Д.б.н. Панцхава Е.С. заступник генерального директора, Шипілов М.М. голова Ради директорів, Павуків А. П. заступник генерального директора, Ковальов Н.Д. директор-менеджер, ЗАТ «Сигнал», м.Москва
Особливості біогазового палива
Що таке біогаз і чому цей вид поновлюваного палива викликає такий інтерес не тільки у енергетиків, а його виробництво в світі так активно розвивається?
Процеси розкладання органічних відходів з отриманням горючого газу і його використанням в побуті відомі давно: в Китаї їх історія налічує 5 тис. Років, в Індії - 2 тис. Років. Природа біологічного процесу розкладання органічних речовин з утворенням метану за минулі тисячоліття не змінилася. Але сучасні наука і техніка створили обладнання та системи, що дозволяють зробити ці «стародавні» технології рентабельними і застосовуваними не тільки в країнах з теплим кліматом, але і в країнах з суворим континентальним кліматом, наприклад в Росії.
Біогаз погано розчинний у воді, складається з метану (55-85%) і вуглекислого газу (15-45%), можуть бути сліди сірководню. Його теплота згоряння складає від 21 до 27,2 МДж / м 3. При переробці 1 т свіжих відходів великої рогатої худоби і свиней (при вологості 85%) можна отримати від 45 до 60 м 3 біогазу, 1 т курячого посліду (при вологості 75 %) - до 100 м 3 біогазу. За теплотою згоряння 1 м 3 біогазу еквівалентний: 0,8 м 3 природного газу, 0,7 кг мазуту, 0,6 кг бензину, 1,5 кг дров (в абсолютно сухому стані), 3 кг гнойових брикетів. Біогаз, як і природний газ, відноситься до найбільш чистих видів палива.
Отримання біогазу з органічних відходів має такі особливості:
2. анаеробна переробка відходів тваринництва, рослинництва та активного мулу призводить до мінералізації основних компонентів добрив (азоту і фосфору) і їх збереженню (на відміну від традиційних способів приготування органічних добрив методами компостування, при яких втрачається до 30-40% азоту);
3. при метановому бродінні високий (80-90%) ККД перетворення енергії органічних речовин в біогаз;
4. біогаз з високою ефективністю може бути використаний для отримання теплової та електричної енергії, а також в двигунах внутрішнього згоряння;
5. біогазові установки можуть бути розміщені в будь-якому регіоні країни і не вимагають будівництва дорогих газопроводів.
Біогазові технології дозволяють найбільш раціонально і ефективно конвертувати енергію хімічних зв'язків органічних відходів в енергію газоподібного палива і високоефективних органічних добрив, застосування яких, в свою чергу, дозволить істотно знизити виробництво мінеральних добрив, на отримання яких витрачається до 30% електроенергії, споживаної сільським господарством.
Інтенсивне впровадження біогазових технологій в розвинених і країнах, що розвиваються, підвищення їх ефективності та рентабельності внесли значні зміни в переорієнтування цих технологій від тільки енергетичних до екологічних і агрохімічними (виробництво добрив), особливо при переробці різноманітних органічних відходів. Очевидно, це є вирішальною альтернативою для отримання біогазу.
В останні роки біогазові технології були детально оцінені в Данії, яка стала першою країною, успішно продемонструвала комерційні біогазові заводи з переробки відходів тваринництва та інших сільськогосподарських відходів для отримання теплової та електричної енергії. Внесок біогазу в енергетичний баланс країни становить 12%.
До виробництва біогазу відноситься також отримання лендфілл-газу або біогазу з сміттєвих звалищ. В даний час в багатьох країнах створюються спеціальні облаштовані сховища для твердих побутових відходів (ТПВ) з метою вилучення з них біогазу, використовуваного для виробництва електричної та теплової енергії.
Для широкого поширення біогазової технології особливе значення мають такі фактори:
- повнота переробки сброженной маси і біогазу в найбільш цінні продукти в порівнянні з вихідною сировиною;
- ефективність у вирішенні завдань, пов'язаних з охороною навколишнього середовища;
- висока експлуатаційна надійність і простота обслуговування.
