Поможет ли биотопливо решить проблемы теплоснабжения

По российской стратегии развития ЖКХ в замене нуждается порядка 40% линейных объектов. Фото РИА Новости

О проблемах ЖКХ в последнее время не говорил только ленивый. В продолжение нашего цикла статей о биотопливе и биоэнергетике представлялось важным рассмотреть кризис ЖКХ как стимул к переходу на биотопливо в системе теплоснабжения.

В России самая большая и старейшая в мире система централизованного теплоснабжения – централизованное производство и распределение тепла по тепловым сетям, в отличие от отопления децентрализованными (индивидуальными) котельными. Системы централизованного теплоснабжения поставляют это тепло промышленным и бытовым потребителям и теоретически могут считаться более энергоэффективной альтернативой индивидуальным тепловым котлам. Однако на практике эффективность системы определяется громадной протяженностью теплотрасс, их износом, состоянием муниципальных котельных. В то же время создание индивидуальных котельных резко сокращает энергопотери при транспортировке теплоносителя; современные котлы, в частности потребляющие отходы и продукты деревопереработки, значительно эффективнее муниципальных котельных, зачастую сохранившихся с советских времен.

Состояние системы

В целом по России число аварий на тепловых и паровых сетях в 2021 году превысило 25 случаев на 1 тыс. км.

В публикации «Ведомостей» указывается, что, согласно стратегии развития строительной отрасли и ЖКХ, порядка 40% линейных объектов нуждаются в замене; надо заменить 43,4% (249 тыс. км) сетей водоснабжения, 30% (50 тыс. км) сетей теплоснабжения, 46% (92 тыс. км) сетей водоотведения.

Комитет по энергетике Государственной думы в 2023 году указывал, что всего для обновления мощностей в российском ЖКХ требуется 4,5 трлн руб., что в пересчете на одного жителя около 31 тыс. руб. При этом в 2023 году среди других проблем в сфере теплоснабжения Счетная палата (СП) отмечала «отсутствие агрегированной информации о техническом состоянии коммунальной инфраструктуры, основанной на объективных источниках данных, в том числе автоматизированных средствах контроля. В отчете СП на примере рассмотрения ситуации в ряде регионов также указывалось, что на модернизацию системы централизованного тепло- и горячего водоснабжения планируется проинвестировать суммы, большие, чем годовая выручка, что приводит к невыполнению планов, и делается вывод, что «в сложившихся условиях частный бизнес не принимает на себя серьезные инвестиционные риски».

Источники указывают, что в ряде регионов недофинансирование превышает 60–70%, а за счет собственных средств финансируется 90% всех инвестиций сектора, при этом тарифы в последние годы росли медленнее, чем стоимость оборудования и строительных работ. Стоимость оборудования, очевидно, особенно увеличилась в последние пару лет в связи с ограничением импортных поставок. Ограничение роста тарифов на тепло на уровне инфляции не позволяет проводить значительную реконструкцию, а лишь осуществлять минимальный объем аварийно-восстановительных работ. Произошедшая в процессе приватизации децентрализация отрасли привела к тому, что небольшие игроки не имеют соответствующей финансовой и технологической базы.

Проблема возникла не сегодня: так, по данным Росстроя, по состоянию на 1 января 2005 года в целом по Российской Федерации износ котельных составлял 55%, сетей водопровода – 65%, сетей канализации – 63%, тепловых сетей – 63%, электрических сетей – 58%, водопроводных насосных станций – 65%, канализационных насосных станций – 57%, очистных сооружений водопровода – 54%, очистных сооружений канализации – 56%, трансформаторных подстанций – 57%.

Масштаб данного рынка может характеризовать несколько цифр: в 2010 году Россия произвела около 2 млрд Гкал тепла, при этом 70% произведенного тепла (или 1,35 млрд Гкал) было централизованно произведено и поставлено через сети централизованного теплоснабжения. Эту величину можно лучше понять, сравнив с продажами тепла в других странах: например, в Финляндии продажи тепла в сети централизованного теплоснабжения примерно в тот же период составляли около 27 млн Гкал. Финляндия имеет относительно схожие климатические условия с центральными и северо-западными районами России; размер населения отличается примерно в 26 раз; таким образом, продажи тепла в пересчете на одного жителя через сети централизованного теплоснабжения отличались примерно в два раза. По оценкам, в Соединенных Штатах Америки в тот же период потребителям было продано 88 млн Гкал тепла, что в пересчете на одного жителя (население в 2,13 раза) – 0,287 Гкал, 5 Гкал в Финляндии и 9,5 Гкал в РФ. Такая разница в продажах тепла на жителя – это «не хорошо и не плохо»; это показывает совершенно разную структуру энергораспределения и теплоснабжения.

