Устройство биогазовой установки

Биогазовая установка осуществляет переработку органических отходов в биогаз, тепло и электроэнергию, твердые органические и жидкие минеральные удобрения, углекислый газ.
Описание процесса
1. Ежедневно субстрат собирается в яме и перед подачей в биореактор при необходимости измельчается и смешивается с водой до состояния, способного перекачиваться насосом.
2. Субстрат попадает в анаэробный биореактор. Биореактор работает по принципу расхода. Это значит, что в него с помощью насоса, без доступа воздуха поступает (6-12 раз в день) свежая порция подготовленного субстрата. Такое же количество переработанного субстрата вытесняется из биореактора в резервуар – хранилище.
Биореактор работает в мезофильном диапазоне температур 38-40С. Система обогрева обеспечивает необходимую для процесса температуру и управляется автоматически.
Содержимое биореактора регулярно перемешивается с помощью встроенного устройства гомогенизации.
3. Образующийся при ферментации газ скапливается в газгольдер. Давление газа регулируется с помощью встроенного предохранительного клапана. Газгольдер входит в стоимость установки и имеет возможность накопления газа в течение 8-10 часов.
4. Полученный биогаза после осушки поступает в блочную когенерационную установку, производящую тепло- и электроэнергию. Около 10% электроэнергии и 30% теплоэнергии (в зимний период) необходимы для работы самой установки.
5. Переработанный субстрат после биогазовой установки подается на сепаратор. Система механического разделения разделяет остатки брожения на твердые и жидкие фракции. Твердые фракции составляют 3-3,5% субстрата и представляют собой биогумус.
6. В качестве опции предлагается модуль LANDСO, перерабатывающей жидкую фракцию в жидкие удобрения и чистую (дистиллированную) воду. Чистая вода составляет 85% от объема жидкой фракции.
Оставшиеся 15% занимают жидкие удобрения:
Дальнейшее использование жидких удобрений зависит от наличия местного рынка и объема «свободной» теплоэнергии для кристаллизации твердой фракции, составляющей 2%. Как один из вариантов возможно испарение воды на вакуумном испарителе или в естественных условиях. Даже в жидком виде удобрения не имеют запаха и требуют незначительного по объему хранилища.
Работа БГУ непрерывна. Т.е. постоянно в реактор поступает свежий субстрат, сливается переброженный, сразу же разделяясь на воду, био- и минеральные удобрения. Цикл образования биогаза в зависимости от типа ферментора и типа субстрата составляет от нескольких часов до месяца.
В состав оборудования входит контроль качества биогаза, также при необходимости можно включить в состав оборудование по доведению биогаза до чистого метана. Стоимость такого оборудования на уровне 1-5% от стоимости БГУ.
Работа всей установки регулируется автоматикой. Число занятых на биогазовых станциях среднего масштаба не превышает 2 человек.
Мощность биогазовых станций, предлагаемых нашей компанией, варьируется от 1 до нескольких десяткой млн куб. в год, электрическая мощность – от 200 кВт до нескольких десятков МВт. По расчетам наших специалистов в российских условиях наиболее рентабельными являются установки средней и большой мощности, свыше 1МВт.
Наиболее эффективной работы биогазовой станции можно добиться при соблюдении следующих условий:
  • Бесперебойной и бесплатной поставки сырья для работы установки
  • Полном использовании продукции биогазовой установки, прежде всего, электроэнергии на Вашем предприятии.
увеличить схему

Предпосылки развития биогазовой энергетики в России

Кризисное состояние российской централизованной энергетики, наступающий дефицит газа и рост цен на энергоносители способствует росту потенциала использования биогазовых технологий в РФ. Переработка отходов сельского хозяйства, пищевой промышленности и продуктов водоочистных сооружений в России способна ежегодно дать 60-70 млрд куб. м биогаза и свыше 110 млн т высококачественных удобрений.
