ћожет ли биогаз заменить атомную энергию?

ћожет ли биогаз заменить атомную энергию?

ѕроизводство энергии становитс€ серьезной отраслью сельского хоз€йства √ермании. —егодн€ многие кресть€не выращивают кукурузу не на силос или зерно, а дл€ использовани€ в биогазовых установках. «а последние п€ть лет в √ермании их инсталлированна€ мощность выросла вдвое и превысила 3 000 ћ¬т. ¬ целом же, в «зеленом» энергетическом балансе этой страны биомасса занимает более 40 %, ее рынок оцениваетс€ в 11,4 млн евро. ѕерспективы биоэнергетики можно было оценить на специализированной выставке «BioEnergy Decentral», прошедшей в рамках «EuroTier-2012».

««елена€» энергетика уже давно стала заметной отраслью в √ермании. ¬озобновл€емые источники занимают пор€дка 10 % в балансе страны, а в будущем их дол€ только возрастет. ѕосле аварии на €понской јЁ— «‘укусима» немецкие политики прин€ли решение отказатьс€ от атомных станций. »х должны заменить возобновл€емые источники, которые, кроме всего прочего, рассматриваютс€ и как альтернатива российскому газу и путь к энергетической независимости страны. ѕричем решающую роль в этом предстоит сыграть сельскому хоз€йству. ѕо словам управл€ющего директора «VDMA Power Systems» “орстена ’ердана, нова€ энергетическа€ политика требует регулируемых источников:

— ¬ услови€х децентрализованного энергоснабжени€ требовани€ к гибкости системы растут. Ќеобходимы регулируемые источники, которые позвол€ли бы производить энергию в соответствии с потребност€ми, а не тогда, когда есть возможность, как это происходит на ветр€ных и солнечных станци€х. “аким источником €вл€етс€ биомасса.
¬ услови€х √ермании (см. табл.) наиболее широко биомасса используетс€ дл€ получени€ тепла (45,5 %), электроэнергии и биотоплива (13,0–13,1 %).

ќт дров — к биомассе

¬ ≈вропе ставка делаетс€ на древесину коротких сроков роста ( —–), что способствует развитию лесного хоз€йства и €вл€етс€ элементом защиты атмосферы от вредных выбросов. ¬ странах с умеренным климатом предпочтение отдаетс€ тополю и иве, а в субтропикаx и тропикаx — эвкалипту и пинии.

¬ √ермании плантации  —– субсидируютс€. »х создание регулируетс€ не лесным, а аграрным законодательством, снимающим многие ограничени€. ќднако ≈врокомисси€ требует, чтобы продукци€ направл€лась только на производство биомассы на энергетические цели.
¬ 2004 году в отопительных установках дл€ сжигани€ биомассы и “Ё÷ √ермании было использовано примерно 2 млн т древесной массы, 75 % из которой — в средних и небольших устройствах мощностью менее 1 ћ¬т. ¬ маломощных устройствах обычно используют отходы древесины. ≈сли мощность превышает 1 ћ¬т, часто сжигаетс€ ненужна€ древесина и отходы ее промышленной переработки, побочные продукты в виде опилок, коры и зеленых частей. ѕримерно 20,2 % древесной массы использовалось в частных домовладени€х в виде дров. ÷ены на топливо из побочных продуктов переработки хвойной древесины выросли в 2–3 раза по сравнению с 2004 годом.

ѕотребление пеллет в течение последних лет непрерывно растет. ¬ 2008 году мировой объем производства оценивалс€ в 8–14 млн т, на долю √ермании приходилось примерно 10 %. Ќесмотр€ на это, страна импортирует около 30 % потребл€емых пеллет. ќсновные поставщики — ѕольша, –умыни€, јвстри€,  анада, √олланди€, Ѕельги€, ƒани€.

“опливо из соломы имеет хороший потенциал дл€ коммунального хоз€йства. ќднако ее использование в большинстве случаев требует специальной техники и котлов. Ѕрикеты из соломы лучше приспособлены дл€ сжигани€ и ориентированы на бытовое потребление.
ƒл€ сжигани€ соломы предназначены установки мощностью от 85 до 400 к¬т и от 3 ћ¬т. ¬ этом случае полные затраты обычно ниже, чем при использовании нефтепродуктов. “ем не менее, данный сегмент растет относительно медленно: часто солому выгоднее заделывать в почву дл€ повышени€ ее плодороди€, нежели примен€ть в качестве топлива.

