¬озможности комбинированных биогазовых установок, использующих возобновл€емые источники энергии

 ¬озможности комбинированных биогазовых установок, использующих возобновл€емые источники энергии

¬ св€зи с посто€нной тенденцией к удорожанию природного топлива и с возрастающим в св€зи с этим интересом к нетрадиционным источникам энергии бытовые отходы также наход€т свое место в общем энергетическом балансе многих стран.

„то такое свалка сегодн€. ѕрежде всего — это гниение, в процессе которого происходит разложение органических веществ. ѕри этом выдел€етс€ биогаз или биометан, а также наблюдаетс€ повышение температуры в центре разложени€.

ќбразующийс€ угарный газ (оксид углерода) крайне неблагопри€тно воздействует на экологическую обстановку. ѕри воспламенении в теле свалки неизбежно загораютс€ отходы из пластика, продукты его распада обладают мутагенным воздействием на человека.

ќценки показывают, что обеспечение среднестатистического жител€ продуктами питани€ сопровождаетс€ выбросом в окружающую среду около 3 т/год биомассы в виде растительных отходов, навоза и помета, фекалий и органических составл€ющих твердых бытовых отходов. ѕри этом важно учитывать, что дл€ жизнеобеспечени€ человека необходимо сохран€ть приемлемые нормы потреблени€ на всех этажах упом€нутой ниже пирамиды. „еловек как гетеротрофна€ (питающа€с€ органическим веществом) система существует за счет энергии и биомассы, создаваемыми почвенно-растительными экосистемами. ѕонимание и рациональное использование взаимоотношений автотрофных и гетеротрофных компонентов в биосфере лежат в основе успешного управлени€ циклическими биохимическими процессами. ”становленное соотношение массы человека, его пищевого белкового ресурса (животных) и растительного источника их существовани€ составл€ет 1:10:100. “акое же соотношение распростран€етс€ и на энергетические затраты дл€ каждого из этажей пирамиды. ƒругими словами, с точки зрени€ экологии, обеспечива€ питание человека, мы об€заны заботитьс€ о системе питани€ животных, растений и, особенно, флоры и фауны почвы.

¬ этой св€зи перспективно, энергетически и экономически выгодно использовать органические отходы дл€ переработки не только в энергию, но и органоминеральные удобрени€, повышающие плодородие почв.

–аздельный сбор отходов и их переработку, например, √ринпис считает единственной подход€щей альтернативой мусоросжиганию [1].

ќтносительно объемов отходов и их негативного воздействи€ на окружающую среду. “ак в ќмске на свалки в течение года поступает более 400 тыс€ч т твердых бытовых отходов (“Ѕќ), при влажности до 65 %. ѕри этом вместе с атмосферными осадками в почву, грунтовые воды, реки уноситс€ неконтролируемое количество различных вредных дл€ человека веществ. ѕроисходит резкое ухудшение экологической обстановки не только в районах свалки, но и на достаточном удалении от неЄ. ѕри самовозгорании выдел€етс€ весь букет вредных выбросов, включа€ канцерогенные, как диоксины и фураны.

≈сли металл, бумага, пластмасса, кости и другие компоненты, наход€щиес€ в составе бытовых отходов, загр€знены, то возникает вопрос, как их очистить от налипшей гр€зи, уничтожить санитарно опасные микроорганизмы перед сдачей организаци€м дл€ использовани€ в качестве вторичных ресурсов. —тепень загр€знени€ компонентов допускаетс€ принимающими организаци€ми не выше 5 % (в соответствии с требовани€ми √ќ—“ов), что также €вл€етс€ одной из проблем переработки “Ѕќ.

Ќа очистных сооружени€х канализации города ќмска ежесуточно образуетс€ 28 т осадка в пересчете на сухое вещество. ¬ период работы промышленности города на полную загрузку ежесуточно образовывалось до 50 т осадка в пересчете на сухое вещество.

¬ илошламонакопител€х (их несколько карт) уже накоплено и хранитс€ около 10 млн т иловых осадков с натуральной влажностью 92 % [2].

јнализ показывает, что биомасса отходов, котора€ возникает и может быть использована в пределах города, содержит не более 10 % совокупного энергетического потенциала. ќсновной потенциал, содержащийс€ в отходах, остаетс€ у сельхозпроизводител€ (вне городских поселений), где он может быть с успехом использован при организации производства продуктов питани€ дл€ последующего сбыта в городах.

¬ св€зи с этим представл€ет интерес количество биомассы, сопровождающей производство и потребление основных продуктов питани€.

