CC BY
153
КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА И ПРОСТРАНСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА ТОМСКОЙ ОБЛАСТИ
Ксения Алексеевна Семенова
Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, 634055, Россия, г. Томск, пр. Академический, 10/3, младший научный сотрудник лаборатории самоорганизации геосистем, тел. (3822) 49-22-23, e-mail: [email protected]
Предложена методика энергетической оценки биоэнергетического потенциала Томской области. Выявлены и количественно охарактеризованы биоэнергетические источники, проведен их пространственный анализ. Оценен биоэнергетический потенциал Томской области с позиции возможности ресурсосбережения, производства и преобразования энергии на органическом топливе для повышения энергоэффективности Томской области.
Ключевые слова: биоэнергетический потенциал, количественная оценка биоэнергетического потенциала, пространственный анализ, утилизация твердых бытовых отходов, осадка сточных вод и отходов животноводства.
QUANTITATIVE ASSESSMENT AND SPATIAL ANALYSIS OF THE TOMSK REGION BIOENERGY POTENTIAL
Kseniya A. Semenova
Institute of monitoring of climatic and ecological systems of the Siberian Branch of the Russian Academy of Science, 634055, Russia, Tomsk, av. Academichesky, 10/3, junior researcher, laboratory of geosystems self-organization, tel. (3822) 49-22-23, e-mail: [email protected]
The energy assessment technique of the Tomsk region bioenergy potential is offered. Bioenergy sources are revealed and quantitatively characterized; the spatial analysis is carried out them. The Tomsk region bioenergy potential from a position of resource-saving, production and energy transformation possibility on organic fuel for energy efficiency increase of the Tomsk region is estimated.
Key words: bioenergy potential, quantitative assessment of a bioenergy potential, spatial analysis, utilization of solid household waste, deposit of sewage and animal husbandry waste.
В европейских странах вклад биоэнергетики в энергобаланс Европейского союза ежегодно возрастает, в России же это направление пока еще не получило должного развития. Существуют технологии получения биоэнергии из биомассы (из материалов растительного происхождения, которые могут быть использованы для получения энергии): древесины и отходов лесного хозяйства, отходов переработки технических и кормовых культур и т.д., а также из отходов животноводства, жизнедеятельности человека (утилизация твердых бытовых отходов и осадка очистных сооружений) и органического сырья (сапропель, торф), которые могут широко применяться и в нашей стране.
Актуальность данной проблемы объясняется практическими и теоретическими потребностями в совершенствовании методов и технологий переработки отходов с получением альтернативной энергии для предотвращения негативного влияния на окружающую среду и уменьшения рисков природопользования.
Кроме того, использование биотопливных технологий может обеспечить выработку электроэнергии, достаточной для покрытия части тепловых и электрических энергорасходов, повысить энергетическую независимость и экономическую стабильность территории Томской области.
В нашей стране научное направление, базирующееся на энергетическом подходе, разрабатывается довольно недавно и в настоящее время находится в стадии становления и развития. Известны работы: Е.А. Денисенко, Д.О. Логофета, О.В. Фельдмана [3, 13], А.С. Миндрина [6] по энергетическому анализу эффективности агросистем; Г.А. Булаткина [1], с энергетических позиций оценивающего почвенно-агрохимические, экологические и технологические условия устойчивого функционирования агроэкосистем; Г.И. Чогут [15], занимающейся исследованием эколого-экономической эффективности использования сельскохозяйственных земель, и др. Также следует отметить работы В.Г. Систера с соавторами [9], И.Р. Рагулиной [8] и др.
Исследования по энергетической оценке геосистем и природно-ресурсного потенциала ведутся с 1995 г. в лаборатории самоорганизации геосистем Института мониторинга климатических и экологических систем [2, 3, 5, 7, 10, 11, 14]. В частности, разработан алгоритм проведения исследований по энергетической оценке хозяйственной деятельности агроэкосистем, разработана перспективная модель функционирования агроэкосистемы с внедрением биогазовых технологий; оценен энергетический потенциал лесов Томской области; получена методика оценки энергетического бюджета геоморфологической системы: для высокогорных районов определен энергетический потенциал отдельных форм рельефа, а также расход потенциальной энергии геоморфосистемой Актру в результате экзогенного преобразования рельефа.
