При сплошных рубках после механизированной заготовки древесины на лесосеках остаётся значительное количество древесной биомассы (от 30 до 60 м3 на 1 га). Под древесной биомассой мы здесь понимаем остатки деревьев (сучья, ветви, вершины, куски стволовой древесины, пни, корни и т.п.), образующиеся в процессе заготовки древесины на лесосеке и утратившие частично или полностью потребительскую стоимость исходного сырья.
В Беларуси лесозаготовительные предприятия почти не используют эту биомассу и рассматривают ее, как отходы. Действующими правилами предусматривается обязательная очистка лесозаготовителями мест рубок от отходов лесозаготовок одновременно с заготовкой древесины. Таким образом, очистка - составная часть лесосечных работ. Способы очистки мест рубок зависят от лесорастительных условий, технологии лесозаготовительных и лесовосстановительных работ.
Устанавливаются они на основании действующих правил и обязательно указываются в лесорубочном билете. Очистка мест рубок производится в основном рабочими комплексных бригад в процессе или после окончания разработки лесосеки.
Затраты на очистку вырубленных лесосек достаточно высоки и включаются в себестоимость заготовляемой древесины. Так, например, на укладку древесной биомассы в кучи вручную без сжигания затрачивается 5-7 чел. дней на 1 га, на измельчение и равномерное разбрасывание их по площади до 20 чел. дней, а на упрощённую очистку 2-3 чел. дня на 1 га.
Таким образом, традиционный подход к лесозаготовкам, когда древесная биомасса остающаяся после лесозаготовок рассматривается, как отходы, увеличивает себестоимость заготавливаемых лесоматериалов. Сегодня, в развитых лесных странах таких, как Финляндия, Швеция, Германия, Канада, США и др. древесную биомассу не рассматривают, как отходы. Напротив, древесная биомасса рассматривается, как сопутствующее сырье, которое может быть использовано для получения полезной продукции. Такой подход не только снижает себестоимость лесозаготовок, но и приносит дополнительный доход лесозаготовителю.
Сегодня основным потребителем древесной биомассы, остающейся после лесозаготовок, в развитых лесных странах становится биоэнергетика.
Экологичность, доступность, низкие цены, надежность энергоснабжения и создаваемые рабочие места – главные предпосылки, которые стимулировали развития биоэнергетики в экономически развитых лесных странах в 70-80 г.г.
Вначале 90 г.г., после подписания международных соглашений по противодействию изменению климата, в биоэнергетике произошли революционные изменения. Свою роль сыграл и рост цен на ископаемые энергоносители, особенно на нефть. В Скандинавских странах был сделан упор на биоэнергию на основе древесного сырья.
Древесная биомасса из леса стала важной частью энергоснабжения в Скандинавских странах. Сегодня доля биоэнергетики в Финляндии и Швеции превышает 25% от всего энергопотребления.
Древесная биомасса потребляется, в основном, в виде топливной щепы. Сразу возникает вопрос. Для того, чтобы получить топливную щепу и доставить ее потребителю из леса необходимо осуществить определенную работу. На выполнения этой работы потребуется соответствующая энергия. Не получиться ли так, что полученная из топливной щепы энергия будет соизмерима с энергией, необходимой на выполнение работы по ее доставки потребителю? Стоит ли игра свеч?
Так вот, количество необходимой энергии для получения биотоплива не превышает 3% от его теплотворной способности. Для сравнения, уголь и газ требуют до 6 % [1] . Использование древесного сырья для получения энергии в Финляндии приведено на графике ниже.
Для Финляндии, щепа из леса в ближайшее время станет единственным реальным резервом для роста объемов топливной древесины. Это связано с тем, что остальные источники древесного топлива, такие как опилки, кора, технологическая щепа, стружка, которые образуются на лесопильных заводах, целлюлозно бумажных комбинатах и деревообрабатывающих предприятиях экономически наиболее доступны и уже используются почти полностью.
Проблема топливной щепы из леса заключается в малом энергосодержании и в высокой стоимости ее производства.
Поэтому рынки топливной щепы до сих пор остаются во многих странах местными. Но сегодня ситуация меняется. Это вызвано не только системой государственной поддержки, но, главным образом, появлением новых технологий.
Отметим, что наибольший рост топливной щепы дали лесосечные отходы. Россия крупнейшая лесная держава, имеющая огромный потенциал пока неиспользуемой возобновляемой энергии на основе древесного топлива. По некоторым данным потенциал использования экономически доступного древесного топлива оценивается в 40 ТВтч/в год.
Однако, низкие цены на ископаемые энергоносители и отсутствие государственной политики по стимулировании использования биотоплива не способствуют развитию глобального рынка биоэнергетики в России. Биотопливо пока не выдерживает конкуренции с ископаемыми источниками энергии.