ѕерспективным направлением в сельском хоз€йстве многих стран €вл€етс€ возделывание энергетических растений. —егодн€ к ним относ€т как культуры двойного-тройного назначени€ (кукуруза, рапс, зерновые), так и специализированные (мискантус, сильфи€ (сильфиум дольчатый), €трофа, тарви). Ќаиболее интересны мискантус, сильфи€ и тарви, т. к. их можно возделывать в умеренном климате.

ћискантус — быстрорастущий тростник семейства м€тликовых. ≈го возделывают в ¬еликобритании и других странах ≈вропы. ѕо энергетической ценности 1 т сухой массы мискантуса эквивалентна 400 кг сырой нефти. –астени€ могут произрастать на участке в течение 15–20 лет, достигать до 3,5 м в высоту и давать ежегодный урожай сухой массы 12–18 т/га. ѕо сравнению с пшеницей мискантус требует в 2,3 раза меньше затрат. “еплотворна€ способность продуктов из него составл€ет примерно 17,5 Mƒж/кг, что при урожайности 15 т/га соответствует энергетической поставке 262 500 Mƒж/га, или 73 000 к¬т•ч/га. ѕравда, сжигаетс€ мискантус в специальных котлах, производимых в ≈вропе несколькими компани€ми — «Froling», «Guntamatic», «Hargassner», «Lambion», «Lindner» и др.

—ильфи€ (сильфиум дольчатый) происходит из умеренной климатологической зоны —еверной јмерики. ¬ √ермании культура возделываетс€ пока с исследовательскими цел€ми. —ильфи€ интересна из-за высокого выхода биогаза, уровень которого сравним со специальными сортами и гибридами кукурузы. ”же со второго года высота растений достигает 1,5–3 м, что дает 13–28 т/га биомассы. ѕри этом затенение земли листвой не позвол€ет развиватьс€ сорн€кам — гербициды не нужны. ¬ысокие издержки в первый год, когда необходим особый уход и обработки, несколько сдерживают разведение культуры.

ѕри реализации на низкоплодородных земл€х потенциала урожайности энергосортов тарви на 50 % Ѕеларусь с площади 1,2 млн га может ежегодно получать 7,2 млн т сухой энергобиомассы, что эквивалентно 4,2 млн т условного топлива. —оздаютс€ энергосорта тарви с устойчивостью к болезн€м, вредител€м и экстремальным факторам среды с потенциальной урожайностью сухой биомассы 14 т/га, зерновой части — 3 т/га. ”дельна€ теплота сгорани€ всей (солома и зерно) биомассы — около 17,2 ћƒж/кг. ¬ эквиваленте 7,2 млн т тарви с энергоплантаций в дес€ть раз превышает объем каменного угл€, использованного в Ѕеларуси в 2000 году. ѕо расчетам специалистов Ќаучно-практического центра ЌјЌ Ѕеларуси по земледелию така€ масса может дать столько энергии, сколько планируетс€ производить на белорусской јЁ—.

Ёнерги€ из отходов

ѕроизводство биогаза и электроэнергии из него пока остаетс€ основным и наиболее перспективным направлением в биоэнергетике. ѕодсчитано, что дл€ снабжени€ электроэнергией, получаемой из биогаза, домашнего хоз€йства из четырех человек в течение года требуютс€ животноводческие стоки от 4 коров, 20 свиней, или урожай с 2,2 га кукурузного пол€.

√лавным достоинством биогазовых установок €вл€етс€ их управл€емость. ѕроизводитель имеет возможность регулировать выход энергии различными способами, в том числе за счет состава исходного сырь€. »менно по этой причине производство биогаза в √ермании развиваетс€ наиболее активно.