Вероятно, различие между продажами тепла в РФ и Финляндии также можно объяснить более значительной долей населения, проживающего в собственных домах в Финляндии и соответственно использующего большее количество биотоплива в индивидуальных системах отопления.

Можно предположить, что экономика Финляндии более энергоэффективна, чем США, тем не менее продажи тепла там значительно выше, поскольку в США несопоставимо выше процент жителей, проживающих в «одноэтажной Америке», имеющей системы индивидуального домового теплоснабжения, преимущественно использующие трубопроводный газ. Кроме того, стоимость газа в большинстве регионов США значительно ниже, чем в Европе, что также может объяснять его более широкое распространение для отопления домов. В США также древесные пеллеты становятся все более популярными как экономичный способ отопления жилых помещений. Ключевые факторы, стимулирующие спрос на пеллеты в Северной Америке, включают конкурентоспособность региональных цен на пеллеты в сравнении с другими видами топлива. Распространению пеллет способствует и распространение решений по замене традиционных горелок системы, обеспечивающих улучшение автоматической подачи топлива и возможность интеграции с системами умного дома, что повышает комфорт использования. В январе 2021 года в США вступила в силу новая налоговая льгота на инвестиции в отопление на дровах и пеллетах (ITC), согласно которой потребители, покупающие высокоэффективные котлы на пеллетах или более крупные системы отопления жилых домов, работающие на биомассе, могут претендовать на налоговую льготу в размере 26% от полной стоимости (покупки и установки) системы.

В Финляндии в 2022 году доля древесного топлива составляла 28,4% в общем энергобалансе страны. С 2012 года его доля больше, чем у нефти, угля или природного газа, при этом очень значительная часть приходилась на сектор теплоснабжения.

Энергия на основе древесины, в основном производящаяся из побочных продуктов лесной промышленности и лесопользования, является наиболее важным источником возобновляемой энергии в Финляндии. В 2020 году на их долю пришлось 74% возобновляемой энергетики. Побочные продукты деревообрабатывающей промышленности, такие как черный щелок, кора и опилки, уже давно используются для производства энергии. Также для производства электроэнергии и тепла используются порубочные остатки и древесина малого диаметра, щепа. Кроме того, многие изделия из древесины и деревянные конструкции в конце своего жизненного цикла используются в качестве энергии. Значительное количество дров и пеллет используется в частных домохозяйствах, что сокращает потребности в централизованном теплоснабжении страны.

Кроме того, развивается применение других видов биомассы с высоким содержанием целлюлозы: тростник, солома и остатки сортировки зерновых сжигаются в чистом виде или смешиваются с другими видами топлива. Расширяется использование биоэнергии, которую можно производить из многих видов биомассы и с использованием множества различных технологий. Например, навоз и другие виды биомассы используются для получения биогаза путем сбраживания в анаэробных условиях.

В рамках Нацпроекта «Чистый воздух» частные дома переводят с угольного и дровяного отопления на газ и электричество.   Фото Reuters

Справедливости ради надо сказать, что, в то время как ключевым трендом является децентрализация систем отопления при расширении использования возобновляемых ресурсов, одновременно в ряде регионов, в частности Европы, происходит движение в сторону развития сетей централизованного теплоснабжения. Например, в Нидерландах около 500 тыс. домов подключены к централизованному отоплению. Источником тепла могут быть промышленное предприятие, центр обработки данных, мусоросжигательный завод, геотермальная станция и т.д.

Например, согласно информации компании Gasunie, развивающей такой проект, при транспортировке отработанного тепла из порта Роттердама на расстояние около 26 км до подключения к сети централизованного теплоснабжения в Гааге потери тепла составят всего 4%. Температура в трубопроводах поддерживается постоянной, отчасти за счет надлежащей изоляции труб и оптимизации скорости потока.

