Наукові конференції, Научные конференции » Простір і час сучасної науки (25-27.04.2014 р.) » к. т. н., Нездвецька І. В., Войцицький А. П. АНАЛІЗ Й ОБГРУНТУВАННЯ ДОЦІЛЬНОСТІ ВПРОВАДЖЕННЯ В СІЛЬСЬКЕ ГОСПОДАРСТВО ПОЛІССЯ УКРАЇНИ ТВЕРДОПАЛИВНИХ ТЕПЛОВИХ КОТЛІВ

к. т. н., Нездвецька І. В., Войцицький А. П. АНАЛІЗ Й ОБГРУНТУВАННЯ ДОЦІЛЬНОСТІ ВПРОВАДЖЕННЯ В СІЛЬСЬКЕ ГОСПОДАРСТВО ПОЛІССЯ УКРАЇНИ ТВЕРДОПАЛИВНИХ ТЕПЛОВИХ КОТЛІВ

Категорія: Простір і час сучасної науки (25-27.04.2014 р.), Технічні науки

УДК: 662.613.12: 504.064.4

 

АНАЛІЗ Й ОБГРУНТУВАННЯ ДОЦІЛЬНОСТІ ВПРОВАДЖЕННЯ В СІЛЬСЬКЕ ГОСПОДАРСТВО ПОЛІССЯ УКРАЇНИ ТВЕРДОПАЛИВНИХ ТЕПЛОВИХ КОТЛІВ

к. т. н., Нездвецька І. В., доц. Войцицький А. П.

Житомирський національний агроекологічний університет, Україна, м. Житомир

 

Наведено аналіз можливостей енергоавтономності підприємств за рахунок раціонального використання твердих видів біопалива в масштабах Полісся України з метою забезпечення власних потреб підприємств, господарств та об’єктів комунальної власності місцевими енергоресурсами на основі впровадження твердопаливних теплових котлів. Оцінка стану забезпеченості регіональних ринків енергоресурсів та ринків обладнання, що працює на твердих видах біопалива, дає підстави для визначення потенційної можливості підприємств сільськогосподарського спрямування регіону збільшити свої прибутки за рахунок впровадження місцевих альтернативних видів палива.

Ключові слова: тверді органічні відходи, біомаса, енергоресурси, рослинні відходи, твердопаливні котли, енергоавтономінсть, енергоконверсія.

Нездвецкая И. В., Войцицкий А. П. Анализ и обоснование целесообразности внедрения в сельское хозяйство Полесья Украины твердотопливных тепловых котлов / Житомирський национальный агроекологический университет, г. Житомир

Приведен анализ возможностей энергоавтономности предприятий за счёт рационального использования твёрдых видов биотоплива в масштабах Полесья Украины с целью обеспечения собственных потребностей предприятий, хозяйств и объектов коммунальной собственности местными энергоресурсами на основе внедрения твердотопливных тепловых котлов. Оценка состояния обеспеченности региональных рынков энергоресурсов и рынков оборудования, работающего на твердых видах биотоплива, дает основания для определения потенциальной возможности предприятий сельскохозяйственного направления региона увеличить свои доходы за счет внедрения местных альтернативных видов топлива.

Ключевые слова: твёрдые органические отходы, биомасса, энергоресурсы, растительные отходы, твёрдотопливные котлы, энергоавтономность, энергоконверсия.

Nezdvetska I., Voytsitsky A. Analysis and rationale for implementation in agriculture Woodlands Ukraine solid heat boiler / Zhytomyr National Agroecological University, Ukraine, Zhitomir

The analysis capabilities of energy independence enterprises through rational use of solid biofuels scale Woodlands of Ukraine in order to ensure their own business needs , farms and communal property of local energy resources through the introduction of solid heat boilers. Assessment of regional security of energy markets and markets equipment for solid biofuels , provides the basis for determining the potential for enterprises of agricultural areas in the region to increase their revenues through the introduction of local alternative fuels.

Keywords: organic solid waste, biomass, energy, vegetable waste boilers, energy independence, conversion of energy.

Вступ

Практична відсутність на Поліссі діючого видобутку власних традиційних паливно-енергетичних ресурсів, висока енергоємність внутрішнього валового продукту у тому числі, обумовлюють обтяжливу залежність регіону в придбанні привозних енергоносіїв, порушення ритму виробничих процесів та великі труднощі в енергопостачанні житлово-комунальної сфери [6].

