14 июля 2013

86% биогазового потенциала содержится в сельскохозяйственном сырье и лишь 8% в промышленных и коммунальных отходах. Поэтому в последнее время более быстрыми темпами стало развиваться производство биогаза из органических отходов сельскохозяйственного производства и сельскохозяйственных энергетических культур.

 

Китайцы впереди

На сегодняшний день максимальное количество биогазовых установок – около 15 млн – действуют в Китае, на втором месте находится Индия, где около 10 млн установок, активно развивается строительство биогазовых установок в Европе.

В настоящее время европейский рынок биогазовых установок оценивается в 2 млрд долларов, по прогнозам, он должен вырасти до 25 млрд. к 2020 г. В европейской практике 75% биогаза производится из отходов сельского хозяйства, 17% — из органических отходов частных домохозяйств и предприятий, еще 8% — канализационных очистных сооружениях.

 

Лидеры ЕС

Сегодня первое место в Европе по количеству действующих биогазовых установок принадлежит Германии — в 2010 г. их насчитывалось более 9000. Только 7% производимого данными предприятиями биогаза поступает в газопроводы, остальное — используется для нужд производителя. В перспективе 10-20% используемого в стране натурального газа может быть заменено биогазом.

С точки зрения масштабов применения биогаза лидирует Дания: данный вид топлива обеспечивает почти 20% энергопотребления страны. Среди других европейских стран с высокими темпами развития рынка биогаза стоит выделить Великобританию, Швецию, Норвегию, Италию, Францию, Испанию и Польшу.

 

США

Рынок биогаза в США развивается значительно медленнее, чем в Европе. Например, несмотря на наличие большого числа ферм, на территории страны действует всего около 200 биогазовых заводов, работающих на сельскохозяйственных отходах. Одним словом если придерживаться заданных темпов развития, то если на протяжении ближайших 10 лет будет построено лишь 10% новых установок, что составит около 22 000 новых установок, а значит фермеры, консультанты, инженерные бюро, производители и государственные органы будут иметь предостаточно работы. Активно занимаются внедрением биогазовых установок в странах Скандинавии. Профессор Шведского университета Т. Штерн рассказала, что в Швеции работают уже более 200 установок, из которых 138 — на водоочистных сооружениях, 60 перерабатывают свалочные отходы, в Дании наибольшее количество установок действуют на животноводческих фермах.

У тех, кто перерабатывает навоз в тепловую и электрическую энергию, уже родилась поговорка: «сегодня здесь дурно пахнет навозом, а завтра будет пахнуть деньгами».

 

Россия

Наша страна значительно отстает от других стран Европы и остального мира по темпам развития биогазовой энергетики. Причин этому много, и едва ли не самая главная – наличие огромных запасов природного газа, а также условно низкая цена природного газа.  Условная, прежде всего по причине использования ранее созданной, в том числе и в советское время, инфраструктуры добычи и транспортировки газа.

Практически не слышно о создании биогазовых станций на полигонах бытовых отходов, на очистных сооружениях сточных вод - кроме установки на Курьяновских очистных сооружениях - тоже нет информации. В последнее время наметился небольшой сдвиг в создании биогазовых установок на базе использования органических отходов сельского хозяйства. Были реализованы ряд крупных проектов, и хотя их можно пересчитать на пальцах одной руки, это уже прорыв.

Целый ряд регионов приняли программы по развитию биогазовой отрасли: это, прежде всего Белгородская область, Томская, Саратовская, Оренбургская и Калужская области, есть планы развития биогазовой энергетики и в других областях. Крупная биогазовая установка была реализована во Владимирской области на предприятии «Мортадель» Александровского района в 2011 г., в апреле 2012 г. была запущена установка в Байцурах Белгородской области. Менее крупные установки были созданы в Калужской и Оренбургских областях.

 

2 мл га навоза

 В тоже время в нашей стране уже 2 млн га занято навозом, ввод новых птицефабрик, свиноводческих и молочных комплексов только усугубляет проблему охраны подземных водоисточников и сохранения экологии, в атмосферу выбрасывается огромное количество метана, а переработкой органики на биогаз и удобрения начали заниматься лишь единичные агрофирмы. И то пока на уровне проектов.



Мнение о российских установках

Приведенный анализ позволяет выявить основные тренды в развитии биогазовой энергетики и сформулировать необходимые условия и принципы, которые необходимо учитывать при создании биогазовой установки.


