1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Вестник РАН
  4. T. 91, № 1, 2021

Вестник РАН, 2021, T. 91, № 1, стр. 87-102

НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОГАЗА КАК СПОСОБ РЕШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ

В. А. Кулагин a, *, Н. В. Дунаева a, **, Д. Д. Яковлева a, ***

a Институт энергетических исследований РАН
Москва, Россия

* E-mail: vakulagin@hse.ru
** E-mail: nataly_25_04_92@mail.ru
*** E-mail: yakovlevadariad@yandex.ru

Поступила в редакцию 20.01.2020
После доработки 09.09.2020
Принята к публикации 15.10.2020

Полный текст (PDF)

Аннотация

В статье анализируются новые технологические способы использования биогаза – энергетического ресурса, распространённого во многих странах мира. Биогаз рассматривается авторами не только как вид энергии, но и как одно из средств решения экологических проблем, в частности, в российских мегаполисах, где наиболее остро стоят проблемы утилизации твёрдых коммунальных отходов и загрязнения окружающей среды. В работе представлены мировой опыт использования биогаза и перспективы его применения в России с учётом национальных особенностей, включая конкуренцию с другими видами топлива и государственное регулирование.

Ключевые слова: биогаз, экология, отходы, выбросы, затраты, себестоимость.

Во многих странах мира биогаз признан не только перспективным энергетическим ресурсом, он рассматривается как один из способов решения экологических проблем. Существуют крупные государственные программы по поддержке этого направления. Однако в России бизнес на биогазе пока не получил широкого распространения и ограничивается точечными проектами экспериментального характера. Между тем проблема утилизации и переработки отходов, решению которой могли бы способствовать биогазовые технологии, становится всё острее.

Растущие экологические угрозы для российских мегаполисов и окружающей среды. На примере Московского региона можно убедиться, что полигоны твёрдых коммунальных отходов (ТКО) и их рекультивация, а также заводы по термической обработке мусора существенно ухудшают экологическую ситуацию из-за выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Так, в 2017–2019 гг. жители Москвы и Подмосковья многократно жаловались на выбросы свалочного газа, концентрация которого превышала предельно допустимые нормы, что приводило даже к госпитализации граждан [1–4].

Не менее остро проблема утилизации отходов стоит в сельскохозяйственном производстве. Стремительное наращивание промышленных мощностей свиноводческих комплексов приводит к значительному увеличению отходов от забоя животных и скоплению вокруг предприятий продуктов их жизнедеятельности, отличающихся высоким содержанием экологически опасных компонентов. В соответствии с Федеральным классификационным каталогом отходов они относятся к 3 классу опасности [5, 6]. Такая тенденция и частое нарушение существующих законных способов утилизации (производство удобрений, компостирование и внесение навоза на пахотные земли) сокращают площади свободных сельскохозяйственных угодий, доступных для внесения органических удобрений, так как отходы, не прошедшие необходимые стадии очистки, отравляют землю.

Концепция комплексного управления отходами заключается в применении дифференцированных методов обращения с разными компонентами ТКО и использовании экономических, нормативно-правовых, организационно-управленческих, технологических и информационных регуляторов с учётом особенностей функционирования системы на той или иной территории. Система управления отходами представляет собой совокупность работ по организации, сбору, учёту, транспортировке и сортировке ТКО. Сюда же входят технические методы обращения с отходами – переработка, компостирование, захоронение и сжигание.

В России население практически не сортирует отходы, что объясняется достаточно низким уровнем информированности об основных принципах этого процесса и неготовностью инфраструктуры. Коммунальные службы начали сортировать мусор только в последние годы, когда удалось внедрить территориальные схемы обращения с отходами, поэтому процесс ещё не получил должного развития. Кроме того, мощности для сжигания отходов ограничены, остаётся открытым и вопрос экологической приемлемости такого решения.

Более 90% ТКО в нашей стране подлежат захоронению. Эта методика, несомненно, обладает рядом преимуществ, к которым относят довольно низкие затраты на содержание свалок и полигонов, возможность размещения там широкой номенклатуры отходов с последующей рекультивацией площадок под сельскохозяйственные и социальные нужды. Но есть и негативные последствия захоронения мусора, связанные с загрязнением грунтовых вод и земли токсичными веществами, а также неконтролируемыми выбросами в атмосферу свалочного газа [8, 9].

Усилия Европейского Союза, Японии и других развитых стран направлены на ликвидацию свалок как понятия в системе управления отходами, переход к экономике замкнутого цикла (circular economy) и концепции так называемых нулевых отходов (zero waste). Однако в нашей стране, если учитывать состояние дел в области обращения с отходами, существующие объёмы свалок и скорость их рекультивации, нельзя прогнозировать минимизацию захоронения ТКО вплоть до нуля ранее 2050-х годов. Задача сегодняшнего дня – найти перспективные способы использования свалок. Мировой опыт показывает, что современные технологии позволяют извлекать выделяемый биогаз, который образуется на свалке, предотвращая его эмиссию в окружающую среду, и получать из него энергию с приемлемыми экономическими показателями. Даже при переходе к концепции нулевых отходов биогаз может оставаться одним из важных элементов в производственной цепочке обращения с отходами.

Новые технологии использования биогаза и мировой опыт их применения. Биогаз производят путём анаэробного брожения биомассы. В зависимости от вида обрабатываемого сырья и типа переработки выделяют три обособленных направления его производства:

• свалочный газ (landfill gas), образующийся при разложении неопасных муниципальных бытовых отходов;

• газ сточных вод (sewage sludge gas), образующийся на очистных сооружениях;

• другие биогазы анаэробного брожения (biogases from anaerobic digestion), образующиеся при ферментации энергетических культур и органических отходов.