До настоящего времени использование возобновляемых источников энергии в России сдерживалось избытком углеводородных топливно-энергетических ресурсов. Вместе с тем, негативные тенденции, наблюдающиеся в системе традиционной энергетики, создали ряд предпосылок для быстрого развития отдельных сегментов альтернативной энергетики, к которым относятся и биогазовые технологии.
К одной из таких предпосылок относится наступающий продолжительный производственный кризис в российской газодобывающей промышленности. Уже в 2010 г. начнется устойчивое падение добычи газа в стране. И связано оно будет не столько со снижением спроса в условиях экономического спада, сколько с истощением действующих месторождений.
Три стареющих месторождения-гиганта, Уренгойское, Ямбургское и Медвежье, дававших стране свыше 70% газа, на рубеже веков вступили в позднюю стадию разработки, а производство газа на них начало снижаться.
В целом же, по данным «Газпрома», добыча газа на всех месторождениях, введенных еще в советский период, будет падать со скоростью 20-25 млрд куб. м3 в год. Таким образом, только за одно десятилетие, Россия лишается почти 1/3 годовой добычи газа. Если в 2010 году действующие месторождения, как ожидается, смогут произвести 601,9 млрд кубометров газа, то к 2030 году ежегодная добыча упадет более чем втрое – до 191,6 млрд кубометров.
До последнего времени компенсировать нарастающий производственный кризис в целом удавалось за счет пуска новых проектов по добыче. В частности, в 2001 г. было введено в разработку Заполярное месторождение, единственный газовый «гигант», освоенный в постсоветское время. После его выхода на проектную мощность страна получила дополнительные 100 млрд м3 в год, что позволило на несколько лет отсрочить падение общероссийской добычи и обеспечить небольшой рост.
Однако, несмотря на мировое лидерство по объему разведанных запасов газа, новых месторождений, которые были бы подготовлены к началу полномасштабной добычи, в России не осталось.
Месторождения, нуждающиеся в освоении, находятся на «оторванном» от инфраструктуры Ямальском полуострове, шельфе северных морей и Сахалина, в Восточной Сибири. Как с технологической, так и финансовой точки зрения вовлечение этих запасов в разработку практически не имеет мировых аналогов.
Каждое из них потребует не менее 10 лет с момента начала освоения до выхода на проектный уровень добычи, а себестоимость добычи с учетом инвестиционной составляющей значительно превышает текущие внутренние цены на газ. Даже при условии начала крупных вложений в их разработку в ближайшем будущем, добыча достигнет проектного объема в лучшем случае к 2020 г.
Мировая рецессия, снизившая спрос на газ, способна на 1-2 года отсрочить начало кризиса газоснабжения в России. В то же время падение доходов «Газпрома» и независимых добывающих компаний, неплатежи со стороны внутренних потребителей, сокращение инвестпрограмм и перенос сроков разработки новых месторождений, сделает этот кризис более глубоким и продолжительным. Размер дефицита газа в стране в ближайшие годы по оптимистичным оценкам составит 20 млрд. кубометров, по пессимистичным – достигнет 100 млрд.
Последствия производственного кризиса газодобывающей промышленности 2010-х гг. в наибольшей степени будут наблюдаться в зимние периоды пикового спроса.
В момент пикового спроса на газ используются резервы газохранилищ, способные обеспечить порядка 60 млрд м куб., но в условиях нехватки газа они могут оказаться не заполненными к началу зимнего периода, и, соответственно, будут использованы до его завершения.
В этом случае создаются значительные угрозы для объектов электроэнергетики, работающих преимущественно на газе. В целом по России доля газа в выработке всей электроэнергии несколько превышает 53%, а в электроэнергии, произведенной на ТЭС – 62%. В европейской части страны она еще выше. Например, в энергобалансе электростанций Московского региона она составляет 95%.
Учитывая тяжелое состояние объектов электроэнергетики и традиционно высокую нагрузку на них в периоды пикового спроса, в случае снижения подачи газа велика вероятность масштабных отключений электроэнергии не только промышленным потребителям, но и населению. В таких условиях нехватка даже 20 млрд кубометров в годовом масштабе может иметь критические последствия.