Прежде чем принимать решение о строительстве биогазовой установки необходимо четко сформулировать конечную цель конкретного проекта. На формирование цели значительное влияние оказывают следующие параметры:
• возможности предприятия, создающего биогазовую установку, по обеспечению ее сырьем
• предполагаемый масштаб проекта – объемы перерабатываемого сырья;
• тип предприятия, являющегося основным поставщиком сырья.
Рассмотрим, в чем заключается это влияние. Во-первых, исторически так сложилось, что производством биогаза в первую очередь стали заниматься «производители» сырья, т.е. в основном производители сельхозпродукции. В этом случае все понятно – при создании биогазовой установки ее собственник является и основным поставщиком сырья, т.е. оно достается практически бесплатно. В данном случае проектирование установки осуществляется с максимально удобным расположением установки, поблизости к ферме или других органических отходов. Проект разрабатывается с максимально полным использованием всех побочных продуктов деятельности биогазовой установки: тепла, электроэнергии, переработанных удобрений, углекислого газа, а в перспективе и сероводорода. В этом случае проект наилучшим образом вписывается в социально-экономическую и экологическую среду региона. Альтернативным вариантом этому является вариант, в котором биогазовая установка принадлежит независимому хозяйственному обществу, который для ее функционирования вынужден приобретать отходы (навоз, помет, силос и т.п.) у производителей сельхозпродукции. В этом случае у собственника биогазовой установки появляется куча проблем с закупкой сырья на долгосрочной основе, его доставкой на установку, а самое главное - куда девать все произведенное – тепло, электричество, удобрения, жидкую фракцию эффлюента. Теоретически все это можно реализовать на сторону, а фактически тут столько различных ведомств задействовано, что утонешь в согласованиях.
Именно по такому варианту пошли создатели биогазовой установки в Байцурах Белгородской области. И именно эти проблемы заставили коммерческого директора этого проекта Орехова Алексея сделать вывод, что «биогазовые установки мощностью менее 0,5 МВт в России строить нерентабельно». (статья была напечатана в журнале «МБ» в 2012 г.)
У читателей могут возникнуть вопросы - почему, на чем основывается это утверждение? К сожалению, насколько мне известно, установка, которую запустили в Белгородской области, далека до совершенства, кроме того, при создании этого проекта были допущены ряд принципиальных ошибок, неверных организационных и экономических решений. Как известно, (например "Практическое пособие по созданию биогазовых установок "Барбары Эдер и Хайнца Шульца), биогазовая установка должна принадлежать ферме, отсюда должны формироваться и все цели по ее созданию. Установка, созданная г-ном Ореховым, принадлежит какому-то ЗАО, которое не связано с фермой и поэтому вынуждено закупать навоз у сельхозпредприятий по цене 1500 руб. за тонну, а затем он планирует продавать получаемое удобрение им же по цене 4500 руб. за тонну. Мы проводили экспресс опрос руководителей сельхозпредприятий - устраивает ли их такое предложение - из 10 человек - все ответили отрицательно. Логика рассуждений их при этом была очень проста: а зачем мне продавать тонну навоза по 1500 руб., чтобы потом переработанную ту же тонну покупать за 4500 руб.? Этот навоз полежит у меня в лагуне около фермы полгодика - года, а потом я его с таким же успехом вывезу на поля. Кроме того, те цифры, которые были озвучены по этой установке в открытой печати по цене установки, составляют 160 млн руб.. Простой расчет показывает, что стоимость основных средств, приведенная на 1 киловатт генерируемой мощности составляет 320 000 руб. В то же самое время из литературы известно, что усредненное значение этой цены должно составлять около 135 000 руб., т.е. в 2,37 раза меньше. Это значение явно превышает статистическую погрешность. Кроме того, в созданной установке отсутствует очистка биогаза от сероводорода, что неминуемо приведет к выходу из строя когенерационной установки в ближайшее время. Есть и другие более мелкие упущения в реализации технических решений. Нельзя возводить свой, возможно не очень удачный опыт, в ранг такого, по которому можно сделать такие далеко идущие выводы. А вот предприниматель из Перми В. Рашин, наверняка не согласен с такой формулировкой требований к создаваемой установке - и он тысячу раз прав - малый бизнес никогда бы не стал делать то, что ему не выгодно, а Рашин сделал такую установку для своей перепелиной фермы у себя и сейчас делает биогазовые установки для всех желающих предпринимателей из своего и ближайших регионов.
Приятным исключением из этого стало создание в Германии биогазового парка, состоящего из 16 отдельных биогазовых установок, на который свозится навоз из всех ближайших хозяйств в округе на расстоянии до 30 км до биогазового парка. Но это совсем другая страна, с другим менталитетом, с другой помощью и ролью государства в решении этих вопросов.
Логическим развитием влияния этого параметра является второй параметр – масштаб производства. Опять же мировой опыт является лучшей рекомендацией для обоснования решения по данному вопросу – предприятие, являющееся собственником сырья и создающее биогазовую установку для его переработки, само определяет масштабы установки, с тем, чтобы максимально использовать все ее преимущества. И масштаб может быть самый разный. Если же собственник установки не имеет бесплатных источников, то масштаб производства определяется максимально возможным, насколько позволяет система, созданная им для реализации продукции и услуг этой установки.