В рамках реализации проекта WarmtelinQ в 2022 году началось строительство трубопровода из Роттердама через Влардинген до Гааги, который предполагается ввести в эксплуатацию в 2025 году. Тогда же планируется начать строительство ответвления из Рейсвейка в Лейден, его ввод в эксплуатацию намечен на 2027 год. Данная система позволит решить крайне важный вопрос утилизации низкотемпературного тепла, которое в настоящее время практически повсеместно выбрасывается в атмосферу, в частности промышленными предприятиями. Но окупаемость данной весьма дорогой системы может быть обеспечена только при очень высоких ценах на энергию, с которыми в настоящее время столкнулась Западная Европа. Другим условием является сравнительно небольшая протяженность сетей, связанная в том числе с высокой плотностью населения в данных регионах.

Централизованное теплоснабжение является основным источником энергии в большинстве стран с переходной экономикой, поэтому его необходимо рассматривать как часть общей энергетической безопасности. Поскольку теплоцентрали часто могут работать на нескольких видах топлива, например на природном газе, мазуте и возобновляемых видах топлива, они также обеспечивают большую гибкость. Ряд восточноевропейских стран, столкнувшихся с аналогичными проблемами модернизации инфраструктуры советского времени, в значительной степени полагаются на биомассу также для централизованного теплоснабжения. Безусловно, в их ситуации развитие использования биомассы связано с растущими ценами на газ.

Варианты решения и мировой рынок

В контексте Национального проекта «Чистый воздух» в ряде регионов реализуются мероприятия по переводу домов частного сектора с угольного и дровяного отопления на газ и электричество.

Согласно данным «РБК Новосибирск», в некоторых сибирских муниципальных образованиях доля выбросов от печного отопления составляет от 13 до 50%. Безусловно, данная проблема несущественна для тех немногих сибирских городов, где печное отопление не является значимым фактором, где большинство частных домовладений подключено к газу. Для тех регионов, где нет так называемых якорных потребителей газа и соответственно прокладки магистральных газопроводов в ближайшие годы не планируется, предполагается частичный перевод частного сектора на электроотопление. При этом ключевым условием перевода жилых домов на электроотопление является наличие доступной мощности в электросетях для обеспечения увеличения нагрузки в отопительный сезон и соблюдения нормативных показателей надежности электроснабжения потребителей. Поэтому по аналогии с тепловыми сетями срочная реконструкция электросетей также жизненно необходима для обеспечения надежного теплоснабжения.

По данным Минэнерго, нынешний уровень износа в среднем по России достигает выше 70%, а в Сибири, например, – 80%. При этом аналогично теплосетям использование средств только из тарифа недостаточно, чтобы оперативно обновлять и увеличивать электросетевые мощности. Возможно, более простым и рациональным решением могла бы стать программа стимулирования перехода на современные энергоэффективные и экологичные котлы по аналогии с передовыми мировыми практиками. Эффективность современных котлов, в частности работающих на пеллетах, достигает 90%. Российские производители выпускают достаточно широкую линейку на разный кошелек, дающую возможность интеграции с другими современными системами, обеспечивающими как комфорт жилища, так и надежное теплоснабжение коммерческих объектов.

Растущий мировой спрос на возобновляемые источники тепловой энергии приводит к необходимости использования возобновляемой биомассы в виде древесных пеллет, брикетов, торрефицированных брикетов и т.д. для сокращения использования ископаемого топлива. Ожидается, что это будет способствовать росту отрасли в течение ближайших десятилетий. Более того, продолжает стремительно расти потребление биомассы при совместном сжигании с традиционными видами топлива. Сельскохозяйственные отходы и древесные отходы остаются основными источниками сырья ввиду их легкой доступности и низкой себестоимости производства.