Анализ структуры затрат на производство основных видов продукции, вырабатываемой из древесины, показывает, что самыми крупными статьями расходов являются затраты на древесное сырье с учетом затрат на доставку его потребителям и затрат на топливо и энергию. Суммарная величина этих затрат достигает 40 45%. Из этого следует, что для повышения эффективности работы предприятий лесопромышленного комплекса приоритетным является снижение затрат на переработку древесного сырья, топливо и энергию. Очевидно, что для снижения затрат на конечную продукцию из древесины необходимо полнее использовать древесную биомассу, в том числе, и для получения тепловой и электрической энергии.
Что касается местной энергетики, то для России на сегодня это направление одно из самых перспективных. Накоплен положительный опыт использования лесосечные отходы для теплоснабжения поселков. Для снабжения небольших поселков (населением 500 1000 человек) теплом и горячей водой, энергия может вырабатываться автономны ми небольшими и даже мини ТЭЦ. Необходимая мощность таких энергетических установок составляет 0,5 1 МВт. Следует отметить, что небольшие и мини ТЭЦ в Европе довольно распространены. Например, в Австрии в 2005 году действовало 2638 мини ТЭЦ средней мощностью от 0,1 до 1 МВт. В 2005 году правительство Дании стимулировало использование энергетическими компаниями потребление 1,5 миллионов тонн биомассы для производства электроэнергии. Ежегодное потребление для этих целей древесных отходов должно теперь увеличиваться на полмиллиона тонн в год. В стране функционируют 77 ТЭЦ, сырьем для которых служат древесные гранулы и топливная щепа, получаемая в том числе и из лесосечных отходов. Они поставляют тепло и электроэнергию для систем централизованного водоснабжения.
Сдерживающим фактором широкому использованию ТЭЦ, работающих на лесосечных отходах, является цена топливной щепы. Цена щепы должна быть сопоставима с ценами на уголь, мазут и на другие ископаемые энергоносители. Эта цена определяется затратами на сбор и переработку лесосечных отходов на топливную щепу и затратами на доставку лесосечных отходов (топливной щепы) на ТЭЦ. Уровень этих затрат зависит от технологии сбора лесосечных отходов и производства топливной щепы, а также затратами на логистическиую цепочку, включающую транспортно складские операции.
По данным научно исследовательского лесного института METLA (Финляндия), при сортиментной заготовке елового леса с каждого гектара получают 250 м3 деловой древесины и 60 пл. м3 лесосечных отходов, что составляет в пересчете на энергию 120 000 КВт час. (рис. 3). Современные технологии позволяют получить эту энергию с минимальными затратами.
Рассмотрим существующие технологии переработки лесосечных отходов на топливную щепу для биоэнергетики.
Небольшая плотность распределения по лесосеке, разнородность древесных частиц и малый коэффициент полнодревесности лесосечных отходов составляют главную проблему при разработке технологий их освоения.
Все существующие технологии освоения лесосечных отходов для энергетических целей предполагают, что древесина будет использована в измельченном виде. В основном в виде топливной щепы. В зависимости от того, где производится топливная щепа, все технологии можно
разделить на три группы:
1. Технологии с производством щепы у пня (на лесосеке);
2. Технологии с производством щепы в месте примыкания к лесовозной дороги (на верхнем или нижнем складе);
3. Технологии с производством щепы у потребителя.
Как видно из представленных на рисунке технологий, главным оборудованием являются рубительная машина и энергетическое оборудование для получение тепловой и электроэнергии из топливной щепы.
Рубительные машины для получения топливной щепы из лесосечных отходов
Технология на базе мобильных рубительных машин наиболее подходит для производства топливной щепы как на самой лесосеке, так и в пунктах ее примыкания к автодорогам, на верхних и нижних лесных складах. Мобильные рубительные машины могут быть установлены и на складе у потребителя.
При этом надо иметь в виду, что при больших объемах производства топливной щепы, во дворе у потребителя экономически целесообразней будет установка стационарных рубительных машин.
Рубительные машины для производства топливной щепы это, как правило, машины барабаного типа. Барабан большого диаметра имеет несколько рубительных ножей, обеспечивающих измельчение даже целых деревьев диаметром до 60 70 см. В качестве энергетического модуля для мобильных рубительных машин используют колесные трактора общего назначения или шасси грузовых автомобилей. Стационарные рубительные машины имеют собственный двигатель.
Современные рубительные машины имеют мощный двигатель (от 150 кВт), который обеспечивает производительность 40 300 насыпных м3 щепы в час.
Среди производителей мобильных рубительных машин можно выделить машины финской компании Heinola Sawmill Machinery Inc. Эта компания хорошо известна Российским лесопромышленникам, как производитель лесопильного оборудования.
