книги2 / 352

4.ИЗБЫТОЧНАЯ ЭНЕРГИЯ

Вдополнительной электроэнергии, которую будут генерировать сначала 5, а потом еще 25 предлагаемых к строительству мусоросжигательных заводов, Россия не нуждается104. В стране уже сейчас наблюдается значительный избыток электроэнергетических мощностей. Количество часов использования установленной мощности электростанций в целом по ЕЭС России (коэффициент использования установленной мощности) в 2020 г. составило 48,25% календарного времени. В предыдущие годы этот показатель находился в районе 50%.

Чтобы выполнить плановый показатель выручки от продажи электроэнергии в 982,1 млрд руб. за 35 лет и 16,2 млрд в 2024 г. (см. главу 2 «“Платиновые” инвестиции»), КИУМ должен быть достаточно высоким. Но это почти нереально: самые эффективные атомные электростанции в России в лучшие периоды достигали коэффициента 85% (рис. 12). Не полностью используется мощность и в других странах: наибольший КИУМ в 2019–2020 гг., как следует из данных Совета рынка105, отмечался в Германии, Великобритании и Австралии (72,5%), был также зафиксирован на австралийских угольных электростанциях. В Германии лидировали АЭС с 71,1%.

Получается, что для выполнения плана по выручке при невысоком КИУМ продажная цена должна быть значительной (табл. 5). Но если электроэнергия будет дешевой, плановых показателей достичь не удастся.

Источник: Расчеты Института экологии НИУ ВШЭ.

104  Отсутствие потребности в типовых мощных МСЗ (55–70 МВт) подтверждают и оценочные расчеты НП «Совет рынка», согласно которым максимальная потребная мощность по 25 крупнейшим регионам России, рассчитанная исходя из эталона в 1 МВт / 100 тыс. жителей для Республики Татарстан, где реализуется один из пилотных проектов мусоросжигательных заводов, составляет не более 1050 МВт, тогда как мощность 25 дополнительных типовых МСЗ составит 1450 МВт. И только в 6 регионах появление таких объектов было бы отчасти оправдано, если бы там не использовались другие способы генерации электрической энергии.

105  Зарубежная электроэнергетика. НП «Совет рынка». <https://www.np-sr.ru/ru/market/cominfo/ foreign/index.htm> (дата обращения 01.04.2021).

41

Рис. 12. Коэффициенты использования установленной мощности (КИУМ) электростанций по ЕЭС России и ОЭС

Источник: Системный оператор Единой энергетической системы. Отчеты о функционировании Единой энергетической системы. <https://www.so-ups.ru/functioning/tech-disc/tech- disc-ups/> (дата обращения 27.03.2021).

Создание новых энергетических мощностей за счет сжигания отходов может привести и к другим негативным последствиям.

1.Будет конкурировать (вытеснять) с более эффективной газовой генерацией. Помимо экономических характеристик энергии из отходов и энергии на природном газе, МСЗ и ТЭС отличаются по выбросам углерода. Углеродо-

емкость установки по сжиганию отходов составляет около 600 кг эквивалента СО2 на 1 МВт.ч, тогда как парогазовая электростанция показывает 380 кг CO2 на 1 МВт.ч.

2.Вызовет рост перекрестного субсидирования. По расчетам Совета рынка106, только в результате запуска 5 пилотных МСЗ перекрестное субсидирование отрасли обращения с отходами через рынки электроэнергии приведет к тому, что потребители оптового рынка дополнительно заплатят 290 млрд руб. за период действия ДПМ (15 лет)107. Для 25 предлагаемых МСЗ ДПМ не является основным источником дохода, но и заложенные в модели 100 млрд руб. также дополнительно лягут на энергопотребителей.

3.Спровоцирует дальнейший отказ крупных потребителей от покупки энергии на рынке и их переход на самообеспечение. Это может произойти

106  Презентация НП «Совет рынка» к обсуждению энергетической утилизации в интерактивном обсуждении Госдумы в начале февраля 2021 г.

107  Указанная стоимость мощности за 15 лет включает компенсацию эксплуатационных затрат,

возврат инвестиций, доходность на плановые инвестиции с базовой ставкой 12% годовых и налог на прибыль.

