидкого топлива, млн. руб./год---------------------- 7,2 Всего выручка от эксплуатации пиролизного завода, млн. руб./год ------- 32,4 Капитальные затраты на строительство завода, млн.руб.---------------------- 40 Эксплуатационные затраты, млн.руб./год ----------------------------------------- 10 ~ 92 ~ Погашение инвестиционного кредита, млн.руб./год -----------------------------11 Всего себестоимость производства пеллет, млн.руб./год ----------------------21 Прибыль с учетом погашения капитальных затрат, млн.руб./год. -- -----11,4 Срок погашения кредита на капитальные затраты, годы -------------------------3 Технико-экономические показатели при эксплуатации пиролизного завода Производственная мощность, т./год------------------------------------------- 3000 Годовое производство продукции, млн.руб./год ---------------------------- 32,4 Количество рабочих дней в году ------------------------------------------------ 250 Количество рабочих смен в сутки по 8 часов ----------------------------------- --2 Количество рабочих, занятых в основном производстве, чел --------------- 10 Количество вспомогательного персонала, чел ---------------------------------- 4 Средняя зарплата рабочих основного персонала, тыс.руб./год ------------- 450 Средняя зарплата вспомогательных рабочих, тыс. руб./год -----------------300 Зарплата рабочих в основном производстве, млн.руб./год ------------------- 4,5 Зарплата вспомогательного персонала, млн.руб./год ------------------------–1,2 Зарплата ИТР, млн.руб./год –-------------------------------------------------------- 0,6 Всего зарплата без налогов, млн.руб./год ---------------------------------------- 6,3 Налоги на зарплату, 26%, млн. руб./год ------------------------------------------- 1,7 Всего затраты на зарплату, млн. руб./год ----------------------------------------- 8,0 Накладные расходы, материалы, ремонт, млн.руб./год ----------------------- 2,0 Всего эксплуатационные затраты, млн.руб./год ------------------------------- 10,0 Выручка от продажи продукции пиролизного завода , млн.руб.-------------32,4 Капитальные затраты, млн. руб.---------------------------------- ----------------- 40,0 Срок погашения капитальных затрат, лет -------------------------------------3 Прибыль после погашения капитальных затрат, млн. руб./год ------------ 11,4 Новые потребительские свойства продукции Новыми потребительскими свойствами древесно-угольных пеллет является увеличение их калорийности на 20%, по сравнению с древесными пеллетами. Это позволит снизить затраты на логистику и увеличить экспорт пеллет. При продажной стоимости пеллет на складе производителя в Центральной России, которая в настоящее время составляет 100 евро за 1 тонну, затраты на перевозку пеллет достигают 40 евро и более за 1 тонну. При продаже древесно-угольных пеллет указанные затраты снизятся на 20%. При дальнейшем совершенствовании технологии и применения в композиции пеллет клеющих веществ, например, 5% молотой кукурузы, стоимостью 16 тыс. руб./т, содержание древесного угля в составе пеллет может быть доведено до 50%. В этом случае калорийность древесно-угольных пелле возрастет до 5500 ккал/кг. Соответственно, стоимость перевозки древесно-угольных пеллет снизится в 1,5 раза, что существенно скажется на объёме экспорта. Повышение калорийности древесно-угольных пеллет приведет к увеличению времени использования разовой загрузки бункера пеллетного котла, что существенно скажется на удобстве эксплуатации с использованием древесно-угольных пеллет. Предполагаемые инвестиции (форма, объем, сроки) На реализацию проекта строительства пиролизного завода производственной мощностью 3000 тонн древесно-угольных пеллет в год предусмотрены капитальные затраты в сумме 40,0 млн.руб. Указанную сумму предусмотрено получить от инвестора в размере 30,0 млн. руб., что составляет 75% от общих затрат. 10,0 млн. руб., что составляет 25% ~ 93 ~ от общей суммы капитальных затрат, предусмотрено получить от Лесозавода ИП «Егошин И.И.», на территории которого будут проведены опытно-промышленные испытания пиролизного завода. Сроки строительства и эксплуатации пиролизного завода принимаются равными 2 года. Начало - 01.03. 2014г., окончание – 31.12.2015 года. Прибыль в течение первых 3-х лет эксплуатации пиролизного завода составит ежегодно 11,4 млн. руб. Всего прибыль за 3 года эксплуатации пиролизного завода составит 34,2 млн. руб. Рынки сбыта (форма, объем, география) Количество создаваемых пиролизных заводов определит рынок. Только в России может понадобиться не менее 100 пиролизных заводов производственой мощностью 50 тыс.т./год для переработки всех древесных отходов возникающих при санитарных рубках леса на всей территории России. Общий объём производства древесно-угольных пеллет в России составит к 2020 году 5,0 млн. тонн в год. Экономический эффект достигнет ориентировочно: 5,0 млн.т./год х 50 долл./т. = 250 млн.долл./год. УДК 628.3 РАЗРАБОТКА ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД П.В. Хорева, аспирант, вед. инж. каф. ЭВТ ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», И.М. Бернадинер, к.т.н., доц. каф. ЭВТ ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», Т.А. Степанова, к.т.н., проф., доц., первый проректор ФГБОУ ВПО "НИУ "МЭИ" , зав. каф. ЭВТ ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ», академик МАНЕБ, Аннотация: Обоснована актуальность изучаемой темы, приведены статистические данные образования осадков сточных вод (ОСВ). Указаны основные методы обезвреживания и утилизации ОСВ с выявлением наиболее перспективного – термического. Показаны основные технологии высокотемпературного обезвреживания жидких, пастообразных, твердых ОСВ. Дано описание предлагаемой перспективной технологической схемы обезвреживания ОСВ, характеризующейся высокой экологической, энергетической и экономической эффективностью, с подробным описанием работы установки. Ключевые слова: Осадки сточных вод, термическая переработка, энергетическая эффективность, безотходные технологии, ликвидация токсичных осадков, получение вторичных продуктов, снижение экологических рисков Быстрый рост городов, населенных мест и промышленных предприятий в Российской Федерации ведёт к весьма значительному и возрастающему увеличению водопотребления и соответствующему увеличению водоотведения. Одной из многочисленных экологических проблем современной цивилизации является утилизация отходов производства и потребления, в том числе осадков сточных вод (ОСВ) городских очистных сооружений. Осадки сточных вод представляют собой необеззараженную и нестабилизированную массу, содержащую большое количество органических веществ, которые способны при благоприятных условиях быстро загнивать и выделять неприятные запахи. Осадки сточных вод содержат токсичные органические вещества, патогенную микрофлору и ионы тяжелых металлов, т.е. представляют большую химическую и биологическую опасность для окружающей среды, загрязняя почву, воду и атмосферу. К 2010 году количество сточных вод достигло около 200 млн. м3/сут., в том числе около 80 млн. м3/сут. бытовых сточных вод от населённых мест. Годовое количество осадков на очист- ~ 94 ~ ных канализационных станциях достигло 200 млн. м3. Естественно, что при таком количестве осадков и применяемых в настоящее время методах их обработки используются большие земельные площади для их сушки (иловые площадки) и объёмы сооружений для их обработки. Удаление осадков или их ликвидация является сложной задачей [1]. Следует иметь в виду, что бактериальная загрязненность осадков сточных вод огромна. Так, в сыром осадке содержится в одном миллилитре около 42 млн. бактерий и значительное количество яиц гельминтов. Содержащиеся в осадке питательные вещества способствуют быстрому размножению микроорганизмов. Важной проблемой является присутствие в осадках неутилизируемых компонентов: концентрированных нелетучих веществ, токсичных веществ, тяжелых металлов. Действующее законодательство Европейского Союза в области утилизации ОСВ ужесточено, особенно в отношении содержания тяжелых металлов. Поэтому поиск новых технологий утилизации ОСВ крайне актуален. Всё это даёт основание предполагать, что ликвидация осадков с помощью новой, усовершенствованной технологии сжигания является наиболее прогрессивным направлением [2]. В настоящее время в мировой практике сжигание рассматривается в качестве одного из основных способов уничтожения ОСВ. Сжигание осадков сточных вед получило наибольшее распространение в США, ФРГ и начинает развиваться во Франции, Японии и других странах. Основное преимущество сжигания таких отходов заключается в значительном снижении их массы (примерно на 75%) и объема (до 90%), что особенно важно в условиях дефицита свободных площадей для организации полигонов и свалок. Высокая надёжность и эффективность сжигания осадков сточных вод обуславливается возможностью полной ликвидации токсичных органических составляющих при высокой температуре (более 1273 К) с образованием безвредных газообразных продуктов CO2, N2, Н2О и некоторого количества минеральных веществ (шлака). Последние могут утилизироваться в качестве минеральных удобрений или использоваться в качестве строительного материала. Сжигание осадков может осуществляться в различном фазовом состоянии: жидком, пастообразном и твердом [3]: 1. жидкие осадки (сырые, выделенные из сточной воды и не подвергнутые дополнительной обработке; уплотненные, подвергнутые сгущению до предела текучести) с влажностью 85–98%; 2. пастообразные осадки (обезвоженные в естественных или искусственных условиях до влажности 40–60%); 3. твердые пылевидные осадки (подвергнутые термической сушке до влажности 5–20%). Огневое обезвреживание осадков в жидком виде Огневое обезвреживание (сжигание) осадков в жидком виде принципиально не отличается от метода высокотемпературной переработки токсичных сточных вод химических производств. Метод сжигания жидких осадков должен использоваться только в случае их незначительного абсолютного количества - не более 100-120 м3/сутки. Удельный расход дополнительного топлива – до 300 кг условного топлива на 1 м3 жидких осадков. Для сжигания жидких осадков рекомендуются простейшие технологические схемы: 1. "прямое" сжигание жидких осадков в печи с охлаждением газообразных продуктов обезвреживания и выбросом их в атмосферу; 2. "прямое" сжигание жидких осадков в печи с утилизацией тепла дымовых газов в котлепарогенераторе и рекуператоре для подогрева дутьевого воздуха. Рекомендуемое огнетехническое оборудование для сжигания жидких осадков: 1. циклонно-барботажная печь с бесфорсуночным распыливанием осадков. Оптимальные режимные условия для надежного сжигания жидких осадков: - температура отходящих дымовых газов - 1000 ºС, - коэффициент расхода воздуха – 1,08-1,10; - удельная массовая нагрузка объема печи - до 800 кг/м3·ч; 2. циклонная печь с кирпичной футеровкой с ротационной или пневматической форсункой, установленной в крышке по оси печи. Удельная нагрузка топочного объема - до 1000 кг/м3·ч [4,5]. ~ 95 ~ Огневое обезвреживание пастообразных осадков Метод сжигания пастообразных осадков должен использоваться при расходах, не превышающих 250 т/сутки. Удельный расход дополнительного жидкого или газообразного топлива или горючих отходов составляет 100-160 кг условного топлива на 1 т пастообразных осадков. Рекомендуемые технологические схемы для сжигания пастообразных осадков: 1. "прямое" сжигание пастообразных осадков с последующим охлаждением и очисткой газообразных продуктов обезвреживания; 2. "прямое" сжигание пастообразных осадков с теплоиспользованием в котле-утилизаторе с последующей пылеочисткой. Перспективные топочные устройства для сжигания пастообразных осадков: а) комбинированная циклонная кольцевая печь с кипящим слоем для сжигания осадков содержащих тугоплавкие минеральные компоненты, с пневматическим распылом и твердым шлакоудалением. Режимные условия (температурный уровень процесса, коэффициент расхода воздуха) аналогичны параметрам огневого обезвреживания жидких осадков. Удельная массовая нагрузка топочного объема - 600-1000 кг/м3·ч. б) горизонтальная циклонная печь со встречными струями с барабанными питателямираспылителями с полным выносом золы с дымовыми газами в систему пылеочистки [6,7]. Удельная массовая нагрузка печи до 900-1000 кг/м3·ч. Огневое обезвреживание твердых осадков Сжигание твердых осадков в большинстве случаев может быть проведено без затрат дополнительного топлива. Метод сжигания используется при различных расходах отходов, если их утилизация, в частности, в качестве удобрений невозможна по санитарным условиям или крайне затруднительна (в связи с тяжелыми климатическими условиями). Наиболее перспективной является технологическая схема сжигания твердых осадков с глубокой регенерацией тепла отходящих газов на испарение воды и рециркуляцией паров по замкнутому контуру с огневым их обезвреживанием в продуктах сжигания осадков. Дополнительное топливо на процесс необходимо только на розжиг печи (не более 50 кг у.т./ч). В качестве топочного устройства для сжигания твердых осадков с легкоплавкой золой рекомендуются двухступенчатые циклонные печи с гарниссажной охлаждаемой футеровкой 1-й ступени для сжигания осадков с выпуском расплава минеральных веществ и с кирпичной футеровкой 2-й ступени для дожигания парогазовой смеси. Тепловое напряжение объема 1-й ступени до 3 млн.