Классификация и характеристика древесного топлива

Определение видов древесного топлива:

Щепа из отходов деревообработки – щепа, полученная из необработанных отходов промышленной древесины (ребер, откомлевок и т.д.);

Щепа из пней – щепа, полученная из пней или коряг;

Щепа из отходов лесозаготовок – щепа, полученная из ветвей и вершин (крон) после заготовки деловой древесины;

Щепа из целых деревьев – щепа, полученная из надземной биомассы дерева (ствола, ветвей, хвои или листьев);

Щепа из бревен или щепа из длинномерной древесины – щепа из очищенных от ветвей и сучьев деревьев;

Лесная щепа – щепа, полученная из сырой древесины деревьев;

Топливная щепа – щепа, полученная путем измельчения для сжигания различными методами;

Щепа из лесопильных отходов – щепа, полученная из побочных продуктов лесопильного производства с остатками или без остатков коры;

Опилки – мелкие частицы древесины, являющиеся побочным продуктом лесопильного производства;

Кора – отходы, полученные при обработке деловой древесины методами окоривания;

Шлифовальная древесная пыль – пылеобразные отходы, образующиеся при шлифовании необработанной древесины и досок;

Древесные топливные гранулы – пеллеты (ДТГ) – изделия цилиндрической формы (диаметром 6-8 мм, длиной до 30 мм), спрессованные методом экструзии из предварительно высушенной и измельченной древесины;

Древесные топливные брикеты – изделия цилиндрической формы (диаметром 60-80 мм, длиной до 300 мм), спрессованные методом экструзии из предварительно высушенной и измельченной древесины.

Недостатки древесного топлива:

- самовозгорание;

- быстрое загнивание;

- низкая объемная теплотворная способность;

- малая насыпная плотность;

- высокая исходная влажность (60% и выше).

Данные факторы делают невыгодной перевозку первичного древесного топлива, усложняют складирование и хранение. Существенные различия по влажности снижают эффективность теплоэнергетического оборудования, усложняет и удорожает производство энергии.

Древесные гранулы:

вышеуказанные недостатки устраняются при использовании «улучшенного» древесного топлива. Одним из видов такого топлива являются древесные топливные гранулы (ДТГ) – спрессованные методом экструзии из предварительно высушенной и измельченной древесины изделия диаметром 6–8 мм, длиной 4–30 мм.

Преимущества ДТГ:

- не способны к самовозгоранию;

- биологически неактивны – не гниют, не содержат пыли и спор;

- постоянная влажность (не более 10%);

- меньшие объемы для хранения;

- меньшая стоимость котельного оборудования для сжигания ДТГ;

- значительно большая теплотворная способность по сравнению со щепой, опилками и кусковой древесиной.
Необходимо отметить, что горючими веществами в древесине, как и в других видах растительной биомассы, являются углерод (около 51%) и водород (около 6%), остальные вещества - это балласт. К тому же обезвоживание древесины требует значительных затрат энергии как при прямом сжигании, газификации и т.д., так и при предварительной сушке. Таким образом, энергетическое использование первичных видов древесного топлива (дров, щепы) с относительной влажностью = 45-60% в 1,8-3,5 раза снижает теплотворную способность древесины, см. рис.



Влагосодержание древесного топлива существенно влияет также на механизмы и эффективность процессов горения и теплообмена в энергогенерирующих. Устойчивое, стабильное горение происходит при влажности, например, топливной щепы до 40…45%. Горение возможно также и при влажности щепы до 56…57%  с коэффициентом избытка воздуха от 2 до 4…5, но оно не устойчиво. В отдельных, дорогостоящих топочных устройствах можно сжигать щепу с предельно допустимой влажностью 60 и даже 65% или использовать дополнительные источники тепла, сжигая другое топливо (газовая, мазутная "подсветка" и т.д.). Однако, такие технологии разумно использовать только для утилизации древесных отходов, а не с целью производства тепловой энергии.

Вторым важнейшим фактором, существенно влияющим на эффективность топочных процессов, является неоднородность и непостоянство физико-механических характеристик и большая полидисперсность (0,5мм-50мм) первичных видов древесного топлива.

Таким образом, для эффективного использования энергетического потенциала древесного топлива, количество которого в стране ограничено, предлагается исходную топливную древесину должным образом подготовить:

- высушить,

- гомогенизировать, т.е. придать ей стабильные физико-химические и механические параметры и свойства.