42

5.СЖИГАНИЕ ТКО

ИАЛЬТЕРНАТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ

Несмотря на то что полигонное захоронение и сжигание с выработкой энергии остаются основными способами обращения с коммунальными отходами в мире, современные полигоны и мусоросжигательные заводы благодаря развитию технологий радикально отличаются от своих предшественников. Если старые свалки образовывались на заброшенных территориях, в оврагах или использованных карьерах, аккумулируя не только пищевые, но и опасные отходы, то теперь многие страны жестко регламентируют как выбросы, так и места размещения и правила строительства объектов захоронения108. В некоторых странах запрещено захоронение биоразлагаемых отходов — основного источника свалочного газа109. В этом случае полигоны становятся практически безопасными для окружающей среды.

Современные полигоны — это высокотехнологичные комплексы сооружений, включающие мощности по обработке отходов с автоматизированными линиями для извлечения и переработки вторичного сырья, компостирования быстро разлагаемых органических отходов и полигон для захоронения «хвостов» с системой сбора и обезвреживания фильтрата и биогаза и автоматическим контролем соблюдения требований охраны окружающей среды. Безо­ пасность таких комплексов, например, в Германии подтверждена Постановлением о полигонах и объектах длительного хранения — «Dep V»110.

К МСЗ также предъявляют жесткие требования, которые довольно часто пересматриваются в сторону еще больших ограничений (подробнее см. главу 1 «Обращение с ТКО в России и мире»). Поэтому при рассмотрении проектов строительства МСЗ в любом случае следует ориентироваться на самые совершенные технологии, существующие в мире, с учетом постоянно ужесточаемых требований к таким объектам.

Однако на сжигании и захоронении применяемые сейчас технологии не заканчиваются. Развитые страны стараются внедрять и другие современные способы обработки — пиролиз, плазменную газификацию, аэробное и ана­ эробное сбраживание и др., которые также связаны с извлечением энергии из отходов — Waste-to-Energy111. Эти технологии тоже позволяют получать энергию из отходов, но некоторые из них могут производить не энергию, а био-

108  В Евросоюзе, например, Директивами о полигонах — 2003/33/ЕС и 2018/850/ЕС.

109  Landfill Taxes and Bans in EU. CEWEP, Confederation of European Waste-to-Energy Plants. 2017. <https://www.cewep.eu/wp-content/uploads/2017/12/Landfill-taxes-and-bans-overview.pdf> (дата обращения 20.12.2020).

110  Verordnung über Deponien und Langzeitlager. <http://www.gesetze-im-internet.de/depv_2009/ index.html> (дата обращения 30.03.2021).

111  Поскольку большая часть мощностей Waste-to-Energy приходится на МСЗ, многие ассоциируют эти два понятия, хотя извлекать энергию из отходов можно с помощью разных технологий.

44

5. СЖИГАНИЕ ТКО И АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ

газ, который затем можно использовать как экологичное топливо, причем не только для выработки энергии.

Трудности статистики. Официальные данные по странам пока представляются в очень обобщенном формате. Основные категории — «Сожжено», «Захоронено», «Переработано», «Компостировано» (две последние могут быть объединены). Однако в этом году США начали подробно расписывать обращение с пищевыми отходами, выделяя наиболее подходящее для них анаэробное сбраживание в отдельную категорию (рис. 13112). Данных по пиролизу, газификации и другим способам утилизации ТКО в официальной статистике нет.

*Компостирование.

**Включая прочие виды сбраживания.

Рис. 13. Управление пищевыми отходами в США

Источник: EPA.

В России пока ограничились только созданием технологичных полигонов113, предусматривающих обязательную сортировку и компостирование пи-

112  Статистика по обращению с отходами в США, опубликованная United States Environmental Protection Agency (EPA), за 2018 г. содержит новую категорию — «Управление пищевыми отходами», где отражается несколько способов утилизации этого вида ТКО. Среди них, кроме количества еды, отданного на корм животным или в виде пожертвования, агентство выделяет анаэробное сбраживание, на которое за год было отправлено около 5,3 млн т пищевых отходов.

113  Еще несколько подобных объектов действуют в других российских регионах: в Пермском крае, Калужской, Белгородской, Нижегородской и других областях.

45

ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ РАЗВИТИЯ МУСОРОСЖИГАНИЯ В РОССИИ

щевых отходов и называемых поэтому комплексами по переработке отходов (КПО). Технический грунт, полученный при компостировании, используется для пересыпки захораниваемых фракций и обсыпки дорог. Другого применения этого продукта не найдено. Кроме того, эксплуатанты КПО начинают осваивать производство RDF-топлива (топлива из отходов), основным потребителем которого считаются цементные заводы.

