У Швеції існує унікальна система використання енергетичних плантацій верби в екосистемі міст. Її головна суть в тому, що плантації енергетичної верби служать не тільки біопаливом для місцевих котельних установок. Їх також використовують для утилізації і очищення стічних вод. В кінцевому випадку отримують подвійну вигоду: очищають стічні води і економлять на мінеральних добривах для росту плантацій.
Як працюють такі екосистеми і чи мають вони перспективу в Україні?
Застосування енергетичної верби у світі
Перші промислові плантації енергетичної верби з’явились у Швеції в кінці 80-х на початку 90-х років минулого століття, коли в Європі зародився тренд використання альтернативних джерел енергії замість традиційних і добре відомих нам нафти та газу. Тому Швеція, по праву, вважається країною, яка вперше запропонувала і впровадила промислову технологію вирощування енергетичної верби як твердого біопалива.
Наступними країнами, які почали наслідувати приклад Швеції стали Великобританія, Ірландія, Данія, Польща, США та інші. В 2008 році до них приєдналась і Україна. В цьому році появились перші промислові посадки в Україні.
Розповсюдження даної багатолітньої культури саме в цих країнах пояснюється, в першу чергу, сприятливими кліматичними умовами для її вирощування. Це достатня кількість опадів, величина яких має становити на менше 550-600 мм в рік для досягнення планових показників урожайності. Звичайно, крім енергетичної верби, є ще багато інших рослин, які вирощують для отримання зеленої біомаси, проте вони поширені в інших географічних зонах, які краще підходять для їх репродукції.
Важливо відмітити ще один нюанс. Чому енергетичну вербу не зовсім правильно вважати деревом на рівні звичайної верби, хоча вона відноситься до родини вербових. Основна відмінність енергетичної верби, або як її ще називають науковці Salix Viminalis, це те, що дану рослину вирощують кущами. Це в першу чергу пов’язано з промисловою технологією збирання врожаю, тому що дозволяє застосовувати уже існуючі на ринку машини та обладнання. Також це дозволяє, доволі легко перепрофілювати плантацію на вирощування інших сільськогосподарських культур для фермерів, провівши рекультивацію плантації після закінчення технологічного циклу вирощування даної культури або з прийняттям такого рішення в силу інших питань. Наприклад, ринкових умов.
Незважаючи на те, що основне призначення енергетичної верби – це біопаливо для виробництва електричної та теплової енергії, в різних країнах є своя специфіка використання біомаси з енергетичних плантацій верби та основні драйвери ринку.
Швеція. За різними оцінками вербу в Швеції вирощують на площі від 15 до 20 тисяч гектарів. За даними компанії Латенманнен в середньому в країні щорічно засаджують приблизно 500 га нових плантацій, стільки ж рекультивують. Власниками плантацій та виробниками енергетичної тріски являються звичайні фермери.
Основними рушійними силами розвитку даного ринку є такі фактори як високий податок на викиди вуглекислого газу в розмірі 70 євро/тонну СО2, великий попит на біомасу в середині країни, пов’язаний з великою кількістю об’єктів централізованого теплопостачання, які функціонують на твердому біопаливі. Вербову тріску поставляють на 25 об’єктів генерації тепла. По цьому показнику Швеція взагалі знаходиться на першому місці у світі. Як заявив Андерс Лунд, директор Фонду Східноєвропейського партнерства з енергоефективності та довкілля, на міжнародному інвестиційному форумі з енергоефективності, що проходив 7 листопада в Києві в рамках виставки «Енергоефективність 2012», Швеція на сьогоднішній день використовує тільки 5% нафти для виробництва енергії. Ще одним важливим фактором вирощування фермерами плантацій являється державна підтримка фермерів в цьому напрямку. А саме, покриття частини затрат на створення плантацій в розмірі 500 євро на 1 гектар плантації.
Всі ці заходи сприяли тому, що Швеція стала лідером в даному сегменті розвитку біоенергетики у світі. Таким чином, вона зменшила імпорт дорогих енергоресурсів і перейшла на використання внутрішніх альтернативних джерел енергії, і показала, як за короткий проміжок часу можна повністю поміняти структуру споживання енергоносіїв, створивши при цьому додаткові робочі місця.
Великобританія. За даними Європейської Асоціації біомаси у Великобританії висаджено близько 4000 га плантацій енергетичної верби. В цій країні тріску енергетичної верби використовують в основному в якості біопалива на біо-ТЕЦ, для чого в країні створені відповідні законодавчі умови. Серед основних факторів, які посприяли розвитку плантацій у цій країні, можна виділити обмеженість лісових ресурсів в самій країні, і державну підтримку фермерів у розмірі 800-1000 фунтів стерлінгів на один гектар при посадці як компенсація частини затрат на закладення.