Это позволит существенно (в 2-3 раза) повысить удельную теплотворную способность, оптимизировать топочные процессы, увеличить КПД теплогенерирующего оборудования и его эффективность в 1,3…2,8 раза, снизить стоимость оборудования и затраты на его эксплуатацию, см. табл.

Параметры	Виды топлива
	Рафинированное «улучшенное»	Первичное
	Гранулы	Щепа топливная		Щепа сухая
		влажная	полусухая
Влажность	8	60	45	12
Теплотворная способность, Гкал/т	≥4,2	1,279	2,052	3,8
Энергетический эквивалент по отношению к условному топливу	≥0,6	0,18	0,29	0,54
Насыпная плотность, ρн, т/м3	0,63-0,67	≥0,35	≥0,25	0,08-0,12
Среднегодовой КПД энергогенерирующей установки, η, %	85	30	40	65
Теплопроизводительность, Q, Гкал/т	≥3,57	0,38	0,82	2,47
Удельный расход условного топлива на производство тепла, т/Гкал	0,168	0,474	0,357	0,220

Обобщая изложенное выше, очевидно, что теплоэнергетическая эффективность таким образом подготовленного (концентрированного по горючей массе, имеющего стабильные физико-химические и механические характеристики), т.е. рафинированного древесного топлива – древесных топливных гранул-пеллет, в несколько раз будет выше по сравнению с первичным древесным топливом (топливной щепой). Низкая влажность древесных топливных гранул, однородность и стабильность их физико-химических и механических характеристик способствуют увеличению теплотворной способности, повышают эффективность процессов горения, упрощают конструкцию теплоэнергоустановок, процессы регулирования и управления ими, повышают КПД. Использование рафинированных видов древесного топлива и эффективное теплопроизводящее оборудование позволит получить в 2-4 раза больше тепловой энергии из имеющегося потенциала топливной древесины по сравнению с технологиями сжигания, газификации и т.д. первичных видов древесного топлива, таких как дрова, щепа и другие.
Объём производства, цены, производители, потребители

Основным производителем древесного топлива являются предприятия Министерства лесного хозяйства – лесхозы. Централизованная заготовка дров и древесных отходов осуществляется предприятиями Минлесхоза и концерна «Беллесбумпром».

В качестве сырья используются:

- отходы деревообработки, образующиеся в лесопильно-деревообрабатывающих цехах лесхозов;

- дрова от плановых рубок, заготовка которых осуществляется имеющимися или создаваемыми в системе Минлесхоза мощностями;

- лесосечные отходы;

- древесный отпад и старый сухостой, заготавливаемые при очистке леса от захламленности.

Данные за 2009 год: организации Минлесхоза заготовили всего 3,9 млн.куб.м древесного топлива.

В отрасли создано 31 производство суммарной мощностью 500 тыс.куб.м топливной щепы в год. Однако из-за отсутствия сбыта и неритмичности потребления щепы некоторые производства работают не на полную мощность или частично простаивают. Особенность производства топливной щепы в том, что она не может долго храниться, иначе теряется ее теплопроводность. В 2009 году было изготовлено 204,8 тыс.куб.м топливной щепы. Местным теплоисточникам жилищно-коммунального хозяйства реализовано 912 тыс.куб.м дров и 123,5 тыс.куб.м топливной щепы. Экспортировано 2,9 тыс.куб.м дров и 30 тыс. плотных куб.м. топливной щепы.

Госпрограммы по древесному топливу:

- Программа повышения эффективности работы деревообрабатывающих производств (цехов) Министерства лесного хозяйства на 2007-2010. Согласно этой Программе проведена реструктуризация данных производств. Наиболее развитые цеха модернизированы, на их базе организован выпуск пилопродукции, оцилиндрованной древесины и изделий из нее, деревянных полуфабрикатов, древесной топливной щепы и гранул (пеллет), переработке твердолиственной древесины.

- Согласно Государственной программы инновационного развития Республики Беларусь на 2007-2010 годы в системе Минлесхоза создаются и новые производства. Два из них – заводы по выпуску топливных гранул (пеллет) уже работают в Столбцовском опытном и Житковичском лесхозах. Годовая суммарная мощность этих предприятий – 14 тыс. тонн пеллет.