ккал/м3·ч, температура отходящих из этой стадии газов - 1400-1500°С, температура расплава ~1350°С, температура газообразных продуктов обезвреживания из печи - 1000°С, суммарный коэффициент расхода воздуха – 1,1-1,2. Для твердых осадков с тугоплавкой золой целесообразно использование печей с твердым шлакоудалением и кирпичной футеровкой - кольцевой циклонной печи с улавливанием шлака или горизонтальной циклонной печи с полным выносом золы в систему пылеочистки [8,9]. Подробное описание разработанных технологий, а также обзор подобранного оборудования - приведены в таблице 1. Анализ литературных данных, а также проведенные экспериментальные исследования помогли создать перспективную технологическую схему установки термического обезвреживания ОСВ. Нами предложена технологическая схема [10], характеризующаяся высокой экологической и экономической эффективностью (рис. 1). Установка термического обезвреживания осадков сточных вод состоит из циклонного реактора 1, камеры прокаливания парогазовой смеси 2, контактной сушилки 3, сепаратора 4, подогревателя парогазовой смеси 5, фильтра очистки дымовых газов от минеральной пыли 6, дымовой трубы 7, вентилятора подачи воздуха в циклонный реактор 8, вентилятора для обеспечения циркуляции парогазовой смеси 9, дымососа, обеспечивающего транспортировку дымовых газов по газовому тракту 10, бункера для механически обезвоженных осадков сточных вод 11, бункера для сухих осадков сточных вод 12 и бункера для сбора шлака из циклонного реактора 13. ~ 96 ~ Таблица 1. Исходные требования для проектирования промышленных комплексных установок сжигания жидких, пастообразных и сухих осадков сточных вод ~ 97 ~ Циклонный реактор предназначен для термического обезвреживания осадков сточных вод и представляет собой футерованный огнеупорной обмуровкой аппарат, металлический корпус которого выполнен в виде водоохлаждаемого кессона. В головной части реактора расположены тангенциально внутренней поверхности горелочное устройство для сжигания природного газа и 2 горелочных устройства для осадков сточных вод. Ниже пояса горелочных устройств расположено сопло ввода в печь парогазовой смеси для подавления образования оксидов азота. Горелочное устройство для осадков сточных вод представляет собой сопло, в которое вдуваются воздухом осадки сточных вод, подаваемые к соплу питателем. В нижней части выполнена летка для вывода жидкого шлака. Циклонный реактор является нестандартизированным оборудованием и изготавливается по разрабатываемым чертежам. Исходные пастообразные осадки с влажностью ~ 77,5 % из цеха мехобезвоживания транспортером подаются к контактной сушилке 3, в которой осуществляется сушка осадков до влажности ~ 25 % парогазовой смесью, циркулирующей по контуру сушилка–подогреватель. Циркуляция парогазовой смеси обеспечивается вентилятором 9. Сушка осадков парогазовой смесью исключает возможность возгорания сухих осадков и обеспечивает безопасную и надежную эксплуатацию установки. Отработанная парогазовая смесь очищается от уноса сухих осадков в сепараторе 4 и затем подогревается до необходимой для осуществления процесса сушки температуры теплотой дымовых газов в подогревателе парогазовой смеси 5. Сухие осадки из сушилки 3 и уловленный в сепараторе 4 унос собирается в бункере 12, откуда питателем подаются в циклонный реактор 1. Термическое обезвреживание в циклонном реакторе осуществляется автогенно за счет теплоты сгорания собственно осадков или же при дополнительном вводе и сжигании топлива (природного газа). Воздух для горения и топлива подается в циклонный реактор 1 вентилятора 8. Термическое обезвреживание осуществляется при температурах, обеспечивающих плавление минеральной части осадков, что исключает наличие в шлаке токсичных веществ. Практически стерильный шлак в виде расплавленных частиц сепарируется на внутренней поверхности циклонного реактора и виде расплава выводится из летки, охлаждается и собирается в бункере 13. Так как процесс обезвреживания осадков осуществляется при высоких температурах, для подавления оксидов азота в циклонный реактор 1 подается часть парогазовой смеси Рис. 1. Технологическая схема установки термического обезвреживания осадков сточных вод: 1 - циклонный реактор; 2 - камера прокаливания; 3 - контактная сушилка; 4 - сепаратор; 5 - подогреватель пгс; 6 - фильтр; 7 - дымовая труба; 8 - вентилятор подачи воздуха; 9 - вентилятор для циркуляции пгс; 10 - дымосос; 11 - бункер для механически обезвоженных осадков; 12 - бункер для сухих осадков; 13 - бункер для шлака. Высокотемпературные дымовые газы из циклонного реактора 1 направляются в камеру прокаливания парогазовой смеси 2, куда поступает избыточная часть циркулирующей парогазовой смеси, равной количеству испаренной в сушилке 3 влаги, что обеспечивает полное разложение и окисление органических веществ, присутствующих в парогазовой смесив результате сушки механически обезвоженных осадков сточных вод. Дымовые газы из камеры прокаливания 2 поступают в подогреватель парогазовой смеси 5, нагревая ее до необходимой для осуществления сушки механически обезвоженных осадков сточных вод температуры. Охлажденные дымовые газы из подогревателя парогазовой смеси 5 направляются в фильтр 6 для очистки их от минеральной пыли. Уловленная пыль из фильтра направляется в бункер 13. Охлажденные и очищенные дымовые газы дымососом 10 через дымовую трубу 7 выбрасываются в атмосферу. Собранный шлак и минеральная пыль в бункере 13 могут быть направлены на вторичное использование в качестве сырья в производствах строительных материалов или в дорожном строительстве [11]. Разрабатываемый циклонный реактор для высокотемпературной переработки и обезвреживания механически обезвоженных осадков сточных вод конкурентоспособен по сравнению с существующими лучшими мировыми установками обезвреживания, обеспечивает более низкий уровень удельного расхода топлива на процесс обезвреживания и снижение теплового загрязнения окружающей среды до уровня лучших европейских стандартов. Предлагаемая технология имеет меньший расход топлива по сравнению с существующими аналогами. Но из-за наличия энергозатрат на сопутствующее оборудование общее снижение энергозатрат находится на уровне 50-70% от существующего уровня. Таким образом, обеспечивается повышение экономичности высокотемпературных теплотехнологических систем за счет сокращения энергозатрат (более чем на предполагаемые в начале работы 30-35% по сравнению с отечественными технологиями). Итак, рассмотрены три схемы (табл. 1), установлено: 1. Сжигание жидких ОСВ: затраты чрезмерно высоки и достигают ~ 300 кг.у.т./м3осв 2. Сжигание пастообразных ОСВ: учитывая оснащенность практически всех станций обработки ОСВ установками по механическому обезвоживанию, на сжигание поступает механически обезвоженные (пастообразные) ОСВ. Следовательно расход топлива в данном случае составляет ~ 130 кг.у.т./тосв 3. Сжигание с предварительной сушкой пастообразных ОСВ за счет теплоты отходящих газов: процесс проходит без использования дополнительного топлива. Топливо затрачивается только в начальный период времени работы установки для ее розжига, далее установка работает только за счет теплоты поступающих осадков. Технология, примененная в рассмотренной схеме 1, позволяет практически полностью отказаться от использования дополнительного топлива для обезвреживания осадков сточных вод. Таким образом, предлагаемая технология только по топливу повышает эффективность процесса более чем на 50-70% (без учета затрат на электроэнергию и пр.). Из проведенных расчетов было получено, что при организации автогенного процесса термического обезвреживания ОСВ с сушкой за счет теплоты отходящих газов экономия дополнительного топлива только на процесс обезвоживания отхода составляет ~4000 тонн условного топлива за год. ~ 100 ~ Список литературы: 1. Бернадинер И.М., Степанова Т.А., Хорева П.В., Чевычелов Д.Д., Николаев Д.А., Бернадинер М.Н. Выбор оптимальных направлений переработки и обезвреживания осадков сточных вод.// Экология и промышленность России, Москва, №6, 2012г. 2. Директива ЕС 2000/76/ЕС. 3. Евилевич А.З. Утилизация осадков сточных вод. М., Стройиздат. 1979 4. Способ слоевого сжигания жидких отходов. Авторское свидетельство СССР № 552469. "Бюллетень изобретений", №2, 1977. 5. Устройство для огневого обезвреживания растворов и суспензий. Авторское свидетельство СССР № 727946. "Бюллетень изобретений", №4, 1980. 6. Способ обезвреживания пастообразных отходов. Авторское свидетельство СССР № 623059. "Бюллетень изобретений", № 33, 1978. 7. Способ огневого обезвреживания диспергированных отходов. Авторское свидетельство СССР № 545327. "Бюллетень изобретений", №5, 1977. 8. Способ сжигания отходов. Авторское свидетельство СССР № 724879 "Бюллетень изобретений", № 12, 1980. 9. Способ переработки обезвоженных осадков сточных вод. Авторское свидетельство СССР № 672443 "Бюллетень изобретений", № 25, 1979. 10. Бернадинер М.Н., Бернадинер И.М. Выбор оптимальных направлений переработки и обезвреживания осадков сточных вод // Материалы 4го Международного конгресса по управлению отходами. Waste Tech–2005. Москва, 1–4 июня 2005г. 11. Бернадинер И.М., Степанова Т.А., Ключников А.Д.,Хорева П.В., Чевычелов Д.Д., Николаев Д.А., Тумановский В.А., Бернадинер М.Н. Термические методы обезвреживания осадков сточных вод.// Экология и промышленность России, Москва, №7, 2012г. Development of energy efficient technology of high decontamination of sewage sludge P.V. Khoreva I.M. Bernadiner ABSTRACT: The topicality of the subject, and cites statistics of forming of sewage sludge (SS). The main directions of thermal processing SS with the identification of the most promising - thermal. The basic technology of high decontamination liquid, paste, solid SS. A description of the proposed disposal of promising technological scheme SS, characterized by high environmental, energy and economic efficiency, with a detailed description of the installation. KEYWORDS: Sludge, thermal processing, energy efficiency, waste technologies, elimination of toxic sludge, obtaining secondary products, reduce environmental risks ~ 101 ~ УДК 504. 054 КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ОПАСНЫХ ОТХОДОВ ПЛАЗМОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ И.В. Молчанова*, доцент, к.т.н., Д.В. ТАРАРАЕВА*, магистр, Ф.А. Дайнеко, д.т.н., главный специалист ООО «Экополимер», Москва *«МАТИ» - Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского Аннотация: В мировой практике обращения с твердыми бытовыми отходами (ТБО) наметилась устойчивая тенденция перехода от технологий огневого обезвреживания, не обеспечивающих надежной экологической безопасности для населения и окружающей среды, к технологиям высокотемпературной плазмотермической переработки отходов. Показано что эти технологии гарантируют существенное сокращение выбросов в атмосферу вредных веществ. В статье приведено описание существующих установок по плазмотермической переработке отходов, а так же предложен вариант новой схемы для утилизации опасных бытовых отходов без больших затрат энергии. Ключевые слова: плазмотермическая переработка, отходы, сортировка, эксплуатируемая установка, шлак, компаунд, пиролиз, плазменная газификация, газоочистка, прямоточный, шахтный высокотемпературный реактор. Публикуемый ниже материал посвящен, в первую очередь здоровью населения и очищения окружающей среды более щадящими методами. С каждым годом проблема твердых бытовых отходов становится все более серьезной. В России ежегодно образуется около 130 млн. м3 твердых бытовых отходов. Из этого количества промышленной переработке подвергается не более 3%, остальное вывозится на свалки и полигоны для захоронения. Утилизируемые отходы представляют собой серьезный источник загрязнения, однако при правильной организации управления отходами они могут являться неиссякаемым источником ресурсов. В последние годы, многие страны отдают предпочтение плазмотермической переработке опасных отходов, включая медицинские (таблица 1). Эта технология является предпочтительной, так как при плазменной переработке высокие температуры гарантируют разложение биологически опасных, токсичных и болезнетворных компонентов. Сегодня технологии плазменной утилизации опасных отходов развиваются в США, Японии, России и частично Европе. В нашей стране было много замечательных научных школ в области плазменной технологии: в Новосибирске, Москве, Нефтехимическом институте и Курчатовском институте. В настоящее время к вопросу плазмотермической переработке отходов снова появляется интерес и это не случайно. Огромное количество отходов, которые трудно подвергнуть сортировке, можно утилизировать с помощью этого метода без разделения. И ориентироваться в этом направлении нужно не на дорогие импортные технологии, например одной из крупнейших европейских компаний является Europlasma Group (Франция), поставляющая на рынок ЕС и стран Юго-Восточной Азии плазменные установки производительностью от 5 до 70 т в день, а на комплексное развитие технологических узлов отечественных производителей состоящих из некоторых стадий [1]. ~ 102 ~ Таблица 1. Элементный состав медико-биологических отходов В поисках ответа на этот вопрос, мы посетили опытную установку на предприятии ФГУП «РАДОН». На предприятии создана и эксплуатируется установка «Плутон» (рис. 1), обеспечивающая плазменную переработку отходов сложного состава с получением кондиционированного продукта в одну стадию и высоким коэффициентом сокращения объемов радиоактивных отходов (РАО) [2]. Стеклоподобный конечный продукт, плавленый шлак (рис. 2), пригоден для захоронения или длительного хранения на полигоне кондиционированных радиоактивных отходов. Плотность шлака составляет 2,5-3,5 г/см3. Он является чрезвычайно устойчивым к химическому воздействию материалом (таблица 2). Скорость выщелачивания из шлака в воду натрия, одного из самых «подвижных» элементов, в среднем на порядок ниже подобного показателя для боросиликатных стекол и на два-три порядка ниже, чем у цементных матриц. Скорость выщелачивания большинства других элементов, в том числе тяжелых металлов, еще ниже, поэтому подобный шлаковый компаунд можно рассматривать как одно из самых совершенных средств консервации радиоактивных элементов и неорганических токсикантов. Процесс является экологически безопасным за счет мощной системы газоочистки, в состав которой входят блок дожига пирогаза, скруббер мокрой очистки, блок фильтрации. Однако при переработке отходов образуется большое количество пирогаза, который содержит огромное количество энергии, и в данной технологии не находит применения. Таблица 2 Характеристики химической стойкости шлаков Компонент Скорость г/см2*сут Компонент выщелачивания, Na+ 137Cs 239Pu (2-3) *10-6 (0,3-5)*10-6 (0,8-2)*10-7 Na+ 137Cs 239Pu 0,61 0,008 Доля выщелоченного компо1,1 нента (100 суток), % ~ 103 ~ Рис. 1. Устройство и вид шахтной печи установки «Плутон» (г. Сергиев Посад) Рис. 2. Шлак в приемных контейнерах Технология плазменной газификации отходов с товарным использованием синтез-газа разработана в Институте электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук (рис. 3). В целом технология высокотемпературной прямоточной газификации отходов имеет больший потенциал эффективной работы, чем процесс пиролиза, что обусловлено высокой температурой процесса, почти полной конверсией углеродосодержащих веществ в синтетический горючий газ, а также получением безвредного неорганического шлака. С повышением температуры в реакторе до величин порядка 1 100−1 200°С за счет использования плазменно-дуговых источников энергии возникла возможность и целесообразность использования в качестве теплоносителя и реагента-окислителя водяного пара. В настоящее время от- ~ 104 ~ сутствуют какие - либо технические средства, кроме плазмотронов, позволяющие разогреть большие количества Н2О до плазменного состояния [3]. Если научиться синтез-газ превращать в электроэнергию и тепло, то плазменный способ становится раза в три эффективней любого другого. Технология высокотемпературной газификации имеет существенно больший потенциал эффективной работы, чем системы пиролиза и сжигания, что обусловлено высокой температурой процесса, его тепловой плотностью, почти полной конверсией углеродосодержащих веществ в синтетический горючий газ, а также получением безвредного неорганического шлака, обеспечивая, тем самым, соблюдение благоприятных экологических параметров для