јнализ работы репрезентативной выборки из 61 биогазовой установки, представленный в рамках «Bio≈nergу Decentral», позвол€ет обобщить немецкий опыт в этой отрасли. —редн€€ дол€ возобновл€емого сырь€ в выработке биогаза достигает 63 %.  укурузный силос примен€етс€ на 94 % установок и €вл€етс€ главным субстратом (массова€ дол€ — 48 %). ¬ целом, в стране доминируют небольшие установки, работающие в диапазоне мощности на уровне 250 к¬т электрической энергии, со средним объемом ферментера 3 000 м3. ¬ 67 % случаев реализуетс€ многоступенчатый технологический процесс, причем чаще всего в мезофильном температурном режиме (25–40 °—). ¬сего же данный режим примен€етс€ на 82 % установок. “олько 10 % составл€ют ферментеры с термофильным режимом (51–55 °C). ¬ рамках исследовательской программы биогазовые комплексы подраздел€лись на установки влажной ферментации и установки сухой ферментации. ѕоследние в соответствии с законом EEG от 2004 года получают технологический бонус за применение субстрата с высоким содержанием сухого вещества.   слову, этот тип оборудовани€ пока не примен€етс€ в Ѕеларуси.

–абочий объем установок находитс€ в пределах от 410 до 8 100 м3, а установленна€ электрическа€ мощность — от 46 до 2 128 к¬т электрической энергии. Ќа 1 к¬т установленной мощности приходитс€ 1,1–13,1 м3 объема ферментера. √одовой оборот общего объема субстрата на 61 установке колеблетс€ в диапазоне от 1 000 до 36 000 т/г. —одержание органического сухого вещества (ќ—¬) в субстратных смес€х варьируетс€ в пределах от 11,0 до 34,7 % сухой массы. ¬ результате анаэробного брожени€ содержание ќ—¬ снижаетс€ в среднем до 6,0 %. ¬виду применени€ различных способов эксплуатации показатели нагрузки ферментера на рассматриваемых установках наход€тс€ на уровне от 1,1 до 9,8 кг ќ—¬/м3 рабочего объема в день. ѕри проектировании установок учитываетс€ предполагаемый вид исходного сырь€ и получаемое количество биогаза.

Ќа фоне других установок выдел€ютс€ некоторые реакторы сухой ферментации, имеющие очень высокие показатели нагрузки. ¬рем€ гидравлического отстаивани€ субстрата во всей системе — от 29 до 289 дней. „ем выше величина содержани€ ќ—¬ в субстрате, тем дольше врем€ его отстаивани€ в многоступенчатых установках. ¬ одноступенчатых реакторах этот показатель значительно ниже и не превышает 100 дней.

¬ыход метана находитс€ в пределах 224–464 нм3 CH4/т ќ—¬. Ќезависимо от техники дл€ измерени€ объема газа средн€€ величина выработки электроэнергии составл€ет 1 296 к¬т•ч/т ќ—¬. √аз со средним содержанием метана 52 % в 45 % случаев сжигаетс€ в газожидкостных и в 55 % — в газовых двигател€х. ѕоказатель использовани€ установленной общей мощности двигателей дл€ выработки электроэнергии составл€ет в среднем 85 %.
ѕотребность биогазовых установок в электроэнергии на собственные нужды находитс€ на уровне в среднем 7,9 % от выработанного объема. —уществует однозначна€ зависимость между удельной потребностью в электроэнергии на собственные нужды и величиной доли навозной жижи в субстратной смеси: чем выше ее дол€, тем меньше величина потреблени€ электроэнергии на тонну субстрата.

ќколо 93 % установок утилизирует вырабатываемую тепловую энергию. ќднако показатель использовани€ теоретической мощности по ее выработке составл€ет в среднем всего 23 %. “олько 9 % реакторов утилизирует более половины вырабатываемой энергии этого типа.

Ёкономика далека от идеала

»нвестиции в рассматриваемые биогазовые установки составл€ют 0,29–5 млн евро при удельных капиталовложени€х 1 529–6 140 евро на 1 к¬т установленной мощности. —редн€€ дол€ расходов на эксплуатацию двигател€ — 22,5 %.

≈жегодна€ прибыль поступает, прежде всего, от сбыта электроэнергии. —быт тепла имеет второстепенное значение, и только на одной установке дол€ выручки от его продажи достигает 20 %. ¬ ежегодных затратах доминируют расходы на субстрат (42 %). ¬ среднем 1 т обходитс€ в 32 евро. Ёкономические результаты работы биогазовых предпри€тий сильно различаютс€. ”ровень маржи на один выработанный киловатт-час электроэнергии составл€ет от –10,4 до +7,8 евроцента. ѕричем существует зависимость экономического результата от показател€ использовани€ биогазовыми установками мощности по выработке электроэнергии. ”бытки говор€т о необходимости оптимизации технологии.

