Для системы парового электрогенератора мощностью 10 кВт с требуемым КПД 10% и использованием 15 кВт тепла на отопление (за счет утилизации тепла от конденсации пара), составим таблицу с учетом количества топлива, необходимого для обеспечения требуемой мощности, и стоимости выработки 1 кВт·ч электроэнергии.
Условие и формулы:
- Для генерации 10 кВт электроэнергии при КПД 10% требуется:
- Удельная теплота топлива берётся из справочных данных.
- Масса/объем топлива рассчитывается по формуле:

- Цена за 1 кВт·ч электроэнергии:
Итоговая таблица:
Топливо | Необходимое кол-во топлива (кг или л/ч) | Цена топлива за 1 ч работы (руб) | Стоимость 1 кВт·ч электроэнергии (руб) |
---|---|---|---|
Дрова (20% влаж.) | 33,33 кг | 100 | 10,0 |
Брикеты | 20,00 кг | 160 | 16,0 |
Пеллеты | 20,00 кг | 300 | 30,0 |
Печное топливо | 9,80 л | 490 | 49,0 |
Мазут | 10,20 л | 408 | 40,8 |
Уголь (каменный) | 13,33 кг | 93 | 9,3 |
Щепа (50% влаж.) | 50,00 кг | 100 | 10,0 |
Опилки (сухие) | 40,00 кг | 60 | 6,0 |
Опилки (50% влажн.) | 76,92 кг | 76,92 | 7,7 |
Солнечная энергия | — | 0 (без учёта панели) | 0 (амортизация панели не учтена) |
Пояснение к таблице:
- Колонка 1: Показывает, сколько единиц топлива необходимо сжечь в час для выработки 100 кВт·ч тепла (требуемого для 10 кВт электроэнергии).
- Колонка 2: Учитывает стоимость топлива за 1 час работы (при средних рыночных ценах).
- Колонка 3: Это стоимость 1 кВт·ч электроэнергии, рассчитанная как Цена топлива за 1 ч работы/Pуб.
Основные результаты сравнительного анализа:
- Самое дешевое топливо:
- Сухие опилки: 6 руб/кВт·ч.
- Каменный уголь: 9,3 руб/кВт·ч.
- Влажные опилки и дрова стоят примерно одинаково (7,7–10 руб/кВт·ч).
- Самое дорогое топливо:
- Печное топливо: 49 руб/кВт·ч.
- Мазут: 40,8 руб/кВт·ч.
- Экологически чистые топливные брикеты и пеллеты показывают высокую стоимость (16–30 руб/кВт·ч), но отличаются более стабильными характеристиками горения и меньшим количеством отходов (золы).
- Солнечная энергия может показаться бесплатной, но требует значительных вложений в оборудование. Однако, на перспективу, она является полностью возобновляемым ресурсом.
Таким образом, наиболее экономически выгодным топливом оказываются варианты с низкой стоимостью и высокой доступностью: уголь, опилки и дрова.
Опилки, много ли их в России набирается в год?
Объём производства опилок в России зависит от объёма лесозаготовительной и деревообрабатывающей промышленности, так как опилки являются побочным продуктом этих процессов. По данным, доступным на конец 2023 года, из следующих расчетов можно сделать выводы:
- Общий объём заготовки древесины в России:
В среднем ежегодно в России заготавливается около 220–230 млн кубических метров древесины. Это включает пиломатериалы, фанеру, целлюлозу и прочую промышленную обработку древесины. - Процент отходов в виде опилок:
При лесопилении (раскрое древесины) до 30–50% от объёма заготовленной древесины превращается в отходы. Среди них опилки составляют около 50–60% всех отходов (остальное — кора, кусковые отходы, щепа и пр.). Пропорция зависит от типа обработки древесины: при производстве пиломатериалов объём опилок больше, чем при производстве фанеры или целлюлозы. - Оценка объёма опилок:
Исходя из общего объема лесозаготовок в 230 млн м³ и среднего коэффициента отходов (40%), можно примерно оценить производство опилок. Одна тонна древесины в среднем дает около 0,2–0,25 тонны опилок и мелкой щепы. Получается:
230 млн м3×0,4=92 млн м³ отходов.
Из них примерно 50–55 млн м³ — это чистые опилки.
- Перевод в тонны:
Средняя плотность опилок (в зависимости от породы древесины и влажности) составляет 200–250 кг/м³ в сухом состоянии. Таким образом:
55 млн м3×0,25=13,75 млн т.
С учётом повышенной влажности (в свежих опилках влажность может достигать до 50%), объём составит приблизительно 27–30 млн тонн в год.
Итог:
В России ежегодно производится около 27–30 млн тонн опилок (включая влажные и сухие). Это значительный ресурс, который можно использовать для производства пеллет, топливных брикетов, биотоплива, теплоэнергии или компостирования. Однако большая часть этого объёма всё ещё недостаточно эффективно перерабатывается и остается побочным отходом.
Для оценки выработки электроэнергии из опилок при КПД 10% мы произведем следующие расчеты. Рассмотрим, сколько энергии можно выработать с их помощью, а также сравним это с потреблением электроэнергии в России и других масштабах.
Дано:
- Ежегодное производство опилок в России: 30 млн тонн (с учетом влажности около 50%).
- Удельная теплота сгорания влажных опилок: 2 кВт·ч/кг, что ниже теплоты сухих опилок (~4 кВт·ч/кг) из-за влажности.
- КПД системы (паровой генератор): 10% — т. е. 10% тепловой энергии топлива переводится в электроэнергию.
Расчёты:
- Общая тепловая энергия, выделяемая при сжигании опилок:
Qопилок=Mопилок×Qудел.
Где:
- Mопилок=30 млн т=30×106 т.
- .
Подставляя:
- Электрическая энергия при КПД 10%:
Только 10% от тепловой энергии преобразуется в электроэнергию:
Eэл=Qопилок×η.
Подставляя:
С чем можно сравнить объём 6 ТВт·ч:
- Потребление электроэнергии в России:
В 2022 году общее потребление электроэнергии в России составило около 1100 ТВт·ч. Таким образом, выработка электроэнергии из опилок составляет:
61100×100%≈0.54%.
Это менее 1% от годового энергопотребления страны.
- Выработка одной крупной ТЭС:
Например, одна из крупнейших тепловых электростанций России, Рефтинская ГРЭС (в Свердловской области), производит около 20 ТВт·ч ежегодно. Выработка из опилок равна примерно 30% от годового производства Рефтинской ГРЭС. - Потребление электроэнергии небольшого региона:
- Выработка 6 ТВт·ч эквивалентна энергопотреблению небольшого региона РФ. Например, это больше годового потребления таких регионов, как Калмыкия (
3,5 ТВт·ч) или Чукотка (3 ТВт·ч).
- Выработка 6 ТВт·ч эквивалентна энергопотреблению небольшого региона РФ. Например, это больше годового потребления таких регионов, как Калмыкия (
- Количество домохозяйств:
В среднем, одна семья в России потребляет около 4000–5000 кВт·ч/год электроэнергии. При выработке 6 ТВт·ч можно обеспечить:
6×1095000≈1.2 млн семей.
То есть, электроэнергии из опилок хватит на годовое энергоснабжение 1,2 млн домохозяйств.
Итог:
При КПД 10% из 30 млн тонн опилок можно выработать около 6 ТВт·ч электроэнергии в год. Это составляет примерно 0,54% от общего потребления электроэнергии в России или соответствует выработке небольшой электростанции. Такой объём энергии также можно было бы использовать для обеспечения 1,2 млн семей, что делает опилки перспективным, хотя и ограниченным источником энергии при современных технологиях.