Какое топливо выбрать для мини ТЭЦ 10 кВт электроэнергии + 15 кВт тепла

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:

  1. Для генерации 10 кВт электроэнергии при КПД 10% требуется:
  1. Удельная теплота топлива берётся из справочных данных.
  2. Масса/объем топлива рассчитывается по формуле:
Какое топливо выбрать для мини ТЭЦ 10 кВт электроэнергии + 15 кВт тепла
  1. Цена за 1 кВт·ч электроэнергии:

Итоговая таблица:

ТопливоНеобходимое
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 кг10010,0
Брикеты20,00 кг16016,0
Пеллеты20,00 кг30030,0
Печное топливо9,80 л49049,0
Мазут10,20 л40840,8
Уголь (каменный)13,33 кг939,3
Щепа (50% влаж.)50,00 кг10010,0
Опилки (сухие)40,00 кг606,0
Опилки (50% влажн.)76,92 кг76,927,7
Солнечная энергия0 (без учёта панели)0 (амортизация
панели
не учтена)

Пояснение к таблице:

  1. Колонка 1: Показывает, сколько единиц топлива необходимо сжечь в час для выработки 100 кВт·ч тепла (требуемого для 10 кВт электроэнергии).
  2. Колонка 2: Учитывает стоимость топлива за 1 час работы (при средних рыночных ценах).
  3. Колонка 3: Это стоимость 1 кВт·ч электроэнергии, рассчитанная как Цена топлива за 1 ч работы/Pуб.

Основные результаты сравнительного анализа:

  1. 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).
  2. Самое дорогое топливо:
    • Печное топливо: 49 руб/кВт·ч.
    • Мазут: 40,8 руб/кВт·ч.
  3. 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).
  4. 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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.

  1. 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:

  1. Общая тепловая энергия, выделяемая при сжигании опилок:

Qопилок=Mопилок×Qудел.

Где:

  • Mопилок=30 млн т=30×106 т.
  • .

Подставляя:

  1. 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:

  1. 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.

  1. 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.
  2. 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).
  3. 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.

Прокрутить вверх