авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Биоэнергетический потенциал калининградской области

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

РАГУЛИНА Изумруд Рамазановна

БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ

КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ

25.00.36. - геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Калининград 2007

Работа выполнена в Российском государственном

университета имени Иммануила Канта

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических

наук, профессор

Краснов Евгений Васильевич

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических

наук, профессор

Покровский Альберт Викторович

доктор географических наук,

профессор

Петров Кирилл Михайлович

Ведущая организация: Московский государственный

университет имени М.В. Ломоносова

Защита состоится « 7 » ноября 2007 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.084.02 при Российском государственном университете имени Иммануила Канта на факультете географии и геоэкологии по адресу: 236040, г. Калининград, ул. Университетская, 2, ауд. 206; e-mail: ecogeography@rambler.ru

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале научной библиотеки Российского государственного университета имени Иммануила Канта (ул. Университетская, 2).

Автореферат разослан « 5 » октября 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Г. М. Баринова

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Истощение запасов ископаемых видов топлива ввиду роста их потребления определяет неизбежность перехода к альтернативным источникам энергии. Необходимость экономии природных ресурсов в условиях глобальных изменений климата и обострения экологических проблем (загрязнение атмосферы СО2, СН4 и др. парниковыми газами, разрушение озонового слоя и т.д.) становится важнейшим условием экологизации природопользования. Концепция экологически сбалансированного (устойчивого) развития основывается на увеличении доли использования возобновляемых источников энергии, среди которых биоэнергетика играет все более значительную роль.

Использование биоэнергетического потенциала во многих государствах осуществляется на основе Киотского протокола, согласно которому промышленно-развитые страны и страны с переходной экономикой к 2012 гг. должны сократить совокупные выбросы парниковых газов по меньшей мере на 5% по сравнению с уровнем 1990 г. В странах Западной Европы, США, Бразилии, Японии, Китае все шире, наряду с энергией солнца, ветра, воды, используется биотопливо.

Биотопливо (по Н.Ф. Реймерсу, 1990) – любая биомасса (органические вещества растительного и животного происхождения), превращаемая при сгорании в тепловую энергию. В эту категорию входят также органическая часть твердых бытовых отходов (ТБО), отходы животноводства и птицеводства и др., выделяющие тепловую энергию при брожении.

Из биомассы в мире ежегодно получают порядка 2 млрд. т у.т. энергии, что составляет около 14 % общего потребления первичных энергоносителей. В развивающихся странах этот показатель превышает 30%, (иногда доходит до 50-80%), однако в промышленно развитых государствах он составляет в среднем 2-3%. Вклад биомассы в общий энергобаланс Европейского Союза в 2004 г. составлял 3,6%, а к 2010 г. его планируется увеличить до 12%. В Финляндии биотопливом покрывается 19,6% общего потребления первичной энергии, в Швеции –16,1%, в Австрии - 11%, в Дании – 10,3%, в Польше – 4,5%, в Германии – 2,1% и т.д. Значительных успехов достигли Латвия (28%), Эстония (10,5%), Литва (7,6%). В России доля биоэнергетики в общем балансе составляет всего лишь 0,56 %, а в Калининградской области - 0,4%.

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) этого эксклавного региона России в настоящее время получает энергию, вырабатываемую на основной территории страны и передаваемую по электрическим сетям Белоруссии и Литвы (86,4% от общих объемов потребления в 2005 г.). Кроме того, в октябре 2005 г. здесь запущен первый энергоблок ТЭЦ-2 мощностью 450 МВт, работающей на природном газе, но и это не обеспечивает полностью энергетической независимости Калининградской области. Неопределенности, связанные с транзитными поставками природного газа и вероятностью закрытия Игналинской АЭС в Литве, уже в 2009 г. могут обострить ситуацию в ТЭК региона. Использование биотоплива способно диверсифицировать производство энергии, привести к ресурсосбережению, утилизации отходов и значительному сокращению выбросов парниковых газов в атмосферу.

Цель работы – оценка значения биоэнергетического потенциала Калининградской области для повышения эколого-экономической эффективности регионального развития.

Для достижения этой цели автором решались следующие задачи:

  1. Оценить распространение и биоэнергетический потенциал древесных отходов лесопромышленного комплекса на территории региона.
  2. Выявить эколого-географические предпосылки создания короткоцикловых ивовых плантаций с учетом ландшафтной дифференциации территории.
  3. Обосновать эколого-экономическую целесообразность использования возобновимых ресурсов торфа в региональной теплоэнергетике без ухудшения условий окружающей среды.
  4. Изучить распространение и возможности утилизации отходов животноводства и птицеводства на территории области.
  5. Оценить значение городских свалок ТБО региона для получения тепловой энергии с учетом воздействия на окружающую среду.

