Проект по переработке отходов в энергию в Лидсе (Великобритания) перерабатывает 190 000 тонн в год

Репортаж от Wedoany，Исходя из сжигания не подлежащих вторичной переработке отходов, в мусоросжигательной печи устанавливаются водяные циркуляционные трубы, превращая её в котел, аналогичный угольной электростанции. Вода преобразуется в пар, который приводит в действие генератор для выработки электроэнергии. В отличие от традиционного сжигания мусора, этот процесс улавливает тепло сгорания с помощью водяного пара и устраняет выбросы вредных частиц. В этом заключается основной принцип работы завода по переработке отходов в энергию.

Объект по переработке и рекуперации энергии в Лидсе, расположенный в промышленной зоне Кросс-Грин, сочетает в себе этап механической предварительной обработки (в основном для извлечения металлов) и когенерационную установку мощностью около 11 МВт. Этот объект может перерабатывать около 190 000 тонн остаточных отходов в год, а этап предварительной обработки — до 214 000 тонн в год. По масштабу он занимает девятое место в Великобритании, но является одним из объектов с наименьшим сроком эксплуатации, так как в апреле этого года ему исполнилось всего 10 лет.

В Испании только 10% бытовых отходов перерабатывается в энергию. В стране насчитывается 11 заводов по переработке отходов с рекуперацией энергии, которые в 2023 году термически обработали 2,9 миллиона тонн отходов, что составляет 3% от общего объёма аналогичной переработки в Европе. 47% бытовых отходов захоранивается на полигонах, что является основной причиной столь скромного вклада. Начиная с 2027 года, когда биологически стабилизированные материалы будут исключены из статистики перерабатываемых отходов Испании, эта доля возрастёт до 65%. Согласно предупредительному отчёту Европейской счётной палаты, Испания далека от достижения целей по сокращению захоронения отходов. Даниэль Тугес (Daniel Tugues), национальный директор Veolia España, заявил: «Испании потребуется ещё 15 объектов по переработке отходов, чтобы соответствовать директивам ЕС». Директивы ЕС требуют сократить объём захоронения отходов до 10% от объёма бытовых отходов к 2035 году.

Финансирование на основе государственно-частного партнёрства имеет решающее значение. Объект управляется компанией Veolia в прямом сотрудничестве с городским советом Лидса. В 2012 году стороны подписали контракт по инициативе частного финансирования (PFI) на 25-летнюю концессию, включающий обязательства по проектированию, строительству, финансированию и эксплуатации (DBFO). Эти обязательства касаются финансирования, проектирования, строительства, эксплуатации, технического обслуживания, переработки и рекуперации энергии из отходов. Для сравнения, группа Veolia также участвует с долей 47% во временном консорциуме UTE по экологической обработке Маресме, расположенном в Матаро, совместно с испанским строителем Sacyr и семейной компанией Suris. Этот UTE имеет много общего с соглашением PFI, однако его концессия составляет всего 15 лет и заключена с Консорциумом по отходам Маресме (Consorci de Residus del Maresme), объединяющим 29 муниципальных советов региона, в то время как в Лидсе был только один муниципальный совет.

Но проблема заключается не в особенностях концессии, а в общем недостатке инициатив государственно-частного партнёрства, подобных консорциуму в Матаро. Даниэль Тугес отмечает: «Такие территориальные объединённые структуры, как региональные консорциумы, ассоциации и муниципальные советы, уже существуют, но у этих структур нет необходимых возможностей финансирования или заимствования для достижения европейских целей».

Другой проблемой является непрерывность потока остаточных отходов. Даниэль Тугес заявил: «Самая большая проблема заключается в получении входного материала (отходов), а не в сбыте выходного продукта (электроэнергии и тепла)». Переработка сокращает поток остаточных отходов, но также напрямую конкурирует с отходами, направляемыми на полигоны. Без стимулов для обеспечения этого необходимого потока отходов невозможно гарантировать рентабельность таких инвестиций. В Великобритании действуют две ставки налога на захоронение отходов: общая ставка — 126,15 фунтов стерлингов за тонну, и пониженная ставка (для инертных и малозагрязняющих материалов) — 4,05 фунта стерлингов за тонну. В Испании в составе муниципальных налогов общая стоимость захоронения тонны отходов составляет 5 евро. С 2000 по 2025 год поток отходов, направляемых на полигоны в Великобритании, сократился на 90%, и эти отходы были перенаправлены на 60 объектов термической обработки и соответствующие программы переработки.

Доступность является первоочередной целью, а переработка в энергию — второстепенной. Грег Кейсли (Greg Caseley), менеджер объекта Veolia в Шеффилде, заявил: «Первоочередная цель — доступность. Мы останавливаем производство на две недели каждые два года для технического обслуживания. Для сравнения, объект в Шеффилде останавливается раз в год, так как он старше». Контракты PFI в Великобритании требуют создания компании специального назначения (SPV), аналогичной испанскому UTE, для финансирования проекта. SPV получает от уполномоченного органа (в данном случае городского совета Лидса) ежегодный единый платеж (unitary charge) с момента начала эксплуатации объекта, который покрывает операционные и финансовые затраты. Этот платеж ежегодно корректируется с вычетами в зависимости от критериев доступности объекта и других эксплуатационных показателей (например, предельных значений выбросов). Чтобы максимизировать эти платежи, Veolia UK и её подведомственные объекты достигли общей доступности в 94%, в то время как средний показатель по стране составляет 87%. Несмотря на это, городской совет Лидса ежегодно экономит 7 миллионов фунтов стерлингов, а за весь концессионный период — 270 миллионов фунтов стерлингов, в основном за счёт экономии на налоге на захоронение отходов, благодаря предотвращению их захоронения.