Вартість установки в значній мірі визначається простотою її технологічної схеми і відсутністю в ній унікальних компонентів.
На сучасному етапі розвитку біотехнології важливого значення набуває інтенсифікація процесу метанового зброджування і зниження за рахунок цього капітальних і експлуатаційних витрат.
Досвід впровадження біоенергетичних установок за кордоном свідчить про прискорений розвиток цього напрямку. Прикладами відповідних технічних рішень можуть служити установки модульного типу, розроблені фірмами Швеції, Німеччини, Фінляндії, виконувані на основі горизонтальних циліндричних реакторів з поздовжніми мішалками.
Інший напрямок в реакторобудуванні представляють великі вертикальні метантенки, що збираються на місці.
Незважаючи на те, що біогазовий реактор вносить найбільшу одиничну частку в вартість всієї установки, витрати на нього, як правило, не перевищують 30% всіх витрат на біоенергетичну установку. Внаслідок цього більш істотним є збільшення швидкості переробки і пов'язане з цим зменшення обсягу реактора, що дозволить забезпечити необхідний економічний ефект раніше, ніж відбудеться суттєве зменшення витрат на комплектуючий обладнання, що входить до складу біоенергетичної установки або значне скорочення його номенклатури в зв'язку з істотним спрощенням установок.
Розвиток біогазових технологій в Росії
На території Росії продукується до 14-15 млрд т біомаси. Енергія хімічних зв'язків цієї кількості біомаси еквівалентно 8,1 млрд ту. т.
- птахівництво - 5,8 млн т;
- тваринництво - 58,3 млн т;
- рослинництво - 147 млн т;
- переробна промисловість 14 млн т.
Кількість ТПВ міст склало 16 млн т, опади комунальних стоків - 4,9 млн т.
Як свідчать наведені вище дані, найбільшу масу серед органічних відходів АПК займають відходи рослинництва (солома, стебла, лузга і т.д.). Їх переробка в біогаз одночасно з відходами тваринництва і птахівництва вимагає розробки універсальної біогазової технології та відповідного обладнання.
Аналіз вітчизняної і світової літератури в області біогазових технологій слід почати з висвітлення робіт, проведених на початку 60-х рр. минулого століття в Інституті біохімії ім. А.Н.Баха АН СРСР. Саме ці дослідження і їх промислове втілення з'явилися точкою відліку у створенні вітчизняної промислової біоенергетики та активного фундаментального дослідження процесів біосинтезу метану і біогазіфікаціі.
З 1961 р по 1964 р на Грозненському ацетонобу-тілові заводі (м Грозний) проводилися дослідження з розробки технічного регламенту промислової технології і підбору обладнання для виробництва кормового вітаміну В-12 і біогазу методом термофільного метанового бродіння ацетоно-бутиловий барди на спеціально створеній дослідно-промисловій установці з об'ємом досвідченого метантенка 200 м 3.
Надалі ця технологія була впроваджена на двох Ацетонобутилове заводах. Кожен цех, переробляючи до 3000 м 3 барди на добу, виробляв до 30 тис. М 3 біогазу, який використовувався як паливо в основному виробництві та економив до 25% природного газу.
Три критерії, що визначили створення і розвиток біогазової промисловості в Росії (і раніше в СРСР):
- розробка технології та створення великомасштабного виробництва вітаміну В-12 і біогазу;
- теорія про біологічне походження природного газу;
- величезна сировинна база.
Ідея була розроблена і прорахована в 1972-1973 рр. і втілилася в проект в 1979 р Цей проект був підтриманий керівництвом СРСР і в 1980 р включений в програму Державного Комітету СРСР по науці і техніці.
- р Пярну колишньої Естонської РСР (свинокомплекс на 30 тис. Голів);
- радгосп «Огре» Ризького району колишньої Латвійської РСР (свинокомплекс на 5 тис. Голів);
- колгосп «Більшовик» Нижньогірського району Кримської обл. (Свинокомплекс на 24 тис. Голів).