Ценность биогаза как энергетического сырья определяется тем, что в его состав входит метан (50–85%), а также углекислый газ и незначительные примеси кислорода, сероводорода, азота, аммиака и водорода, что диктует необходимость его очистки (табл. 1).

Таблица 1.

Химический состав биогаза и природного газа, %

Компоненты Биогаз анаэробной ферментации Природный газ
Метан 50–85 83–98
Углекислый газ 15–50 0–1.4
Азот 0–1 0.6–2.7
Кислород 0.01–1 –
Водород Менее 1 –
Сероводород Менее 1 –
Аммиак Менее 1 –
Этан – До 11
Пропан – До 3

Источник: [6].

Темпы роста промышленного производства биогаза в странах разные, причём толчком для развития таких технологий зачастую служит именно государственная политика. Страны осуществляют инвестиции в различные типы биогазовых систем в зависимости от принятых экологических и энергетических программ. Например, в Великобритании, США и Южной Корее бóльшую часть биогаза получают из свалочного газа, тогда как в Болгарии и Швеции производственные мощности созданы на установках по очистке сточных вод. Дания больше использует навоз, борясь таким образом с его перепроизводством. В Германии основным исходным сырьём служат энергетические культуры и пищевые отходы.

Технология получения свалочного газа отличается от других типов его производства. Ключевым в получении любого биогаза служит анаэробное сбраживание биомассы – энергетических культур, твёрдых и жидких органических и бытовых отходов [7]. Но если наиболее распространённый метод производства биогаза предполагает наличие специальной ёмкости – биогазовой установки (метантанкер, дигестор), то в случае со свалочным газом необходим обустроенный полигон для его сбора, отвечающий современным экологическим нормам. На полигоне роют котлован, дно которого застилают специальной мембраной и покрывают слоем глины для предотвращения проникновения продуктов гниения в почву и грунтовые воды. После загрузки отходов его оснащают сетью вертикальных скважин, горизонтальных трубопроводов и насосным оборудованием для отвода жидких продуктов разложения мусора и сбора свалочного газа. Газ, образующийся в процессе разложения мусора, поступает по трубам в газоочистительный аппарат, где освобождается от частиц пыли и ненужных примесей (например, серы) и поступает на компрессор, после чего он готов к употреблению [10, 8 ].

Вне зависимости от типа производства биогаз можно различными способами преобразовать в биометан – полный аналог природного газа – и использовать как ценный местный источник энергии и тепла. При этом существуют сопутствующие потенциальные выгоды в виде продажи излишков энергии в сеть. Тем самым решается проблема утилизации отходов и снижения расходов на эти цели. Кроме того, создаётся замкнутый цикл производства, что особенно актуально не только для сельскохозяйственных, но и мусороперерабатывающих предприятий. Очищенный до биометана газ также можно передавать в трубопроводную сеть и далее потреблять наравне с природным газом (рис. 1).

Рис. 1.

Схема получения и использования свалочного газа

                                                         Источник: [13].

Рис. 2.

Объём производства биогаза в странах ЕС

                                                                 Источник: [17].

Однако в России главное преимущество биогаза состоит не в возможности его использования в качестве дополнительного энергоресурса, а в том, что с его помощью вместе с этим можно решать экологические проблемы. Неконтролируемо выделяемый в атмосферу свалочный газ – серьёзная угроза для человека и окружающей среды. Кроме того, с ним связаны высокие риски возгорания. Поэтому сбор и утилизация свалочного газа относят к наиболее эффективным способам борьбы с выбросами загрязняющих веществ в атмосферу.

На протяжении последних пяти лет биогаз среди других энергоресурсов стабильно занимает третье место в мире по темпам роста производства. В 2017 г. они составили 11.9%, данные на 2018 г. свидетельствуют о сохранении динамики. Крупнейшими производителями биогаза остаются Китай, Германия, США, Италия и Великобритания, на которые приходятся почти 80% мировых объёмов ценного ресурса. Доля биогаза в генерации электроэнергии в 1990–2017 гг. выросла с 0.3 до 3.0%. Объёмы производства достигли 81.4 ТВт ⋅ ч, а установленная мощность –14.7 ГВт. Лидирующие позиции занимают Германия (34.3 ТВт ⋅ ч), США (12.5), Италия (8.3) и Великобритания (7.7) [15].

Производство биогаза наиболее устойчиво растёт в Европе. Объясняется это тем, что именно развитые страны ЕС стали пионерами внедрения программ перехода на альтернативные виды топлива и поддерживают инициативы, направленные на разработку новых технологий в этой сфере.

В 2016 г. общий объём произведённого в ЕС биогаза составил 16.6 млн т нефтяного эквивалента (н.э.) (рис. 2). Из них 9.2% приходится на биогаз сточных вод, 16% – на свалочный газ, подавляющая часть топлива была получена из органических отходов и энергетических культур в специальных установках (рис. 3). Однако в связи с административными ограничениями, регламентирующими использование энергетических культур для производства биогаза, темпы роста производства этого типа биогаза существенно замедлились, что в соответствии с целевыми ориентирами ЕС потребует увеличения его добычи на свалках и очистных сооружениях (рис. 4, 5).

Рис. 3.

Количество биогазовых станций в странах ЕС в зависимости от вида обрабатываемого сырья

                Источник: [18].

Рис. 4.

Сравнение текущего тренда генерации электроэнергии из биогаза с целевыми ориентирами National Renewable Energy Action Plan

Источник: [19].

Рис. 5.