окружающей среды. На установке «Плутон» кроме переработки радиоактивных отходов были проведены испытания медико-биологической переработки отходов. При этом особое внимание было уделено качеству очистки отходящих газов (рис. 4). Рис. 3. Реактор – газификатор Института электрофизики и электроэнергетики Российской академии наук (г. Санкт – Петербург) ~ 105 ~ Рис. 4 Принципиальная схема установки плазменной переработки отходов «Плутон» с узлом отчистки отходящих газов Содержание суммы диоксинов и фуранов в отходящих газах на выходе системы газоочистки установки «Плутон» не превышало 0,014-0,02 нг/м3 в токсическом эквиваленте, что примерно в пять раз ниже европейского норматива для установок сжигания отходов. Концентрация тяжелых металлов в технологических газовых выбросах в атмосферу также была ниже нормативов, установленных в странах Западной Европы [1]. Если объединить две технологии – ФГУП «РАДОН» и Института электрофизики и электроэнергетики РАН, то комплексная схема не потребует таких больших расходов и учитывая возможность изготовления плазмотронов у себя, В России, а не закупки их за границей. Создание такой комплексной установки будет не столь затратная, чем покупка импортных установок. На рис. 5 представлена конфигурация одного из возможных вариантов прямоточного шахтного высокотемпературного реактора с нисходящим газифицируемым потоком загружаемого сырья, с трехъярусным по высоте размещением тепловых фурм для подачи горячего водяного пара, с использованием плазменных источников тепла, с жидким шлакоудалением, с принудительным охлаждением гарнисажной футеровки плавильной камеры и высокотемпературной зоны шахты, с нижним отводом продуцируемого синтез-газа после прохождения зоны высокотемпературной блокировки [4]. ~ 106 ~ Рис. 5 Вариант конструкции реактора с трехъярусным вводом тепла В настоящее время решение этой актуальной проблемы должно стать содержанием целевой государственной экологической программы и базироваться на законодательной базе, которая потребует существенной доработки. Для осуществления финансирования, предлагаемого проекта, требуется привлечение Правительства Москвы в частности Департамента природопользования и окружающей среды. Чтобы создать такую технологию нужна также кооперация ФГУП «РАДОН», РГТУ «МАТИ» им. Циолковского и Института электрофизики и электроэнергетики РАН с привлечением отечественных и зарубежных инвесторов. Кроме того, желательно привлечь к финансированию этой работе ряд Министерств и ведомств, занимающихся внедрением альтернативных видов источников энергии. Список литературы 1. Патент № 2320038. Россия. Способ и установка для переработки радиоактивных отходов, бюл. № 8.20.03.2008г. 2. Полканов М.А., Сорокина Н.А. Установка "Плутон": плазменно-пиролитическая переработка твердых РАО. Журнал «Безопасность ядерных технологий и окружающей среды». 2012г №1. (стр. 47- 56) 3. Институт электрофизики и электроэнергетике Российской академии наук. Плазменные технологии. Системы по переработке отходов, в том числе с целью получения и использования газа в энергетических установках. http://iperas.nw.ru/ ~ 107 ~ 4. Г.С. Альтовский, В.В. Иванов, М.Н. Бернадинер, Перспективы высокотемпературной паровой газификации отходов с использованием плазменных источников энергии. Экология и промышленность России. 2011г. февраль – с. 8-11. Complex processing of dangerous wastes by a plazmotermichesky method. Molchanova I.V. Tararaeva D.V. Dayneko F.A. Abstract: The steady tendency of transition was outlined in world practice of the address with the solid household waste (SHW) from the technologies of fire neutralization which aren't ensuring reliable ecological safety for the population and environment, to technologies of high-temperature plazmotermichesky processing of waste. It is shown that these technologies guarantee essential reduction of emissions in the atmosphere of harmful substances. The description of existing installations is provided in article on plazmotermichesky processing of waste and as the version of the new scheme for utilization of dangerous household wastes without big expenses of energy is offered. Keywords: plazmotermichesky processing, waste, the sorting, operated installation, slag, compound, pyrolysis, plasma gasification, gas purification, the direct-flow, mine high-temperature reactor. УДК 631.17 О ТЕХНОЛОГИЯХ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Морозов В.А., академик МАНЭБ Рафаилов А.Г, академик Академии Военных Наук АННОТАЦИЯ: Сравниваются экологические последствия использования двух технологий переработки отходов сельскохозяйственных производств: мировой (технологии анаэробного сбраживания) и инновационной (технологии гидротермального окисления). Делается вывод о преимуществах инновационной технологии. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: Отходы сельскохозяйственных производств, оборот углерода почв, анаэробный процесс, гидротермальное окисление. Одной из важнейших составляющих устойчивого развития сельских территорий в РФ является использование отходов сельскохозяйственных производств. Доктриной продовольственной безопасности РФ предусмотрен существенный рост продукции сельскохозяйственного производства. Сегодняшнее состояние этого производства таково, что вся масса продукции делится, примерно, в равных долях на полезную часть и отходы. Наращивание поголовья скота и птицы, выполненное без должного внимания к отходам, уже привело к окружению крупных городов загрязненными территориями. Экологическое неблагополучие здесь проявляется не только в загрязнении земельных угодий: вместе с грунтовыми водами отходы попадают в зоны городских водозаборов. Понятно, что при отсутствии контрмер, адекватных такой ситуации, одновременном наращивании поголовья скота и птицы экологическое бедствие будет разрастаться, а достижение продовольственной безопасности в стране, равно как и устойчивое развитие территорий, станут проблематичными. Нельзя считать, что для исправления ситуации с загрязнением окружающей среды отходами сельскохозяйственных производств ничего не делается. В стране предполагается тиражирование технологий газификации сельскохозяйственных отходов (анаэробным сбражи- ~ 108 ~ ванием, прямым сжиганием, технологиями пиролитического разложения). Наибольшие объёмы отходов планируется использовать по технологии анаэробного сбраживания. Например, Газпромом, Gasunie и еще двумя компаниями подписан Меморандум о «зеленом газе», предполагающий ежегодное получение из российских сельскохозяйственных отходов 35 млрд. куб. м газа и транспортировку этого газа в Европу. Рассмотрим экологические аспекты массового применения технологии анаэробного сбраживания сельскохозяйственных отходов подробнее. Технология считается мировой, решающей экологические и энергетические проблемы. Технология широко распространена в странах, менее обеспеченных территорией и сырьевыми ресурсами по сравнению с Россией. При анаэробном сбраживании сельскохозяйственные отходы перерабатываются в два полезных продукта: биогаз, содержащий 60% метана, и жидкий остаток сбраживания (фугат). Газ сжигается с получением тепла и электроэнергии, а фугат направляется в почву в качестве удобрения. Представляются важными следующие обстоятельства. 1. Удобрение имеет нормируемый характер применения. Иных решений использования фугата, кроме удобрения почвы, мировая практика сегодня не имеет. Это накладывает ограничения на источник удобрений: проблема решается ограничением поголовья скота (две условных головы на гектар сельхозугодий). Очевидно, что такое ограничение противоречит задачам российской Доктрины продовольственной безопасности, предполагающей увеличение поголовья скота и птицы. 2. Успехи сельскохозйственного производства, здоровье нации определяются состоянием почвы, поскольку она находится в начале пищевых цепочек. Биота почвы вместе с воздухом и водой участвует в природном обороте углерода – важнейшего элемента рециркуляции в агроэкосистеме. Это означает, что для решения задач продовольственной безопасности и укрепления здоровья нации – увеличения количества и улучшения качества продовольствия углерод с/х почв не должен вырываться из естественного оборота. Поэтому в Минсельхозе РФ существуют нормы технологического проектирования, определяющие направление отходов сельскохозяйственных производств – почва сельхозугодий. С другой стороны, у хорошо работающего метантенка только 30…40% углерода могут быть возвращены в почву в форме удобрения. Большая часть органического углерода отходов уходит в газ, который потом сжигается (например, на территории Европы). Таким образом, углерод вырывается из естественного оборота конкретных сельхозугодий и включается в общемировой оборот (через фотосинтез, например, в сохранившихся лесах ЕС). Осознанием этого факта в странах ЕС является доктрина «Indirect Land Use Change», ограничивающая использование сельскохозяйственных земель для производства биотоплив. Можно сделать следующий вывод: анаэробное решение сиюминутных экологических и энергетических проблем маскирует появление намного более мощной экологической проблемы – снижение естественного плодородия почв российских сельхозпроизводителей со всеми вытекающими отсюда последствиями. К сожалению, авторы статьи являются свидетелями активного продвижения метантенковой технологии на российском рынке сельскохозяйственных технологий. С учетом этого можно задать вопрос: нужна ли России такая мировая технология, равно как и иные технологии газификации сельскохозяйственных отходов? Предложением, альтернативным анаэробному сбраживанию, может стать российская технология гидротермального окисления отходов сельскохозяйственных производств. Эта технология использует свойства сверхкритической воды (воды сильно сжатой и нагретой). ~ 109 ~ Технология позволяет минимизировать (исключить) урон, наносимый естественному обороту углерода почв сельхозугодий. Установлено, что при наличии в окисляемой среде (10…20)% органического вещества процесс переработки отходов этой технологией становится автотермичным. Т.е., затраты на переработку отходов требуются только для запуска процесса; в установившемся режиме параметры реакции поддерживаются выделяющимся при окислении теплом. Большая часть углерода (80%) может быть возвращена в почву в форме органических удобрений (сравним с 40% у метантенковой технологии). Единственными реагентами технологии гидротермального окисления являются отходы, воздух и вода. Вариант использования такой технологии в производстве экологически чистой продукции показан на Рис.1. Непосредственные продукты гидротермального окисления отходов - высокоэнтальпийная парогазовая смесь и водная суспензия твердого остатка реакции. Остаток образован, в основном, солями кальция, натрия, калия, фосфора - в зависимости от исходного состава отходов. Остаток объединяется с торфом и направляется в почву в составе органоминеральных удобрений. Для улучшения товарных качеств удобрений им придается форма пеллет. За счет применения торфа такие удобрения способны полностью исключить урон, наносимый углероду с/х почв. Высокоэнтальпийная парогазовая смесь используется для задействования паровой турбины, приводящей электрогенератор. Электроэнергия и сбросное тепло турбины направляются в основное с/х производство. Важно, что уровень химического потребления кислорода (ХПК, показатель экологической опасности) смеси в тысячу раз ниже, чем уровень ХПК исходных отходов. торф почва Органоминеральное удобрение Пеллетайзер твердый минеральный остаток экологически чистая продукция растениеводства электроэнергия вода Теплообменный аппарат низкоэнтальпийная парогазовая смесь тепло двуокись углерода основная продукция Предприятие АПК органические отходы Реактор фотосинтеза хлорелла Разделение отходов на фракции твердая фракция Паровая турбина + электрогенератор высокоэнтальпийная парогазовая смесь Реактор гидротермального окисления Кондици онер отходов жидкая фракция Рис.1. Технология гидротермального окисления отходов сельскохозяйственного производства в производстве экологически чистых продуктов питания. ~ 110 ~ Углерод отходов в течение нескольких десятков секунд окисляется до двуокиси углерода, входящей в состав парогазовой смеси. При охлаждении смеси последняя разделяется на двуокись углерода, азот воздуха и воду. Двуокись углерода не приводит к парниковому эффекту, поскольку углерод имеет неископаемое происхождение. Наилучшим применением двуокиси углерода является включение её в фотосинтез – выращивание хлореллы для кормовой добавки в рацион скота и птицы. Соответствующая технология в России разработана. Окислы азота не образуются, поскольку температура реакции гидротермального окисления ниже 600 град.С. Вода смеси обеззараживается действием высоких давлений и температур и направляется в рецикл основного производства. Это, в частности, делает доступным гидросмыв, что важно для улучшения здоровья скота. Опытно-промышленное оборудование для гидротермального окисления с производительностью по отходам 10 куб.м/сутки разработано и показано на Рис.2. Рис.2. Фотография опытно-промышленного оборудования для гидротермального окисления отходов сельскохозяйственного производства. Центральное место на фотографии занимают два реактора гидротермального окисления общей емкостью 50 л. Аппарат синего цвета – компрессор сжатого воздуха, запас которого закачивается в вертикально расположенный цилиндр (слева от реакторов). Справа на фотографии видны две емкости для сбора водной суспензии твердого остатка. На заднем плане конструкции расположены электромагнитные клапаны для управления потоками реагентов и продуктов реакции. Габаритные размеры этого оборудования – 1,5 м (ширина) х 4,5 м (длина) х 2,5 м (высота). ~ 111 ~ Оборудование с успехом апробировано не только в переработке сельскохозяйственных отходов, но и в решении иных экологических задач (дезактивация радиоактивной воды, уничтожение пестицидов, переработка тяжелых остатков крекинга нефти и т.