Данія. Ця країна незважаючи на свої невеликі розміри являється на передовій в сфері розвитку біоенергетики. В останні роки в країні почали будувати нові станції централізованого опалення з використанням твердого біопалива, які за приклад для розвитку розглядають інші країни. Одним із джерел енергії для отримання тепла являються плантації енергетичної верби, площа яких в країні складає понад 3 000 га.
На відміну від інших країн основним стимулюючим фактором для фермерів вирощувати плантації енергетичних рослин стали високі ціни на біомасу, що, в свою чергу, спричинено великим попитом на неї всередині країни. Станом на 2012 рік ціни на тріску енергетичної верби в країні наближаються до рівня 100 євро/тонну.
Польща. За даними Агентства реструктуризації та модернізації сільського господарства (ARiMR) станом на 2010 рік в Польщі було висаджено більше 6 000 га енергетичної верби. Основний попит на біомасу з цих плантацій формують польські ТЕС, які виробляють 90% електроенергії в країні. Тому в Польщі прийнятий закон, який стимулює ТЕС використовувати біопаливо для спільного згоряння разом з вугіллям для зменшення викидів CO2 в атмосферу. Позитивний для ринку Польщі стало також те, що в 2008 році Польща прийняла постанову, яка стимулює використання сільськогосподарської біомаси, до якої належать і енергетичні рослини. У відповідності до цієї постанови об’єкти, які споживають біопаливо мають гарантовано споживати мінімальний встановлений процент агробіомаси. Даний показник встановлений для різних категорій виробників теплової та електричної енергії і передбачає ріст споживання агробіомаси до 2017 року.
Прийняття постанови про стимулювання використання агробіомаси та наявність великої кількості малопродуктивних земель дало поштовх до розвитку плантацій енергетичної верби в Польщі. Так в Польщі виникла хороша практика, яка може бути прийнята за основу для розвитку ринку біоенергетики в Україні. Енергетичні компанії готові частково фінансувати закладення плантацій і гарантувати викуп всієї біомаси в майбутні роки. Зважаючи на те, що в Україні теж велика частка використання вугілля в електрогенерації, лише 5% заміщення вугілля біомасою або спільне спалювання може дати великий поштовх для розвитку внутрішнього ринку твердого біопалива. Це вигідніше порівняно з будівництвом нових біо-ТЕС, оскільки потребує менших капіталовкладень для модернізації обладнання для спільного використання вугілля і біомаси. Заміна 5% частки вугілля на біопаливо на українських ТЕС – це ринок обсягом 1,5-2 млн. тонн пеллет, що в 3-4 рази більше, ніж в Україні виробляється станом на 2012 рік.
Характеристики енергетичної верби як біопалива
Верба відноситься до легких порід деревини з густиною 460 кг/м3 при нормалізованій вологості 12%. Для порівняння сосна має аналогічну густину 510-520 кг/м3 (по різним джерелам). Нижча теплота згоряння сухої вербової деревини складає 18,5 МДж/кг, що майже дорівнює нижчій теплоті згоряння хвойних порід.
При збиранні урожаю отримують тріску вологістю 50-55% з нижчою теплотою згоряння 8 МДж/кг або 1900 ккал/кг. Цього достатньо для використання вербової тріски з високим КПД в сучасних котлах на киплячому шарі, які сьогодні успішно починають використовувати в розвинених країнах. Якщо використовувати тріску тільки на виробництво тепла в невеликих водогрійних котлах (0,6-1 МВт), то для більш ефективного згоряння, потрібно щоб тріска мала вологість 35-40%. Це можна досягнути за рахунок зберігання біомаси під накритим приміщенням з хорошою циркуляцією повітря.
З одного гектару плантації можна отримувати 7-15 сухих тонн енергетичної верби в рік. Для розрахунків візьмемо середню величину 10 odt (oven dry tone – повністю суха тонна – показник, який використовується для позначення абсолютної сухої деревини, або як ще інколи називають Атро-тонна). Нижча теплота згоряння атро-тонни 18,5 ГДж/т, відповідно один гектар енергетичної плантації дає 185 ГДж енергії в рік, що еквівалентно 5,16 тис. кубів природного газу (NCV=35,88 ГДж/кг). При сьогоднішніх цінах на природний газ для приватних установ і бюджетних організацій в розмірі 4680 гривень за тисячу кубів вартість газу, еквівалентного 1 га плантацій верби, дорівнює 24 тисячі гривень. Як доводять розрахунки, затрати на те, щоб зібрати і доставити 10 odt будуть становити приблизно 7-8 тисяч гривень (включаючи амортизація біологічних активів). Різниця вартості ресурсів – 16 тис.грн. – це привід задуматись над реконструкцією котельних установок з природного газу на біопаливо як місцевий вид енергоресурсів.