Сравнение текущего тренда производства тепловой энергии из биогаза с целевыми ориентирами National Renewable Energy Action Plan

Источник: [19].

Рис. 6.

Объёмы производства биогаза по странам ЕС

                                                              Источник: [19].

Бóльшая часть биогаза (62%) используется для производства электроэнергии, оставшиеся объёмы идут на генерацию тепла (27%) и производство биометана (11%). В 2016 г. производство электроэнергии из биогаза достигло 62.6 ТВт ⋅ ч, тепла – 694.8 тыс. т н.э. Количество биогазовых установок в Европе ежегодно растёт – в 2016 г. оно увеличилось до 17 662 единиц.

Как ни странно, биогаз способен поддерживать развитие рынка природного газа в Европе, несмотря на то, что считается его прямым конкурентом. Сегодня европейская энергополитика формирует у потребителей негативное отношение к ископаемым топливам, что позволяет в дальнейшем оправдывать крупные субсидии в возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Но на фоне развития сегмента биогаза пользователь станет получать из трубы не просто природный газ, а его смесь с биогазом, что будет способствовать решению экологических проблем, демонстрируя один из вариантов зелёной энергетики. В результате общественное восприятие газового топлива улучшится.

Германия как крупнейший производитель биогаза в ЕС вырабатывает почти 50% всех объёмов в Европе (рис. 6), причём преимущественно из энергетических культур и органических отходов. Именно на Германию приходится значительный рост биогазовой генерации – с 1990 г. этот сектор увеличивается на 21.5% в год, что и позволило стране стать крупнейшим в Организации экономического сотрудничества и развития (ОЭСР) производителем биогаза (40.5%). Кроме того, в тройку лидеров входят Великобритания и Италия. В Великобритании более 50% биогаза получают из свалочного газа, в Италии он занимает второе место среди других источников. В таких странах, как Ирландия, Швейцария, Испания, Португалия, Греция и Эстония, биогазовое топливо тоже в приоритете (рис. 7).

Рис. 7.

Сырьё для производства биогаза в странах ЕС в процентном отношении

                                    Источник: [19].

В Европе для производства биогаза, помимо твёрдых коммунально-бытовых отходов муниципальных свалок, используют отходы фермерских хозяйств. Анаэробное сбраживание органических отходов животного и растительного происхождения с последующим получением биогаза имеет ряд экологических и экономических преимуществ. Этот процесс предотвращает неприятные запахи, которые зачастую сопровождают фермерское производство, загрязнение воды и почвы, выбросы парниковых газов, сокращает затраты на вывоз и утилизацию отходов, энергоснабжение, создаёт возможность для организации зам-кнутого цикла производства и получения дополнительного дохода в случае продажи излишков энергии в сеть (табл. 2).

Таблица 2.

Преимущества использования биогаза для разных категорий потребителей

Сельскохозяйственные предприятия Доступность сырья и возможность организовать замкнутый цикл производства для сокращения затрат на топливо и утилизацию отходов
Возможность получения дополнительного дохода за счёт продажи излишков газа в сеть при условии близости газотранспортной сети
Генерация электроэнергии и тепла для разных целей
Топливо для сельскохозяйственного транспорта и техники
Промышленность Сокращение затрат на топливо и утилизацию отходов
Генерация электроэнергии для производственных процессов и собственных нужд
Возможность получения дополнительного дохода за счёт продажи квот на выбросы в связи с сокращением эмиссии парниковых газов
Коммунально-бытовые предприятия Генерация экологически чистой электроэнергии и тепла
Сокращение затрат в системе управления отходами
Генерация электроэнергии, необходимой для энергоснабжения заводов по переработке отходов и сточных вод
Домашние хозяйства Автономный источник топлива в энергодефицитных регионах
Прямое сжигание для приготовления пищи, освещения и обогрева помещений

Анализ экономической конкурентоспособности биогаза. Перспективы развития биогаза во многом связаны с его способностью конкурировать с другими видами энергоресурсов. Себестоимость этого топлива зависит от затрат на производство, в том числе транспортировку сырья, расходов на его очищение до биометана (upgrading cost) и распределение/подключение (например, подачу в сеть). При использовании биогаза как источника энергии в стоимость включаются затраты на его производство и передачу электроэнергии. В случае привлечения для производства топлива энергетических культур значительную роль играют волатильность цен на сырьё и дальность транспортировки до биогазовой станции, что может увеличивать себестоимость продукта на 25–30%. Если применяется собственное сырьё в виде отходов, затраты на сбор, хранение и первичную обработку исключаются, так как эти процессы идут вне зависимости от последующего использования топлива. Более того, поскольку при работе с отходами решается и экологическая задача, в затраты можно включать экологическую субсидию, которая потребовалась бы для дегазации на мусорных полигонах. Транспортировка органических отходов животного происхождения обычно нерентабельна вследствие высокой стоимости и низкой плотности энергии из-за большого процента содержания воды. Себестоимость биогаза, произведённого на твёрдых и жидких органических отходах, составляет от 0.22 до 0.39 долл./м3, тогда как при производстве на промышленных отходах она колеблется от 0.11 до 0.50 долл./м3 [23]. Значительную роль играет масштаб установки – чем она больше, тем меньше капитальные и эксплуатационные затраты.

Рис. 8.

Диапазон средних капитальных затрат для электрогенерирующих биогазовых установок и станций на ископаемых топливах

Источник: составлено авторами по данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA) [26] и Международного энергетического агентства (МЭА) [25].