д.). К недостатку технологии гидротермального окисления следует отнести высокие значения температур и давлений в реакторе гидротермального окисления и связанные с этим эксплуатационные ограничения. Недостаток полностью преодолевается введением недорогих и достаточно эффективных мер безопасности, разработанных соисполнителем работ – Федеральным Ядерным Центром г. Саров. Разработана и малогабаритная паровая турбина для привода электрогенератора. Такая турбина показана на Рис.3. Рис.3. Паровая турбина для привода электрогенератора мощностью 30 кВт. Диаметр турбины – 80 см, длина оси – 30 см. Турбина потребляет 1 т/час пара и приводит в действие 30-кВт электрогенератор. Разрабатывается и технология производства пеллетированных органоминеральных удобрений. Внешний вид удобрений показан на Рис.4. В таких пеллетах лигнин торфа играет роль связующего, а минеральные компоненты – роль наполнителя. Рис. 4. Внешний вид органоминеральных удобрений. По сравнению с анаэробным сбраживанием предлагаемые технологии - гидротермальное окисление сельскохозяйственных отходов и производство пеллетированных органоминеральных удобрений - имеют следующие преимущества: исключается урон естественному обороту углерода с/х почв, что создает предпосылки для массового производства экологически чистых продуктов питания (радикального улучшения здоровья нации); удобрения в форме пеллет позволят сформировать отечественный рынок органоминеральных удобрений, который сегодня отсутствует и крайне необходим; компактность оборудования - металлоемкость основных агрегатов существенно ниже, что положительно скажется на себестоимости с/х продукции; ~ 112 ~ высокая скорость использования отходов - время процесса измеряется секундами, а в метантенковой технологии – сутками; появляется возможность перерабатывать отходы в «реальном времени», без накопления; высокая эффективность - уровень химического потребления кислорода снижается в тысячу раз, а в метантенковой технологии – в десять; автотермичность процесса переработки отходов, что позволяет получать электроэнергию и тепло от переработки отходов в форме прибыли. Ближайшие задачи продвижения технологий - разработка типовых проектов и их тиражирование в стране. ABOUT TECHNOLOGIES OF THE SUSTAINABLE DEVELOPMENT AGRICULTURAL TERRITORIES RUSSIAN FEDERATION V.A. Morozov; A.G. Rafailov ABSTRACT: Ecological consequences of use of two technologies of processing of waste of agricultural productions are compared: world (technologies of an anaerobic process) and innovative (technologies of hydrothermal oxidation). The conclusion about advantages of innovative technology is drawn. KEYWORDS: Waste of agricultural productions, turn of carbon of soils, anaerobic process, hydrothermal oxidation. УДК 681.5.08:622.412.13 ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРА, СВЯЗАННЫХ С УТЕЧКАМИ ПРИРОДНОГО ГАЗА В ЖИЛЫХ ПОМЕЩЕНИЯХ Е.Е.Карпова к.ф-м.н., доц. «Станкин»*, С.М.Миронов инж.-программист «НТЦ ИГД»**, А.А.Сучков к.т.н., гл. инж. «НТЦ ИГД», Е.Е.Карпов к.т.н., директор «НТЦ ИГД» А.П. Карелин асп. «МАТИ»***, Е.Ф.Карпов академик МАНЭБ к.т.н. «НТЦ ИГД». * Московский Государственный Технологический Университет, ** ООО «Научно-технический центр измерительных газочувствительных датчиков» Московская обл., г. Люберцы, *** Российский Государственный Технологический Университет им. К.Э. Циолковского. Аннотация: Рассмотрены проблемы контроля взрывобезопасности атмосферы газифицированных жилых помещений: кухонь, ванных с газовыми колонками, котельных коттеджей с газовым отоплением. Приведены сведения о катастрофах и авариях с человеческими жертвами, иллюстрирующие актуальность создания и применения бытовых сигнализаторов метана. Проводится сравнение существующих бытовых газосигнализаторов, с предлагаемым авторами газосигнализатором метана. Отмечаются преимущества новой разработки, состоящие в независимости и автономности питания аппаратуры от электросети, применении энергосберегающего режима работы, использовании радиоканала для ~ 113 ~ передачи команд от сенсора к исполнительным устройствам, расширении функций исполнительных устройств за счет отключения электросети на загазованных площадях. Ключевые слова: Газификация, взрывобезопасность, природный газ, контроль утечек, газосигнализатор, энергонезависимость, автономность, беспроводный канал связи. Введение Россия занимает одно из первых мест в мире по добыче природного газа, поэтому широкомасштабная газификация — одно из приоритетных направления развития страны. Использование природного газа вместо твердых видов топлива защищает атмосферу от вредных продуктов сгорания, газовое отопление поднимает уровень жизни в трудно доступных и сельских регионах. Однако необходимо учитывать, что газификация сопряжена с рисками аварийных утечек газа и образования взрывоопасных концентраций горючих газов (метана, пропан-бутановых газовых смесей). Причинами утечек газа и образования взрывоопасной атмосферы в помещениях являются, главным образом, несоблюдения жителями правил пользования природным газом, особенно пожилыми и детьми, а также неисправности подводящих газопроводов и газового оборудования. Взрывы природного газа, периодически происходящие в жилых помещениях, свидетельствуют о реальных опасностях таких рисков. Аварии носят тяжелый характер, часто приводят к человеческим жертвам и колоссальному материальному ущербу. Особенно часто подобные инциденты происходят во время отопительного сезона, иногда как следствие не профессионального подхода к установке отопительных приборов, иногда в результате небрежного обращения с приборами. Уже в 2014 году с приходом холодов 23 января в Нижнем Новгороде пострадала женщина, попытавшаяся самостоятельно подключить газовую плиту для дополнительного обогрева, 19 января взрыв газового баллона в пятиэтажке в Башкирии привел к человеческим жертвам, 16 января в Чечне погибли отец и сын, пытавшиеся сделать отопительный прибор из газового баллона. Печальную географию можно продолжить - еще свежа память о 7 жертвах взрыва метана в Подмосковье, только сейчас пострадавшим семьям начали предоставлять жилье. По данным ОАО «Росгазификация» [1] ежегодно в жилом секторе (быту) происходит порядка 230 различных инцидентов (чрезвычайных происшествий), связанных с использованием природного газа, при этом в среднем в авариях при взрывах погибает приблизительно 130 человек в год. Примерно такая же статистика приходит из стран Европы, уже 2 января 2014 года в результате взрыва газа в жилом доме в Бельгии погибли люди. По данным «Российской газеты» только 40% нижегородцев (175610 человек), чьи квартиры оснащены газовыми приборами, заключили договоры внутридомового газового обслуживания (ВДГО). Заключившие договор могут рассчитывать на бесплатное штатное подключение и обслуживание газовой аппаратуры, а также дальнейшее регламентное обслуживание. Далеко не все пользователи газа спешат заключить договоры, и это несмотря на то, что в средствах массовой информации практически непрерывно обсуждаются последствия и тяжесть произошедших в последнее время техногенных аварий и катастроф, связанных с неправильной эксплуатацией газового оборудования. Эта статистика показывает, рассчитывать на сознательность населения в вопросах безопасности не следует. Практика показывает, что никакие договоры и регламентные обслуживания не спасут людей от залитой конфорки, утечек на неисправном кране или гибкой подводке, и ~ 114 ~ только непрерывный контроль содержания горючих газов в атмосфере газифицированных объектов способен предупредить возможную катастрофу. Существует положительный опыт решения этих проблем: так, например, в США и Японии в законодательную базу заложена необходимость непрерывного инструментального контроля атмосферы жилых объектов, использующих природный газ. Даже в бывшем Советском Союзе существовали нормативные акты, требующие аттестовать бытовые точки потребления природного газа и тем более требующие получения паспорта на газо- баллонное оборудование. Без так называемой «газовой книжки» заправка баллона пропаном была невозможна, а магистральный газ отключался. В настоящее время в России подобный контроль практически прекращен, в свободной продаже как газовые баллоны, плиты, так и отопительные котлы и пр.. В настоящее время в Государственной Думе на рассмотрении находится проект закона обязывающего потребителей обеспечить непрерывный контроль за загазованностью атмосферы в жилых помещениях с использованием природного газа, однако по ряду причин, прежде всего материального характера, его принятие откладывается уже несколько лет. Применение газоанализаторов-сигнализаторов, заблаговременно предупреждающих о появлении утечек горючего газа и опасности образования взрывоопасной концентрации, единственный путь безопасного газифицирования жилых помещений. Исходя из этого, создание оборудования, позволяющего обеспечить контроль за содержанием в атмосфере жилых помещений горючих компонентов, и исполнительных устройств, способных оповестить об аварии, перекрыть подачу газа и обесточить помещения, в которых обнаружена загазованность, является чрезвычайно актуальной задачей. Производство и применение бытовых газосигнализаторов. Бытовые газосигнализаторы — стационарные приборы длительного действия, устанавливаемые для обнаружения утечки природного газа в жилых помещениях. Основные принципы взрывобезопасности универсальны во всех странах мира. Они основаны на рекомендациях Международной Электротехнической Комиссии (МЭК), которая предложила методы проверки аппаратуры на соответствие этим требованиям и методы ее сертификации соответствующим центрам в Европе и в США. И хотя стандарты в разных странах имеют различные названия (ГОСТ [2] в России, ATEX в Европе, FM в США), подходы и методы классификации у них практически совпадают. Согласно требованиям нормативных документов газосигнализаторы подлежат периодической проверке их работоспособности и подтверждения неизменности регламентированной погрешности срабатывания сигнализации. Последнее обстоятельство, связанное в масштабах государства с дополнительными затратами на организацию и поддержание структур по внедрению и эксплуатации таких приборов, явилось непреодолимым препятствием в период Советского Cоюза, да и в современной России, на пути массового применения газосигнализаторов. В то же время в США и Японии, где каждый газифицированный дом оборудован бытовым сигнализатором, помимо таких колоссов газоаналитической индустрии как MSA, Honevell, Industrial Scientific, Figaro, Rikken Keiki, выпуском, реализацией и обслуживанием бытовых газосигнализаторов занимается множество небольших компаний, более привязанных к внутреннему рынку, таких как Wohlers Heating & Air Cond, A B Nebelsick Co, Certified Air Conditioning, Safe Home Products Inc. и др. Несмотря на отсутствие законодательной поддержки в России промышленно выпускаются ряд моделей газосигнализаторов. Такие предприятия как ГУ НПП «Газотрон-С» (г. ~ 115 ~ Саратов), ФГУП СПО «Аналитприбор» (г. Смоленск), ФГУП «Дельта» (г. Москва), ООО «Информаналитика» (г. Санкт-Петербург), ООО «Политехформ - М» (г. Москва), ОАО «Авангард» (г. Санкт-Петербург) и др., удовлетворяют возникающий спрос. Рынок газосигнализаторов в настоящее время растет за счет строительства газифицированных коттеджей, где их применение регламентировано местными законами. Количество ежегодно выпускаемых приборов этими предприятиями невелико, исчисляется несколькими тысячами штук. Функционально и конструктивно бытовые сигнализаторы различных фирм мало чем отличаются друг от друга. Обычно в свой состав они включают блок сенсора с устройством световой и звуковой сигнализации, блок питания, электромагнитный клапанотсекатель. Питание всех составляющих комплекта газосигнализатора осуществляется от электросети, через адаптер, соединение с которым и соединение между элементами комплекта, выполняется соединительным кабелем общей длиной 7-8 м. При установке бытовых газосигнализаторов следует учитывать разновидность газа, появление которого следует ожидать. Если речь идет об аппаратуре работающей на магистральном природном газе, чувствительные элементы размещают в верхней части помещения, поскольку основная часть природного газа - метан, который немного легче воздуха. Если же используется баллонный пропан или пропан- бутановая смесь, сенсорный блок размещают вблизи пола, поскольку эти газы тяжелее воздуха, и их скопления следует ожидать именно там. Главный недостаток существующих бытовых газосигнализаторв заключается в нерешенности способа подключения к сети переменного тока. В соответствии с требованиями нормативных документов Ростехнадзора электрические цепи сигнализатора должны быть искробезопасными, а его питание должно осуществляться от источника питания, расположенного в атмосфере, где образование взрывоопасных концентраций горючего газа маловероятно, или питаться от источника питания во взрывозащищенном исполнении. В бытовых сигнализаторах горючих газов первое условие об искробезопасности электрических цепей и взрывозащите чувствительных элементов решено, а второе условие – безопасного подключения к электросети осталось нерешенным. Отсутствуют также электровыключатели, позволяющие не допустить возникновения источника искры в загазованном помещении. Другим недостатком является достаточно значительный расход кабельной продукции, особенно при групповом контроле, например, в жилом многоквартирном доме, где количество точек контроля достигает нескольких сотен. При проводке соединительных кабелей возникают проблемы с нарушением дизайна жилых помещений и, кроме того, требуются дополнительно телеметрические устройства для сбора информации и передачи ее на диспетчерский пульт. Еще одной характеристикой, подлежащей усовершенствованию, является энергопотребление. Непрерывно действующий прибор потребляет 43,8 кВт ч в год, а для 300-кварт. дома потребление составит 13140 кВт ч. Разработка беспроводного газосигнализатора с автономным источником питания. Указанные недостатки устранены в предложенных авторами технических решениях [3], в которых обеспечение взрывозащиты устройств подсоединения газосигнализатора к электросети разрешаются радикально, путем отказа от электропитания от сети и перехода на питание от автономных взрывобезопасных источников питания с искробезопасными выходными параметрами. При этом автономные источники питания (батареи) устанавли- ~ 116 ~ ваются в сенсорном блоке для питания сенсора и в блоке клапана-отсекателя – для питания самого клапана и устройств световой и звуковой сигнализации. Блоки сенсора и клапана-отсекателя снабжены беспроводными приемо-передающими устройствами, обеспечивающими передачу и прием команд управления по радиоканалу, что исключает необходимость в соединительных отрезках кабеля. Специальный блок, расположенный в квартирной щитовой, расположенной за пределами зоны с возможным появлением газа, обеспечивает по получению аварийного сигнала отключение электричества в помещениях где обнаружена загазованность, и трансляцию сигнала по GSM каналу или по проводам в диспетчерский пункт. Проблема с потребляемой мощностью, резко усиливающаяся с переходом на автономное питание, решена за счет применения микромощных термокаталитических чувствительных элементов [4], работающих в импульсном режиме. Потребляемая мощность сокращается за счет минимизации размеров нагретого тела новых чувствительных элементов, выбора динамического режима работы с 4-х ступенчатой формой импульса (рис. 1), и схемы подключения, исключающей использование сравнительного элемента. Известно, что чем быстрее тело нагревается, тем меньше тепловые потери, поэтому 1-ая ступень длительностью 60000 мкс обеспечивает форсирование нагрева до t ~200оС. 2-ая ступень – измерительная, выполняющая функции псевдосравнительного элемента, ее длительность 350000 мкс. На второй ступени