Установка ІБГУ-1 (рис. 1) переробляє до 200 кг відходів великої рогатої худоби і виробляє на добу до 10-12 м 3 біогазу і до 200 л рідких добрив.
Успішна експлуатація ІБГУ-1 в різних районах Росії сприяла переходу до розробки і створення більш досконалих біогазових установок більшої потужності з автономним енергозабезпеченням. Автономність цих установок може бути досягнута за умови щоденної переробки не менше 500 кг відходів з вологістю 85%.
Оптимальна витрата біогазу на виробництво 1 кВт · год електричної енергії (220 В, 50 Гц на біогазбензоелектрогенераторе АБ-4Т / 400-М2 (БГ)) склав 0,55-0,6 м 3 / ч.
Оптимальна витрата біогазу при експлуатації газової ІК-безполуменевої пальника потужністю 5 кВт склав 0,8-1 м 3 / ч.
Власні потреби в енергії на підтримку термофільного (52-53 ОС) процесу становлять 30%. Термін експлуатації модуля -не менше 10 років.
Така теплоелектростанція працює, наприклад, при тваринницькій фермі Агроплем-фірми «Іскра» (д. Поярково Солнечногорского району Московської області) (рис. 2).
Модуль БІОЕН-1 може також збиратися в батареї з 2-х, 3-х і 4-х комплектів для обробки відходів.
В даний час естафету з розробки нових біогазових технологій і серійного виробництва біоенергетичних (біогазових) систем ЗАТ Центр «Екорос» передало ЗАТ «Сигнал», яке почало виробництво автономних біоенергетичних установок (АБЕУ) (рис. 3) з об'ємом біореакторів-метантенков від 7 до 480 м3 і більше з виробництвом в рік від 4 до 254 тис. м3 біогазу і настановної електричною потужністю - від 0,83 до 54 кВт, теплової - від 2,5 до 152 кВт.
Біогазові технології можуть ефективно експлуатуватися в будь-якому кліматичному регіоні величезної Росії. Сама природа дає в руки людини інструмент, з одного боку, для утримання балансу вуглекислоти на безпечному рівні ( «парниковий ефект»), з іншого - для підвищення врожаю зеленої маси - джерела енергії.
При інтенсивному підйомі сільськогосподарського виробництва Росії через кілька років загальний обсяг вироблених органічних відходів може скласти 675 млн т (по сухій речовині), а потенційне виробництво біогазу - 225 млрд м 3 / рік.
Висока рентабельність вітчизняних біогазових технологій забезпечується одночасним виробництвом високоефективних органічних добрив, 1 т яких (за ефектом «на врожай») рівноцінна 70-80 т природних відходів тваринництва і птахівництва. Цим пояснюється швидка (1-2 роки) окупність біогазових установок і біотеплоелектростанцій.
Дослідження сучасного АПК Росії, проведене Інститутом енергетичної стратегії, показало, що до 50% виробленої основної продукції припадає на індивідуальні селянські господарства. Тому розвиток біогазової промисловості має відбуватися у двох напрямках: створення великих біоенергетичних станцій і створення фермерських і селянських біогазових установок.
Росія знаходиться в зоні ризикованого землеробства і за кліматичними умовами, і за влучним висловом велика частина грунтів - маловрожайні підзолисті ґрунти, які потребують постійного внесення органічних добрив. Тому в середніх і північних регіонах Європейської Росії, в землеробських районах Сибіру потреба в органічних добривах буде постійною і вона буде визначальною в розвитку біогазових технологій. Використання таких технологій і створеного на їх основі обладнання дозволить в найближчі роки: повністю вирішити в сільській місцевості проблему всіх органічних відходів, включаючи комунальні стоки і ТПВ, облаштувати будинку сільських жителів сучасними санітарно-гігієнічними системами європейського типу і надати істотну допомогу у вирішенні проблем енергозбереження.
скачати безкоштовно Біогаз - високорентабельне паливо для всіх регіонів Росії в архів.zip (130 кБт)