Объект исследования биоэнергетические ресурсы Калининградской области.

Предмет исследования эколого-географическая оценка биоэнергетического потенциала Калининградской области.

Научно-методологическая основа: теоретико-методологические основы геоэкологии и природопользования (С.П. Горшков, Г.Н. Голубев, К.М. Петров, А.Г. Емельянов, Н.Ю Куражковский, Н.Ф. Реймерс, Т.Г. Рунова, И.Н. Волкова, Т.Г., Нефедова, П.Я. Бакланов и др.); оценка значения биомассы для производства энергии (J. Twidell, T. Weir, J.A. Stasiek, Т. B. Johansson, D.O. Hall, H. Kelly, A.K.N. Reddy, R.H. Williams, J. Woods, А.А. Соловьев, С.И. Зайцев, Н.А. Рустамов, П.П. Безруких, и др.), в том числе древесных отходов (M. Parrika, Г.А. Борисов, Г.И. Сидоренко,); изучение перспектив создания ивовых плантаций (P.F. Randerson, К.L. Perttu, P.J. Kowalik, А. Koppel, Е.Г. Победимова, А.К. Скворцов), возможностей использования торфа (И.И. Лиштван, С.Н. Тюремнов, В.Д. Марков, А.С. Оленин, А.В. Лазарев, В.В. Орленок), биогаза (H. Schulz, B. Eder, Е.С. Панцхава, Е.Е. Мариненко), твердых бытовых отходов (В.И. Гурвич, Г.Г. Гелетуха, Г.А. Заварзин, А.Б. Лифшиц, А.Н. Мирный и др.).

В основу диссертации положены аналитические и статистические данные об объемах лесозаготовок (2001-2005 гг.), добычи торфа (1998-2006 гг.), твердых бытовых отходов; о численности поголовья домашнего скота и птицы, а также картографические материалы из «Географического атласа Калининградской области» (2002), «Схемы охраны природы Калининградской области» (2005), «Карты горючих полезных ископаемых (торф, бурые угли) Калининградской области» (2000), «Пространственного, территориального и ландшафтного планирования в Калининградской области» (2006). Использовались информационно-аналитические и статистические данные территориального органа Федеральной службы госстатистики Калининградской области, отчеты о состоянии окружающей природной среды Калининградской области, отчеты Агентства лесного хозяйства и Ростехнадзора; результаты экологического мониторинга, отчеты и технико-экономические обоснования проектов производственных предприятий, в том числе проект ТАСИС «Поддержка деятельности в сфере обращения с отходами в Калининградской области», а также ресурсы Internet.

Основные методы исследования - сравнительно-геогра­фический, расчетно-статистический и картографический. Обработка статистических данных осуществлялась с помощью табличного процессора EXEL. В качестве программного обеспечения применялись Adobe Photoshop 7.0, CorelDraw 11.

Научная новизна:

  1. Впервые количественно оценен суммарный энергетический эквивалент биотоплива Калининградской области (древесных отходов, торфа, биогаза, твердых бытовых отходов и др.) и картографически отображены особенности распространения биоэнергетических ресурсов в регионе.
  2. Впервые дано эколого-ландшафтное обоснование размещения ивовых плантаций, перспективных для получения биотоплива.
  3. Разработана типология территории области по биоэнергетическим показателям, основанная на возможностях практического использования ресурсов биотоплива.
  4. Обоснована геоэкологическая значимость использования биотоплива без ухудшения качества окружающей среды региона.

Практическое значение работы определяется острой необходимостью решения энергетических проблем Калининградской области без ухудшения экологической ситуации. Диссертация носит научно-практический характер и направлена на развитие биоэнергетики, внедрение экологически более чистых технологий в производство тепловой и электрической энергии.

Предложенные количественные оценки биогаза из отходов животноводства и птицеводства, использованы региональным Министерством сельского хозяйства в Целевой программе «Основные направления развития агропромышленного комплекса Калининградской области на 2007- 2016 годы». Основные положения диссертации внедрены в учебный процесс при чтении лекционных курсов «Экология» и «Экологические риски региона» студентам и курсантам Балтийской государственной академии рыбопромыслового флота.

Личный вклад. В основу диссертации положено непосредственное участие в сборе, систематизации и обработке фактических данных. Для обоснования вариантов использования биоэнергетических ресурсов проводилось обследование ключевых участков, выполнялись прогнозные расчеты и оценки.