также происходит десорбция влаги, успевшей адсорбироваться во время паузы. В конце ступени производится измерение сигнала U1, отражающее влияние параметров окружающей среды без влияния горения. Отсутствие горения обеспечивается подбором низкой температуры, недостаточной для поддержания горения. Следующая 3-ая ступень – форсирование температуры нагрева до t ~450оС (температура при которой происходит реакция окисления метана). Длительность 3-ей ступени - 60000 мкс. Наконец, 4-ая ступень – измерительная, на этой ступени, ЧЭ работает в режиме рабочего элемента, при этом количество тепла выделившегося при окислении метана и соответственно повышение температуры ЧЭ пропорциональны концентрации СН4. Длительность 4-ой ступени - 200000 Рис. 1. Вид многоступенчатого импульса питающего напряжения ~ 117 ~ мкс. В конце 4-ой ступени производится измерение сигнала U2. Измерения сначала проводят на 0 концентрации, вычисляя S0=U02 -U01 Выходной сигнал сенсора, пропорциональный концентрации метана, расчитывается как S=(U2-U1)-S0, обеспечивая дифференциальность сигнала. После 4 ступени питание ЧЭ прерывается и импульс прекращается. Далее следует пауза. Ее длительность выбрана из условия соблюдения требований о допустимой инерционности показаний (не более 30 секунд) при максимальной экономичности потребления электроэнергии. Оптимальной для выполнения этих требований является пауза длительностью 15 секунд. Блок-схема бытового газосигнализатора, представлена на рис. 2. Рис 2 блок схема бытового газосигнализатора. Сенсорная часть состоит из: автономного блока питания АБП1(1), представляющего собой сменную гальваническую батарею; цифрового блока питания платы ЦБП(2), реализованного на DC-DC преобразователе; аналогово блока питания сенсора БПС(3), реализованного на операционном усилителе в режиме повторителя напряжения; управляющего блока микроконтроллера МУБ(4); измерительного блока ИБС(5), включающего микромощный термокаталитический чувствительный элемент, размещённый во взрывобезопасной камере; усилительного аналогово блока УАБ(6), реализованного на операционном усилителе с опорным напряжением подаваемым с МУБ(4); радиомодема РМ(7), передающего аварийный сигнал к двум исполнительным устройствам ИУ1(8) и ИУ2(10). ИУ1(8) состоит из: приемопередающего радио модема, клапана- отсекателя питающегося от автономного блока питания АБП2(9), устройств световой и звуковой сигнализации. ИУ2(10) состоит из: приемопередающего радиомодема, обеспечивающего приём и трансляцию аварийного сигнала диспетчеру(11), отключающего реле, обесточивающего электроснабжение объекта. На рис. 3 представлена примерная схема газоснабжения квартиры (коттеджа) с сигнализатором метана. ~ 118 ~ Рис. 3 Схема размещения сигнализоторов метана в квартире. 1– газовый стояк, 2– подводящий газопровод, 3 – газозапорный клапан, 4 –газовая плита, 5 – бытовое газовое устройство (газовая колонка, котел, и т.п.), 6 – сигнализатор метана, 7- клапан-отсекатель, 8 отключающее реле На основе разработанных принципиальных и схемотехнических решений был изготовлен и испытан в лабораторных условиях действующий макет измерительной части сигнализатора метана. Основные показатели, полученные на действующем макете сигнализатора метана, сведены в таблицу 1. Таблица 1 Характеристика 1 2 3 4 Число ступеней в импульсе Суммарная длительность всех импульсов, мс Длительность паузы, с Потребляемая мощность, мВт Вариант 1 измерительный, с погрешностью ±0,1% об. дол. СН4 4 700 15 5 ~ 119 ~ Вариант 2 сигнализирующий, с погрешностью ±0,25 % об. дол. СН4 4 250 15 2,0 Выводы 1.Выявлены недостатки в структурном построении и эксплуатационных характеристиках промышленно выпускаемых в настоящее время бытовых газосигнализаторов природного газа, состоящие в зависимости функционирования от электросети, что при перебоях в электроснабжении (особенно в сельской местности и дачных поселках) нарушает непрерывность контроля; в нерешенности вопросов взрывозащиты при подключении газосигнализатора к электросети; в сравнительно большом потреблении электроэнергии газосигнализатором и электро клапаном-отсекателем, а также в большом расходе кабельной продукции и меди, при широком применении сигнализаторов в масштабах государства. 2. Предложено техническое решение бытового газосигнализатора в котором применен энергосберегающий режим работы прибора с питанием не от электросети, а от автономных источников питания (гальванических батарей, а в будующем от солнечных батарей); что решило вопрос взрывозащиты, так как источники питания обладают искробезопасными выходными параметрами; исключено применение кабеля, так как передача команд осуществляется по радиоканалу. Литература 1. Газовые проблемы (http://ww.securpress/ru) 2. ГОСТ Р ЕН 50194-2008. Газосигнализаторы электрические для детектирования горючих газов в жилых помещениях. 3. Е.Е.Карпова, С.М.Миронов, А.А.Сучков и др. Бытовой сигнализатор метана. Патент РФ на изобретение N 2488812. 4. A. Somov, A. Baranov, A. Savkin, M. Ivanov,L. Calliari, R. Passerone, E. Karpov, А. Suchkov, Energy-Aware Gas Sensing Using Wireless Sensor Networks, in: Proceedings 9 th European Conference Wireless Sensor Networks (EWSN 2012), Trento, Italy, February 15-17, 2012, G.P.Picco and W,Heinzelman (Eds.): EWSN 2012, LNCS 7158, pp. 245-260, 2012. Abstract: The article deals with problems of explosion safety control in gasified living quarters such as kitchens, bathrooms equipped with gas water heaters and boiler-rooms for cottages with gas heating. Data concerning fatal accidents are given, emphasizing topicality of the invention and development of household methane detectors issue. Already existing household gas detectors are compared with the one represented by the authors. Among the newly developed methane detector advantages we underline nonvolatility, energy-saving operation technology, the use of a radio channel for instruction transmission from the sensors to the executive device and the enhancement of the executive device abilities due to the lack of an electrical transmission network in gas polluted areas. Key words: Gasification, explosion safety, natural gas, leakage control, gas signal detector, nonvolatility, autonomy, wireless channel. ~ 120 ~ УДК 681.5.08 СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕРМОХИМИЧЕСКИХ (КАТАЛИТИЧЕСКИХ) СЕНСОРОВ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ И ПАРОВ Карпова Е.Е. к.ф-м.н., доц. «Станкин»*, Миронов С.М. инж.-программист «НТЦ ИГД»**, Сучков А.А. к.т.н., гл.инж. «НТЦ ИГД», Карелин А.П. асп. «МАТИ»***, Карпов Е.Ф. академик МАНЭБ к.т.н., директор по науке «НТЦ ИГД», Карпов Е.Е. к.т.н., директор «НТЦ ИГД» * Московский Государственный Технологический Университет, ** ООО «Научно-технический центр измерительных газочувствительных датчиков» Московская обл., г. Люберцы, *** Российский Государственный Технологический Университет имени К.Э. Циолковского Аннотация: Приведены описание и основные технические характеристики типового каталитического сенсора горючих газов и паров. Изложены основные недостатки, связанные с нестабильностью, обусловленной «естественным старением» чувствительных элементов и их отравляемостью «каталитическими ядами». Предлагается в качестве средства повышения стабильности сенсора использовать ограниченный диффузионный доступ анализируемой газовой смеси в реакционную камеру через калиброванное отверстие. Приводятся данные выполненных исследований, которые параллельно с настоящей публикацией направлены в англоязычный журнал «Sensors and Actuators B: chemical» и послужили основанием для подачи заявки на изобретение [1]. Ключевые слова: каталитический сенсор, ограничение диффузии, повышение стабильности. Введение В практике детектирования горючих газов используют преимущественно сенсоры, основанные на термохимическом (каталитическом), полупроводниковом и инфракрасном принципах газового анализа. Среди этих трех видов сенсоров наибольшее распространение получили каталитические сенсоры, отличающиеся простотой конструкции, малыми массогабаритными параметрами, низким потреблением электрической энергии[2], несложным технологическим процессом и оборудованием для их изготовления, более низкой ценой. Малые размеры и малое энергопотребление позволяют использовать такие датчики в беспроводных решениях [3]. Используются каталитические сенсоры в различных типах стационарных и портативных газоанализаторах и газосигнализаторах для контроля концентраций горючих газов и паров в атмосфере производственных объектов (угольных шахт, при добыче и транспортировании природного газа, нефти на химических и нефтеперерабатывающих заводах), а также в воздухе жилых помещений, использующих природный газ в бытовых целях. Суммарный ежегодный выпуск каталитических сенсоров во всем мире исчисляется миллионами штук. Промышленно выпускаемые каталитические сенсоры и их недостатки. Выпускаемые различными фирмами каталитические сенсоры, по своему устройству, мало чем отличаются друг от друга и состоят из двух чувствительных элементов (рабочего и компенсационного), включенных в мостовую измерительную схему и помещенных в реак- ~ 121 ~ ционную камеру с диффузионным доступом анализируемой среды через газообменный металлокерамический фильтр. Общий вид такого сенсора (ДТК-3), выпускаемого Научно-техническим центром измерительных газочувствительных датчиков (НТЦ ИГД) представлен на фиг. 1. Здесь: 1 – кольцо, ограничивающее демпфирующее пространство; 2 – корпус сенсора; 3 – заливаемый слой эпоксидного компаунда; 4 – втулка, удерживающая колодки с токоподводящими стойками; 5 – один из двух чувствительных элементов; 6 – колодка с токоподводящими стойками (pins); 7 – колпачок реакционной камеры с калиброванным отверстием; 8 - газообменный металлокерамический фильтр; 9 - калиброванное отверстие; 10 - демпфирующее пространство; 11 – одна из двух реакционных камер. Рис.1. Конструкция термокаталитического сенсора ДТК-3 Питание сенсора ДТК-3 осуществляется постоянным током I=50 мА, U=2,8 V, мощность при работе в статическом режиме W=140 mW. Определяющий размер чувствительного элемента в форме полого эллипсоида - 0,3 мм, диаметр внутренней полости - 0,2 мм, диаметр нагревно-измерительной спирали - 0,25 мм, диаметр жилы платинового микропровода в стеклянной изоляции - 0,01 мм. Масса сенсора – 2 г. Особенностью конструкции ДТК-3 является предусмотренная в ней многократная защита чувствительных элементов от влияния скорости и флуктаций вентиляционного потока, а также запыленности контролируемой атмосферы, за счет прохождения анализируемой газовой смеси в реакционные камеры последовательно через газообменный фильтр, демпфирующее пространство и калиброванное отверстие. При этом производительность рабочего чувствительного элемента (количество горючего газа окисляемого в единицу времени в объеме реакционной камеры моль/с л) принимают заведомо больше, чем пропускная диффузионная способность калиброванного отверстия. Такая конструкции сенсора разработана для реализации динамического режима работы и извлечения диагностической информации из искусственно формируемых переходных процессов. Кроме того, такая конструкция сенсора использовалась и используется в портативных приборах, работающих в импульсном энергосберегающем режиме. Начиная с ранних стадий появления низкотемпературных каталитических сенсоров с чувствительными элементами на основе металлов платиновой группы, нанесенных в тонкодисперсном виде на носители с широкоразветвленной поверхностью [4-6], разработчиками и ~ 122 ~ производителями сенсоров на основании опыта эксплуатации проводились и проводятся работы по совершенствованию технологии чувствительных элементов и конструкции сенсоров [7-9]. Эти совершенствования относятся как к материалам и составу носителя, катализатора, нагревателя, так и методике изготовления чувствительных элементов, методам и способам измерения выходного сигнала, оптимизации режимов работы сенсора в целом. Несмотря на полученные успехи в улучшении параметров и характеристик каталитических сенсоров, позволяющих поддерживать их конкурентоспособными с сенсорами, основанными на других принципах газового анализа, остаются труднорешаемыми вопросы, связанные с «естественным» старением чувствительных элементов и отравлением их «каталитическими ядами». Под «естественным» старением понимают изменения во времени структуры носителя и катализатора чувствительного элемента сенсора, приводящие к необратимым нарушениям пористости, спеканию пор, появлению трещин, уменьшению общей поверхности носителя, сокращению числа активных центров катализатора, что приводит к постепенной потере чувствительности. Влияние «каталитических ядов» проявляется в блокировании ими активных центров и снижении активности катализатора. Особенно темпы постепенной потери чувствительности ускоряются при уменьшении массогабаритных параметров чувствительного элемента. Необходимо отметить, что уменьшение массы и габаритных размеров чувствительных элементов диктуется необходимостью сокращения потребления электроэнергии, что особенно важно для переносных измерительных приборов и индивидуальных сигнализаторов горючих газов и паров. Целью настоящей работы является изыскание таких технических решений, которые позволяют при уменьшении массогабаритных параметров чувствительных элементов сократить темпы «естественного» старения и отравления «каталитическими ядами», повысить стабильность работы сенсора и увеличить метрологические межповерочные интервалы. Пути решения поставленной задачи и полученные результаты Одним из возможных технических решений является ограничение диффузионного доступа анализируемой газовой смеси в реакционную камеру сенсора, работающего в статическом режиме, до значений, при которых производительность чувствительного элемента становится в 2 и более раз выше пропускной способности калиброванного отверстия. В этом случае, при общем снижении выходного сигнала вследствие недоиспользования потенциальной производительности чувствительного элемента, появляется резерв последней. При постоянстве диффузионного потока, в реакционную камеру этот запас производительности, будет автоматически восполнять потерю чувствительности вследствие «естественного старения» и отравления «каталитическими ядами». Компенсация потери чувствительности будет происходить до тех пор пока не будет исчерпан весь резерв производительности ЧЭ. Ниже приводятся теоретические и экспериментальные исследования, подтверждающие правомерность рассматриваемого технического решения. На примере детектирования метана в анализируемой воздушной атмосфере рассмотрим изменение во времени dt концентрации метана dCк в реакционной камере (ее заполнение) в результате диффузионного поступления из анализируемой атмосферы метано-воздушной смеси через небольшое цилиндрическое отверстие для случая когда чувствительный элемент, размещённый внутри камеры, отключен. Применим дифференциальное уравнение диффузии