Загальні витрати у процесі виробництва, транспортування та кінцевого використання теплової енергії складають 50…55 % від її вартості [4]. З метою зниження собівартості енергії необхідно звести до мінімуму витрати на транспортування енергоресурсів, що можливо здійснити шляхом максимального використання місцевих видів палива, в тому числі альтернативних.

Аналіз результатів останніх досліджень

Враховуючи те, що регіони Полісся України займають ведучі місця за загальною площею вкритих лісовою рослинністю ділянок і мають розвинену деревообробну промисловість [5], достатні потенційні запаси відходів с.-г. виробництва [3,4], а також потужні родовища торфу [4], доцільним є використання цих енергоресурсів в якості палива для невеликих котелень місцевого призначення. Дослідження науковців зводяться до висновку, що для багатьох регіонів України використання власного твердого біопалива, у тому числі відходів сільгосппідприємств, є більш економічно та екологічно вигідним у порівнянні із використанням кам’яного вугілля або нафтопродуктів [1,2,4]. Вироблене з місцевої сировини біопаливо обходиться у 2-4 рази дешевше й не потребує значних транспортних витрат на його доставку. Відомо [2], що питома вартість енергії, отриманої із соломи в тюках, в залежності від її вологості та технології енергоконверсії, на 35-70 % нижча за питому вартість енергії, отриманої із природного газу, та на 10-20 % нижча за вартість одиниці енергії, отриманої шляхом прямого спалювання деревини (вологістю в межах 20 %). Доцільним є застосування твердопаливних котлів на всіх типах деревообробних підприємств, де має місце проблема утилізації відходів виробництва, при цьому є перспектива економії на транспортних та інших супутніх витратах [5].

Техніко-технологічне рішення енергоконверсії твердих видів біопалив (пряме спалювання, піроліз або газифікація) може бути реалізоване в котлах відповідних конструкцій. В залежності від їх характеристик, вони можуть бути орієнтовані на різні сегменти ринку: від виробництв, що мають доступ до сировини та здатні самі виробляти та споживати теплову енергію до підприємств індивідуальної та муніципальної (комунальної) власності.

Результати досліджень

Для оцінки стану регіональних ринків енергоресурсів доцільно застосувати коефіцієнт забезпеченості попиту за рахунок власного виробництва на підставі даних статистичної звітності щодо їх виробництва та споживання за виразом:

= , (1)

де – обсяг виробництва даного виду ресурсів в регіоні;

– обсяг загального споживання даного виду ресурсів в регіоні.

Розглянемо структуру виробництва та споживання енергоресурсів на прикладі Житомирської області (табл. 1) [3].

Таблиця 1

Середні показники виробництва та споживання основних видів паливно-енергетичних ресурсів у Житомирській області

за 2011-2012 р.р.

 

Види палива

Виробництво

Споживання

Коефіцієнт забезпеченості попиту, %

Всього, тис. т у.п.

634,0

2726,8

23,3

У тому числі паливо для котелень

 

162,2

 

1819,2

 

8,9

з нього:

- кам’яне  вугілля, тис. т

 

-

 

95,1

 

-

- природний газ, млн. куб. м

-

1029,4

-

- торф паливний, тис. т

21,0

15,9

132,1

- дрова для опалення, тис. куб. м

569,6

475,9

119,7

- торф’яні брикети, тис. т

8,2

11,5

71,3

Електроенергія, млн кВт. год.

37,3

1676,6

2,2

Теплоенергія, тис. Гкал

2702,0

2702,0

100,0

 

Аналіз наведених даних показує, що область забезпечує власні потреби в енергоресурсах на 22,6 %, у тому числі – на 8,9 % за рахунок дров для опалення, торфу паливного і торф’яних брикетів, коефіцієнти забезпеченості попиту на які складають відповідно 119,7 %, 132,1 % та 71,3 %. Потреби регіону у тепловій енергії можуть бути забезпечені стовідсотково за рахунок місцевих ресурсів.

Вибір обладнання для теплової утилізації горючих рослинних відходів обумовлюється його вартістю, потужністю, ККД, тривалістю безперервної роботи, типом палива та його фізико-хімічними характеристиками тощо (табл. 2).

Таблиця 2

Порівняльні особливості основних типів твердопаливних котлів

 

Вимоги до палива

Переваги

Недоліки

Класичні твердопаливні котли на колосниковій решітці (прямого спалювання)

Вугілля, дрова, солома, брикети, тюки

Проста технологія, надійність, невисока вартість, можливість використання різних видів палива

Невисокий ККД; цикл прогоряння однієї порції палива – не більше
3-4 год.; майже повна відсутність можливості регулювання температури теплоносія.

