ИНТЕРНЕТ-ЖУРНАЛ "ЛЕСОПРОМЫШЛЕННИК"   -  ТЕХНИКА. ТЕХНОЛОГИИ. ОБОРУДОВАНИЕ. МАТЕРИАЛЫ. ПРОИЗВОДСТВО. ИННОВАЦИИ В ЛПК,  ВЫСТАВКИ

English version                  The Timber Industry Worker

Интернет-журнал "Лесопромышленник" I Журнал "Лесопромышленник"

лесная биоэнергетика, лесозаготовки, лесное хозяйство, деревообработка, целлюлозно-бумажное производство

Рубительная машина Heinola - Финляндия
лесная биоэнергетика, лесозаготовки, лесное хозяйство, деревообработка, целлюлозно-бумажное производство
лесная биоэнергетика, лесозаготовки, лесное хозяйство, деревообработка, целлюлозно-бумажное производство

лесная биоэнергетика, лесозаготовки, лесное хозяйство, деревообработка, целлюлозно-бумажное производство

СЕГОДНЯ:

ЛЕСНАЯ БИОЭНЕРГЕТИКА

  

лесная биоэнергетика, лесозаготовки, лесное хозяйство, деревообработка, целлюлозно-бумажное производство

Социально-экономические, экологические и технологические проблемы развития биоэнергетики в удаленных лесных регионах России

С.П. Карпачев, Е.Н. Щербаков, А.Н. Слинченков

Устойчивое развитие общества на конкретной территории предполагает наличие трех составляющих жизни населения:

1. Экономическое развитие.
2. Социальное благополучие.
3. Экологическая безопасность.

Применительно к удаленным лесным регионам России это означает: а) максимальное извлечение дохода из заготовленных лесных ресурсов путем их глубокой переработки в высоколиквидные виды древесной продукции с максимально возможной добавленной стоимостью; б) высокую занятость населения во всех отраслях лесного сектора; в) сохранение лесных экосистем.

В Российской Федерации запасы древесины в лесах - 82 млрд. м3 (свыше четверти мировых запасов). Потенциальный ежегодный объем заготовки древесины - 500 - 550 млн. м3. Сегодня объем лесозаготовок оценивается в 190 млн. м3. Лесной сектор играет важную роль в экономике страны и имеет существенное значение для социально-экономического развития более чем 40 субъектов Российской Федерации, в которых продукция лесной промышленности составляет от 10 до 50 процентов общего объема промышленной продукции соответствующих регионов.

Россия, имея самые большие в мире лесные ресурсы, значительно отстает в производстве продукции глубокой переработки древесины от ведущих стран мира. В структуре экспорта лесобумажной продукции России круглые лесоматериалы составляют более 32 %, что свидетельствует о несовершенной структуре производства и неразвитости химико-механической переработки древесины.

Транспортировка круглых лесоматериалов экономически рентабельна на расстоянии не более 1000км. Для удаленных лесных регионов торговля своим основным продуктом производства, круглыми лесоматериалами, в нынешних экономических условиях не выгодна. Выход для удаленных регионов - производство продукции глубокой переработки из древесины с высокой добавленной стоимостью.

Анализ структуры затрат на производство продукции глубокой переработки из древесины, показывает, что самыми крупными статьями расходов являются затраты на древесное сырье и затраты на топливо и энергию. Суммарная величина этих затрат достигает 40-45%. Вывод - для развития углубленной переработки древесины необходима энергия. У удаленных лесных регионов нет собственной энергетики для развития углубленной переработки древесины. Теплоэнергетика удаленных лесных регионов зависит от закупок внешней энергии. Теплоэнергетика Вологодской области - на 70%. Теплоэнергетика Северо-запада России - на 65%. Для удаленных лесных регионов источником древесного топлива являются отходы от лесозаготовок и отходы от лесопереработки. Это - ветки, вершинки, откомлевки, тонкомерная и дровяная древесина, опилки, и пр. Это разное по размерам и качеству древесное сырье может быть переработано в однородный материал - топливную щепу, то есть, древесное биотопливо промышленного назначения.