Общие капитальные затраты11 на установку анаэробного сбраживания варьируются от 3500 до 5000 долл. за м3/ч в зависимости от размера биореактора [25]. Инвестиционные затраты на трансформацию биогаза в биометан составляют от 1950 до 2600 долл. за м3/ч для установок мощностью более 800–1000 м3/ч необработанных газов. Для установок меньшего масштаба издержек значительно больше [23]. На рисунке 8 показан диапазон средних капитальных затрат для различных типов биогазовых установок в сравнении с двумя типами традиционных установок на природном газе и угольной станцией.

Рис. 9.

Затраты на производство различных типов биогаза в сравнении с ценой природного газа на площадках Henry Hub (США) и NBP (Великобритания) в 2017 г.

Источник: составлено авторами по данным Международного энергетического агентства (МЭА) [27].

Расходы на очистку и модернизацию загрязнённого биогаза зависят от примесей, образующихся в результате использования исходного сырья и размеров блока для удаления загрязнений. Маломасштабные заводы по производству биогаза мощностью около 100 м3/ч тратят на очистку от 1 до 1.55 долл./м3. Если говорить о конкуренции биогаза с природным газом, то его главное преимущество – в цене [23]. Для сравнения: диапазон биржевых цен на природный газ на основных торговых площадках США и Европы в 2017 г. составлял 0.10–0.21 долл./м3. На рисунке 9 показаны затраты на производство биогаза, очищенного до биометана, включая поставку в сеть, и на неочищенный био- и свалочный газ в сравнении с ценой природного газа на биржах США и Европы. Наиболее конкурентоспособным оказался газ, произведённый на свалках, поскольку в его себестоимость не входят затраты на сырьё и транспортировку (как правило, он используется вблизи мест производства).

Рис. 10.

Приведённая стоимость электроэнергии, выработанной на биомассе и биогазовых установках

Примечание: для расчёта стоимости электроэнергии на станциях в России использованы предельные капитальные и операционные затраты по тарифам электроэнергии, установленным распоряжением Правительства РФ от 8 января 2009 г. № 1-р (последняя редакция № 568-р от 31 марта 2018 г.).

*Станция промышленного масштаба на сельскохозяйственной ферме (анаэробное сбраживание агропродовольственных отходов)

**Станция промышленного масштаба на сельскохозяйственной ферме (анаэробное сбраживание – трава)

***Станция малого размера на сельскохозяйственной ферме (анаэробное сбраживание – сточные воды и трава)

****К биогазу относится газ, произведённый на отходах животного происхождения

Источник: составлено и рассчитано авторами по данным Международного энергетического агентства (МЭА) [28], Информационного агентства Gas Networks Ireland [29], распоряжений Правительства РФ [30].

Во многих странах мира биогаз уже нашёл свою нишу и становится быстрорастущей отраслью, но в России другие условия конкуренции, поэтому важно понимать, насколько зарубежный опыт применим у нас.

Возможности и ограничения производства биогаза в России. В нашей стране установлены предельные капитальные и операционные затраты22 на производство биогаза. Как показывает анализ, цена производимой на их основе электроэнергии находится на уровне мировых реальных затрат. Из приведённых на рисунке 10 данных следует, что цена электроэнергии на биогазе в Европе ниже, чем установленная в России, за счёт существенных субсидий, предоставляемых государством. Так, в 2015 г. общая сумма выделенных для станций на биогазе и биомассе средств составила 2264 млн евро, что на 22.4% больше, чем в 2009 г. (рис. 11). Показатель среднего уровня поддержки в расчёте на МВт ⋅ ч увеличился с 74 до 90 евро/МВт ⋅ ч.

Рис. 11.

Объём государственной поддержки для биоэнергетики в странах ЕС в 2009–2015 гг.

Источник: составлено авторами по данным отчётов Совета европейских регуляторов энергетики (CEER) [31].

Рис. 12.

Диапазон средних капитальных затрат для электрогенерирующих биогазовых установок и станций на ископаемых топливах

Источник: составлено авторами по данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA) [26], Международного энергетического агентства (МЭА) [25] и распоряжений Правительства РФ [35].

Сегодня в России действуют две станции на биогазе – “Лучки” и “Байцуры” (Белгородская область) общей установленной мощностью 4.1 МВт [32], производящие электрическую и тепловую энергию, и одна станция активной дегазации мусорного полигона с энергетическим блоком мощностью 2.4 МВт [33]. “Лучки” и “Байцуры”, будучи составной частью животноводческих комплексов, в качестве сырья используют органические отходы своих предприятий. При этом в стране планируется построить сеть биогазовых станций и увеличить их совокупную мощность до 10 МВт [34].

Напомним, что в Российской Федерации установлены максимально допустимые (предельные) объёмы капитальных, а также постоянных33 и переменных44 эксплуатационных затрат для каждого типа станций на возобновляемых источниках энергии. Их учитывают при определении тарифов и предельных (минимальных и/или максимальных) уровней цен на электроэнергию, произведённую на станциях в 2014–2020 гг. [30]. В зависимости от мощности меняется и объём затрат на кВт, то есть чем больше станция, тем меньше затраты в расчёте на единицу. Для станций на биогазе мощностью от 5 до 25 МВт капитальные затраты в 2015 г. составляли 3008 долл./кВт, ожидалось, что к 2020 г. этот уровень снизится до 2897 долл./кВт. На станциях мощностью 5‒25 МВт, производящих электроэнергию на свалочном газе, капитальные затраты не превышали 1139 долл./кВт55, а для станций мощностью менее 1 МВт – 1790 долл./кВт (рис. 12).

Рис. 13.