Основний недолік: працюють циклом: завантаження палива — розпалювання — горіння — затухання — чистка котла. Дозавантаження котла можливо, але технологічно ускладнено

Твердопаливні котли тривалого горіння (прямого спалювання)

Вугілля, кокс, пеллети, дрова, брикети, тріска вологістю до 35 %

Час роботи котла на одній порції палива до 3-х діб; енергоавтономність

Низький ККД (близько 70 %); відсутність можливості регулювання температури теплоносія; високі вимоги до якості палива

Твердопаливні котли на пеллетах (автоматизовані прямого спалювання)

Пеллети

Великі інтервали між завантаженням палива;високий ККД ; широкий діапазон регулювань теплової потужності; компактне пакування палива

Висока вартість: як самих котлів, так і палива до них; потребують підключення до електроживлення

Газогенераторні та піролізні котли

Сухі брикети, тирса, стружка, тріска, суміш деревини, торф, відходи харчової і легкої промисловості, що містять целюлозу, вологість до 20 %

Високий ККД ; великі інтервали між завантаженнями палива ; широкий діапазон регулювань; надійність і зручність в експлуатації

Потребують підключення до електроживлення ; за відсутності футерування камери завантаження чутливі до вологості палива ; при неповному футеруванні камери згорання дуже швидко виходять з ладу із-за прогорання стінок

 

Наразі вітчизняні виробники теплового устаткування налагодили виробництво котлів-утилізаторів, що працюють на відходах рослинного походження, з відносно невисоким терміном окупності (від 0,8 до 3,7 років) і потужність від 60 до 1500 кВт [2].

Все більшої популярності серед споживачів набувають котли-утилізатори, що працюють за принципом газифікації палива. Разом з деякими недоліками, котли такого типу характеризуються рядом переваг (табл. 2), в тому числі і порівняно низьким екологічним впливом на навколишнє середовище – генераторний газ в процесі згорання взаємодіє з активним вуглецем, унаслідок чого димові гази на виході з котлів газифікації майже не містять шкідливих домішок [1, 2].

Ефективність використання котлів, що працюють на твердому біопаливі очевидна. Для прикладу, проведемо прості розрахунки. В Україні вартість магістрального природного газу, яка залежить від обсягів спожитого газу, в середньому складає 4,6 грн/м3 для юридичних осіб та 1,8 грн/м3 для населення. Для отримання 1 МДж теплової енергії необхідно спалити 0,115 м3 природного газу, із чого походить, що вартість 1 кВт теплової енергії при використанні природного газу складає 0,53 грн для юридичних осіб та 0,21 грн для населення. При середній вартості дров близько 300 грн/м3, їх теплотворній здатності 12 МДж/кг, середній щільності 700 кг/м3, 1 МДж теплової енергії, що отримано при спалюванні дров коштує 0,036 грн.

Розглянемо витрати на опалення дровами приміщення площею 400 м2 і висотою 2,5…2,7 м за один опалювальний сезон в Україні. Відомо, що в умовах помірного європейського клімату для забезпечення необхідного мікроклімату в приміщеннях у відповідності до санітарних норм, номінальна теплова потужність обладнання повинна складати 0,1 кВт на 1 м2 опалювальної площі. Тоді для опалювання приміщення в 400 м2 необхідно встановлення котла номінальною потужністю 40 кВт. Враховуючи теплотворну здатність дров, для забезпечення необхідних санітарних температурних умов в приміщенні, добова потреба в дровах складатиме 120 кг, а сезонна (за 180 діб) – 21600 кг. В грошовому еквіваленті це складатиме 9257 грн. Розглянемо фінансові затрати на опалення цього приміщення протягом опалювального сезону (табл. 3).

Таблиця 3

Порівняльні техніко-економічні показники організації опалювання приміщення площею 400 м2 протягом опалювального сезону (180 діб) станом на 1.01.2014 р.