Возможности древесины, как биотоплива:

- 11-15 насыпных м3 топливной древесной щепы = 5 - 6 пл. м3 топливной древесины = 1 условной тонны жидкого топлива;
- 1 плотный м3 топливной древесины эквивалентен 2 МВт-час;
- 10 плотных м3 древесины полностью удовлетворяют ежегодную потребность в тепле коттеджа на одну семью.

Основные предпосылки для успешного развития лесной биоэнергетики в удаленных лесных регионах России:
1. Экономические причины.

Уголь или мазут необходимо доставить до потребителя за тысячи километров. Биотопливо - быстро возобновляемый местный источник энергии. Цена на топливную щепу постоянно растёт и в настоящее время составляет 400-600 руб. за пл. м3 на складе производителя.

2. Экологические причины.

Россия присоединилась к Киотскому соглашению по предотвращению изменения климата и увеличению парниковых газов. При использовании биотоплива, как возобновляемого источника энергии, выбросы парниковых газов считаются нулевыми.

3. Социальный фактор.

Биоэнергетика создает новые рабочие места. Как показывает опыт Скандинавских стран, высокомеханизированное производство древесного топлива дает 120 рабочих мест на каждый ТВт-час биоэнергии. Не механизированное производство - 400 рабочих мест. Рост рабочих мест в биоэнергетике приводит к созданию новых рабочих мест в других отраслях промышленности.

Главный вывод: Развитие биоэнергетики на основе древесного топлива из леса - путь устойчивого развития удаленных лесных регионов России, которое обеспечивает:

1. Экономическое развитие.
2. Социальное благополучие.
3. Экологическую безопасность.

В практической плоскости развития биоэнергетики лежат технологические проблемы. Технологии освоения лесных ресурсов для нужд биоэнергетики должны обеспечивать экономическую доступность древесного сырья. В Московском государственном университете леса разработана методика расчета экономической доступности лесосечных отходов для использования их для энергетических нужд. Методика позволяет разрабатывать экономически эффективные технологии и системы машин для сбора и переработки лесосечных отходов на топливную щепу для нужд местной энергетики, используя фактические данные оценки объемов этих отходов. Оценка объемов лесосечных отходов, также входит в разработанную методику.

Лесосечные отходы - это древесные ресурсы в виде веток, вершинок, сучьев, которые образуются на лесосеке, как побочные древесные продукты деятельности лесозаготовительных предприятий. В России эти дополнительные древесные ресурсы в настоящее время используются недостаточно. В развитых лесных странах, таких как Финляндия и Швеция, напротив, древесные отходы из леса рассматриваются как важнейший источник для дальнейшего роста биоэнергетики. Наибольшие перспективы, как древесное топливо имеют лесосечные отходы.

В настоящей статье мы рассматриваем лесосечные отходы, образующиеся на лесосеке после сортиментной заготовки леса. Это наиболее сложный тип лесосечных отходов. Он характеризуется малыми концентрациями и большой территорией распространения. По своему виду это кучи ветвей, сучьев, вершинок, оставшиеся на лесосеке после обработки харвестером деревьев.

Лесохозяйственные требования устойчивого лесопользования включают контроль за лесосечными отходами. Лесохозяйственные нормы требуют, что бы все отходы были собраны и удалены с лесосеки. В крайнем случае, лесосечные отходы следует сжечь. Исследования показывают, что если лесосечные отходы используются как древесное топливо для местных нужд, то очитка лесосеки от лесосечных отходов может быть экономически выгодной. По мнению заинтересованных местных административных органов власти, наибольший эффект может быть достигнут, если передать сбор и переработку лесосечных отходов малым специализированным предприятиям. В этом случае информация о количестве и качестве лесосечных отходов для малых предприятий становится решающей для их успешной экономической деятельности.

Таким образом, эффективное решение лесохозяйственных и производственных задач использования лесосечных отходов связано с информацией о количестве и качестве этого древесного сырья. Эта информация должна быть точной и оперативной. Ниже излагается метод оперативной оценки лесосечных отходов.