Производителями пеллет в Беларуси также являются: СООО «ЭКОГРАН», СООО «ПРОФИТСИСТЕМ», УП «ИВА», ОАО «Пинскдрев».
Основным потребителем древесного топлива является население (дрова для печного отопления), предприятия ЖКХ (дрова, топливная щепа), мини-ТЭЦ концерна «Белэнерго» (дрова, топливная щепа).

Известно порядка 3000 малых и средних котельных, работающих на древесном топливе.

Мини-ТЭЦ на древесном топливе работают в Пружанах, Вилейке, Бобруйске, Осиповичах, Пинске.

В 2010 году утверждена Государственная программа развития возобновляемых источников энергии на 2010-2015 годы. Согласно программе собираются построить 161 мини-ТЭЦ, работающую на древесном топливе. (В Министерстве лесного хозяйства имеются данные о перспективном строительстве 20 мини-ТЭЦ, работающих на древесном топливе.) Планируется увеличить производство топливной щепы, и ее объемы увязать с созданием соответствующих энергоисточников. При этом организацию новых мощностей по выпуску щепы собираются вести с опережением!?
Плантации лесных культур и быстрорастущих энергорастений.

За 2009 год создано 171 га плантационных лесных культур для обеспечения целлюлозно-бумажной промышленности сосновыми и еловыми балансами, а также деревообрабатывающих производств высококачественным пиловочником.

В Минлесхозе прорабатывают посадки быстрорастущих энергорастений (кустарниковых и травянистых) со среднегодовым приростом биомассы свыше 25м³/га. Предварительно оценивается, что имеется 100 тыс. га земель технически доступных в настоящее время для «энергетических» посадок, потенциал биомассы быстрорастущих растений оценивается 0,6…0,8 млн. т.у.т./год – порядка 2…2,75 млн. м³ древесного топлива в год. Кроме того, в Беларуси имеется  до 500 тыс. га малоценных и низко продуктивных угодий, нерентабельных для выращивания сельхозпродукции. С учётом этой перспективы возможно увеличение энергетических посадок с получением до 4 млн. т.у.т. в год (13 млн. м³ древесного топлива в эквиваленте). В концерне «Белтопгаз» в 2010 году должны были начать освоение технологии выращивания быстрорастущих пород растений и деревьев?

Стоимость древесного топлива.

Ранее действовало Постановление Министерства энергетики Республики Беларусь от 4.07.2007 года за № 21 «О расчётах организаций «Белэнерго» с поставщиками древесного топлива». Согласно этому документу цена устанавливалась с учётом влажности и теплотворной способности исходного древесного сырья. В настоящее время этот документ уже не действует, а действует Постановление Министерства лесного хозяйства Республики Беларусь от 24.12.2009 года за № 35 «О ценах на дрова в заготовленном виде (за исключением дров для населения) и щепу топливную на 2010 год». Данные цены фиксированы для всех производителей и юридических потребителей дров и щепы топливной.

Дрова: цена за один плотный м³ без НДС, бел. рублей

Древеная порода	влажность	Франко-верхний лесосклад	Франко-промежуточный лесосклад	Франко-нижний лесосклад (склад предприятия)	Франко-вагон, станци отправления, судно. пристань
сосна, ольха	Сухие до 25	28300	37300	50700	63800
	Влажные свыше 25	22800	30000	40900	51500
…
…

Все цены находятся в пределах 22 200…66 100 бел. рублей.
Щепа топливная: цена за один плотный м³ без НДС, бел. рублей:

	Франко-промежуточный лесосклад	Франко-склад поставщика (склад предприятия)	Франко-склад потребителя
Щепа топливная	52000	62000	73000

Объём рынка

Учитывая данные за 2009 год по котельным ЖКХ и предприятий, переведенным на древесное топливо, а также мини-ТЭЦ, имеем следующий объём дров и щепы топливной:

Ориентировочно 1 млн. м³ дров и 200 тыс. м³ щепы. Принимая стоимость 1 м³ дров порядка 44000 руб и 1 м³ щепы – 73000 руб, получим среднегодовой объём рынка порядка 19 млн. долл.$.

Древесные топливные гранулы (пеллеты)

Не используются в Беларуси в качестве топлива котельных и мини-ТЭЦ. Стоимость пеллет белорусскими производителями держится на уровне 96…101 евро за тонну (
FCA, г.Пинск). Известно, что практически весь объём производимых пеллет идёт на экспорт. Стоимость пеллет на европейском рынке – порядка 130…135 евро за тонну (DDU, Германия).