Ќа рисунке 1 представлено содержание среднестатистической продовольственной корзины и энергетический потенциал биомассы, сопровождающей производство и потребление содержащихс€ в ней продуктов питани€

–исунок 1 – –аспределение энергетического потенциала отходов, возникающих при производстве и потреблении основных продуктов питани€

ѕрименение экологически чистых органических удобрений на основе переработки отходов животноводства позвол€ет получать в растениеводстве экологически чистую продукцию без применени€ дорогосто€щих минеральных удобрений и €дохимикатов и одновременно значительно повысить урожайность, всех без исключени€ сельскохоз€йственных культур, особенно кормовых трав и овощей.

ѕри этом суммарные доходы от реализации продуктов анаэробной переработки отходов животноводческих ферм могут превышать доходы от реализации производимого на фермах м€са.

ѕолучаемые жидкие концентрированные экологически чистые органические удобрени€ полностью сохран€ют калий, азот в легкоусво€емой аммонийной форме и фосфор в окисной форме. “вердую гумусосодержащую органическую биомассу, образующуюс€ в процессе переработки биомассы, как показали результаты исследований, можно совместно с торфом с успехом использовать дл€ рекультивации и структурировани€ обедненных почв.

ѕредлагаемый автором гелиометантенк-реактор [3] может стать в составе солнечной биогазовой установки дл€ малых предпри€тий, фермерских хоз€йств частью локальной архитектуры автономного самоэнергообеспечени€ и энергосбережени€ (рисунок 2).

–исунок 2 – ‘ункциональна€ схема солнечной биогазовой установки

»спользование солнечной энергии, аккумулируемой солнечным сол€ным прудом, при выработке биогаза (биометана) принципиально отличаетс€, по эффективности, от предлагаемых ранее технологий использовани€ возобновл€емых источников энергии (¬»Ё).

¬озможности комбинированных биогазовых установок, использующих ¬»Ё при выработке биогаза, приведены в таблицах 1, 2, 3, 4.

Ёто — сводный анализ наиболее эффективных с точки зрени€ минимизации: энергетических потерь; расхода создаваемых человеком материалов; отрицательного воздействи€ на окружающую среду и человека использовани€ в средней полосе –оссии наиболее распространенных видов ¬»Ё дл€ выработки биогаза.   этим видам ¬»Ё относ€тс€ в первую очередь энерги€ —олнца, ветра, геотермальна€ энерги€.

“аблица 1 – ƒостоинства и недостатки комбинированных биогазовых установок дл€ средней полосы –оссии

“ип установки

ѕреимущества

Ќедостатки

ќбласть применени€

 

— солнечным сол€ным прудом

ћинимальное количество технологических переделов. ѕростота.

Ќе требуетс€ резервного источника тепловой энергии

«начительные площадь и объем пруда.

Ќаличие большого концентратора солнечной энергии

¬ местност€х с низкой плотностью проживани€ и размещени€ производств

— солнечным коллектором

ћинимальное количество технологических переделов. ћалые размеры

“ребуетс€ резервный источник тепловой энергии

¬ услови€х плотного размещени€ производств

— ¬Ё”

 

¬озможность выработки биогаза в услови€х низкой солнечной радиации

ƒеградаци€ «механической» энергии установки в теплоту. “ребуетс€ резервный источник тепловой энергии

¬ местност€х со сверхнизкой плотностью проживани€ и размещени€ производств

— использованием геотермальной энергии

ћинимальное количество технологических переделов.

Ќе требуетс€ резервного источника тепловой энергии

Ѕольша€ стоимость. “рудоемкость эксплуатации.

 омпромисс — использование совместно с √эоЁ—

 

¬ услови€х плотного размещени€ производств

 

“аблица 2 – Ёксплуатационные характеристики комбинированных биогазовых установок в средней полосы –оссии

“ип установки

ѕериод эксплуатации

Ќеблагопри€тные климатические факторы

ѕоступление биогаза в газгольдер

— солнечным сол€ным прудом

¬есна, лето, осень

¬етер, пыль

100 %

— солнечным коллектором

 

 руглый год при наличии резервного источника тепловой энергии

√рад, пыль, дождь, снег, ветер

’олодна€ погода

<100 %, т. к. часть выработанного биогаза будет использоватьс€ дл€ поддержани€ температуры в биореакторе

— ¬Ё”

Ўтиль.

ќбледенение.