В теоретическом исследовании скопления отходов представляли в виде кругов. Рассматривался плоский прямоугольный участок лесосеки размером L x H.

Рис. 1. Схема скопления лесосечных отходов на
участке лесосеки

В настоящей статье мы предлагаем для оценки скоплений лесосечных отходов использовать метод линейных пересечений. Суть метода заключается в том, что в пределах лесосеки проводят, так называемые, линии отбора (линии могут и не проводится, а учетчик просто идет через лесосеку). Все скопления лесосечных отходов, которые пересекаются с линиями отбора, учитываются. По этим скоплениям, как по выборке, делают вывод о всех скоплениях на лесосеке. Таким образом, метод линейных пересечений представляет собой статистический метод учета. Статистические методы учета широко применяются в лесном хозяйстве, например, в таксации. Они зарекомендовали себя, как достаточно точные и наименее трудоемкие.

Пусть на участке находятся n скоплений лесосечных отходов. Будем считать, что все скопления имеют в плане форму круга радиусом R и координаты центров скоплений Х, У (как показано в работе Быковского М.А.) подчиняются равномерному закону распределения в интервалах [0; H], [0; L]. Проведем через участок линию отбора длиной l. Пусть угол ориентации этой линии так же подчиняется равномерному закону и определен в интервале:

 

Далее, опираясь на основные положения теории геометрических вероятностей, были проведены теоретические исследования вероятностных характеристик и идеализированных моделей скоплений лесосечных отходов. В результате были получены зависимости, позволяющие делать оценки необходимого числа линий отбора (длину линий), точности оценки, число скоплений, характеристики скоплений и др.

Представляя лесосечные отходы в виде куч правильной круговой формы в плане с радиусом R была получена формула для оценки количества скоплений лесосечных отходов Nоц. на лесосеке в виде:

  (1)

где p - вероятность пересечения скопления линией отбора;
n - число линий отбора;
li - длина i-ой линии отбора;
F - площадь лесосеки;
mi - число скоплений, пересекших i-ю линию отбора.

Формула (1) была получена теоретическим путем, в предположении, что все кучи отходов имеют одинаковый радиус. Однако натурные исследования показали, что радиус скоплений отходов изменяется и подчиняется нормальному закону. Что бы установить влияние изменчивости радиуса скоплений нами были разработаны математические модели оценки скоплений лесосечных отходов методом линейных пересечений. Модели были реализованы на компьютере.

Интерфейс компьютерной программы приведен на рис. 2. Подтвердилось, что формула (1) может быть использованаи в случае, когда радиус скоплений отходов меняется. В этом случае в вышеприведенную формулу вместо постоянного радиуса следует подставить средний радиус скоплений, пересекших линии отбора. Как показали компьютерные эксперименты, ошибка в этом случае не превышает статистическую погрешность.

Рис. 2. Модель оценки скоплений лесосечных отходов
переменного радиуса

В работе рассмотрены две системы машин, работающие в технологических цепочках:
1. Транспортная машина - рубительная машина - автоконтейнеровоз со сменными контейнерами (рис. 3).

Рис. 3. Транспортная машина - рубительная машина - автоконтейнеровоз со сменными контейнерами
 

2. Транспортная машина - автоконтейнеровоз со сменными контейнерами - рубительная машина (рис. 4).

Рис. 4. Транспортная машина - автоконтейнеровоз со сменными контейнерами - рубительная машина

Транспортная машина предназначена для сбора лесосечных отходов и доставки их к погрузочному пункту в месте примыкания автодороги к лесосеке. Рубительная машина перерабатывает лесосечные отходы на топливную щепу. В зависимости от объемов производства щепы и числа потоков лесосечных отходов машина может устанавливаться на лесосеке или во дворе потребителя. Автоконтейнеровоз со сменными контейнерами, в зависимости от технологии, обеспечивает доставку топливной щепы или лесосечных отходов с лесосеки во двор потребителя.