Показники

 

Тип енергоносія

Вартість 1кВт, грн

Витрати на опалювання, грн

За місяць

За сезон

Опалювання магістральним газом (юр. особи)

0,53 грн

7 632

1373760

Опалювання магістральним газом (фіз. особи)

0,21 грн

3 024

544320

Опалювання дровами

0,1 грн

1 542

9257

 

Слід зазначити, що показники в табл. 5 розраховано для теоретичного к.к.д. теплового обладнання, близького до 100 %, чого в реаліях бути не може. Тому при розрахунку показників ефективності теплової утилізації в реальних умовах слід враховувати к.к.д. технологічного обладнання. Наприклад, при переході від опалювання магістральним газом до опалювання деревиною шляхом її спалювання в котлі «Мотор Сич – 40», вартістю 25 000 грн, к.к.д. якого складає 90 %, власник нерухомості площею 400 м² за один опалювальний сезон має можливість зекономити на опалюванні близько 34 257 грн і повністю окупити вартість обладнання.

Висновки

Підприємства аграрного та лісогосподарського спрямування Житомирської області мають потенційні можливості повного забезпечення твердими видами біопалива власних потреб з метою отримання теплової енергії. В умовах відсутності або недостатньої газифікації об’єктів різних форм власності, наявних фінансово-економічних проблем – енергоконверсія використання місцевих видів палива (торфу, бурого вугілля, рослинних відходів) є одним із засобів, що дозволить досягти необхідного рівня енергетичного забезпечення і енергетичної автономності підприємств та установ. Використання твердих видів біопалива буде більш ефективним за умови дотримання вимог технологічної підготовки сировини для теплової утилізації та узгодження основних техніко-економічних характеристик усіх структурних елементів процесу отримання теплової енергії.

 

Література:

1. Огляд відновлюваних джерел енергії в сільському та лісовому господарстві України / Г. Г. Гелетуха [та інш.]  К.: Інститут економічних досліджень та політичних консультацій, 2006.  58 с.

2. Альтернативна енергетика: [навч. посібник для студ. вищ. навч. закл.] / М. Д. Мельничук, В. О. Дубровін, В. Г. Мироненко, І. П. Григорюк, В. М. Поліщук, С.В. Драгнєв, І. В. Свистунова, С. М. Кухарець. – К: ХОЛТЕХ, 2011. – 568 с.

3. Стратегія розвитку Житомирської області на період до 2015 року / Додаток до рішення обласної ради від 23.04.08 № 503 (із змінами, внесеними рішенням обласної ради від 15.12.11 № 323).

4. Кухарець В. В. Обґрунтування економічно вигідного розміщення переробного підприємства для конверсії органічної сировини / В. В. Кухарець, Н. І. Драгнєва // Науковий вісник НУБіП України – 2010. – № 154 – С. 11-116.

5. Ходаківський Є. І. Економічні альтернативи використання лісосировини / Є. І. Ходаківський, В. О. Смаглій, О. В. Іванюк // Вісник ЖНАЕУ. – 2011. – № 2. – С .24–32.

 

References:

1. Oglyad vidnovlyuvanykh dzherel energiyi v silskomu ta lisovomu gospodarstvi Ukrayiny / G.G. Geletuxa [ta insh.] K.: Instytut ekonomichnykh doslidzhen ta politychnykh konsultacij, 2006/ – 58 s.

2. Alternatyvna energetyka: [navch. posibny`k dlya stud. vy`shh. navch. zakl.] / M. D. Melnychuk, V. O. Dubrovin, V. G. Myronenko, I. P. Grygoryuk, V. M. Polishhuk, S. V. Dragnyev, I. V. Svystunova, S. M. Kukharets. – K: XOLTEX, 2011. – 568 s.

3. Strategiya rozvy`tku Zhytomyrskoyi oblasti na period do 2015 roku / Dodatok do rishennya oblasnoyi rady vid 23.04.08 № 503 (iz zminamy, vnesenymy rishennyam oblasnoyi rady vid 15.12.11 № 323).

4. Kukharets V. V. Obgruntuvannya ekonomichno vygidnogo rozmishhennya pererobnogo pidpryyemstva dlya konversiyi organichnoyi syrovyny / V. V. Kukharets, N.I. Dragnyeva // Naukovy visnyk NUBiP Ukrayiny – 2010. – № 154 – S. 11-116.

5. Xodakivsky Ye. I. Ekonomichni alternatyvy vykorystannya lisosyrovyny / Ye. I. Xodakivskyj, V. O. Smaglij, O. V. Ivanyuk // Visnyk ZhNAEU. – 2011. – № 2. – S .24-32.

 

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Добавление комментария

Имя:*
E-Mail:
Коментар:
Введите код: *

Карта сайту

^