—ерьезное вли€ние на экономику оказывает рост стоимости субстрата. ќна увеличиваетс€ опережающими темпами по сравнению с расценками на энергию? передаваемую в сеть.
≈ще один критерий эффективности — величина выхода метана и удельной выработки электроэнергии. ќба параметра показывают однозначную зависимость от времени отстаивани€ субстрата и имеют самые низкие показатели на одноступенчатых установках с высокой долей навозной жижи в сырье.

ƒл€ проведени€ комплексной оценки также рассматривались величины потенциала газа в остатке брожени€. “олько на 20 % установок присутствует хранилище остатков ферментирующей массы, оборудованное покрытием. —оответственно в большинстве случаев имеющийс€ потенциал метана используетс€ не в полном объеме. ѕроисход€т выбросы газа, оказывающие неблагопри€тное воздействие на окружающую среду. Ёто касаетс€, прежде всего, установок, масса в которых отстаиваетс€ менее 100 дней.

ќплата электроэнергии по ставкам в соответствии с федеральным законом EEG не €вл€етс€ гарантией рентабельности эксплуатации биогазовых установок.  люч к экономическому успеху заключаетс€ в правильном выборе параметров и размеров установки в сочетании с оптимальным выбором субстратов, а также достижении высоких показателей использовани€ установленной мощности по выработке электроэнергии при одновременной утилизации вырабатываемого тепла. Ќе последнюю роль играет также и квалификаци€ специалистов предпри€ти€, в ведении которого находитс€ биогазова€ установка.

—егодн€ экологи€ в √ермании €вл€етс€ большой политикой.  онсенсус, существующий в обществе, позвол€ет федеральному правительству оказывать значительную поддержку отрасли. ѕо оценке экспертов, каждый налогоплательщик выдел€ет на эти цели 17 евро в год, что дает определенные результаты. ѕо словам “орстена ’ердана, в ближайшие годы отрасль выйдет на международный уровень. Ќемецкие производители биогаза начнут работать в других странах ≈—, на внутреннем рынке √ермании, веро€тно, также по€в€тс€ иностранные операторы.

***
–еспублика Ѕеларусь не обладает большими запасами ископаемых энергоресурсов, поэтому развитие энергосбережени€ и биоэнергетики в наших услови€х весьма актуально. Ѕиогазовые установки уже работают на –”—ѕ «—√÷ ««ападный» Ѕрестского района (проектна€ мощность — 520 к¬т•ч), ќјќ «√омельска€ птицефабрика» (340 к¬т•ч), ѕѕ« «Ѕелорусский» (ранее — –”—Ќѕ «Ѕел«ќ—ѕ») ћинского района (340 и 180 к¬т•ч). ¬ эксплуатируемых биогазовых комплексах перерабатываютс€ органические отходы.

—убстрат — это еще и ценное удобрение. јнаэробное метановое сбраживание позвол€ет сохранить весь азот навоза в аммонийной или органической формах. ‘осфор в этих удобрени€х находитс€ в основном в виде фосфатитов и нуклеопродеитов, калий — в виде солей, что обеспечивает лучшую усво€емость.

Ѕеларусь имеет сходные с √ерманией услови€. Ќаша страна также в значительной мере зависит от внешних поставок энергоносителей. ѕока в силу географического положени€ и партнерских отношений с –оссийской ‘едерацией белорусам удаетс€ получать относительно дешевые энергоресурсы. “ем не менее, опыт «зеленой» энергетики √ермании и других стран ≈вропы всегда будет интересен дл€ нас. Ќельз€ исключать, что когда-нибудь и Ѕеларуси придетс€ в полной мере воспользоватьс€ западными наработками.

јлександр  лочков,
доктор технических наук,
ѕавел Ќовицкий,
кандидат технических наук,
”ќ «Ѕелорусска€ государственна€
сельскохоз€йственна€ академи€»,
јлексей —емков,
«Ѕ—’»

  • ƒата публикации: 07.01.2013
  • 2553
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