Апробация работы. Основные ре­зультаты докладывались и обсуждались на межвузовской конференции аспирантов, докторантов и соискателей Балтийской государственной академии рыбопромыслового флота (Калининград, 2001 г.), IY региональной конференции «Геоэкология и природные ресурсы Калининградской области и Балтийского моря» (Калининград, 2002 г.), Восьмой польско-датской конференции «Биомасса для энергии» (Гданьск, 2003 г.), международной научно-технической конференции «Энергосбережение. Энергооборудование. Энергопотребление» (Калининград, 2006 г.), международной научно-практической конференции «Проблемы управления социально-экономическими процессами региона» (Калининград, 2006, 2007 гг.). По результатам исследования опубликовано 10 работ.

Основные защищаемые положения:

  1. Значимость биоэнергетического потенциала Калининградской области (отходов лесопромышленного производства, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности и др.) в качестве альтернативы традиционным источникам энергии на основе количественных оценок.
  2. Эколого-географические предпосылки создания короткоцикловых ивовых плантаций для производства биотоплива с учетом ландшафтной дифференциации территории региона.
  3. Возможность использования возобновляемых ресурсов торфа в качестве источников биотоплива с эколого-экономических позиций.
  4. Типология территории Калининградской области по биоэнергетическим показателям.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использо­ванной литературы и 5 табличных приложений общим объемом 162 страниц, включая 26 рисунков и 37 таблиц. Список литературы включает 154 наименования, в том числе 35 на иностранных языках.

Основное содержание диссертации

Под биоэнергетическим потенциалом автором предлагается понимать количественно выраженный ресурс энергии, заключенный в биотопливе (биомассе), который может быть реально вовлечен в хозяйственную деятельность при существующих технических и социально-экономических возможностях общества с условием сохранения благоприятной среды обитания.

Использование биомассы в России осуществляется при термохимической конверсии дров и древесных отходов, твердых бытовых отходов (ТБО), торфа (прямое сжигание, газификация, пиролиз и пр.) и биотехнической конверсии отходов сельского хозяйства, осадков канализационных очистных систем, полигонов ТБО (биогаз).

Целесообразность развития биоэнергетики в Калининградской области обусловлена ее геополитическим положением, природными и социально-экономическими условиями. Основные биоэнергетические ресурсы региона - древесные отходы лесного хозяйства, целлюлозно-бумажной и мебельной промышленностей, торф, органические отходы сельскохозяйственного производства, ТБО и т.д. Их рациональное использование позволит решать не только энергетические, но также экологические и социальные проблемы (решение проблемы парниковых газов, ТБО, оптимизация лесозаготовок, создание новых рабочих мест, пополнение регионального и местного бюджетов и пр.).

Биоэнергетический потенциал лесопромышленного комплекса

Площадь государственного лесного фонда Калининградской области составляет 281,3 тыс. га, покрытая лесом - 242 тыс. га, запасы насаждений – 48,6 млн. м3 (по состоянию на 01.01.2006 г.). Ежегодный общий прирост древесины - 920 тыс. м3. Всего спелого леса на корню насчитывается около 5 млн. м3 (6% от общей площади лесного фонда).

Средняя лесистость – 18,5%, в отдельных районах она варьирует от 5,5 до 40,5%. Так, в Неманском районе лесистость – 5,5%, Зеленоградском – 8,7%, Озерском – 10,3%. Наиболее покрытые лесами районы: Полесский – 40,5%, Нестеровский – 26,8%, Славский – 22,3%. До 50% видового состава лесов представлено мягколиственными породами, 28% - хвойными, 22% - твердолиственными. Средний возраст древостоя – 56 лет.

Леса отнесены главным образом к 1 группе, в них существенно ограничены рубки главного пользования, заготовка древесины осуществляется при рубках промежуточного пользования (санитарных, рубках ухода и др.), а также при лесовосстановлении. На территории области ежегодно добывается более 450 тыс. м3 ликвидной древесины, образуется 100-140 тыс. м3 древесных отходов, которые чаще всего сжигают на лесосеках.

В 2005 г. было вырублено 522,6 тыс. м3 древесины, что в 1,5 раза больше по сравнению с 2001 г. Это связано с тем, что нормы вырубки расчетной лесосеки (с 2003 г.) были увеличены с 178,8 до 214,7 тыс. м3. В 2001 г. по отношению к рубкам главного пользования расчетная лесосека была освоена лишь на 39%, а в 2005 г. - на 57,8% (рис.1).

Рис. 1. Использование ликвидной древесины и древесных отходов

Объемы лесных древесных отходов для основных лесхозов области, рассчитанные на основе данных Агентства лесного хозяйства Калининградской области об объемах лесозаготовок и анализа сортиментных таблиц для различных видов деревьев (сосны и ели; дуба и ясеня; березы, ольхи и осины) с учетом разряда высот, диаметра и высоты ствола, варьируют от 8,0 до 37,4 тыс. м3 (рис. 2).