газов при условии малости концентрации метана в метано-воздушной среде: ~ 123 ~ С Са 1 S dCk D k dt l V (1) , где Сk – концентрация метана в реакционной камере, в мольных долях; Са – концентрация метана в анализируемой атмосфере, в мольных долях; D – коэффициент диффузии метана в воздухе, m2/s; S – площадь сечения отверстия, м2; V – объём реакционной камеры, м3, l - длина цилиндрического отверстия, м. Обозначим l V и назовём её постоянной времени диффузионного процесса DS заполнения реакционной камеры. Тогда уравнение (1) примет вид: dCk (Ck Ca ) / . dt Разделяя переменные для интегрирования, получаем: d Ck Ca dt Ck Ca , после интегрирования имеем: Ck Ca С exp t / , где постоянная С находится из начальных условий: при t = 0 , Ск = 0. Окончательно получаем: Ck Са 1 exp t / Рассчитаем постоянную времени l V l V 4 для различных диаметров d D S D d 2 входного цилиндрического отверстия в реакционную камеру в пределах от 0.1 мм до 1.0 мм. Oбъём реакционной камеры V = 33.5 мм3, длина калиброванного цилиндрического отверстия l =0.2 мм. Коэффициент взаимной диффузии метана в воздухе при нормальных условиях (температуре 20оС и давлении 1 atm ) рассчитаем по формуле: D 3 8 RT 1 = 1.76∙10-5 м2/с 2 n 12 12 где ~ 124 ~ mm d d2 12 1 2 , 12 1 m1 m2 2 2 Составим таблицу с рассчитанными временами постоянной времени τ (d). Табл. 1. Зависимость постоянной времени диффузионного процесса заполнения реакционной камеры τ от диаметра входного калиброванного цилиндрического отверстия d, при постоянном объеме реакционной камеры V. d, mm τ,s 0.1 48.50 0.2 12.10 0.3 5.40 0.4 3.00 0.5 1.94 0.6 1.35 0.7 1.00 0.8 0.76 0.9 0.60 1.0 0.49 При этом τ – это время, за которое в реакционной камере концентрация метана Сk будет 0.63 от концентрации метана в атмосфере. За время 2τ концентрация метана Сk станет 0.86 ≈ 0.9 от Са и за время равное 3τ концентрация метана Сk достигнет значения 0.95∙Са. Зависимость относительной концентрация метана в реакционной камере С k/Са от времени представлена на рис. 2. Рис. 2. Относительная концентрация Сk/Са метана при заполнении реакционной камеры в зависимости от времени t для различных значений d=0.1-1.0 mm. Из рис. 2 видно, что при диаметре отверстия от 1.0 мм до 0.7 мм время заполнения камеры не более 3 с, при d=0.5 мм – около 10 с, а при меньших диаметрах d калиброванных отверстий эта зависимость представлена на рис.3 и показывает значительное увеличение времени заполнения с уменьшением диаметра d. ~ 125 ~ Рис. 3. Зависимость относительной концентрация Сk/Са метана в реакционной камере от времени t для d = 0.1- 0.5 мм. Для диаметра калиброванного отверстия d =0.1 мм (рис. 3) время заполнения реакционной камеры более 100 с, что недопустимо по требованиям быстродействия измерений, которое не должно превышать 30 с. Этому требованию для принятого объема реакционной камеры V=33,5 мм3 удовлетворяют калиброванные отверстия d = 0.3 мм и более. При статическом режиме работы, параллельно с диффузией метана в реакционную камеру, в ней происходит выгорание (окисление) метана на поверхности рабочего чувствительного элемента. Для довзрывных концентраций метана в воздухе, вследствие избытка кислорода, все молекулы метана, достигающие каталитически активную поверхность чувствительного элемента, мгновенно окисляются, при этом реальная скорость реакции определяется только скоростью диффузионного переноса молекул метана к этой поверхности, поэтому окисляемый поток равен потоку метана к поверхности. Определим изменение во времени dt концентрации метана dСк в реакционной камере за счёт выгорания (окисления) метана: С Со 1 S dCk D* k k dt lk V , где D* = 6.118∙10-5 м2/с - коэффициент диффузии метана при определяющей температуре t = 250 o C, равной усредненной температуре вблизи каталитически активной поверхности; Sk = 0,283 мм2 – площадь геометрической поверхности чувствительного элемента; lk = 0,15 мм – толщина пограничного слоя; Со – концентрация метана на каталитически активной поверхности, в мольных долях. Введя постоянную времени τк, характеризующую молекулярную диффузию метана к поверхности чувствительного элемента: k lk V 0,29 s D* S k Изменение во времени концентрации метана Сk при одновременной диффузии и выгорании (окислении) метана на поверхности чувствительного элемента: ~ 126 ~ C Ca Сk Со dCk k dt k (2) На реальных чувствительных элементах Со = 0, т.к. метан полностью окисляется на каталитически активной поверхности, тогда решение уравнения (2) с начальными условиями: при t = 0, Сk = Сa , приводит к следующей зависимости: t k Ck Са k exp k k k (3) Составим таблицу с рассчитанными временами τk /(τ+τk) в зависимости от d Табл. 2. Зависимость постоянной τk /(τ+τk) от диаметра входного калиброванного цилиндрического отверстия d. d, mm τk /(τ+τk) 0.1 0.006 0.2 0.023 0.3 0.051 0.4 0.088 0.5 0.13 0.6 0.177 0.7 0.8 0.9 1.0 0.225 0.276 0.326 0.374 Зависимость (3) относительной концентрации метана Сk/Са от времени t для различных d при одновременных диффузии через отверстие в стенке реакционной камеры и выгорании (окислении) метана на каталитически активной поверхности чувствительного элемента представлена на рис. 4. Рис.4. Относительная концентрация метана Сk/Са в зависимости от времени t для различных d = 0.1 - 1.0 mm при одновременной диффузии в отверстие стенки реакционной камеры и вы- ~ 127 ~ горании метана внутри на стенках каталитически активной поверхности чувствительного элемента. Экспериментальная оценка процесса протекания «естественного старения» была выполнена с ускорением его, путем дополнительного травления сенсора парами силиконовых соединений. При этом концентрация и длительность воздействия «каталитических ядов» многократно превышала нормированные международными стандартами [10] требования по устойчивости сенсоров к отравлению «каталитическими ядами» (пребывание в течение 40 минут в метано-воздушной смеси – 1 % об. дол.СН4 при содержании в ней паров гексометилдисилоксана концентрацией 10 ppm). Испытаниям были подвергнуты два сенсора, один – с ограниченным доступом анализируемой смеси в реакционную камеру через калиброванное отверстие диаметром 0,8 мм, другой – со свободным доступом, защищенным только от влияния пульсаций потока и пыли. Методически эксперименты проводились в следующей последовательности. Оба сенсора были помещены в испытательную камеру и на протяжении 5 суток ежедневно сенсоры на 8 часов включались и находились в рабочем состоянии. Большую часть времени сенсоры находились в среде чистого воздуха, концентрация 1 % об. дол.СН4 подавалась ежедневно в течение 40 минут. В это же время на 15 минут подавался «каталитический яд» концентрацией порядка 500-800 ppm. Затем испытательная камера продувалась чистым воздухом и выдерживалась не менее 1 часа. После этого проводились контрольные измерения чувствительности при 0 % и 1% об. дол.СН4. Результаты испытаний, имитирующие процесс «естественного старения», ускоренный «каталитическими ядами» представлены на фиг. 5. Здесь верхняя кривая отражает изменение чувствительности сенсора со свободным диффузионным доступом анализируемой смеси, нижняя кривая - с ограниченным диффузионным доступом. Рис 5. Ускоренное старение каталитических датчиков Как видно из полученных данных сенсор с ограниченным диффузионным доступом практически не изменяет чувствительности и стабилен в течение всего срока ускоренных испытаний (нижняя кривая). За это же время чувствительность сенсора со свободным диффузионным доступом под воздействием «каталитических ядов» падает в три раза (верхняя кривая) и когда достигает уровня чувствительности нижней кривой наблюдается падение ~ 128 ~ чувствительности обоих датчиков. Все это свидетельствует о том, что потеря чувствительности сенсора с ограниченным диффузионным доступом, заторможена до тех пор, пока не будет исчерпан резерв производительности чувствительного элемента, после чего на обоих сенсорах наблюдается падение чувствительности. Другой эксперимент состоял в проверке «естественного старения». Были выбраны десять сенсоров с похожими характеристиками. Пять из них были обычными каталитическими сенсорами, оставшиеся пять имели калиброванное отверстие. Все датчики поместили в специальную камеру и наблюдали за ними в течение 8 месяцев. Каждый день в камеру подавали 1-1,5% метана в течение 8 часов. В таблице 3 представлены результаты, полученные в этом эксперименте. Сигнал датчиков без калиброванного отверстия упал до 52% от изначальной чувствительности, в то время как датчики с ограниченной диффузией оставались стабильными в течение всего эксперимента. Таким образом, использование ограниченной диффузии позволяет уменьшить темпы «естественного старения» по сравнению со стандартными каталитическими сенсорами. Таблица 3. Средняя чувствительность десяти сенсоров за 8 месяцев. Апр 31.2±2. 0 Май 24.3±1. 7 Июн 20.0±1. 5 Июл 19.2±1. 4 Авг 18.5±1. 4 Сен 17.6±1. 5 Окт 16.9±1. 2 Ноя 16.1±1. 1 Стандарт, мВ/%CH4 Огранич. 12.0±0. 12.0±0. 12.0±0. 12.2±0. 11.8±0. 11.9±0. 11.8±0. 11.9±0. диффузия, 8 8 7 8 6 6 7 6 мВ/%CH4 p < 0.05 А также три датчика были проверены на соответствие требованиям [10]. Их подвергали каталитическому «отравлению» гексаметилдизилоксаном концентрацией 10ppm в присутствии 1% CH4 в течение 40 минут. Эксперимент проводился 4 раза с интервалом в 2-3 дня. Результаты представлены в таблице 4. Как видно из рисунка, каждый датчик прошёл проверку. Падение чувствительности сигнала в каждом эксперименте значительно меньше 10% требуемых в стандарте. Таблица 4. Отравление сенсоров с калиброванным отверстием. Начальная Отравл. 1 Отравл. 2 Отравл. 3 Отравл. 4 Чувствительность, 12.0±0.4 11.8±0.3 11.5±0.3 11.1±0.4 10.8±0.3 мВ/%CH4 p < 0.05 Резюмируя вышесказанное, использование калиброванного отверстия позволяет значительно увеличить долговременную стабильность и улучшить сопротивление «отравлению» датчика. Сенсоры с ограниченной диффузией соответствуют требованиям международных стандартов на отравление [10] и способны работать гораздо дольше стандартных каталитических датчиков без значительной потери чувствительности. Выводы. 1) На основе анализа процессов массопереноса при работе каталитического сенсора в статическом режиме в условиях ограниченного диффузионного доступа анализируемой газовой смеси, показана принципиальная возможность существенного повышения стабильности работы сенсора. ~ 129 ~ 2) Изменение диаметра калиброванного отверстия, ограничивающего диффузионный доступ в реакционную камеру постоянного объема, позволяет регулировать и оптимизировать взаимозависимые характеристики, определяющие чувствительность, стабильность и инерционность. 3) Возможность регулирования стабильности появляется потому, что при установившемся ограниченном диффузионном потоке количество горючей компоненты, поступающей к чувствительному элементу при любой её концентрации, значительно меньше производительности чувствительного элемента. В результате создается резерв незадействованной производительности, который со временем по мере снижения производительности (чувствительности) автоматически ее восполняет, сокращая резерв. Список литературы 1. Способ измерения довзрывных концентраций горючих газов в воздухе; пат. поверенный Карпова Е. Ф. №2013130480, заявл. 04.07.2013. 2. Evgeny Е. Karpov, Еvgeny F. Karpov, Аlexey Suchkov, Sergey Mironov, Alexander Baranov, Vladimir Sleptsov, Lucia Calliari, Energy efficient planar catalytic sensor for methane measurement, Sensors and Actuators A: Physical, Volume 194, 1 May 2013, Pages 176-180, ISSN 09244247. 3. Andrey Somov, Alexander Baranov, Alexey Savkin, Mikhail Ivanov, Lucia Calliari, Roberto Passerone, Evgeny Karpov, Alexey Suchkov, Energy-Aware Gas Sensing Using Wireless Sensor Networks, Lecture Notes in Computer Science, Volume 7158, 2012, Pages 245-260. 4. Кравченко В.С., Устройство для определения содержания метана, водорода и тому подобных газов в воздухе, Патент SU 81215, СССР, 1950. 5. Карпов Е.Ф., Кравченко В.С., Разработка термокаталитического принципа определения метана в шахтах, «Известия» АН СССР ОТН Металлургия и топливо, 1959, с. 112-120. 6. Карпов Е.Ф., Физико-технические основы автоматической защиты от выделений метана, М.:Наука, 1981, с. 185. 7. T. Miric et al, Method of analyzing a gas mixture to determine it’s explosibility and system for implementing a method of this kind, Patent №6346420, USA, 2002. 8. D. Routkevich et al, Nanostructured ceramic platform for micromachined device and device arrays, Patent №2002/0118027A1, USA, 2002. 9. Рязанов А. В., Докичев А. Н. Чувствительные элементы на основе литого микропровода // Датчики и системы. – 2007. – №11. – С. 42-45. 10. Standard IEC 60079-29-1:2007 Explosive atmospheres – Part 29-1: Gas detectors – Performance requirements of detectors for flammable gases (MOD). E Karpova, S Mironov, A Suchkov, A Karelin, E Е. Karpov, E F. Karpov Improvement of thermochemical (catalytic) sensors of flammable gases and vapours Abstract: The design and main technical characteristics of a typical catalytic sensor are described. The main drawbacks related to the lack of stability due to natural ageing and poisoning of sensing elements by catalytic poisons are defined. It is suggested to provide a restricted access of the analyzed gas mixture into the reaction chamber by diffusion through a calibrated hole to increase the stability of sensor. The data of carried researches, forwarded to magazine «Sensors and Actuators B: chemical» concurrently with the present paper, is presented and served as basis for application for invention [1]. Keywords:Catalytic sensor, restricted diffusion, increase of stability. ~ 130 ~ УДК 620.9; 621.4 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА Л.