Компания Heinola Sawmill Machinery Inc предлагает российским лесопромышленникам рубительные машины разного назначения, в том числе и для производства топливной щепы в различных модификациях согласно пожеланиям заказчика. Рубительные машины могут поставляться на базе прицепа к трактору с гидроманипулятором, а высоко производительные модели на базе шасси крупногабаритного автотранспорта. Компания Heinola Sawmill Machinery Inc способна предложить не только технологическое оборудование, включающее руби тельные машины, ее привод и гидроманипулятор, но также и услуги по сборочным работам на базе транспортного средства заказчика. Такая требовательная сборка может проводиться согласно пожеланиям заказчика, как силами финских специалистов в Финляндии, так и на территории России, проверенными и опытными машиностроителями. Большое внимание уделяется поставкам запчастей.
С начала 80г.г. компания Heinola Sawmill Machinery Inc поставила на территорию России и стран СНГ 338 мобильных рубительных машин. Последние поставки были в Московскую области и в Карелию. По приглашению компании Heinola Sawmill Machinery Inc, в июне 2007 года, сотрудники журнала “Лесопромышленник” посетили завод в г. Хейнола (Финляндия), где приняли участие в семинаре, подготовленном господином Пекка Салоненом, специалистом по рубительным машинам компании. Семинар проводился для группы российских специалистов.
Как раз в это время в цехах завода собирали несколько рубительных машин по заказу одной японской фирмы. Завод компании Heinola Sawmill Machinery Inc выпускает целую линейку мобильных рубительных машин для производства топливной щепы. TT 97RMТ универсальная рубительная машина средних габаритов Рубительная машина барабанного типа работает от привода трактора и служит для производства щепы равномерного качества из отходов лесозаготовок, рубок прореживания и круглой древесины.
Трактор общего назначения прекрасно подходит к рубительной машине в качестве энергетического модуля. Загрузка сырья в рубительную машину выполняется гидроманипулятором трактора. Передвижная рубильная машина оснащена легкозаменяемым встроенным ситом, которое обеспечивает однородность щепы. Рубильная машина защищена от перегрузок системой автоматической подачи. Специальная конструкция сводит к минимуму повреждения, которые могут быть причинены металлическими частицами, попавшими в рубительную машину вместе с древесиной. Рубительный модуль может также быть оснащён отдельным механизмом подачи.
Технологически машина может работать стационарно, например, в пункте примыкания лесосеки к автомобильной дороге или на верхнем складе. При необходимости, машина, за тягой трактора, может работать непосредственно на лесосеке, перемещаясь от скопления лесосечных отходов к скоплению.
TT 97RMS (рис. 6) модификация модели TT 97RMT, обеспечивающая производство и транспорт щепы. Машина представляет собой комбинация рубительной машины с автомобилем контейнеровозом. Эта рубительная машина может работать автономно без дополнительного оборудования, перерабатывая лесосечные отходы, дровяную и тонкомерную древесину в местах примыкания лесосек к автодорогам. Загрузка щепы осуществляется в собственный контейнер. Как вариант, рубительная машина может устанавливаться на автомобиль без контейнера.
TT 1310RML самая габаритная машина из серии рубительных машин. Рубительная машина барабанного типа, устанавливаемая на шасси грузового автомобиля. Благодаря большому загрузочному проему, рубительная машина может перерабатывать, кроме отходов лесозаготовок и круглой древесины, спрессованные пакеты лесосечных отходов (bundlеs) крупой формы. Технологически машина может работать в пунктах примыкания лесосеки к автодороге, на нижнем и верхнем складах, а также на складах у конечного потребителя.
TT 1310RS станция переработки древесных отходов в щепу. Стационарная рубительная машина барабанноготипа предназначена для переработки на щепу круглой древесины, лесосечных отходов и спрессованных пакетов лесосечных отходов (bundlеs) крупой формы. Эта станция предназначена для стационарной установки, главным образом, на складе потребителя. Преимуществом стационарных установок является низкая себестоимость производства щепы и высокая производительность.
Авторы: Карпачев С.П., Щербаков Е.Н., Слинченков А.Н.
Список использованной литературы:
1. Карпачев С.П. “Лесопромышленник” № 3 2006
2. Hakkila P. Developing technology for large scale production of forest chips. WoodEnergy Technology Programme 1999 2003. Technology Programme Report 5/2003.Tekes.
3. Ylitalo E. Puupolttoaineen kaytto energiantuotannossa. SVT agriculture, forestry and fishery 2001, p. 52.
4. Суханов B.C. Перспективы использования древесных отходов и дровяной древесины для выработки тепловой и электрической энергии. "ЛесПромИнновации", 2005
В обзоре использованы материалы и фотографии зарубежных организаций: Heinola, ООО “Ковровские котлы”, John Deere, Metla, ABAB, Silvaro.