Имеющиеся в современном арсенале технологии при их рациональном использовании позволяют получать дополнительную энергию из отходов животноводства (ОЖВ), утилизации твердых бытовых отходов (ТБО) и переработке осадка сточных вод (ОСВ), и решить ряд экологических проблем. Для оценки потенциальных возможностей получения дополнительной энергии из отходов была разработана методика.
Так, биоэнергия, получаемая из отходов животноводства, рассчитывалась с учетом средней нормы получения биоэнергии с 1 головы сельскохозяйственного животного и их имеющегося поголовья по административным районам Томской области [12].
Расчет получения биоэнергии ТБО произведен по нормам накопления (количество отходов, образующихся на расчетную единицу в единицу времени) ТБО с учетом доли городского и сельского населения и теплоты сгорания ТБО.
Средняя норма накопления ТБО по России на городского жителя 1,2 кг/чел/сутки (438 кг/чел/год), на сельского - 0,52 кг/чел/сутки (190 кг/чел/год с условием кормления домашних животных очистками). Низшая теплота сгорания на рабочую массу принята 5,8 ГДж/т или 1,61 МВт*час. Биоэнергия, получаемая из осадка сточных вод, оценена исходя из средней нормы накопления ОСВ по России 0,26 кг/чел/сутки (0,0949 т/чел/год), при низшей теплоте сгорания равной 2000 ккал/кг или 2,33 МВт*час/т [9]. В работе принят минимальный
КПД биогазовых установок, составляющий 70% от расчетной биоэнергии: 65% на выходе теплоэнергия, а 35% - электроэнергия.
Энергетический потенциал ТБО, ОСВ и отходов животноводства
Рис. 1. Потенциальные возможности производства электроэнергии при эксплуатации биогазовых установок по административным
районам Томской области
Разработанная методика позволила районировать территорию Томской области по степени обеспеченности ее биоэнергетическим потенциалом (рис.1). Карта потенциальных возможностей производства электроэнергии показывает, что южные районы с высокой плотностью населения и развитым сельским хозяйством обладают большим биоэнергетическим потенциалом (от 39 до 236 ТДж в год).
На территории области выделяются две основные группы районов: районы-доноры и районы-потребители (рис.2). Районы-доноры имеют потенциальные биоэнергетические ресурсы для удовлетворения собственных потребностей в электроэнергии, а также возможности передачи части энергии в соседние районы. Дополнительный источник электроэнергии в виде биогаза позволит повысить энергетическую независимость, экономическую стабильность, снизить негативное влияние на окружающую среду как районов-доноров (Бакчар-ский, Зырянский, Первомайский и Шегарский районы), так и покрыть большую часть энергорасходов районов-потребителей (Верхнекетский, Парабельский,
Кривошеинский и Чаинский районы). Северные районы (Александровский) из-за суровых климатических условий и низкой степени населенности обладают слабым биоэнергетическим потенциалом и причислены к районам -потребителям.
Рис. 2. Долевое соотношение потребляемой электроэнергии к производимой из биогаза
В целом, по нашим расчетам, в Томской области энергетический потенциал горючей части ТБО, т.е. без учета пластмассы, стекла, металла, строительных отходов и т.п. составляет 1896 ТДж, что эквивалентно 3,9% потребляемой областью тепловой энергии (по данным Росстата отпуск тепловой энергии в 2009 г. составил 11659,1 тыс. Гкал).
С учетом того, что электропотребление в Томской области в 2009 г. Росстатом оценивалось в 9642,6 млн.кВт.ч., использование новейших биогазовых технологий позволит сэкономить 3,3 % электроэнергии от общего объема электропотребления.