В. Густов, технический директор МУП «Томилинский Коммунальный Комплекс»,членкорреспондент МАНЭБ. Аннотация: Особенностью сжигания природного газа в камерах сгорания ГТУ, ПГУ является сжигание при повышенном содержании воздуха. В отличии от сгорания топлива в энергетических котлах, где коэффициент избытка воздуха составляет 1,1 – 1,2, в камерах сгорания современных ГПУ, ПГУ коэффициент избытка воздуха достигает 2 – 6. В статье предлагается метод расчета термодинамических параметров продуктов сгорания природного газа при произвольных значениях коэффициента избытка воздуха. Ключевые слова: Теплоемкость, моль, массовые доли компонентов, коэффициент избытка воздуха, энтальпия 1. Теплофизические параметры воздуха В расчетах принят следующий объемный состав воздуха атмосферы: Азот (N2) – 78 %; Объемная доля азота rN2 = 0,78 Кислород (O2) – 21%;Объемная доля кислорода rО2 = 0,21 Аргон (Ar) – 1%; Объемная доля аргона rАr= 0,01 Молярный вес воздуха μв определен через молярные веса компонентов воздуха : μв = 0,78 μN2 + 0,21 μО2 +0,01 μAr = 28,9697 г/моль где: μN2 = 28,0134 г/моль – молярный вес азота; μО2= 31,9988 г/моль – молярный вес кислорода; μAr = 39,9480 г/моль – молярный вес аргона. Массовые доли компонентов воздуха равны: gN2 = 0,78 μN2 / μв = 0,7542 gO2 =0,21 μО2 / μв = 0,2319 gAr = 0,01 μAr / μв = 0,0137 Значения удельной изобарной теплоемкости воздуха аппроксимировалось кусочно-полиномиальной функцией второго порядка: Срв= a0 + a1tв + a2tв2 где при 0 ºС<tв ≤ 500 ºС: a0 =1,004 a1 =7,7866*10-5 a2 = 0,0196*10-5 при 500 ºС<tв ≤ 1000ºС: a0 =0,947347 a1 =3,40956*10-4 a2 = - 0,01033*10-5 при 1000 ºС<tв ≤ 2000ºС: a0 =1,025 a1=0,2*10-3 a2 = - 0,04*10-6 Результаты расчета представлены на рисунке № 2. На рисунке также представлены данные величины теплоемкости воздуха, полученные в работе [1]. ~ 131 ~ Зависимость теплоемкости воздуха от температуры 1.300 1.250 Теплоемкость воздуха 1.200 1.150 1.100 1.050 По данным [1] Расчет 1.000 Температура воздуха Рис. 2 Так как кислорода в воздухе содержится 21%, то воздуха на сжигание одного куба метана при теоретически необходимом количестве воздуха (коэффициент избытка воздухаα = 1) требуется 2/0,21 = 9,52381 м3 Объем смеси, поступающей на горение, равен 10,52381 м3, в том числе : Метана - 1 м3 ; Кислорода - 9,52381*0,21 = 2 м3; Азота - 9,52381*0,78 = 7,42857м3; Аргона - 9,52381*0,01 = 0,095238м3. При избыточном количестве воздуха (α > 1) объем смеси, поступающей на горение, равен (1+9,52381 α), в том числе: Метана - 1 (м3); Кислорода - 2*α (м3); Азота - 7,42857*α(м3); Аргона - 0,095238*α (м3). Уравнение материального баланса для реакции горения метана при избыточном количестве воздуха, поступающем на горение (α > 1) имеет вид: СН4+2αО2+7,42857αN2+0,095238αAr=2Н2О+СО2+7,42857αN2+0,095238αAr+2(α-1)О2 2. Соотношения между количествами газа, воздуха и их смеси, поступающими на горение На горение подается объемный расход воздуха (м3/сек) : Vв = 9,52381 α Vт , где Vт - объемный расход топлива (метана) Массовый расход воздуха мв (кг/сек) мв= ρвVв Расход топлива мт: мт = ρтVт Расход смеси на горение мсм ~ 132 ~ мсм = мт + мв= мт + 9,52381 α ρвмт /ρт; мсм/мт = 1 + 9,52381 α ρв /ρт; при ρв /ρт = (μв /Vµ)/ (μСН4 /Vµ)= μв / μСН4 где :Vµ - объем моля μСН4= 16,0426г/моль – молярный вес метана мсм/мт = 1+9,52381 (μв / μСН4)α = 1 + 17,1981 α мв/мт = 9,52381 α ρв /ρт = мсм/мт – 1 или мв/мт = 17,1981 α мсм/мв = (мсм/мт)/( мв/мт) или мсм/мв =( 1+17,1981 α)/(17,1981 α) Соотношения газа, воздуха и их смеси в зависимости от коэффициента избытка воздуха, поступающего на горение представлены в таблице № 1 Таблица № 1 α 1,2 2 4 6 8 мсм/мт 21,64 35,40 69,79 104,19 138,58 мв/мт 20,64 34,40 68,79 103,19 137,58 мсм/мв 1,048 1,029 1,0145 1,0097 1,0073 3. Состав смеси поступающей на горение В объемных долях: Метан – rСН4=1/(1+9,52381 α); Кислород- rО2 = 2α/(1+9,52381 α); Азот – rN2 =7,42857 α/(1+9,52381 α); Аргон – rAr=0,095238 α/(1+9,52381 α); Молярный вес смеси μсм = (μСН4 + 2α μО2 + 7,42857 α μN2 +0,095238 α μAr) /(1+9,52238 α) г/моль, или μсм = (16,0426+275,9025α) /(1+9,52238 α) Массовые доли компонентов смеси, поступающей на горение: Метан – g СН4 = 16,0426/(16,0426+275,9025α); Азот – gN2 = 208,1003α/ (16,0426+275,9025α); Кислород - gO2 =63,9976α / (16,0426+275,9025α); Аргон – gAr = 3,8046 α / (16,0426+275,9025α). 4. Состав смеси после сгорания В объемных долях: Вода – rН2О=2/(1+9,52381 α); Углекислый газ –rСО2 = 1/(1+9,52381 α); Азот – rN2 =7,42857 α/(1+9,52381 α); Аргон – rАr=0,095238 α/(1+9,52381 α); Кислород – rO2 =2(α-1) /(1+9,52381 α). Молярный вес смеси μсм=( 16,0426+275,9025α) /(1+9,52381 α) ~ 133 ~ Массовые доли компонентов продуктов горения: Вода - g Н2О = 36,0306/(16,0426+275,9025α); Углекислый газ - g СО2 = 44,0096/(16,0426+275,9025α); Азот - gN2 = 208,1003α/(16,0426+275,9025α); Аргон - gAr = 3,8046α /(16,0426+275,9025α); Кислород - g О2 = 63,9976(α-1)/(16,0426+275,9025α). 5. Теплофизические параметры продуктов сгорания Значения удельной массовой изобарной теплоемкости кислорода аппроксимировалось кусочно-полиномиальной функцией второго порядка: СО2= -0,0003*10-5*t2 + 26,7567*10-5*t+0,915 при 0 ºС< t≤ 500 ºС; СО2= - 0,01167*10-5*t2+32,504*10-5*t+0,914655 при 500 ºС< t ≤ 1000 ºС -6 2 -5 СО2= - 0,008*10 *t + 10,2*10 *t +1,029 при 1000 ºС< t ≤ 2000 ºС Результаты расчета представлены на рисунке № 3 Зависимость теплоемкости кислорода от температуры 1.250 1.200 Теплоемкость кислорода 1.150 1.100 1.050 1.000 0.950 По данным [1] 0.900 Температура кислорода Рис. 3 Значения удельной массовой изобарной теплоемкости азота аппроксимировалось кусочно-полиномиальной функцией второго порядка: СN2= 0,027*10-5*t2 + 19,0*10-6*t+1,039 при 0 ºС< t≤ 500 ºС; СN2= - 0,011*10-5*t2+36,3*10-5*t+0,962 при 500 ºС< t ≤ 1000 ºС СN2= - 0,05*10-6*t2 + 23,32*10-5*t +1,032 при 1000 ºС< t ≤ 2000 ºС ~ 134 ~ Результаты расчета представлены на рисунке № 4 Зависимость теплоемкости азота от температуры 1.260 Теплоемкость азота 1.210 1.160 1.110 По данным [1] Расчет 1.060 1.010 Температура азота Рис. 4 Значения удельной массовой изобарной теплоемкости аргона аппроксимировалось кусочно-полиномиальной функцией второго порядка: СAr= 0,0*t2 + 0,0*t+0,52 при 0 ºС< t≤ 500 ºС; * 2 * СAr= 0,0 t + 0,0 t+0,52 при 500 ºС< t ≤ 1000 ºС СAr= 0,0*t2 + 0,0*t+0,52 при 1000 ºС< t ≤ 2000 ºС Результаты расчета представлены на рисунке № 5 Зависимость теплоемкости аргона от температуры 0.700 0.650 0.600 Теплоемкость аргона 0.550 0.500 0.450 0.400 0.350 0.300 По данным [1] Температура аргона Рис. 5 ~ 135 ~ Значения удельной массовой изобарной теплоемкости углекислого газа аппроксимировалось кусочно-полиномиальной функцией второго порядка: ССО2= -0,064*10-5*t2 + 0,001002*t+0817, при 0 ºС< t≤ 500 ºС; -5 2 -5 ССО2= - 0,02233*10 *t +60,6957*10 *t+0,91034 при 500 ºС< t ≤ 1000 ºС ССО2= - 0,054*10-6*t2 + 25,5*10-5*t +1,093 при 1000 ºС< t ≤ 2000 ºС Результаты расчета представлены на рисунке № 6 Зависимость теплоемкости углекислого газа от температуры Теплоемкость углекислого газа 1.400 1.300 1.200 1.100 1.000 По данным [1] 0.900 0.800 Температура углекислого газа Рис. 6 Значения удельной массовой изобарной теплоемкости паров воды аппроксимировалось кусочно-полиномиальной функцией второго порядка: Сн2о= 0,0386*10-5*t2 + 35,0867*10-5*t+1,859 при 0 ºС< t≤ 500 ºС; -5 2 -5 Сн2о= - 0,006*10 *t +78,8*10 *t+1,752 при 500 ºС< t ≤ 1000 ºС Сн2о= - 0,178*10-6*t2 + 0,001001*t +1,657 при 1000 ºС< t ≤ 2000 ºС Результаты расчета представлены на рисунке № 7 3.000 Зависимость теплоемкости водяного пара от температуры Теплоемкость водяного пара 2.800 2.600 2.400 2.200 2.000 По данным [1] 1.800 Температура водяного пара Рис. 7 ~ 136 ~ Значения удельной массовой изобарной теплоемкости смеси продуктов сгорания определялись по теплоемкостям компонентов смеси и их массовым долям в смеси. n Срс= ∑gi*Cpi, i=1 где :Cpi – теплоемкость i компонента смеси; gi - массовая доля i компонента смеси. Результаты расчетов теплоемкости смеси продуктов сгорания для различных коэффициентов избытка воздуха, поступающего на горение, представлены на рисунках № 8- 10. На рисунках также для сравнения полученных результатов представлены данные по теплоемкости продуктов сгорания, полученные в работе [2]. Теплоемкость продуктов горения Зависимость теплоемкости продуктов горения от температуры при коэффициенте избытка воздуха равном 1,2 1.6 1.5 1.4 1.3 1.2 1.1 По данным [2] 1 Температура продуктов горения Рис. 8 Зависимость теплоемкости продуктов горения от температуры при коэффициенте избытка воздуха равном 3 1.4 Теплоемкость продуктов горения 1.35 1.3 1.25 1.2 1.15 1.1 По данным [2] Расчет 1.05 1 Температура продуктов горения Рис. 9 ~ 137 ~ 1.35 Зависимость теплоемкости продуктов горения от температуры при коэффициенте избытка воздуха равном 6 Теплоемкость продуктов горения 1.3 1.25 1.2 1.15 1.1 По данным [2] Расчет 1.05 1 Температура продуктов горения Рис.10 Энтальпия смеси продуктов сгорания hс(t) определяется через теплоемкость: t hс(tс) = ∫ Cрс(tс) dt 0 hс(tс) = æ(b0tс+b1tс2/2 +b2tс3/3+h0с) где при 0 ºС<tс< 500 ºС: b1 = 0,0396+0,0211α; b2 = -1,407*10-5+5,599*10-5α; b0 = 44,379+276,752α; æ = 1/(16,0426 + 275,9025 α) h0с = 0 при 500 ºС<tс< 1000ºС b1 = 0,0343+0,0963α; b2 = -4,520*10-6 - 3,036*10-5α; b0 = 44,654+260,707α; æ = 1/(16,0426 + 275,9025 α) h0с = 127,1 +2220,4 α при 1000 ºС<tс< 2000ºС b1 = 0,04076+0,0550α; b2 = -8,278*10-6- 1,0917*10-5α; b0 = 41,952+282,591α; æ = 1/(16,0426 + 275,9025 α) h0с = 851,8 - 5494,6α Практический интерес представляет зависимость температуры продуктов сгорания от температуры воздуха, поступающего на горение, теплотворной способности топлива и коэффициента избытка воздуха, поступающего на горение ~ 138 ~ Из энергетического баланса процесса горения в камере сгорания : hтмт + hв м2 + Qрнмт = hс мсм где :hт - энтальпия топлива; hв - энтальпия воздуха; hс - энтальпия смеси продуктов сгорания; мт - массовый расход топлива; мв - массовый расход воздуха; мсм- массовый расход смеси продуктов сгорания; Qрн - низшая теплотворная способность топлива находим: hс = Qрн(1+ hт/ Qрн) мт /мсм + hвмв /мсм Так как hт/ Qрн<< 1, то hс ≈ Qрнмт /мсм + hвмв /мсм С учетом ранее полученных зависимостей мсм/мви мсм/мтпоследнее выражение примет вид hс ≈ (Qрн+ 17,1981 α hв)/(1+17,1981 α) раскрыв hси hвполучим tс= (А - b1tс2/2 - b2tс3/3 - h0с) / b0 , где: А =(Qрн+17,1981 α(a0tв+a1tв2/2 +a2tв3/3+h0в))/ (æ (1+17,1981 α)) Уравнение решается методом итераций Результаты расчетов температуры смеси продуктов сгорания для различных коэффициентов избытка воздуха, поступающего на горение при Qрн= 46000 кДж/кг, представлены на рисунках № 11- 14. На рисунках также для сравнения полученных результатов представлены данные по температуре продуктов сгорания, полученные в работе [2]. ~ 139 ~ 2600 Зависимость температуры продуктов горения от температуры воздуха, поступающего на горение, при коэффициенте избытка воздуха 1,2 Температура продуктов горения 2500 2400 2300 2200 2100 2000 1900 1800 1700 1600 20 100 200 300 400 500 600 700 800 По данным [2] 1200 900 1000 1100 Температура воздуха Рис. 11 Зависимость температуры продуктов горения от температуры воздуха, поступающего на горение при коэффициенте избытка воздуха 3 1900 Температура продуктов горения 1700 1500 1300 1100 По данным [2] Расчет 900 700 20 100 200 300 400 500 600 700 800 Температура воздуха Рис. 12 ~ 140 ~ 900 1000 1100 1200 1800 Зависимость температуры продуктов горения от температуры воздуха, поступающего на горение при коэффициенте избытка воздуха 5 Температура продуктов горения 1600 1400 1200 1000 800 По данным [2] Расчет 600 400 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Температура воздуха Рис. 13 Зависимость температуры продуктов горения от температуры воздуха, поступающего на горение при коэффициенте избытка воздуха 14 4500 Температура продуктов горения 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 Расчет 0 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 Температура воздуха Рис. 14 Из рисунка 14 видно, что апроксимационные выражения, полученные в работе [2], дают ошибочные результаты при больших коэффициентах избытка воздуха. Зная температуру смеси, по изложенному ранее алгоритму находятся теплоемкость и энтальпия продуктов сгорания. ~ 141 ~ Сводные результаты расчетов теплоемкости, энтальпии, температуры продуктов горения метана в зависимости от температуры воздуха, поступающего на горение, и коэффициентов избытка воздуха представлены на рисунках 15 – 17. 1.50 Зависимость теплоемкости продуктов горения от температуры воздуха, поступающего на горение, и коэффициента избытка воздуха 1.45 Теплоемкость продуктов горения 1.40 1.35 1.30 1.25 1.20 1.15 альфа=1,2 альфа = 2 альфа=3 альфа=4 альфа=5 альфа=100 1.10 1.05 1.00 Температура воздуха Рис. 15 3500 Зависимость энтальпии продуктов горения от температуры воздуха, поступающего на горение и коэффициента избытка воздуха Энтальпия продуктов горения 3000 2500 2000 1500 1000 альфа=1,2 альфа=2 альфа=3 альфа=4 альфа=5 500 0 Температура воздуха Рис. 16 ~ 142 ~ Зависимость температуры продуктов горения от температуры воздуха, поступающего на горение и коэффициента избытка воздуха 3000 Температура продуктов горения 2500 2000 1500 1000 альфа=1,2 альфа=2 альфа=3 альфа=4 альфа=5 500 0 Температура воздуха Рис. 17 Список литературы 1. Александров А.А., Орлов К.А., Очков В.Ф. Теплофизические свойства рабочих веществ теплоэнергетики. Справочник. Москва. Издательский дом МЭИ. 2009 г. 2. Силов И.Ю. Автореферат на соискание ученой степени кандидата технических наук «Свойства рабочих тел стационарных газотурбинных установок тепловых электростанций». Казань 2009 г. L. Gustov Thermodynamic property of combustion products of natural gas KEYWORDS:Thermal capacity, mole, mass part of components, air excess coefficient, enthalpy ABSTRACT: Burning at the raised content of air is peculiarity of natural gas burning in GTP, CCPP combustion chambers. Unlike fuel combustion in energy boiler, where the coefficient of air excess is 1,1 – 1,2 in combustion chambers of modern GTP, CCPP the coefficient of air excess is 2 – 6. The method of calculation of thermodynamic parameters of products of natural gas combustion at random values of air excess coefficient. ~ 143 ~ УДК 388.012 ЭКОНОМИКА ВЬЕТНАМА: ЕЁ МЕСТО И РОЛЬ В МЕЖДУНАРОДНОМ РАЗДЕЛИИ ТРУДА Нгуен Ван Лок, аспирант, Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им.С.М.Кирова Аннотация: В данной статье рассматривается экономика Вьетнама: её место и роль в международном разделии труда. Даётся характеристика основных отраслей, определяющих экспортной потециал вьетнамской экономики. Он увязывается с географическими особенностями Вьетнама. Развите экономики социалической республики Вьетнам даётся в контексте проводимых в стране социально-экономических реформ. Ключевые слова: Вьетнам, внутренный продукт, реформ, инвестор, морский побережь, развитие... Социалистическая Республика Вьетнам принадлежит к региону Юго-Восточной Азии. Она расположена на востоке Индо-Китайского полуострова и занимает территорию 330 тыс. кв. километров. Её сухопутная граница составляет 3880 км, из которых 1300 км приходится на границу с КНР, 1680 км - на Лаос, 930 км - на Камбоджу. Морское побережье составляет 3200 км. Экономическая зона СРВ в море составляет около 1 млн. кв. километров, т.е. в 3 раза превосходит сухопутную площадь данного государства. По приблизительным оценкам, по состоянию на 2013 г. население страны насчитывает 90 млн. человек, из которых кинь (собственно вьетнамцы) составляют 85% общей численности населения страны; следующей по численности группой является китайцы (хуацяо) и далее следуют кхмеры (камбоджийцы), тан, тхан, мыонги и чамы (население этих малых народов сосредоточено в горных районах). Средняя продолжительность жизни составляет 68 лет. Доля грамотных в общей численности населения является одной из самых высоких в регионе и составляет 95% [1]. Доля неграмотных сосредоточена в старших возрастных группах и среди населения национальных меньшинств в горной местности. Основные религиозные конфессии: буддизм и католицизм; есть незначительная доля исповедующих анимализм, высок удельный вес официальных атеистов. В структуре валового внутреннего продукта доля сферы услуг составляет 39%, доля промышленности 38%, остальное распределяется между сельским, лесным, водным и морским хозяйством, а также занятыми в сфере государственного управления. По официальным данным, на начало XXI века около 70% населения занято в сельском, лесном и водном хозяйстве и переработке морепродуктов. Это свидетельствует об аграрном характере экономики страны. Однако, в связи с интенсивной индустриализацией страны, т.