Диапазон средних постоянных и переменных операционных затрат для электрогенерирующих биогазовых установок в 2015 г. Для станций в России указаны установленные Правительством РФ предельные операционные затраты

Источник: составлено авторами по данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (IRENA) [26] и распоряжений Правительства РФ [35].

В странах, входящих в ОЭСР, коридор переменных операционных затрат биогазовых установок, кроме свалочного газа, составляет 4.2‒5.2 долл./МВт ⋅ ч. В России приняты более высокие уровни предельных переменных операционных затрат: в 2015 г. они находились в интервале 26–38 долл./МВт ⋅ ч, а к 2020 г. предполагалось увеличить расходы до 32–46 долл./МВт ⋅ ч. Уровень постоянных эксплуатационных затрат для свалочного газа в странах ОЭСР составляет 11–20 долл./кВт в год, тогда как для российских станций – 20–30 долл./кВт. Для прочих станций, в том числе на биомассе, уровень постоянных операционных затрат в странах ОЭСР составляет 2–7 долл./кВт в год, российский показатель выше в несколько раз – 8–18 долл./кВт (рис. 13).

Рис. 14.

Тарифы на электроэнергию в Белгородской области, установленные для станции на биогазе “Лучки” компании “АльтЭнерго”, городского и сельского населения в 2013–2018 гг.

Источник: составлено по данным Комиссии по государственному регулированию цен и тарифов в Белгородской области [42].

По данным ОАО “Корпорация Развитие” (Якутск), себестоимость произведённой электроэнергии на биогазовой станции составляет 7 руб./кВт ⋅ ч, между тем электроэнергия из традиционных источников энергии поступает по 4 руб./кВт ⋅ ч [36]. В России в качестве поддержки возобновляемых источников энергии Федеральным законом “Об электроэнергетике” для сетевых организаций установлено обязательство осуществлять компенсации потерь в электросетях в первую очередь за счёт электроэнергии, приобретаемой у подключённых к сетям этих организаций станций на ВИЭ [37]. Законом предписано регулирование на розничном рынке цен (тарифов) или их предельных минимальных/максимальных уровней на электроэнергию, произведённую на ВИЭ и приобретённую для компенсации сетевых потерь. Реализовывать электроэнергию по повышенному тарифу на розничном рынке может станция мощностью не более 25 МВт, получившая квалификационное свидетельство Ассоциации “НП Совет рынка”. После конкурсного отбора и включения в программу развития энергетики региона на основании выданного региональным органом свидетельства устанавливается специальный тариф и с сетевой организацией заключается договор о купле-продаже электроэнергии. На оптовых рынках к цене (тарифу) электроэнергии на ВИЭ прибавляется надбавка, которая рассчитывается, исходя из необходимости достижения целевых показателей по производству такой электроэнергии.

Для определения тарифа на электроэнергию, произведённую на возобновляемых источниках энергии, в том числе на установках по производству биогаза, применяется Методика Федеральной антимонопольной службы № 900 “Об установлении тарифа для генерирующих объектов ВИЭ, реализующих электроэнергию на розничных рынках, для компенсации потерь в сетях” [38 ] . В соответствии с этим документом долгосрочный тариф (цена) на электроэнергию до истечения срока возврата инвестиций станции на ВИЭ определяется методом долгосрочной индексации необходимой валовой выручки. Для станций, введённых в эксплуатацию до 1 января 2017 г., и объектов с истёкшим сроком возврата инвестиций используется метод экономически обоснованных расходов (затрат). При расчёте учитывается срок возврата инвестиций, равный 15 годам [38 ] , объём эксплуатационных и капитальных издержек, которые не должны превышать предельные объёмы, установленные распоряжением Правительства РФ. При этом для изолированных энергосистем предельные уровни затрат не назначаются. Установленный тариф двухставочный, то есть включает ставку за 1 кВт ⋅ ч электроэнергии и 1 кВт мощности. Существенным препятствием для развития биогазовых станций в России стало ограничение, по которому максимальный объём поставленной электроэнергии на ВИЭ не может превышать 5% от ежегодного объёма потерь в сетях региона [39].

В декабре 2012 г. для станции “Байцуры” Комиссия по регулированию цен и тарифов предложила установить тариф 6.5 руб./кВт ⋅ ч [40], при этом цена электроэнергии в 2013–2014 гг. составляла по одноставочному тарифу от 2.2 до 3.14 руб./кВт ⋅ ч. Приказами той же комиссии в Белгородской области ежегодно устанавливаются тарифы на электроэнергию. Одноставочный тариф для биогазовой станции в 2016–2018 гг. оставался неизменным и составлял 9.5 руб./кВт ⋅ ч, что значительно выше самых высоких одноставочных тарифов на электроэнергию для городского и сельского населения (рис. 14 ) [41].

Сравнение стоимости реально произведённой электроэнергии, а также установленных тарифов для биогазовой станции, включающих специальные надбавки, с тарифами для населения показывает, что для биогаза создан благоприятный тарифный регуляторный режим, но полноценно конкурировать на рынке он пока не может. Сегодня в Москве так называемая приведённая стоимость66 электроэнергии, выработанной на биомассе и биогазовых установках, примерно в 2 раза превышает стоимость электроэнергии, выработанной на традиционных источниках. Поэтому, несмотря на прибыльность этого бизнеса, обеспеченную государственным регулированием, с точки зрения общей экономики электроэнергетического комплекса достаточно сложно обосновать целесообразность дальнейшего распространения биогазовых технологий. Но есть несколько экономических факторов, которые могли бы изменить ситуацию и существенно улучшить конкурентоспособность биогаза.