По прогнозам Future Market Insights (FMI), предполагается, что с 2023 года до 2033-го рынок древесных пеллет вырастет с 10 037,6 млн долл. до 24 345,6 млн долл. при среднегодовом темпе роста в размере 10,2%. Предполагается, что растущее внедрение альтернативных возобновляемых источников энергии, таких как солнечная фотоэлектрическая энергия и энергия ветра, в различных частях мира может в какой-то степени препятствовать росту рынка твердого биотоплива. С другой стороны, и солнечная, и ветроэнергетика изначально сфокусированы на получение электроэнергии, притом что твердое биотопливо преимущественно используется для генерации тепловой энергии. Безусловно, электроэнергия, получаемая из солнца и ветра, может быть использована для отопления, в частности в сочетании с тепловыми насосами, но это означает значительные дополнительные инвестиции.

С точки зрения роста европейский регион, по прогнозам, станет доминирующим рынком древесных пеллет благодаря широкому распространению пеллет в сегментах энергетических котлов и отопления жилых помещений. По состоянию на 2020 год в европейских странах пеллеты используются для отопления жилых домов (40%), на электростанциях (36%), для отопления коммерческого сектора (14%) и 10% на другие виды использования. Кроме того, пеллеты также нашли применение в проектах по замене угля в отоплении муниципального сектора. Ожидается, что европейский спрос на системы отопления на древесных пеллетах будет стабильно расти в среднем на 3,6% в период с 2022 по 2029 год, рынок может достичь 6,83 млрд долл.

По оценкам экспертов, рынок Северной Америки составляет около 200 млн долл. Ожидается, что Азиатско-Тихоокеанский регион будет быстро расти благодаря строительству электростанций и в целом развитию сектора возобновляемых источников энергии. При этом надо учитывать, что ряд крупнейших азиатских экономик, таких как Китай, Индия, Вьетнам и т.д., инвестируют значительные средства в данный сектор.

Кроме того, расширяется применение твердого биотоплива для производства электроэнергии в развивающихся странах. Причина объясняется как ростом потребления энергии, так и благоприятной государственной политикой, включая субсидии. Ранее только несколько компаний в мире поставляли соответствующее оборудование, но в связи с развитием данных технологий когенерации в Китае они стали более доступны.

Увеличение грантовой государственной поддержки и субсидий на котлы на биомассе открывает дополнительные возможности для древесных пеллет. В последние годы инновации в области котлов стали ключевым фактором, поддержавшим рынок твердого биотоплива. Несмотря на то что эти котлы набирают популярность, они требуют частого обслуживания, чтобы обеспечить максимальную эффективность работы. Производители совершенствуют системы самоочистки в котлах на древесных пеллетах, благодаря чему они требуют минимального участия пользователя.

Заключение

Большая часть электрогенерации в России была модернизирована за последние десятилетия благодаря программам инвестиций с привлечением современных технологий со стороны крупных энергетических компаний при поддержке через договоры по предоставлению мощности. Теплоэнергетический сектор оказался раздроблен в процессе приватизации, в результате чего ни крупных инвестиций, ни передовых технологий привлечено не было, а показатели энергоэффективности находятся значительно ниже среднемирового уровня.

Источником тепла могут быть электростанция, промышленное предприятие, центр обработки данных, мусоросжигательный завод, геотермальная станция и т.д. и, конечно же, сжигание отходов растительного происхождения. Ключевым вопросом является эффективность процесса генерации и передачи энергии. Учитывая устаревание российской инфраструктуры централизованного теплоснабжения, значительное количество энергии может быть сэкономлено за счет относительно доступных технологий и экономически эффективных методов энергосбережения. Однако географическая протяженность, размер тепловых сетей, состояние всей системы теплоснабжения требуют громадных инвестиций на модернизацию теплоэнергетического комплекса.

Российский сектор централизованного теплоснабжения обладает большим потенциалом для использования возобновляемых источников энергии, в частности возможности использования биомассы и, где это возможно, геотермальной энергии. Возможно, что данная ситуация с износом теплоэнергетической инфраструктуры может стать стимулом для переосмысления всей системы, и, вероятно, это шанс для создания децентрализованной системы, которая могла бы использовать больше возобновляемых ресурсов, в частности биотоплива в разных видах. Вопрос корректной и непредвзятой экономической оценки: что выгоднее – перекладывать тысячи километров теплосетей или строить тысячи котельных, способных использовать возобновляемый и экологичный ресурс – биотопливо?