е. строительством промышленных предприятий, тепловых, гидро и атомных электростанций, развитием портового хозяйства на побережье, доля деревенского населения постоянно сокращается, и растет численность городского населения. Недра страны богаты разнообразными полезными ископаемыми: нефть, газ, каменный уголь, железная и марганцевая руда, вольфрам, цинк, свинец, олово, титан, бокситы. Открыты богатые месторождения урановой руды. Значительны запасы сырья для гончарного дела и производства фарфора; имеются богатые возможности для производства стройматериалов: кирпича, черепицы, цемента и прочее. Вьетнам располагает и значительными гидроресурсами (поверхностные водные источники, из которых выделяются Красная река и река Меконг; геотермальные источники и большие запасы подземных вод). Температурный среднегодовой режим повсеместно выше нулевого и, как правило, не опускается ниже +10° С (и только в горных районах может в редких случаях ~ 144 ~ опускаться до +5 - +8° С). Следовательно, имеются все условия для круглогодииных занятий сельским хозяйством. Субтропический и тропический характер климата, протяженность морского побережья создают благоприятные условия для морского рыболовства, культивирования выращивания креветок, трепангов и др. морепродуктов, а также рыборазведения (по способу так называемого «аквариума под домом»). Особую роль в экономике страны занимает зона морского побережья. Она занимает менее трети сухопутной территории, но на ней проживает 60% населения и размещено более половины крупных городов, которые одновременно являются морскими портами. Ресурсы моря обеспечивают занятость более 9 млн. человек, а экспорт сырых и обработанных морепродуктов является третьей экспортной статьей (после экспорта нефти и изделий легкой промышленности).[2] В зоне морского побережья отмечаются и негативные явления. В частности морские воды, смывающие Вьетнам, всё больше загрязняются отходами промышленных предприятий и отходами крупных городов. Для противодействия этим явлениям ещё явно недостаточно выделяются соответствующие силы и средства. СРВ является общепризнанным равноправным членом целого ряда международных и региональных политических, экономических и отраслевых организаций, соглашений, договоров. Так, СРВ является членом ООН и его главных организаций (ЮНЕСКО, ЮНИДО, МОТ, ФАО, и др.), членом МВФ, Всемирной Организации проводной связи (ранее Союз телеграфной связи), Всемирный Почтовый союз, СРВ в 2006 г. стал членом Всемирной Торговой Организации; он является также членом Всемирной туристической организации; членом Организации Тихоокеанского сотрудничества и развития, Азиатской Организации экономического сотрудничества. СРВ официально имеет статус развивающейся страны, что дает стране ряд преимуществ в международных экономических отношениях. Далее, Вьетнам, благодаря своей сложной истории борьбы за независимость и огромные жертвы, понесенные в ходе этой борьбы, имеет закрепившуюся в глазах международной общественности репутацию героического и самоотверженного народа, что позволяет нашей стране добиваться статуса особого благоприятствования при заключении международных и двусторонних договоров и соглашений, получать зарубежную помощь при реализации международных программ и региональных проектов. Кроме того, Вьетнам в целом заслужил доверие иностранных инвесторов за счет скрупулезного выполнения обязательств по зарубежным займам и кредитам, по соблюдению законодательных прав иностранных инвесторов. В целом для Вьетнама на протяжении 30 лет характерны высокие темпы экономического роста. Хотя Вьетнам ещё не перешагнул черты бедности, но уже весьма ощутимы результаты быстрого экономического развития за годы реформ. Так, в 2010 г. объем ВВП на душу населения составил 1,2 тыс. USD, что следует считать серьёзным достижением, если знать, что в 1990 г. обыкновенный велосипед считался богатством. [3] А ведь ещё в конце ХХ столетия была поставлена задача удвоить душевой объём ВВП за 1996 - 2000 гг. довести его до 360 USD. [4] В системе международного разделения труда СРВ занимает заметное место, стремясь повысить уровень своей конкурентоспособности. Она, по мнению многих экспертов, достигнута в сельском и лесном хозяйстве, морском рыболовстве, в сфере конструкционных материалов, производстве деталей для электроники. Перспективными, с позиций экспортных возможностей, является текстильная, швейная, обувная, нефтегазовая, консервно-пищевая и ряд других. [5] Главным внешнеторговыми партнерами Вьетнама являются: США, КНР, Сингапур, Южная Корея, Малайзия, Филиппины и страны Евросоюза. Доля России во внешнем товарообороте колебалась на уровне 1%.[6] Вьетнам быстро наращивал объемы внешней торговли об этом красноречиво свидетельствуют следующие данные: в 1990 г. объем внешней торговли составил 5,2 млрд. USD; в 2000 г. ~ 145 ~ - 30,1 млрд., а в 2010 г. - 150 млрд. доллар США., т.е. за 20 лет номинальный объём внешней торговли вырос почти в 30 раз. При этом доля импорта все эти года преобладала над экспортом: все эти годы она превышала 5%.[6] Сальдо внешнеторгового баланса за эти годы выросло с 348 млн. USD в 1990 г. до 12.6 млрд. USD, в 2010 г., т.е. в 36 раз. Дефицит покрывался за счет долгосрочных займов и кредитов, а также за счет пожертвований и помощи со стороны международных финансовых и благотворительных организаций. Инвестиции иностранного капитала играют существенную роль в повышении экспортного потенциала Вьетнама. Так доля иностранного капитала в объёме инвестиций составляла в 1996 - 2000 гг. 21%, в 2001 - 2006 гг. - 16 %, в 2006 - 2009 гг. - 23,6 %. [6] В 2008 г. на долю предприятий с иностранным участием приходилось 57,6% экспортных поставок. В структуре экспорта главными товарными группами являлись: сырая нефть, швейные и текстильные изделия, морепродукты, обувь, каменный уголь, рис, овощи и фрукты. Непрерывно растет экспорт естественного каучука (латекса), пользующегося повышенным спросом в КНР и Южной Корее. [6] В структуре экспорта преобладают так называемые "инвестиционные товары" (машины, оборудование, средства связи, транспортные средства). Как у большинства развивающихся стран, у Вьетнама импорт превышает объём экспорта (временами значительно). В целом объём импорта, в отношении к объёму ВВП, значителен: он составлял в 2000 г. - 57,5%, в 2008 г. 93,1%, в 2009г. - 78,7%, в то время в Индии этот показатель составлял 25,7%, в КНР 22,7%, в Японии - 12,3%. После начала реформ, по очевидному примеру Китая, Вьетнам проводил и продолжает проводить активную политику привлечения иностранных инвестиций. Так, за 1988 - 2007 гг. число проектов с участием иностранного капитала, составило около 10,0 тыс. с общей суммой заявленного капитала около 100 млрд. USD; сумма зарегистрированного иностранного капитала составила почти 80 млрд. USD; при этом объём увеличения иностранного капитала в уже действующих проектах превысил 16 млрд. USD, а общий объём иностранного капитала в уже освоенных проектах составил более 37 млрд. USD. [7] Основной объём прямых иностранных идей в так называемой "южной ключевой экономический район (г. Хошимин, (бывший Сайгон, известный ранее под названием «Париж ЮгоВосточной Азии»); провинции Донгнай, Бинь Зыонг, Вунгтау). Туда было направлено около 50% всех ПИИ., в Ханой - около 20%.[8] Главными инвесторами выступали в начале XXI веке Сингапур (около 7 млрд. долларов), Тайвань (5,4 млрд.), Япония (более 4 млрд.), Южная Корея (3,5 млрд.) Россия (1,5 млрд.). Иностранный капитал во Вьетнаме может использовать 3 формы деятельности: - совместное деловое сотрудничество: на контрактной основе; - совместное предприятие или совместная компания; - предприятия со 100% иностранным капиталом. Налоги на перечисление прибылей за рубеж зависят от размера инвестиционного капитала: чем больше капитал, тем ниже налог на перечисление прибыли за границу. «7 преимуществ» Вьетнама для иностранных инвесторов: - большая часть труд способного населения - это приличные трудолюбивые и дисциплинированные люди с приемлемым уровнем образования; - богатые и разнообразные природные ресурсы; - плодородные сельскохозяйственные угодья; - длинная протяженность морского побережья (3,2 тыс. км), что существенно снижает транспортные расходы; - хорошие возможности для иностранного туризма; ~ 146 ~ 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. - стабильная внутриполитическая обстановка; - Юго-Восточная Азия - район с высокими темпами развития.[6] В настоящее время в СРВ осуществляется первый этап «Стратегии социальноэкономического развития на 2011 - 2020 гг.» В целом целью этого стратегического плана является «стремление к 2020 году стать промышленно развитой страной с современной общественнополитической жизнью: наличие демократических институтов, социальная стабильность, народное единство и согласие по главным аспектам хозяйственной жизни, развития культуры, образования и непрерывного улучшения качества жизни».[9] В результате осуществления этого стратегического плана явится заметное улучшение жизненного благосостояния. При этом высшими ценностями жизни страны будут: независимость, государственный суверенитет, территориальная целостность и неприкосновенность границ. Должны укрепляться позиции Вьетнама на международной арене. ВВП на душу населения должен составлять в 2020 г. 3000 - 3200 долларов США ( по сравнению с 86 долларами в 1986 г.) Средняя продолжительность жизни должна составить 75 лет; на 10000 жителей должно быть 9 врачей и 26 коек в больницах; уровень бедности должен снижаться в среднем на 2-3 % в год. Доля промышленности и услуг в ВВП должна составить 85%; доля городского населения - не менее 45%. Благодаря повышению уровня образования и массово-разъяснительной работы о преимуществах малодетной семьи, намечено, что темпы роста населения не превысят 1,1% в год. Общая численность населения страны в 2020 г. не должна превышать 100 млн. чел. Список литературы: Деловой Вьетнам. М., Бизнес─пресс, 2003 . с. 2. Нген Выонг Вьет. Механизмы обеспечения социальной направленности рыночных реформ во Вьетнаме. Докторская диссертация. М., 2006. Лыонг Куок Зан. Модернизация финансовой системы Вьетнама. Автореферат кандидатской диссертации. М., 2011. с. 13. Чан Вьет Хоанг. Государственное регулирование хозяйственного развития СРВ. Автореферат. кандидатской диссертации. СПб., 1999. с. 12. Ле Дык Тань. Промышленная политика Вьетнама. Автореферат кандидатской диссертации. М., 2009, с. 14. Дао Хонг Куен. Совершенствование системы государственного регулирования внешнеэкономических связей Вьетнама. Автореферат кандидатской диссертации М., 2011. Нгуен Тхи Кам Тхо. Прямые иностранные инвестиции во Вьетнаме. Автореферат кандидатской диссертации. СПб., 2010. Леженина Т.В. Обновление азиатских моделей модернизации в сфере уроков глобального кризиса. Сборник материалов "Трансформация и модернизация». Теория и практика. М., 2009. Чан Чонг Хуэ. Моделирование функционирования аграрного сектора в условиях переходной экономики. Докторская диссертация. М., 1998. с. 228 - 230. VIETNAM ECONOMY: ITS PLACE AND ROLE IN THE INTERNATIONAL LABOR CATEGORY Nguyen Van Loc, Postgraduate Student, Saint Petersburg State Forest Technical University Summary: This article discribes main sectors of vietnam economy determing its export potential. It is connected with geographical features of Vietnam. The development of economy Social Republic of Vietnam is given in the context of social-economic reforms ongoing in country. Keywords: Vietnam, domestic product, reforms, investor, оceanside, development ~ 147 ~ ПРАВИЛА ПОДГОТОВКИ МАТЕРИАЛОВ ДЛЯ ПУБЛИКАЦИИ В ЖУРНАЛЕ «ВЕСТНИК МАНЭБ» Материалы должны быть готовыми для воспроизведения в авторской редакции и подписаны всеми авторами, которые несут ответственность за научно-теоретический уровень публикуемого материала. Статьи аспирантов и соискателей ученой степени кандидата наук дополнительно подписываются научным руководителем. Материалы направляются по электронной почте по адресу nataliya_zanko@mail.ru. ФОРМАТ И СТРУКТУРА РУКОПИСИ 1. Статья должна содержать: УДК (слева), название (п/ж шрифт, по центру), Ф.И.О. авторов (с указанием научных степеней, званий, должностей), аннотацию (до 30 слов), ключевые слова (5-10 слов), основной текст, библиографию. 2. Возможно представление материалов на русском или английском языках: а) если статья представляется на русском языке, то на английском языке необходимо представить: название статьи, Ф.И.О. авторов, аннотацию, ключевые слова; б) если статья представляется на английском языке, то на русском языке необходимо представить: название статьи, Ф.И.О. авторов, аннотацию, ключевые слова. 3. Материалы готовятся в текстовом редакторе MS Word 97- MS Word’ 03. Шрифт: Times New Roman - 12, междустрочный интервал -1. Поля: слева, справа, снизу, сверху – 20 мм. Размер бумаги – А4, ориентация – книжная. Набор формул осуществляется в тексте только в редакторе MS Equation. Сноски в тексте не допускаются. 4. Внедренные изображения должны быть представлены дополнительно отдельным файлом в формате: иллюстрации - .bmp, .tif и .jpg. с разрешением 300 dpi. (фотографии должны быть качественными), графики – в формате *xls. 5. Библиография должна быть выполнена в соответствии с ГОСТ Р 7.0.5 — 2008 «Библиографическая ссылка». 6. По желанию после основного текста размещаются краткие сведения об авторах (до 15 строк). В сведения можно включить область научных интересов автора, место работы, должность, контактную информацию (почтовый адрес, телефон, электронная почта). Может быть прислано фото авторов. 7. Несоблюдение правил подготовки материалов может увеличить сроки опубликования или быть основанием для отказа в публикации. ~ 148 ~ Учредитель и издатель журнала: Международная академия наук и экологии безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ), издательство «БЕЗОПАСНОСТЬ» Адрес редакции: 194021, Санкт-Петербург, Институтский пер., 5, Академия, тел./факс: (812() 670-93-76, E-mail: rusak-maneb@mail.ru; nataliya_zanko@mail.ru Отпечатано в цифровой типографии ИП Павлушкина В.Н. Санкт-Петербург, Греческий проспект, 25 Свидетельство о регистрации 78 № 006844118 от 06.06.2008 Подписано в печать 15.03.2014 Печать цифровая. Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс» Формат обрезной 205х290. Усл.изд.л.-8,350. Усл.печ.л.-7,810 Заказ 33/14. Тираж 500 экз. Цена договорная ~ 149 ~