Первый фактор. Сравнение с аналогами в Европе и США показывает наличие потенциала для снижения затрат на 15–30%. Существенную роль тут могут сыграть инструменты государственной поддержки, в том числе меры налогового стимулирования, льготного кредитования, а также зарекомендовавшие себя за рубежом программы целевого субсидирования.

Второй фактор. Биогаз находится вблизи мест потребления, и его использование в периоды пиковых нагрузок позволило бы оптимизировать работу энергосистемы и сдавать электроэнергию по более высоким ценам. Причём это важно как для электроэнергетики, где введён дифференцированный многотарифный учёт, так и для газовой отрасли, где этого не сделано, но для обеспечения пиковых нагрузок ПАО “Газпром” приходится держать очень дорогой значительный запас мощностей с кратковременным годовым использованием.

Третий фактор. Основным топливом для получения электроэнергии в России служит природный газ. По мере перехода на более сложные запасы неизбежны рост производственных затрат и повышение цен уже в 2020-х годах. Затраты на разработку новых проектов примерно в 2–3 раза выше, чем производственные затраты в предыдущие годы. На этом фоне рентабельность проектов биогаза будет улучшаться.

Таким образом, в России уже в ближайшие годы биогаз может стать конкурентоспособным. При этом его привлекательность будет возрастать по мере удаления от мест добычи газа из-за роста цен на электроэнергию. Особенно эффективен биогаз для покрытия пиковых нагрузок.

Ещё один сегмент применения биогаза – объекты децентрализованного энергоснабжения, где он конкурентоспособнее сжиженного природного и углеводородного газа. Большой интерес представляет использование органического сырья (как правило, в сельском хозяйстве) для экономики предприятий замкнутого цикла, которые являются и производителями, и потребителями биогаза [36].

Если иметь в виду, что выход газа на тонну ТКО составляет 120–200 м3 [43], то общий объём производимых в Москве отходов при выходе 160 м3/т позволяет получать в среднем до 1.2 млрд м3 газа, а в целом по России – до 9.6 млрд м3. Известно, что теплота сгорания биогаза в зависимости от процентного содержания метана варьируется в интервале 18–24 МДж/м3. Учитывая это, можно рассчитать, что использование биогаза в качестве энергоносителя, например в Московской области, позволит вырабатывать 3500–4400 МВт ⋅ ч электроэнергии в год [10].

Конечно, один из ключевых стимулов расширения перспектив применения биогаза связан с решением экологических проблем. Однако сегодня они имеют слабые экономические рычаги. В частности, расчёт платы за выбросы вредных веществ в атмосферу [43] в сравнении с утилизацией свалочного газа показывает, что за ущерб окружающей среде придётся заплатить сумму, эквивалентную 1% от стоимости производства электроэнергии на его основе. Скрытой субсидией, стимулирующей внедрение в работу с отходами современных технологий, может служить отсутствие штрафов за причинение ущерба окружающей среде. Например, в ситуации с мусорным полигоном “Кучино” в городском округе Балашиха (Московская область) с оператора взыскали штраф в размере 6.3 млрд руб. [45].

Таким образом, анализ показал, что развитию производства биогаза в России препятствуют:

• ограничение по возможностям поставок в сеть более 5% от потерь в электросистеме;

• отсутствие действенных федеральных и региональных программ поддержки и софинансирования, включая целевые экологические субсидии при решении проблем отходов;

• отсутствие комплексных целевых программ по сокращению выбросов и использованию отходов;

• ограниченный доступ к оборудованию в основном зарубежного производства;

• недостаточное информирование представителей бизнеса и населения о возможностях развития биогазовых производств и экологическом эффекте.

Тем не менее, несмотря на перечисленные трудности, можно сказать, что Россия обладает хорошим потенциалом для развития бизнеса на биогазе.

* * *

Актуальность проблемы утилизации мусора в России диктует необходимость разработки и принятия новых решений и схем в этой сфере. Если сейчас активно не заняться данными вопросами, то уже в среднесрочной перспективе страна столкнётся с мусорными кризисами. Выбросы на мусорных полигонах в Подмосковье в 2017–2018 гг. уже стали сигналом, свидетельствующим о пересечении красной линии, за которой прослеживается явное негативное влияние свалок на условия жизни и здоровье человека.

Полигоны захоронения отходов – один из наиболее распространённых и очевидных способов борьбы с мусором. Но схемы, по которым они функционируют в России, дают хорошую почву для критики. При создании полигонов часто не проводятся комплексные работы, позволяющие предотвратить заражение почвы, грунтовых вод, рассеивание отходов, сбор и отвод продуктов разложения. Процедуры дегазации осуществляются некачественно, побуждая жителей городов выходить на митинги и писать в различные инстанции многочисленные жалобы. Необходимо вводить новые требования к сбору, сортировке, переработке и утилизации отходов. При этом следует учитывать, что образование и выброс газа может превратиться в дополнительные возможности получения метана и электричества. Технологические решения, как и экономические регуляторные предпосылки в виде относительно благоприятных уровней предельных затрат, есть. Но мировой опыт показывает, что без целевой государственной заинтересованности и стимулирования у таких технологий мало шансов на успех. Производство биогаза в развитых странах, в том числе в ЕС, осуществляется в промышленных масштабах благодаря значительной государственной поддержке и политике, направленной на декарбонизацию и решение вопросов утилизации отходов.

В нашей стране необходимо разработать стратегические государственные программы по борьбе с отходами и конкретные схемы утилизации мусора для типовых регионов.