Дополнительные сменные контейнеры позволяют уменьшить до минимума простои машин. Следует отметить, что работа транспортной машины разнесена во времени с рубительной машиной. Транспортная машина собирает лесосечные отходы и складирует их в штабеля на лесосеке у дороги. Рубительная машина работает с предварительно сформированными штабелями. При разработке методики учитывался тот факт, что на практике предприятие не всегда имеет возможность приобрести состав оборудования, оптимизированный по заданным технико-экономическим критериям. Часто предприятие вынуждено выбирать оборудование исходя из своих возможностей, например, финансовых или дополняя уже существующий парк машин. В конечном итоге, выбор машин должен учитывать возможности предприятия, но при этом обеспечивать наилучшие экономические результаты.

Методика состоит из четырех этапов, включающие учет лесосечных отходов на лесосеке, количественная оценка лесосечных отходов, расчет производительности отдельных машин с возможностью корректировки числа машин, экономические расчеты эффективности принятой системы машин и варианта технологического процесса.

Последние три этапа были реализованы в виде комплекса компьютерных программ, написанных в среде программирования Delphi 7. Программа предлагает пользователю удобный интерфейс, состоящий из четырех последовательно раскрывающихся форм.

При запуске программы появляется первая форма (рис.5). Эта форма оценки объема лесосечных отходов и их характеристик, необходимых для последующих расчетов производительности машин. В частности, число скоплений, среднее расстояние между
скоплениями, средний объем одного скопления и пр. Исходными данными для заполнения этой формы служат результаты учета лесосечных отходов полученные прямыми измерениями на лесосеке.

Рис. 5. Форма расчета объема лесосечных отходов

Вторая форма относится к расчету производительности машин (рис. 6).

Рис. 6. Форма расчета производительности машин

Для этого необходимо выбрать вариант технологического процесса. Технология работ зависит от места установки рубительной машины. Затем вводятся данные по каждой машине. Программа определяет максимальную производительность каждой машины. Результат визуализируется в виде гистограммы в специальном окне (рис. 7). В данном конкретном случае наименьшую
производительность показывает автоконтейнеровоз - 11,43 м3/час. Эта производительность и будет определять производительность всей системы машин. Рубительная машина с производительностью 39,582 м3/час. будут простаивать. Заметим, что транспортная машина работает отдельно и ее производительность 23,633 м3/час. не влияет на производство щепы.

         

Рис. 7 . Гистограммы производительности машин до и после корректировки

Программный комплекс предоставляет пользователю возможность скорректировать количество машин в системе. Например, принимая число автощеповозов равным 3, производительность системы будет равной производительности рубительной машины - 34,291 м3/час. После корректировки числа машин, пользователь переходит к окну экономических расчетов. В результате программа выдает удельные капитальные вложения, эксплуатационные затраты, приведенные затраты, сменную производительность и другие показатели (рис. 8).

 

Рис. 8. Окно экономических расчетов

Программный комплекс универсален. Можно менять все исходные данные от характеристик машин до цены на топливо. Это значительно расширяет возможности программного комплекса, поскольку программа оперирует не конкретными машинами, а их
характеристиками. Программа позволяет учесть и перебазировки рубительной машины от лесосеки к лесосеке. 


О реализации в 2008 г. проекта развития биоэнергетики на Балахнинском бумкомбинате ОАО "Волга" читайте статью "Кризису вопреки".

О Интернет-Журнале "Лесопромышленник"      Редакция     Партнеры     Реклама     Архив номеров    Ссылки о ЛПК     Каталог ссылок

©H&G - Studio              Иконка сайта сделана при помощи favicon.ru

© Интернет-журнал "Лесопромышленник" («The Internet-magazine «Lesopromyshlennik»)

Свидетельство о регистрации Эл № ФС77-32798  от   11.08.2008 г.

E-mail: priorov@lesopromyshlennik.ru, karpachev@mgul.ac.ru.

При цитировании информации гиперссылка на Интернет-журнал "Лесопромышленник"  обязательна.
Использование материалов журнала в коммерческих целях допускается только с  письменного разрешения редакции.

Каталог ссылок

Белый каталог качественных сайтов

С целью ограничения спам-рассылок в электронных адресах символ "@" замещён на "[at]". Приносим свои извинения за причиненное неудобство.