Количество дров и древесных отходов (по всем видам рубок) в 2005 г. составило 43,3% от вырубаемой древесины (в т.ч. дрова – 25,9%, отходы 17,4%). Наибольшее количество древесных отходов образуется в Полесском (37,4 тыс. м3), Краснознаменском (30,1 тыс. м3), Нестеровском (29,3 тыс. м3) и Черняховском (27,6 тыс. м3) лесхозах.

Энергия [МДж], накопленная в процессе фотосинтеза, для однородных по свойствам фракций лесной биомассы лесных древостоев оценивалась по формуле:

E = V QН, (1)

где V - объем древесной биомассы [м3]; - плотность древесины [кг/м3];

QН – низшая (полезная) теплота сгорания влажного топлива [МДж/кг].

Рис. 2. Объемы ликвидной древесины и древесных отходов (тыс. м3), 2005 г.

Низшая теплота сгорания в зависимости от содержания влаги и золы рассчитывалась по методике, предложенной шведским стандартом SS 187182), согласно которой низшую теплоту сгорания (QН) влажного топлива (древесное топливо и торф) вычисляют путем уменьшения высшей теплоты сгорания () на количество энергии, расходуемое на испарение влаги, содержащейся в топливе, при его подаче в котельную.

, (2)

где – высшая теплота сгорания в обеззоленном сухом веществе, [МДж/кг]; W – содержание влаги, %; АС – содержание золы в сухом веществе, %; 2,442 – теплота парообразования воды [МДж/кг]. Высшая теплота сгорания () древесины принималась равной 19,2 МДж/кг.

Энергетический потенциал лесосечных отходов и дров естественной влажности в 2005 г. составил 917,5 ТДж (Т=1012) – 3,8% от потребляемой областью тепловой энергии, что эквивалентно 31,3 тыс. т у.т (условного топлива).

С целью оценки репрезентативности результатов расчеты биоэнергетического потенциала лесосечных дров и отходов, образующихся при рубках главного пользования, также велись по методике, применявшейся для оценки валового и технического энергетических потенциалов биомассы лесов Карелии (Г.А. Борисов, Г.И. Сидоренко, 2002). Результаты двух способов расчетов оказались вполне сопоставимыми. Энергетический потенциал лесосечных отходов и дров естественной влажности, образующихся при рубках главного пользования, рассчитанный на основе табличных сортиментных данных с использованием шведского стандарта составил 239,7 ТДж, по методике Г.А. Борисова и Г.И. Сидоренко – 229,5 ТДж.

Целлюлозно-бумажная и мебельная промышленность Калининградской области работает как на местном, так и на привозном сырье (из Карелии и Архангельской области). До апреля 2007 г. в регионе действовало 3 целлюлозно-бумажных предприятия: СП ЗАО «Цепрусс» в г. Калининграде, АООТ «Советский ЦБЗ» в г. Советске, ООО «Неманский ЦБК» в г. Немане. В апреле 2007 г. СП ЗАО «Цепрусс» прекратил свою основную деятельность во многом из-за несоблюдения экологического законодательства. Ранее в 1997 г. прекратилось производство на ЦБК «Дарита» (бывший КЦБК-1), однако древесные отходы (120 тыс. т) на его территории остаются не использованными до настоящего времени.

Ежегодно на деревообрабатывающих предприятиях области образуется более 80 тыс. т древесных отходов IV и V классов опасности. В 2005 г. количество древесных отходов IV класса достигло 54,876 тыс. т, из них 96,2% – кора целлюлозно-бумажных предприятий (ЦБП); V класса – 26,563 тыс. т, из них 64,3% - опилки. Излишки древесных отходов на деревообрабатывающих предприятиях большей частью сбрасываются в ручьи, реки и придорожные канавы. Часть отходов самовозгорается или сжигается, еще больше ухудшая состояние воздушной среды.

Для 81,4 тыс. т древесных отходов при влажности в среднем 40-50% и низшей теплоте сгорания – 9,0 МДж/кг ежегодный энергетический потенциал составляет 732,9 ТДж, что соответствует 3,1% потребляемой областью тепловой энергии, эквивалентно 25 тыс. т у.т. Из опилок, стружки, древесной коры и щепы, накапливающихся на целлюлозно-бумажных комбинатах области, возможно изготовление биогранул (древесных пеллет). Основные характеристики биогранул: высшая теплота сгорания – 19,0 МДж/кг; диаметр – 8 мм, длина - 10-20 мм; зольность – 2-3% в гранулах из коры и 0,5% в гранулах из опилок; влажность – 2-10%.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.