ѕорывы ветра

— использованием геотермальной энергии

 руглый год

’олодна€ погода

100 %

 

“аблица 3 – Ёкономические особенности комбинированных биогазовых установок дл€ средней полосы –оссии

 

“ип установки

»спользуемые природные материалы

ќстальные используемые материалы

перечень

срок службы

перечень

срок службы

 

— солнечным сол€ным прудом

¬ода, соль, грунт, глина, галька, песок >90 % от веса системы

 

Ќе ограничен

 

ћеталл, пластики

 

ƒо 10 лет

— солнечным коллектором

 

 

ћеталлы, стекло, пластики

 

ƒо 10 лет

— ¬Ё”

 

 

Ѕетон,

металл, пластики

 

ƒо 10 лет

— использованием геотермальной энергии

 

 

Ѕетон, металл, пластики

 

ƒо 10 лет

 

“аблица 4 – —оциальные и экологические характеристики комбинированных биогазовых установок в средней полосе –оссии

 

“ип установки

¬ли€ние на зан€тость населени€

¬ли€ние на энергетическую безопасность

¬оздействие на окружающую среду

— солнечным сол€ным прудом

—оздаетс€ новое сезонное производство

 

”меньшаетс€ зависимость территориального образовани€, производства и быта от поставок моторного топлива

— солнечным коллектором

 

 

—оздаютс€ новые посто€нные производства.

¬редные выбросы от резервного источника тепловой энергии

— ¬Ё”

— использованием геотермальной энергии

«агр€знение сол€ми

 

“ехнико-экономические характеристики гелиобиогазовой установки √Ѕ√”-100

(масштаб цен и методика расчета 2007 года)

—олнечный сол€ной пруд глубиной 2,3 м (с теплоизол€цией)

 площадью 50 м2 (10×5 м) с теплопроизводительностью                     — 40 ћ¬т∙ч/сезон*

(* сезон — 215 дней дл€ 55° северной широты).

• –абочий объем гелиометантенк-реактора                                          — 10 м3.

•  оличество гелиометантенк-реакторов                                                           — 2 шт.;

• “емпература метаногенерации                                                             — 53…54 ⁰—.

• ѕроизводительность установки (биогаз с удельной

теплотой сгорани€ 21 ћƒж/м3 или 5,84 к¬т∙ч/м3)                             — 100 м3/сутки

                                                                                                                      — 21500* м3/сезон.

(* без учета работы установки ранней весной и поздней

осенью с температурой метаногенерации 35 ⁰—)

• —уточна€ загрузка сырь€ (растительной биомассы,

 отходов животноводства  влажностью 85 – 90 %)                          — 4 т.

• —реднесуточное количество теплоты с температурой

 85 – 90 ⁰—, аккумулируемой прудом дл€ нагрева сырь€                      — 186 к¬т∙ч.

•  оличество теплоты дл€ нагрева 4 т сырь€ с 14 до 54 ⁰—                  — 186 к¬т∙ч.

• –асход теплоты пруда дл€ производства 1 м3 биогаза                       — 1,86 к¬т∙ч.

• –азница между количеством теплоты аккумулируемой

 прудом и требуемым дл€ рабочего процесса                                       — 0*

* без учета теплоты рекуперируемой из сливаемого

 жидкого удобрени€ и изменени€ теплосодержани€

сырь€ от жизнеде€тельности бактерий.

• ѕотери теплоты в окружающую среду через

 ограждающие конструкции реактора                                                     — 0*

(* у традиционных реакторов они составл€ют

 0,05 – 0,07 к¬т/м2 ограждающей конструкции.

 ѕри площади ограждающей конструкции 60 м2

 суточные тепловые потери составл€ют 72 – 100 к¬т∙ч)

•  оличество произведенного жидкого удобрени€                              — 4 т/сутки

                                                                                                                — 840* т/ сезон

(* без учета периода метаногенерации с температурой

 35 ⁰—. ѕолученна€ прибыль от внесени€ в почву 1 т этого

 удобрени€ составл€ет от 200 до 500 рублей, т. к. урожайность,

 например, зерновых культур повышаетс€: гороха на 50 %;

 пшеницы на 25…30 %; €чмен€ на 15…20 %; овса на 10…15 %)

• –асход биогаза на собственные нужды                                                          —отсутствует.

ќриентировочна€ стоимость гелиобиогазовой установки √Ѕ√” – 100

составл€ет 600 тыс. рублей и состоит из:

• —тоимости солнечного сол€ного пруда                                                            — 80 тыс. руб.

• —тоимости отражающих полированных алюминиевых

 панелей (плиток) на стене здани€ площадью 80 м2                           — 20 тыс. руб.