Ещё одно перспективное направление в этой области – строительство биогазовых установок на территории агрокомплексов для решения проблем утилизации отходов свиноферм, снижения плодородности почв и загрязнения грунтовых вод. При этом для удалённых от централизованных систем энергоснабжения объектов биогазовая установка будет хорошим способом обеспечения источниками электричества и тепла.

Несмотря на использование очищенного биогаза (биометана) в транспортном секторе, ключевым моментом становится его применение в качестве источника электрогенерации. Сегодня в России подача биогаза в газотранспортную систему затруднена, поскольку необходимы специальные компрессоры, а также строительство дополнительных линий трубопроводов при удалённом производстве топлива, что не урегулировано на законодательном уровне.

Для успешной борьбы с мусором следует принять комплекс мер, продиктованных экологическими соображениями, но имеющих благодаря внедрению новых технологий экономическую обоснованность, в частности, необходимо:

• определить новые жёсткие целевые ориентиры по обязательной доле перерабатываемых отходов, снижению вредных выбросов и загрязнения территорий в процессе утилизации;

• ввести новые стандарты формирования полигонов захоронения отходов и использования свалочного газа;

• ввести требования по утилизации свалочного газа на уже заполненных полигонах, в том числе за счёт производства электроэнергии или метана, и рекультивации этих территорий;

• утвердить благоприятные нормативные параметры принятия в сеть электроэнергии и газа, произведённых в ходе утилизации отходов, включая экономические и объёмные критерии;

• разработать федеральные и региональные программы целевого стимулирования для современных решений по “умной” и экологически безопасной утилизации отходов, включая механизмы поддержки производства и использования биогаза.

Список литературы

  1. На востоке Москвы второй день подряд превышен допустимый уровень сероводорода в воздухе // Интерфакс. 2 сентября 2017 г. http://www.interfax.ru/moscow/577459 (дата обращения 04.04.2020).

  2. В результате проверок по жалобам на загрязнение атмосферы на юго-востоке г. Москвы возбуждены административные дела // Официальный сайт Министерства природных ресурсов и экологии РФ. http://www.mnr.gov.ru/press/news/v_rezultate_proverok_po_zhalobam_na_ zagryaznenie_atmosfery_na_yugo_vostoke_g_moskvy_rosprirodnadzoro/ (дата обращения 04.04.2020).

  3. Экологическое состояние атмосферного воздуха в городе Москве и Московской области. Справка от 10.12.2017 // Официальный сайт МЧС России. http://www.mchs.gov.ru/operationalpage/digest/item/33443210/ (дата обращения 04.04.2020).

  4. Школьники пострадали в Волоколамске из-за выброса газа на свалке “Ядрово” // Ведомости. 21 марта 2018 г. https://www.vedomosti.ru/politics/articles/ 2018/03/21/754434-shkolniki-postradali-yadrovo (дата обращения 04.04.2020)

  5. Федеральный классификационный каталог отходов. http://www.fkko.ru/fkko?title=&code=&page=6 (дата обращения 26.10.2019).

  6. Мирошниченко И.В., Линднер Й.Ф. Утилизация отходов животноводства и птицеводства с получением биогаза в условиях Белгородской области России // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. 2016. № 2(10). С. 95–100.

  7. An Overview of Biogas Production: Fundamentals, Applications and Future Research // International Journal of Energy Economics and Policy. 2019. № 9(2). P. 105–115.

  8. Управление отходами. Сточные воды и биогаз полигонов захоронения твёрдых бытовых отходов / Под ред. Я.И. Вайсмана. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012.

  9. Cоколов Л.И., Кибардина С.М., Фламме С., Хазенкамп П. Сбор и переработка твёрдых коммунальных отходов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Инфра-Инженерия, 2019.

  10. Соловьянов А.А. Биогаз полигонов твёрдых коммунальных отходов: негативное влияние на окружающую среду // Знание. 2018. № 10-1(62). С. 61–72.

  11. Biomethane: Status and Factors Affecting Market Development and Trade // IEA Bioenergy. http://publications.jrc.ec.europa.eu/ repository/handle/JRC91580 (дата обращения 26.10.2019).

  12. Energy Access Outlook. 2017 // IEA https://www.iea.org/reports/energy-access-outlook-2017 (дата обращения 04.04.2020).

  13. United States Environmental Protection Agency. https://www.epa.gov/lmop/basic-information-about-landfill-gas (дата обращения 26.10.2019).

  14. Biogas – from refuse to energy // IGU. https://www.igu.org/sites/default/files/node-page-field_file/IGU%20Biogas%20Report% 202015.pdf (дата обращения 26.10.2019).

  15. Renewables Information 2019: Overview // IEA. https://www.iea.org/reports/renewables-information-overview (дата обращения 05.04.2020).

  16. Directive 2009/28/EC of the European Parliament and of the Council of 23 April 2009 // Official Journal of the European Union. 2009. № 5.6. P. 16–62. https://eur-lex.europa.eu/eli/dir/2009/28/oj

  17. The State of Renewable Energies in Europe // Eurobserv’er. https://www.isi.fraunhofer.de/content/dam/isi/dokumente/ccx/2018/EurObservER-Annual-Overview-2017-EN-1.pdf (дата обращения 26.10.2019).

  18. Biogas and Biomethane // European Biogas Association. https://www.entsog.eu/public/uploads/files/publications/Events/2017/tyndp/EBA_Biogas%20and%20biomethane-final.pdf (дата обращения 26.10.2019).

  19. Biogas Barometer // Eurobserv’er. https://www.eurobserv-er.org/biogas-barometer-2017/ (дата обращения 26.10.2019).

  20. Towards a circular economy: A zero waste programme for Europe // European Commission. http://ec.europa.eu/environment/circular-economy/pdf/circular-economy-communication.pdf (дата обращения 26.10.2019).