Выработка электроэнергии становится идеальным дополнением. Переработка отходов в энергию также стала требованием таких контрактов. Она сталкивается с преодолимым физическим препятствием: энергетическая плотность этих остаточных отходов очень низкая. Их теплотворная способность может составлять от 7 до 12 МДж на килограмм отходов, в то время как у природного газа — 50 МДж/кг, а у каменного угля — от 24 до 30 МДж/кг. Для выработки 1 МВт·ч требуется почти 2 тонны отходов, тогда как 1 тонна угля может дать от 2 до 3 МВт·ч, то есть для выработки 1 МВт·ч требуется всего 0,2–0,3 тонны угля.

Производство тепла является наиболее эффективным выходом. Ещё одним препятствием для выработки электроэнергии является использование полученного тепла. Остаточная часть используется в качестве топлива для производства тепла, при сжигании объём отходов, поступающих на объект, уменьшается до 20%. Это тепло в виде водяного пара интегрируется в систему централизованного теплоснабжения Лидса. С точки зрения тепловой эффективности, если в теплообменнике котла теряется 10% энергии, то наилучшим способом использования водяного пара температурой 400 °C является его передача общественным зданиям, предприятиям и жилым домам с почти нулевыми потерями (потери при транспортировке составляют от 5% до 20%). Такое эффективное сохранение тепла полностью удовлетворяет одному из требований контракта PFI, а именно достижению общей тепловой и электрической эффективности в 0,65 раза.

Выработка электроэнергии может стать приоритетом по сравнению с использованием тепла. В зимний период продажа произведённого тепла является приоритетом для максимизации общей эффективности. Однако летом тепло почти не продаётся, часть водяного пара охлаждается на крыше объекта, а затем в виде воды возвращается в контур котла. Грег Кейсли заявил: «Летом, когда мы используем избыточный пар для выработки электроэнергии, мощность составляет 11 МВт; зимой она снижается до 5–6 МВт. Объект в Шеффилде подключён к меньшему объёму централизованного теплоснабжения, поэтому там вырабатывается больше электроэнергии».

В Испании нет значительного спроса на тепло. За исключением очень ограниченных сетей централизованного теплоснабжения, например, в Барселоне, Мадриде, Вальядолиде или Памплоне, которые в основном снабжаются от биомассовых электростанций, в Испании нет спроса на централизованное теплоснабжение. Если не будет промышленных клиентов, готовых покупать тепло от будущих проектов по переработке отходов в энергию, продажа тепла будет весьма ограниченной. Это приведёт к снижению общей энергетической и электрической эффективности, поскольку большая часть тепла будет использоваться для выработки электроэнергии. В руководстве по когенерационным установкам, продаваемым и устанавливаемым компанией Centrica (British Gas), перечислены некоторые факторы, при которых использование когенерации может быть не рекомендовано, включая очень низкий или сезонный спрос на тепло, а также объекты, планирующие в краткосрочной перспективе полностью электрифицировать свои потребности в тепле. Испания не является благоприятным рынком для когенерации без субсидий.

Электрическая эффективность ниже по сравнению с парогазовыми установками. Электрическая эффективность небольших когенерационных установок на заводе в Лидсе обычно составляет от 20% до 30%, в то время как у парогазовых установок — от 55% до 60%. Если добавить тепловую эффективность, общая эффективность когенерации оказывается значительно выше. Ещё одним ограничением переработки отходов в энергию является оптимизация доходов от продажи электроэнергии. Завод в Лидсе производит максимум электроэнергии летом, когда средние цены на электроэнергию ниже, за исключением периодов жары. Такой подход позволяет когенерационной установке, после подключения к сети, работать как базовый источник энергии, защищая доходы с помощью долгосрочного соглашения о покупке электроэнергии (PPA) по фиксированной цене, заключённого с EDF Energy (британским подразделением французской энергетической компании). Даниэль Тугес заявил: «Владельцем отходов является муниципальный совет», и именно муниципальный совет в конечном итоге определяет использование произведённого тепла. Грег Кейсли заявил: «Мы можем помочь клиентам централизованного теплоснабжения более эффективно использовать тепло». Законодательство Великобритании требует отключения неэффективных потребителей тепла к 2029 году, и этот процесс может высвободить больше тепла для выработки электроэнергии.

Граждане находятся в центре обсуждения. Помимо надлежащего планирования потребностей в объектах по переработке отходов для достижения Испанией целей 2035 года, необходимо решить ключевую проблему — коммуникацию и информирование граждан. Противодействие со стороны граждан может стать основным препятствием для развития этой технологии, и такое противодействие часто основано на недостаточной информированности. Одним из предметов гордости Грега Кейсли является центр для посетителей, предназначенный для образовательной деятельности по вопросам переработки и экономики замкнутого цикла. Этот центр посетили уже более 20 000 человек, и ежегодно он принимает группы из местных школ. Помимо промышленной функции, объект также известен своим архитектурным дизайном и интеграцией в окружающую среду, имея одну из крупнейших в Европе «живых стен» (living wall), спроектированную французским архитектором Жан-Робером Мазаудом (Jean-Robert Mazaaud) из бюро S'pace Architects. На вершине 42-метровой конструкции из стекла и клеёного бруса установлена система сбора дождевой воды. В Лидсе есть и несколько других подобных инициатив, например, 13-метровое здание на Олбион-стрит, 123, или штаб-квартира британского подразделения французского производителя стеклянной упаковки Verallia. Эта архитектурная тенденция вдохновлена идеями из книги «Биофилия» американского биолога Эдварда О. Уилсона (Edward O. Wilson).