Якою може бути модель розвитку ринку енергетичних плантацій в Україні?
Енергетичні рослини, в нашому випадку енергетичну вербу, можна вирощувати на малопродуктивних землях, яких в Україні тільки в північному і західному регіонах країни, нараховується сотні тисяч. Питання – чому би їх не використовувати ефективно на благо місцевих общин?
Як зазнаечно вище, вирощування енергетичної верби в різних країнах спричинене різними факторами і має свої особливості. Для України на даному етапі розвитку з урахуванням прийнятих законодавчих актів в сфері нетрадиційних і відновлювальних джерел енергії можна виділити основні сегменти, де можна використовувати плантації енергетичної верби. Перший, це отримання біомаси для біо-ТЕЦ, які виробляють електроенергію по зеленому тарифу. Другий, це використання тріски енергетичної верби як палива для твердопаливних котлів на котельних установках, які виробляють теплову енергію для бюджетних, соціальних об’єктів, а також на об’єктах централізованого опалення в невеликих містах України.
Зупинемось більш детально на другому варіанті і покажемо, як подібні системи можуть функціонувати в Україні, враховуючи подібний досвід в інших країнах.
За приклад для розгляду візьмемо невелике місто з населенням до 30 000 населення. Як правило, в таких містах є декілька котельних установок, які працюють на природному газі. Деякі з них поставляють тепло для населення, інші для бюджетних та соціальних об’єктів міста. Середня за потужністю котельня виробляє в рік 1500 Гкал теплової енергії, що достатньо для опалення приміщень площею 10-12 тисяч квадратних метрів. Для отримання такої кількості тепла потрібно 700-900 тонн тріски енергетичної верби в рік, яку достатньо вирощувати на площі 40-50 га, щоб кожен рік забезпечувати котельню паливом.
Такі плантації має сенс створювати на невеликій відстані від міста як з метою зменшення витрат на логістику, так і можливістю використання стічних вод, які являються хорошим органічним добривом з великим вмістом азоту. В даному випадку плантація енергетичної верби слугує ще й хорошим екологічним способом утилізації стічних вод та їх очищення. В результаті ми отримуємо замкнену екологічну систему, яка працює в межах одного району. На сьогоднішній день відомо 20 прикладів таких систем в Швеції.
Мал.№1. Система самозабезпечення енергоресурсами на рівні одного міста
Висновки
Однозначно можемо сказати, що на сьогоднішній день існує багато альтернативних джерел енергії для заміщення традиційних нафти та газу на місцевому рівні. Вони знаходяться навколо нас у великій кількості, тільки ми не навчились їх використовувати, незважаючи на уже доступні технологічні рішення.
В даній статті показано одну із можливостей використання таких ресурсів на прикладі енергетичної верби. Це створення замкненої екосистеми на рівні міста і території навколо нього, яка органічно вписується в уже існуючу систему і дозволяє ефективно використовувати наявні ресурси у вигляді відходів, перетворюючи їх на паливо для виробництва теплової енергії. В результаті створення невеликого кластеру енергетичної верби ми отримуємо наступні переваги:
Вирішуємо проблему утилізації стічних вод
Стічні води, в свою чергу, служать органічним добривом для приросту біомаси енергетичних плантацій
Місто стає енергонезалежним від постачання зовнішніх енергоносіїв для виробництва теплової енергії
Затрати на виробництво теплової енергії можна прогнозувати більш стабільно, оскільки вони перестають залежати від зміни ринкових цін
Реалізація проекту дозволяє створити додаткові робочі місця
Ефективно використовуються малопродуктивні землі
Зважаючи на те, що Україна має великий сільськогосподарський потенціал, використання подібних систем, здається, лежить на поверхні. По цьому шляху сьогодні ідуть такі країни як Німеччина, Швеція та інші. Тому є надія, що в нашій країні від слів про дорогий природний газ перейдуть до реалізації проектів на основі внутрішніх енергоресурсів.
Володимир Івахів, Старший аналітик компанії ТОВ «Салікс Енерджі»