В результате проведённых исследований выявлены и количественно охарактеризованы потенциальные биоэнергетические источники (в кВт*час/год) Томской области. Проведена оценка биоэнергетического потенциала ТБО и отходов животноводства Томской области, результаты которой подтверждают возможность самообеспечения отдаленных районов электроэнергией с помощью биогазовых установок, что позволяет диверсифицировать структуру энергопотребления отдаленных районов Томской области.
1. Булаткин Г.А. Эколого-энергетические основы воспроизводства плодородия почв и повышения продуктивности агроэкосистем // Автореф. дисс. на соискание уч. степени доктора биол. наук. - М, 2007. - 45 с
2. Волкова Е.С. Оценка энергетического потенциала лесов Томской области: методологический аспект // «ГЕО-Сибирь-2011». Т. 3. Экономическое развитие Сибири и Дальнего Востока. Экономика природопользования, землеустройство, лесоустройство, управление недвижимостью. Ч. 2: сб. матер. YII Междунар. научн. конгресса «ГЕО-Сибирь-2011», 19-29 апреля 2011 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2011. - С. 208-210.
3. Волкова Е.С. Интегральный анализ рисков лесопользования в таёжной зоне Запад-
ной Сибири // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета (Научный журнал КубГАУ) [Электронный ресурс]. -Краснодар: КубГАУ, 2012. - №07(81). - Режим доступа:
http://ej.kubagro.ru/2012/07/pdf/64.pdf.
4. Денисенко Е.А. Механизмы функционирования и структурной организации агроэкосистем. - М.: Ин. геогр. АН РФ, 1990. - 160 с.
5. Кузнецов А.С., Невидимова О.Г. Энергетическая оценка динамики осыпных аккумулятивных склонов верховий горно-ледникового бассейна р. Актру // Вестник ТГУ. - 2010. № 338 (сентябрь). С. 227-230.
6. Миндрин А.С. Энергоэкономическая оценка сельскохозяйственной продукции. - М.: ЦНИИМ, 1997. - 294 с.
7. Поздняков А.В., Шуркина К.А. Новый методологический подход к анализу функционирования агроэкосистем // Вестник ТГУ. № 316. Томск, 2008. С. 206-213.
8. Рагулина И.Р. Биоэнергетический потенциал Калининградской области / / Автореф. дисс. на соискание уч. степени канд. географ. наук. - М. 2007. - 23 с.
9. Систер В.Г., Мирный А.Н., Скворцов Л.С., Абрамов Н.Ф., Никогосов Х.Н. Твердые бытовые отходы (сбор, транспорт и обезвреживание). Справочник. Академия коммунального хозяйства им. К.Д. Памфилова. - Москва, 2001. - 319 с.
10. Семенова К.А., Поздняков А.В. Энергетический анализ эффективности функционирования агроэкосистем на примере крестьянского хозяйства "СоМер -2". - LAP LAMBERT Academic Publishing, 2010. - 132 с.
11. Семенова К.А., Шуркин А.И., Алибаева А.А. Инновационные пути повышения энергетического самообеспечения производства // Многопрофильный научный журнал. -Костанай, 2012. - №3. - С.61-66
12. Технологии использования возобновляемых источников энергии / Дистанционный интернет курс. 2005. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.ecomuseum.kz/dieret/dieret.html
13. Фельдман О.В., Денисенко Е.А., Логофет Д.О. Эмергетический подход при оценке эффективности использования ресурсов // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. - М.: ВИНИТИ, 1998. - С. 66-81
14. Фузелла Т.Ш. Эколого-энергетический анализ агроэкосистем: оптимизация функционирования. - Lambert Academic Publishing. - Saarbrucken, Germany: LAP LAMBERT Academic Publish.G.- 2012. - 168 с.
15. Чогут Г.И. Эффективность функционирования эколого-экономических систем в сельском хозяйстве: теория, методология, практика // Автореф. дисс. на соискание уч. степени доктора экон. наук. - Воронеж, 2007. -45 с.
© К.А. Семенова, 2Q13
