Генерирующие биогазовые установки существенно опережают технологии, основанные на других типах энергоресурсов (возобновляемых и невозобновляемых) по экономической эффективности.
Биогаз – это продукт разложения органических веществ различного характера (отходы пищевой промышленности, навоз, другие отходы биологического происхождения), которое происходит в безвоздушной (анаэробной) среде. На 50-70% биогаз состоит из CH4 (метана), остальное — CO2 (углекислый газ). Выступая в качестве топлива для получения электричества и тепла, в европейских странах биогаз обеспечивает 3-4% энергобаланса. А в отдельных государствах (Швеция, Австрия, Финляндия) достигает 15-20% благодаря государственному стимулированию отрасли биоэнергетики. В Китае функционируют 12 млн. небольших «семейных» установок на биогазе, которые в основном обеспечивают работу кухонных плит. Широкое распространение эта технология получила также в Африке и Индии. А установки для получения биогаза на территории Российской Федерации можно пересчитать по пальцам. Отечественные исследования в этой области начались в 1940-х гг., однако позже они были заморожены на продолжительный период.
И все же сегодня в России интерес к биогазовой отрасли набирает силу. Особо заинтересованы в этом виде топлива сельские товаропроизводители. Ряд аграрных предприятий занялись строительством биогазовых установок, появились на рынке и компании, специализирующиеся на строительстве и вводе в эксплуатацию установок данного типа. По факту, из разряда опытно-экспериментального технологии на биогазе переходят в разряд коммерческий.
Технологически производство биогаза довольно простое: масса органического происхождения (отходы, навоз и пр.) периодично подается в резервуар-реактор, в котором осуществляется ферментационный процесс. Чтобы процесс проходил в штатном режиме, нужно перемешивать содержимое и поддерживать в реакторе определенную температуру. За ферментационный процесс отвечают бактерии, которые обычно содержатся в биомассе (навозе) или же специально вводятся в момент запуска реактора. Во время проведения всех операций важно исключить возможность попадания воздуха в реактор. Для сбора и хранения биогаза предназначен газгольдер – верхняя часть реактора. Нижняя часть, соответственно, отводится для «перебродившей» биомассы, которая является универсальным удобрением органического происхождения (биогумусом).
По температурному режиму протекание процесса можно разделить следующим образом:
— до ≈25 °C – психофильный
— 32 — 42 °C – мезофильный
— 50 — 57 °C – термофильный
Как нам уже известно, биогаз состоит из углекислого газа и метана. Если их разделить, то метан можно использовать в качестве обычного природного газа. Однако чаще биогаз используют в энергоустановках, приспособленных именно под этот тип топлива, без сепарации. Газ подается прямо из газгольдера.
Использовать этот вид топлива можно для получения тепла в бойлерных установках, газопоршневых двигателях и газовых турбинах, функционирующих обычно в когенерационном режиме (производство тепла и электроэнергии). Наилучшими характеристиками среди энергоустановок на биогазе обладают газопоршневые установки. Их эффективность выше, чем установок газотурбинного типа.
Тригенеративные установки (производство электричества-тепла-холода) пока не получили развития. Хоть в этом направлении у биогаза хорошие перспективы. В идеале возможно создание биогазового комплекса, который способен будет функционировать в режиме «пентагенерации», производя тепло, электроэнергию, холод, «сухой лед» и органические удобрения. «Сухой лед» можно получать путем разделения биогаза на углекислый газ и метан в мембранных контакторах, где эти компоненты разделяют на технически чистые углекислый газ и метан. Технологии подобного плана разрабатывались в Одессе на станциях Минобороны в начале 80-х годов.
Биогазовая экономика
Сырье для установок на биогазе в достаточных количествах имеется на свалках мусора, на птицефабриках, свинофермах, в коровниках, а также на станциях очистки сточных вод. Именно предприятия агрокомплекса рассматриваются как основные потребители технологий на основе биогаза в ближайшей перспективе. В пользу этого свидетельствуют неплохие экономические результаты подобных проектов. Из одной тонны навоза крупного рогатого скота можно получить 30-50 кубометров биогаза, содержание метана в котором будет достигать 60%. Одна корова способна обеспечить в сутки получение газа в объеме 2,5 кубометра. В свою очередь из одного кубического метра биогаза можно получить примерно 2 кВт электроэнергии, а также органическое удобрение, при использовании которого существенно повышаются экономические характеристики установок на биогазе. По расчетам, приведенным Марком Потеряевым, сотрудником одной из отраслевых компаний, генерирующая установка, построенная под топливную базу (стадо крупного рогатого скота из 900 голов), окупает себя в режиме производства электроэнергии и тепла за пять-семь лет, а при учете стоимости получаемых органических удобрений этот срок уменьшается до двух с половиной лет. Специалисты, кстати, отмечают, что полученный биогумус – экологически чистое удобрение, очищенное от семян сорняков, нитритов, болезнетворной микрофлоры и специфических запахов. Расход этих удобрений на обработку 1 га земли составляет 1-5 тонн вместо 60 тонн необработанного навоза. Также испытания демонстрируют подъем урожайности в 2-4 раза.
Решение от передовых отечественных компаний
Российские компании ведут разработки и строительство «под ключ» установок малой генерации, функционирующих на различных видах топлива – биогазе, классических мазуте и газе, синтезгазе (вырабатываемом из торфа, опила и др. субстанций). Именно в конструкции энергоустановок на биогазе реализованы довольно интересные решения технического характера, которые способны стать очень удачным вариантом организации энергетического снабжения животноводческих хозяйств, коммунальных, перерабатывающих и других предприятий.
Такое решение базируется на хорошо отработанной и проверенной временем технологии: реактор-газгольдер-газопоршневая установка. Стоит отметить, что реакторы делятся на два основных типа: заглубленные (пользуются популярностью в Дании) и наземные (широко распространены в Германии). Заглубленные реакторы более предпочтительны в российских условиях, ведь они требуют меньших энергозатрат для поддержания оптимальной температуры и лучше сохраняют тепло. Отечественные эксперты объединили в одном проекте инновационные научные разработки и проверенное в эксплуатации серийное оборудование. В итоге заказчик получает сбалансированный проект, характеристики которого четко подобраны под конкретные эксплуатационные условия.
Благодаря российской математической школе удалось найти решение важнейшей задачи – разработать модель для расчета реактора, в котором в оптимальном режиме будет происходить брожение биомассы с заполнением всего объема резервуара. Именно этот момент чаще всего ускользает от «народных умельцев», которые создают собственные установки на биогазе.
На данный момент главным (но не единственным) заказчиком установок, работающих на биогазовой основе (мини-ТЭЦ), представляется сфера отечественного животноводства. Проект показывает наилучшие показатели экономической рентабельности именно в условиях птицефабрик или ферм. К примеру, биогазовая установка для стада крупного рогатого скота, состоящего из 900 голов (расчет строится на количестве продуцируемого навоза) обойдется примерно в 45 миллионов рублей. А срок ее окупаемости составит 2,5 года. Срок окупаемости установки, функционирующей на отходах мясоперерабатывающего предприятия, сокращается примерно до 2 лет.
Метки: альтернативная энергетика, альтернативное топливо, биогаз, перспективы альтернативной энергетики