  21. Roadmap for a fossil fuel-free Stockholm 2050 // Planning & Environment Unit of the Environment and Health Administration in Stockholm. http://www.stockholm.se/ (дата обращения 26.10.2019).

  22. Denmark without waste: Recycle more – incinerate less // The Danish Government. https://mfvm.dk/fileadmin/user_upload/MFVM/Miljoe/ Ressourcestrategi_UK_web.pdf (дата обращения 26.10.2019).

  23. Biogas in Denmark // Danish Energy Agency. https://ens.dk/en/our-responsibilities/bioenergy/biogas-denmark (дата обращения 26.10.2019).

  24. Biogas for road vehicles: Technology brief 2017 // IRENA. https://www.irena.org/publications/2017/Mar/Biogas-for-road-vehicles-Technology-brief (дата обращения 05.04.2020).

  25. Projected Costs of Generating Electricity 2015 Edition // IEA-NEA https://www.oecd-nea.org/jcms/pl_14756 (дата обращения 05.04.2020).

  26. Renewable power generation cost in 2014 // IRENA. https://www.irena.org/documentdownloads/publications/irena_re_power_costs_2014_report.pdf (дата обращения 05.04.2020).

  27. Biogas and Bio-syngas Production // IEA-ETSAP. https://iea-etsap.org/E-TechDS/PDF/P11_BiogasProd_ML_Dec2013_GSOK.pdf (дата обращения 26.10.2019).

  28. World Energy Outlook 2016. Power Generation Assumptions // IEA. https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2016 (дата обращения 05.04.2020).

  29. Browne J. Creating a biomethane market in Ireland. https://www.dena.de/fileadmin/dena/Dokumente/Veranstaltungen/EBC_ 2017/ Vortraege_EBC/panel1-3-browne.pdf (дата обращения 26.10.2019).

  30. Распоряжение Правительства РФ от 8 января 2009 г. № 1-р “Об утверждении Основных направлений государственной политики в сфере повышения энергетической эффективности электроэнергетики на основе использования возобновляемых источников энергии на период до 2024 года”. http://government.ru/docs/20503/

  31. Status Review of Renewable Support Schemes in Europe 2008–2016 // CEER. https://www.ceer.eu/ (дата обращения 26.10.2019).

  32. Официальный сайт компании “АльтЭнерго”. http://www.altenergo.su/biogas/ (дата обращения 26.10.2019).

  33. Реестр квалифицированных генерирующих объектов, функционирующих на основе использования возобновляемых источников энергии // Ассоциация “НП Совет рынка”. https://www.np-sr.ru/ru/market/vie/index.htm (дата обращения 26.10.2019).

  34. Официальный сайт компании “Региональный центр биотехнологий”. http://www.biogas-rcb.ru/projects/ (дата обращения 26.10.2019).

  35. Распоряжение Правительства РФ от 28 июля 2015   г. № 1472-р. http://docs.cntd.ru/document/420291297 (дата обращения 26.10.2019).

  36. Инвестиционный портал Белгородской области. http://belgorodinvest.ru/ru/presscenter/massmedia/belgorod-biogaz-alternativnaya-energetika-budushego/ (дата обращения 26.10.2019).

  37. Федеральный закон от 26 марта 2003 г. № 35-ФЗ (ред. от 29.12.2017) “Об электроэнергетике”. Ст. 41. Функционирование технологической инфраструктуры розничных рынков. http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_41502/ (дата обращения 05.04.2020).

  38. Методические указания по установлению цен (тарифов) и (или) предельных (минимальных и (или) максимальных) уровней цен (тарифов) на электрическую энергию (мощность), произведённую на функционирующих на основе использования ВИЭ энергии квалифицированных генерирующих объектах и приобретаемую в целях компенсации потерь в электрических сетях. http://ppt.ru/docs/prikaz/fas/n-900-15-28665 (дата обращения 26.10.2019).

  39. Постановление Правительства РФ от 23 января 2015 г. № 47 “О внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации по вопросам стимулирования использования возобновляемых источников энергии на розничных рынках электрической энергии”. http://www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_174584 (дата обращения 05.04.2020).

  40. Экономным дадут миллиарды // Российская газета. 10 декабря 2012 г. https://rg.ru/2012/12/10/reg-cfo/energo.html (дата обращения 26.10.2019).

  41. Протокол заседания коллегии Комиссии по государственному регулированию цен и тарифов в Белгородской области № 31 от 22 декабря 2016 г. https://kgrct.ru/activity/rabota-kollegii/protokoly-zasedaniy-kollegiy/2016/ (дата обращения 05.04.2020).

  42. Комиссия по государственному регулированию цен и тарифов в Белгородской области. https://kgrct.ru/ (дата обращения 26.10.2019).

  43. Климов Г.М. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии для получения теплоты в системах теплоснабжения (свалочный биогаз, экологические проблемы использования). Н. Новгород: Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, 2012.

  44. Постановление Правительства РФ от 13 сентября 2016 г. № 913 (ред. от 29.06.2019) “О ставках платы за негативное воздействие на окружающую среду и дополнительных коэффициентах”. http://www.consultant.ru/ document/ cons_doc_LAW_204671/ (дата обращения 05.04.2020).

  45. Воробьёв заявил о взыскании 6.3 млрд руб. ущерба с полигона “Кучино” // РБК. 6 мая 2018 г. https://www.rbc.ru/society/06/06/2018/5b1803a79a794700e2e1332f?from=main (дата обращения 09.07.2020).

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Вестник РАН

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал