Биоэнергетика – один из перспективных видов ВИЭ в России, обладающий значительным техническим ресурсом – более 140 млн. т у. т. в год. В настоящее время для инвесторов наиболее привлекательным сегментом биоэнергетики становится производство биогаза, которое, кроме прямой выработки тепловой или/и электрической энергии, позволяет предприятиям решать проблему утилизации органических отходов, а также получать дополнительные финансовые средства путем реализации органических удобрений.
Биогаз – горючая смесь газов, получаемая при разложении органических веществ в результате анаэробного микробиологического процесса (метанового брожения). Реакция брожения происходит в специальном резервуаре, на выходе из которого получают непосредственно биогаз, а также жидкие и твердые органические удобрения. Для повышения эффективности технологического процесса современные технологии предусматривают создание специальных условий для жизнедеятельности бактерий, подобранных согласно характеристикам проекта. Химический состав биогаза представляет собой следующую смесь (доля содержания, %): метан – 50-87, углекислый газ – 13-50, а также незначительные примеси водорода, сероводорода и аммиака. После проведения операции очистки получают энергоноситель, который по физическим характеристикам является почти полным аналогом природного газа.
Сырьем для выработки биогаза может служить широкий спектр органических отходов: твердые и жидкие отходы агропромышленного комплекса, сточные воды, твердые бытовые отходы, отходы лесопромышленного комплекса, однако наиболее эффективно использование отходов животноводческих и птицеводческих ферм, предприятий АПК и сточных вод.
Базовым преимуществом этого сектора возобновляемой энергетики является доступность сырья, которое поставляется предприятию, как правило, на безвозмездной основе, что, соответственно, исключает наличие топливных затрат в структуре операционных расходов. Кроме того, спецификой технологии является территориальная гибкость размещения производства: биогазовые установки могут быть установлены практически на любом земельном участке, не требуют создания дополнительной инфраструктуры (газопроводов, линий электропередачи и др.), а также позволяют предприятию сэкономить на таких статьях расходов, как платежи за подключение к сетям и выделение мощности (в странах, активно развивающих сектор ВИЭ, подобные сборы отсутствуют).
К другим важным достоинствам биогаза относятся его технологическая гибкость ввиду широкого спектра возможного применения (как для выработки тепловой и электрической энергии, так и в качестве моторного топлива), а также стабильность выработки (при должной организации процесса логистики), в отличие от других видов возобновляемых источников энергии, наличие которых носит стохастический характер.
Основными недостатками биогазовой энергетики являются значительные удельные капитальные затраты (в расчете на единицу мощности), невысокая рентабельность проектов, а также проблемы с организацией сбыта энергии посредством централизованных сетей.
В зависимости от габаритов оборудования и вида сырья стоимость 1 кВт установленной электрической мощности биогазовой станции может колебаться в широком диапазоне – примерно от 2 тыс. до 5 тыс. евро. Однако крупные промышленные установки (более 10 МВт), использующие высокоэффективные отходы (например, сахарный жом, отходы пищевой промышленности с высоким содержанием жиров и т. д.), позволяют снизить данный показатель до уровня менее чем 2 тыс. евро/кВт, а для малых биогазовых станций, работающих на низкорентабельных видах отходов (например, навоз, КРС), он оценивается в 6-7 тыс. евро/кВт. Тем не менее по этому показателю биогазовая индустрия не является чрезмерно затратной по сравнению с некоторыми другими технологиями: для атомных и солнечных электростанций стоимость 1 кВт оценивается примерно в 3-5 тыс. евро, крупных ветропарков и угольных станций – около 2 тыс. евро. В среднесрочной перспективе на современном российском рынке наиболее конкурентоспособными станут достаточно крупные биогазовые станции стоимостью, не превышающей 1,5 тыс. евро/кВт, поскольку к 2015 г., после реализации мер по достижению равнодоходности природного газа на внутреннем и внешнем рынках, позиции традиционного сектора электрогенерации будут иметь тенденцию к ослаблению. Таким образом, для производителей соответствующего оборудования основным целевым сегментом биогазового рынка РФ будет являться сектор когенерации, представленный мини-ТЭС.
Рентабельность биогазовых установок, согласно опыту европейских стран, напрямую зависит от стабильности поставок бесплатного сырья. Что касается возможности централизованного сбыта энергии и, соответственно, получения преференций, то, при отсутствии необходимых подключений, применение биогазовых станций ограничивается лишь хозяйствующими субъектами, имеющими непрерывный производственный цикл и постоянный уровень потребления энергии, заведомо превышающий возможности биогазовой станции. С точки зрения гарантий непрерывного сбыта произведенной энергии наибольшими перспективами обладают проекты, реализованные на крупных очистных сооружениях и предприятиях пищевой промышленности. Если проект не отвечает этим требованиям, возможно применение кластерного подхода, то есть формирования единого центра утилизации сырья, поставляемого несколькими локальными предприятиями. В то же время сбыт, например, электроэнергии, наоборот, целесообразно диверсифицировать. Современные технологии компримирования и транспортировки биогаза позволяют при невысоких капитальных затратах (менее 10% суммарной стоимости проекта) создать сеть из нескольких когенерационных мини-ТЭС, работающих на биогазе и расположенных вблизи потребителя энергии.
Биогазовая индустрия позволяет также снизить нагрузку на окружающую среду (и повысить эффективность соответствующих проектов) путем полной утилизации органических отходов. Например, крупный свиноводческий комплекс, рассчитанный на 100 тыс. голов, может иметь до 1 тыс. т (при использовании гидросмыва) навозных стоков в сутки, что соответствует загрязнению, производимому городом с населением 400-500 тыс. человек.
Россия планирует развивать биогазовую промышленность в рамках различных программ расширения использования ВИЭ и повышения энергоэффективности экономики. Важным событием для российской биогазовой индустрии стало создание в сентябре 2011 г. некоммерческого объединения – “Национального союза по биоэнергетике, возобновляемым источникам энергии и экологии” (“НСБЭ”). Его учредителями стали компании, входящие в состав ГК Корпорация “ГазЭнергоСтрой”. В настоящий момент в союз объединены более двух десятков государственных и общественных организаций, коммерческих структур.
Основными задачами “НСБЭ” являются внедрение передовых энергоэффективных технологий в сельскохозяйственное производство, координация предпринимательской деятельности участников, повышение объема инвестиций в проекты, связанные с биоэнергетикой, и создание благоприятного инвестиционного климата в этой сфере (по данным “НСБЭ”, в РФ потенциальное производство биогаза оценивается в 70 млрд. куб. м в год). Кроме того, данная организация намерена содействовать в организации и проведении научно-исследовательских работ в сфере биоэнергетики и возобновляемых источников энергии, а также взаимодействовать с органами государственной власти и участвовать в разработке профильного законодательства.
В феврале 2012 г. “НСБЭ” подписал соглашение о сотрудничестве с германским союзом “Biogasrat”; целью двусторонней работы является создание биогазовой отрасли в РФ. Германский союз “Biogasrat” был создан в 2009 г. и объединяет около 8 тыс. соответствующих предприятий страны, суммарная мощность которых примерно соответствует аналогичному интегральному показателю трех национальных АЭС.
В рамках двустороннего сотрудничества стороны намерены поддерживать проекты строительства биогазовых станций, расширения использования биогаза на электростанциях и в других агрегатах для производства электрической и тепловой энергии, а также в качестве топлива. Важным направлением совместной работы станет также реализация проектов, направленных на выпуск биометана. Необходимо подчеркнуть, что предприятия, входящие в состав “Biogasrat”, имеют многолетний опыт и современные технологии производства (в России очистка биогаза до биометана пока не производится). В долгосрочной перспективе стороны предполагают не только наладить производство биометана, но и организовать его поставку в газотранспортную систему России.