И, наконец, третий параметр – тип предприятия, являющегося основным поставщиком сырья. Здесь можно выделить следующие типы: во-первых, это предприятие может быть многопрофильным производителем сельхозпродукции, при этом в нем могут развиваться и животноводческие и растениеводческие направления. Эти предприятия имеют, как правило, много земли для самых разных целей, которую необходимо регулярно удобрять, животноводческие помещения для содержания животных, в процессе функционирования которых их надо обогревать, вентилировать, убирать поскольку там возникает много навоза. Такие предприятия наиболее лучшим способом подходят для создания у себя биогазовой установки, поскольку все получаемое от биогазовой установки оно может напрямую использовать для собственных нужд, а излишки тепла и электричества использовать для реализации своим работникам. Во втором случае можно выделить узкопрофильные сельскохозяйственные предприятия: птицефабрики, откормочные производства в виде крупных свинокомплексов, крупные комплексы КРС, хотя последние не так многочисленны. Для второго случая эффективность создания биогазовых установок не столь очевидна как в первом случае, поскольку возникает много проблем с реализацией побочной продукции биогазовой установки. И если с реализацией электроэнергии и тепловой энергии все обстоит нормально, то с реализацией получившихся удобрений могут быть проблемы, поскольку у нас пока еще нет рынка этих удобрений, а использование их в качестве белково-витаминной добавки тоже требует специальных технологий, и этот рынок также не сформирован.
Учитывая все вышеизложенное, мы считаем, что применение биогазовых технологий в силу своей уникальности эффективно практически во всех случаях. Уникальность биогазовой энергетики заключается, прежде всего, в многоцелевом характере ее применения, что позволяет достичь сразу несколько целей, а именно:
• решение экологических проблем, возникающих при разведении животных, как на местном региональном уровне, так и в глобальном плане – выполнение базовых условий Киотского протокола, который, как известно, недавно был продлен до 01 января 2015 г.;
• решение энергетических проблем конкретного сельхозпредприятия и социальной инфраструктуры его окружения в частности;
• сохранение и приумножение плодородия почвы – основного актива сельхозпредприятия;
• повышение экономической эффективности сельскохозяйственного производства и повышение его конкурентоспособности, что особенно актуально в связи с вступлением России в ВТО;
• решение социальных вопросов на селе – повышение оплаты труда, создание новых рабочих мест, открытие новых производств, связанных, например, с получением товарного углекислого газа, для использования в своих же теплицах и для реализации на сторону;
• по сути дела – это реальное превращение сельскохозяйственного предприятия в агропромышленное предприятие с развитой социальной инфраструктурой.
Решение этих задач базируется на следующих преимуществах производства биогаза из отходов:
• доступность и дешевизна сырья – оно практически бесплатно;
• масштабируемость технических решений – позволяет создавать от самых маленьких установок на одно фермерское хозяйство, на одну семью до крупных биогазовых установок по переработке отходов на крупных птицефабриках, комплексах КРС и свинокомплексах по типовым технологиям;
• простота технологий и технических решений получения биогаза;
• применение этих решений особенно целесообразно в тех местностях, где отсутствуют централизованное электроснабжение и газоснабжение, что позволяет развивать сельскохозяйственное производство без привязки к действующим энергосистемам, ориентируясь прежде всего на лучшие климатические и географические условия.
По сравнению с другими видами ВИЭ конверсия биомассы в биогаз также имеет следующие преимущества:
• она уже сегодня занимает большую часть от всех видов ВИЭ в мировом энергетическом балансе;
• она развивается более быстрыми темпами, чем другие виды ВИЭ;
• по капиталоемкости затрат на единицу энергии она уступает только наземной ветроэнергетике, но превосходит ее и другие ВИЭ по себестоимости затрат на производство единицы энергии.
Повышение эффективности биогазовых установок стало возможным в связи с появлением в последнее время работ по применению кавитации, ультразвука, электроимпульсной обработки субстрата, высокоэффективной очистке биогаза от сероводорода и разделения его на фракции: биометан и углекислый газ.


 
 

 

Автор: 
Евгений Логинов, к.т.н., проф., директор Технопарка Владимирского госуниверситета

Комментарии

Не смотря на то, что биогазовые установки нашли широкое применение в западной Европе, конструкция биореакторов, применяемых в этих установках, не отличается оригинальностью и весьма примитивна. Дело в том, что в биореакторах емкостного типа применяемых в данных установках, используется отъемно-доливной метод ферментации с параллельным процессом брожения. Суть метода заключается в том, что в биореакторе работают одновременно, в одном месте, несколько видов бактерий, которые питаются метаболитами друг друга, для оптимальной же работы, каждый вид бактерий предпочитает индивидуальную среду обитания с определенным температурным режимом и рН. Управлять процессом ферментации в таком биореакторе не представляется возможным. В Российской Федерации был разработан модульный емкостной биореактор, позволяющий управлять процессом брожения на разных его стадиях и создать в процессе ферментации оптимальные физико-химические условия для разных видов бактерий, что существенно повышает КПД биогазовой установки. 

 bios

Настройки просмотра комментариев

Выберите нужный метод показа комментариев и нажмите "Сохранить установки".