• —тоимости 2-х гелиометантенк-реакторов с  »ѕ и

арматурой                                                                                                   — 500 тыс. руб.

ѕриведенные затраты на выработку 1 м3 биогаза в гелиобиогазовой установке √Ѕ√”-100 (в первом приближении)

« = — + ≈× = 4 + 0,12(600000 руб./21500* м3 биогаза за сезон) = 7,35 руб./м3 биогаза (дл€ сравнени€, стоимость 1 кг баллонного газа (пропан-бутан) — 18 рублей), где: = 4 руб.** — себестоимость 1 м3 биогаза, складывающа€с€ только из зарплаты по обслуживанию биореактора в течение 4 – 5 часов, солнечного сол€ного пруда в течение 0,5 – 1 часа и остальное врем€ суток дежурства, по необходимости. ѕри выработке 100 м3 биогаза в сутки оплата составл€ет 400 руб. (12000 руб. в мес€ц);

=0,12 — нормативный эффективный коэффициент капвложений в энергетике (при сроке окупаемости — 8,3 года);

 — капвложени€ в гелиобиогазовую установку √Ѕ√”-100 на 1 м3 вырабатываемого биогаза.

*без учета работы установки ранней весной и поздней осенью с температурой метаногенерации 35 ⁰—

**–асходы электроэнергии и воды (по стоимости) пренебрежительно малы. «имой биореактор можно использовать дл€ хранени€ страхового запаса газа, например, бутана или очищенного биогаза.

ѕосле срока окупаемости приведенные затраты на 1 м3 генерируемого биогаза будут определ€тьс€ только оплатой труда обслуживающего персонала и стоимостью отходов.

¬се расчеты проведены без учета прибыли, получаемой от реализации жидких удобрений (в том числе по бартеру, за сырьЄ), социального фактора — создани€ нового сезонного производства и зимнего хранилища газа.

—толь пристальное внимание к необходимости наиболее эффективной переработки органических отходов закономерно.

»з всех известных видов переработки органических отходов антропогенного происхождени€ единственным, полностью возвращающим переработанный материал в виде пригонных к применению веществ, признаетс€ биологический способ утилизации (метаногенез). √лавное преимущество использование растительной биомассы как сырь€ — возможность применени€ биотехнологий дл€ получени€ энергии, то есть технологий, которые не нарушают экологического состо€ни€ окружающей среды. ќтходы и побочные продукты такой технологии, €вл€€сь компонентами биосферных циклов, тоже могут служить сырьем, что ведет к полностью безотходным технологи€м будущего.

Ёто актуально также и потому, что, как правило, природные геобиоценозы имеют ограниченную продуктивность, и их производительность часто не может обеспечить необходимые потребности человека (особенно это нагл€дно видно в сфере производства продовольстви€). »скусственные геобиоценозы призваны обеспечивать требуемую производительность и устойчивость к вредным воздействи€м. ќднако дл€ быстрого биологического самоочищени€ экосистем необходимо повышать скорость обмена веществом и энергией и вовлекать в биотический круговорот весь объем продуцируемой биомассы.

 омбинированные биогазовые установки как раз и призваны эффективно и экономично, способствовать повышению скорости обмена веществ и энергий.

 

 

—ѕ»—ќ  Ћ»“≈–ј“”–џ

 

1 Ќовости. —жигать мусор себе дороже // јльтернативна€ энергетика. 2008. є 2. —. 4.

2 Ћебедев ¬.ћ.“еплоэнергетика региона– ќмск: 1998. 102 с.

3 ќсадчий √.Ѕ. —олнечна€ энерги€, еЄ производные и технологии их использовани€ (¬ведение в энергетику ¬»Ё). ќмск: »ѕ  ћакшеевой ≈.ј., 2010. 572 с.

 

 

јвтор: ќсадчий √еннадий Ѕорисович, инженер, автор 140 изобретений ———–.

“ел дом. (3812) 60-50-84, моб. 8(962)0434819,

Agroxxi.ru

  • ƒата публикации: 22.09.2012
  • 2744
ќќќ Ђƒ≈Ћќ¬џ≈ —»—“≈ћџ —¬я«»ї
ќтраслевой информационно-аналитический портал, посв€щЄнный энергетике Ѕеларуси. јктуальные новости и событи€. ѕодробна€ информаци€ о компани€х, товары и услуги.
220013
–еспублика Ѕеларусь
ћинск
ул. ул. Ѕ. ’мельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

191611654
5
5
1
150
150