Свалочный газ и биомассу, переработанную в энергию, в России практически не используют (рис. 14). Газификация также пока не нашла признания. Пиролизные установки существуют, но говорить о развитии этого направления вряд ли стоит: любая подобная инициатива вызывает недовольство местного населения, и чиновники, опасаясь социальных протестов, как правило, не поддерживают такие предложения. Анаэробное сбраживание практически недоступно, поскольку в стране отсутствуют обязательный раздельный сбор ТКО и выделение из общей массы пищевых отходов. Плазменная газификация также пока только обсуждается в узком кругу профессионалов.

Рис. 14. Объем выработки электроэнергии на квалифицированных объектах ВИЭ в России, подтвержденный сертификатами

Источник: Возобновляемые источники энергии. АНО «Совет рынка». <https://www.np-sr. ru/ru/market/vie/index.htm> (дата обращения 09.03.2021).

В целом за всю свою историю человечество выработало и апробировало три стратегии обращения с твердыми коммунальными отходами — сырьевую, биотехнологическую и топливно-энергетическую.

Ксырьевой стратегии относятся селективный сбор утильных фракций ТКО у населения, сортировка их на промышленных комплексах с получением вторичного сырья для производства.

Кбиотехнологической стратегии относятся анаэробное и аэробное компостирование отходов с получением компоста и биогаза, экологическое размещение и захоронение отходов на полигонах ТКО, гидролиз с получением биоэтанола.

46

5.СЖИГАНИЕ ТКО И АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ

Ктопливо-энергетической стратегии относятся слоевое сжигание, сжигание в вихревом кипящем слое, совместное сжигание ТКО и энергетического топлива, сжигание в барабанных печах с получением тепла и электроэнергии, пиролиз, газификация (некоторые характеристики технологий приведены в табл. 6).

Источники: Публикации о технологиях обращения с ТКО.

47

ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ РАЗВИТИЯ МУСОРОСЖИГАНИЯ В РОССИИ

Сырьевая стратегия

Среди стран Евросоюза рециклинг ТКО наиболее распространен в Германии (49% переработанных отходов), Швеции (30%), Дании (32%) (см. главу 1 «Обращение с ТКО в России и мире»).

Рециклинг и компостирование коммунальных отходов составляли вместе как минимум половину переработанных отходов в Германии и Нидерландах.

Биотехнологическая стратегия

Компостирование

Этот процесс биохимического преобразования содержащейся в ТКО биомассы может протекать как в аэробных (производство компоста), так и в анаэробных условиях (метанизация). В обоих вариантах образуется продукт, который самостоятельно или совместно с другими питательными веществами может выступать в качестве органической добавки или удобрения для подкормки растений.

Воснову технологии компостирования положен комплексный метод биохимической переработки отходов в аэробных условиях с разложением органической части ТКО, образованием биомассы и выделением тепла. Перед биохимическим преобразованием отходы проходят предварительную сортировку (извлечение черного и цветного металлов, стеклобоя, мелкого отсева).

Внастоящее время в мире эксплуатируется более 100 типов подобных сооружений, построенных различными компаниями, каждая из которых, как правило, использует собственное защищенное патентами технологическое оборудование.

ВРоссии компостирование было широко распространено в 1980–1990-е годы. Тогда было построено 10 мусороперерабатывающих заводов по технологии аэробного биотермического компостирования и более 20 объектов полевого компостирования. В последние годы активные работы велись по метановому сбраживанию ТКО. Французские компании «Валорга» и «Софрегас» апробировали в производственных условиях технологию переработки отходов в ана­ эробных условиях с получением горючего газа и органического удобрения.

Гидролиз

Основные фракции ТКО — бумага и пищевые отходы, содержащие значительное количество целлюлозы. Эксперименты по получению промышленного этилового спирта (этанола) из целлюлозы, содержащейся в ТКО, проводились в США и Великобритании.

При гидролизе происходят две реакции: целлюлоза восстанавливается в сахар, который под действием горячей разбавленной кислоты распадается,

48

5. СЖИГАНИЕ ТКО И АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ

причем скорость восстановления и распада зависит от концентрации кислоты, температуры и времени. Энергия реакции не зависит от концентрации кислоты и составляет 42 900 кал/моль при восстановлении целлюлозы в сахар и 32 800 кал/моль при распаде сахара.