Наиболее вероятно, что в большей мере от кризиса пострадают российские потребители, поскольку выполнение европейских экспортных контрактов является важным источником доходов «Газпрома».
Важным результатом надвигающегося кризиса газоснабжения и истощения дешевых в разработке запасов газа станет рост внутренних цен на энергоносители, который уже наблюдается вопреки экономическому кризису. Рост цен на газ также будет способствовать росту конкурентоспособности возобновляемых источников энергии, в частности, биогаза.
Еще в 2007 г. российское правительство подписало программу резкого повышения уровня цен на газ для российских потребителей и доведения их до паритетного уровня с европейскими ценами. Это означает, что российские цена будут меньше западных лишь на размер экспортной пошлины и стоимости транспортировки в направлении Европы.
В соответствии с постановлением правительства № 333 от 28 мая 2007 года, внутренние цены на газ для российских потребителей должны уже к 2011 году удвоиться по сравнению с сегодняшним уровнем.
В начале февраля 2009 г. «Газпром» представил презентацию, в которой темпы подорожания в целом соответствуют правительственному постановлению. (см. график 1).
График 1. Средние оптовые цены на газ, руб. за 1000 куб. м
цены на газ
Источник: «Газпром»
Показатели 2011 г. не будут предельными, поскольку по мере приближения к паритетному с европейским уровню превысят 200 долл. за 1000 м куб. Ориентировочно «паритетного» с Европой уровня можно ожидать к 2013-2014 г.
Кроме того, снижение в 2009 г. поставок газа на европейский рынок, которые служили основным источником поддержания низких цен на российском рынке, нарушает действие механизма перекрестного субсидирования, вынуждая повышать внутренние тарифы.
Третьей предпосылкой роста внутренних цен, как уже было отмечено, является увеличение в структуре добычи доли дорогих в разработке и эксплуатации месторождений.
Подорожание газа незамедлительно приведет к соизмеримому росту тарифов на электроэнергию, поскольку, как уже говорилось, доля газа в выработке всей электроэнергии превышает 53%, а в электроэнергии, произведенной на ТЭС – 62%. Особенно это коснется регионов европейской части страны, в энергобалансе которых газ составляет максимальную долю.
В соответствии с планами правительства рост оптовых регулируемых цен составит для промышленности 19% в 2009 г., 14% – в 2010 г., и 16% в 2011 г. Для населения регулируемые тарифы будут расти на 25% в год.
Тенденция беспрецедентного по мировым меркам роста тарифов наблюдается с 1999 г. За прошедшее десятилетие и в рублевом, и в долларовом эквиваленте электроэнергия подорожала в 4-4,5 раза и на 50% превысила уровень инфляции.
В результате, цены на электроэнергию в России стали выше, чем в большинстве других стран, хорошо обеспеченных энергоносителями, но и приблизились к уровню стран, испытывающих серьезный недостаток в энергетическом сырье.
В 2009 г. российские цены на электроэнергию для промышленности превысят не только уровень США, но и Франции, а в 2011 г. оставят позади Южную Корею и Великобританию.
Низкая эффективность российских ТЭС, которые строились несколько десятков лет назад, отличаются моральным и физическим износом основных фондов приводит к высокой стоимости производства электроэнергии.
Для удешевления электроэнергии необходима массовая модернизация основных фондов. В то же время огромные потребности в инвестициях для модернизации отрасли приводятся генерирующими компаниями в качестве одного из аргументов необходимости существенного наращивания тарифов ради окупаемости проектов. Возникает замкнутый круг.
Наконец, третьей предпосылкой развития малой биогазовой энергетики является кризисное состояние систем централизованного газо- и электроснабжения.
Износ основных фондов в транспорте газа и ПХГ в настоящее время составляет 62,5%. В критическом состоянии по безопасности находятся порядка 50% подводных переходов, 21 % переходов через автомобильные и железные дороги, 10% – пересечений с трубопроводами.
Значительная протяженность газопроводов, построенных в 1980-е годы характеризуется использованием в качестве изоляционного наружного покрытия полиэтиленовой ленты, имеющей срок службы немногим более 10 лет.