В середине 2012 г. “НСБЭ” подписал соглашение о сотрудничестве с Министерством сельского хозяйства РФ с целью наращивания до 4,5% доли биотоплива в структуре потребления энергоносителей АПК (в настоящее время – около 0,3%). Согласно документу, специалисты будут совместно разрабатывать и внедрять технологии по использованию возобновляемых источников энергии и способствовать массовому строительству электростанций, работающих на биотопливе. Кроме того, по их мнению, новые достижения науки и техники позволят решить проблему отходов сельского хозяйства и животноводства, объем которых оценивается в 770 млн. т в год. Для координации работ по развитию биоэнергетики создана межведомственная рабочая группа, в которую вошли представители министерств сельского хозяйства, энергетики, экономического развития, промышленности и торговли, а также ряда высших учебных заведений.
Что касается непосредственно биогазовых проектов, то в 2013 г. корпорация “ГазЭнергоСтрой” намерена принять участие в создании технопарка в Краснодарском крае и построить на территории Кубанского государственного аграрного университета опытную биогазовую станцию мощностью 650 кВ. Данный проект реализуется в рамках исполнения поручения правительства РФ о создании инновационного технологического парка “Био-энергокомплекс”, а также поручений президента РФ. Особенностью данного проекта станет использование специального термофильного режима для подготовки сырья – отходов животноводства и растениеводства. Особенностями данной технологии являются ускорение ферментации, полное уничтожение патогенной флоры и снижение капитальных затрат на строительство станции. Для реализации этого проекта корпорация “ГазЭнергоСтрой” подписала соглашение о сотрудничестве с датской компанией “ComBigas A/S”, при этом разработку технических, технологических и проектных решений для станции стороны будут осуществлять совместно.
Необходимо подчеркнуть, что в странах объединенной Европы уделяется повышенное внимание биотопливной промышленности. В Евросоюзе одним из программных документов, определяющих цели, задачи и пути развития сферы биотоплива, является “Европейская биотопливная технологическая платформа” (“European Biofuels Technology Platform” – “EBTP”).
В указанном документе приводятся 7 основных направлений развития данного сегмента энергетики, разделенных на два блока в зависимости от применяемой технологии. К первому сегменту относится производство биотоплива на основе термохимических процессов:
выпуск синтетического жидкого топлива путем газификации биомассы (основной сектор применения – реактивные и дизельные двигатели);
выпуск синтетического газообразного топлива (биометана и др.) путем газификации биомассы (замещение природного газа и производство газообразного сырья);
выработка электроэнергии из биотоплива, полученного путем газификации (энерго- и теплоснабжение предприятий);
выпуск биотоплива на основе прочих термохимических технологий (энерго- и теплоснабжение, добавки в традиционное моторное топливо).
Второй блок ориентирован на развитие химических и биологических технологий производства биотоплива:
выпуск этанола и других спиртов из сахаросодержащего сырья, в первую очередь из лигноцеллюлозной биомассы (основной потребитель – транспортный сектор);
производство углеводородного сырья путем биологических и химических преобразований биомассы (топливо для реактивных и дизельных двигателей);
выпуск биотоплива на основе реакций поглощения СО2 и фотосинтеза путем использования микроорганизмов (топливо для реактивных и традиционных двигателей внутреннего сгорания).
Европейские эксперты не исключают и другие способы использования биомассы, являющиеся комбинацией указанных технологий, а также внедрение иных “ноу-хау” в зависимости от нужд производителя (потребителя) сырья и энергии. По их оценке, окончательное формирование основных направлений развития биотопливной энергетики произойдет до 2015 г., а в ближайшие 10 лет для становления каждой из указанных 7 технологий потребуется 6-8 млрд. евро, при этом по каждому направлению предполагается создание от одного до трех опытных промышленных производств. (БИКИ/Энергетика Украины, СНГ, мира)