Увеличение концентрации кислоты или температуры (или обоих факторов одновременно) ведет к повышению эффективности восстановления сахара, причем в диапазоне 170–190°С повышение температуры на 10°С приводит к росту скорости реакции восстановления сахара на 186% и скорости распада сахара на 125%. Расчеты позволяют выбрать концентрацию кислоты и температуру, соответствующие оптимальному выходу сахара.

Эксперименты по производству промышленного этанола представляют несомненный интерес. Но, как и для всякой другой технологии, важнейшими показателями являются экономические. В настоящее время показатели рентабельности данной технологии имеют минусовые значения.

Полигоны

Мировой опыт показывает, что современные полигоны — это высокотехнологичные комплексы сооружений, включающие мощности по обработке отходов с использованием полностью автоматизированных линий для извлечения вторичного сырья, участок для переработки вторичного сырья, компостирования быстро разлагаемых органических отходов, полигон для захоронения «хвостов» с применением специальных катков-уплотнителей, а также системы сбора и обезвреживания фильтрата, биогаза, контроля соблюдения требований охраны окружающей среды.

Конструкция полигонов учитывает специфику региона, его градостроительное планирование, геологические, гидрогеологические и климатические условия. В районах с холодным климатом необходимо проектировать полигоны по специальным нормативным документам, которые в настоящее время отсутствуют.

Сегодня в России практически все функционирующие полигоны превратились или превращаются в свалки из-за отсутствия контроля за строительством, эксплуатацией и рекультивацией. Отсутствие надлежащего технического и технологического контроля наносит экологический и экономический вред, который оценивается миллиардами рублей. При этом правовые механизмы, которые позволяют компенсировать экологический вред здоровью населения от хозяйственной деятельности операторов таких «полигонов», отсутствуют. Также отсутствуют механизмы, позволяющие компенсировать снижение рыночной стоимости недвижимости, принадлежащей по праву собственности гражданам, проживающим в непосредственной близости от этих объектов.

Еще одним важным фактом является то, что удельные капитальные затраты экологического безопасного размещения «хвостов» на полигоне с их пред-

49

ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ РАЗВИТИЯ МУСОРОСЖИГАНИЯ В РОССИИ

варительной обработкой и сортировкой в 2,8 раза ниже по сравнению с таким показателем для термического обезвреживания.

Таким образом, размещение неутилизированного остатка ТКО на современном полигоне является экологически безопасным и наиболее экономически привлекательным способом размещения отходов. Тем более в России, в отличие от государств с относительно небольшими и освоенными территориями, имеющей большое количество загрязненных земель, которые экономически нецелесообразно (а в некоторых случаях и невозможно) рекультивировать до состояния, безопасного для проживания населения или развития сельского хозяйства.

Топливно-энергетическая стратегия

Пиролиз и газификация

Способ утилизации ТКО по технологии пиролиза заключается в их необратимом химическом изменении под действием повышенной температуры без доступа кислорода с выделением горючего пиролизного газа (пирогаза). По степени температурного воздействия на горючую массу отходов пиролиз как процесс условно разделяется на низкотемпературный (450–550°С), среднетемпературный (до 800°С) и высокотемпературный (650–900°С). В случае подачи в реактор ограниченного количества воздуха и водяного пара происходит процесс газификации.

С помощью пиролиза можно перерабатывать составляющие ТКО, трудно поддающиеся утилизации, такие как автопокрышки, пластмассы, отработанные масла, отстойные вещества. Образующийся коксовый остаток имеет высокую плотность, что резко уменьшает объем отходов, подвергающийся захоронению. К характеристикам пиролиза относятся и легкость хранения и транспортировки получаемых продуктов, а также невысокая мощность используемого оборудования.

В результате газификации углерод твердого остатка под воздействием окислителя (воздуха, кислорода или водяных паров) превращается в газообразное­ топливо. Оставшийся после этого твердый остаток содержит лишь минеральную часть отходов в виде золы или шлака.

Однако существуют достаточно жесткие требования к исходному сырью, направляемому на пиролиз (газификацию): отходы необходимо тщательно отсортировать, извлекая балластные фракции (стекло, металлы, камни, мелкие предметы), отобранное высушить и мелко раздробить. Все эти требования приводят к снижению надежности мусороперерабатывающих предприятий, использующих технологию пиролиза. Ни одно из них не смогло подтвердить свою техническую надежность в течение длительного срока эксплуатации, а также экономическую и энергетическую эффективность.

50