Пояснения

Необходимо также отметить, что технологии энергетического использования первичного древесного топлива (дров и щепы) требуют достаточно дорогостоящего, сложного и громоздкого оборудования для заготовки, измельчения, хранения и транспорта, включая межоперационный и технологический (есть отчёт Белгипролеса по производству и заготовке древесного топлива). Вследствие высокой влажности первичного древесного топлива и низкой теплотворной способности, приходится на котельных и мини-ТЭЦ затрачивать дополнительную электро- и теплоэнергию на его подготовку – измельчение, опресовку и главное сушку. В противном случае теплопроизводительность таких котельных и мини-ТЭЦ остаётся низкой. Пример Осиповичская мини-ТЭЦ:

средняя себестоимость тепловой энергии, получаемой при сжигании древесной щепы на Осиповичской мини-ТЭЦ, составляет около 60000 руб. за Гкал, а по данным энергетиков ЖКХ в зимнее время она доходит до 120000…170000 руб. за Гкал, в то время как в среднем по энергосистеме (работающей на природном газе) тариф для промышленных потребителей за горячую воду и пар в зимний период составляет 129000 руб/Гкал, а для ЖКХ 44000 руб. за Гкал.

Считается, что Пружанская мини-ТЭЦ имеет наилучшие энергетические показатели, например, при тепловой мощности 11,85 Гкал/час, она потребляет 70м³ щепы и 120 м³ дров в сутки. В расчётах тепловой эквивалент 1м³ древесного топлива принимают равным 0,29, а тепловой эквивалент 1000 м³ природного газа соответственно 1,15.

Тогда получим:  (70+120)·0,29/24/11,85 = 0,194 т.у.т/Гкал, в то время как ТЭЦ и котельные на природном газе имеют показатель 0,155…0,17 т.у.т/Гкал.

То есть для получения 11,85 Гкал/час потребуется 0,16·24·11,85/1,15 = 40 тыс. м³ природного газа в сутки. В настоящее время для промпотребителей и для энергосистемы цена на природный газ составляет без НДС 217 долларов США за 1 тыс. куб. метров.

Тогда затраты на природный газ: 217·1,2·40 = 10416 долл.$ в сутки.

Дровяное топливо и щепа: (44000·1,2·120+73000·1,2·70)/3090 = 4035 долл.$ в сутки. 

Пеллеты: 0,168·24·11,85/0,6= 79,7 тонн, 79,7·96·1.3·1,2 = 11935 долл.$ в сутки.

На таком обосновании экономии природного газа основывается ориентация госпрограмм на строительство котельных и мини-ТЭЦ на дровах и щепе, а не на пеллетах, а также обосновывается необходимость поддержания низких цен на дрова и щепу.

  Отметим, что малодоступна информация по поводу Осиповичской и Пружанской ТЭЦ, не известно выходят ли они на проектную мощность, не известны точные затраты на собственные нужды – на подготовку и сушку первичного топлива, не учитывается стоимость доставки топлива (например на Пружанскую ТЭЦ древесное топливо возят мазами за 30км), не учитываются полные затраты лесхозов на заготовку топлива – стоимость работы рубильных машин, тракторов, трелёвку, и тд, стоимость хранения (отчёт Бегипролес). Отметим также, что основные статьи доходов лесхозов – это заготовка, переработка и экспорт деловой древесины, а не топливной.

При строительстве в ближайшие годы хотя бы 20-ти мини-ТЭЦ аналогичных Пружанской, получим ежегодное увеличение потребления топливной щепы порядка 400 тыс. м³ и дров порядка 500 тыс. м³. Соответственно объём рынка увеличится на 16 млн.долл$.

Имеются такие данные по информации лесхозов: возможно довести ежегодный объём заготовки древесного топлива до 5 млн. м³(сейчас заготавливают порядка 4 млн. м³ в год), а к 2012 году собираются довести объём заготовки древесного топлива до 11 млн. м³!?, и это без учёта создания топливных плантаций быстрорастущих деревьев.

Вопрос: каковы будут затраты на создание плантаций энергетических деревьев, на заготовку древесного топлива и будет ли это рентабельно, например при цене 73000 рублей?