Кроме того, важной предпосылкой развития биогазовой индустрии в России является не только кризисное состояние централизованного энергоснабжения, но и его отсутствие в ряде регионов. Средний уровень газификации составляет менее 70% в городах и 50% в сельской местности.
При этом в ряде регионов степень газификации менее 10%. По данным «Межрегионгаза», такая ситуация – во многих субъектах Северо-Западного, Уральского, Сибирского и Дальневосточного федеральных округов.
Развитие централизованных систем электро- и газоснабжения в удаленных районах с низкой плотностью населения экономически нецелесообразно. В результате в России складывается по сути уникальная для «энергетической сверхдержавы» ситуация, когда применение биогазовых технологий становится не просто выгодным, но и единственным способом обеспечить энергетические потребности сельского хозяйства.
Перевод части сельхозпредприятий на самообеспечение газом, теплом и электроэнергеей за счет переработки отходов целесообразна и по ряду других причин:
  • В процессе санитарной обработки сточных вод (особенно животноводческих и коммунально-бытовых), содержание органических веществ снижается до 10 раз;
  • Анаэробная переработка отходов животноводства, растениеводства и активного ила позволяет получать уже готовые к использованию минеральные удобрения с высоким содержанием азотной и фосфорной составляющей, что особенно актуально для развития сельского хозяйства Нечерноземья;
  • Биогаз – универсальное топливо, с высокой эффективностью он может быть использован для получения тепловой и электрической энергии, в том числе для организации тепличных хозяйств, а также в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания;
  • Коэффициент использования газа на малых когенерационных установках значительно превышает показатели крупных ТЭЦ;
  • Биогазовые установки могут быть размещены в любом регионе страны и не требуют строительства дорогостоящих газопроводов и сложной инфраструктуры; а также позволяют избежать потерь электроэнергии, которые значительны при ее передаче и трансформации;
  • Биогазовые установки могут частично или полностью заменить устаревшие региональные котельные и обеспечить электроэнергией и теплом близлежащие населенные пункты;
  • Создание на основе биогазовых установок локальных энергетических станций, не зависящих от «большой» энергетики, способно уменьшить гипертрофированную долю природного газа в топливно-энергетическом балансе, децентрализация энергетики повысит ее устойчивость, сгладит негативные последствия старения объектов энергетической инфраструктуры.
Материалы подготовлены AEnergy.ru

Биогазовая энергетика: перспективы России

биогазовые перспективы biogas perspectivesВ предыдущих материалах AEnergy.ru рассказал о европейском и китайском опыте развития биогазовой энергетики. Анализ российского сельскохозяйственного сектора показывает, что биогазовые технологии не только экономически оправданы, но и могут создать условия для более интенсивного развития сельского хозяйства РФ, решить проблему отходов АПК и слабого развития энергетической инфраструктуры в сельских районах.
Агропромышленный комплекс России сегодня сталкивается с проблемой утилизации огромного количества отходов – чаще всего они просто вывозятся с территорий ферм и складируются. Это приводит к проблемам окисления почв, отчуждению сельскохозяйственных земель (более 2 млн га сельскохозяйственных земель заняты под хранение навоза), загрязнению грунтовых вод и выбросам в атмосферу метана – парникового газа. Если на государственном уровне ставится задача интенсивного развития сельского хозяйства с высоким уровнем эффективности и глубины переработки, эту проблему необходимо решать.
Отходы АПК, которые необходимо утилизировать, сами по себе являются существенным энергетическим ресурсом, так как с разной степенью эффективности возможно получение биогаза почти из всех видов сельскохозяйственных отходов. Таким образом, развитие биогазовой энергетики – это не только возможное решение проблемы отходов, но и еще решение энергетических проблем сельского хозяйства.
биогаз biogas
А эти проблемы существуют: большая часть регионов с развитым сельским хозяйством, соответственно, с высокой концентрацией ресурсов для производства биогаза (Белгородская область, Краснодарский край, Алтайский край и др.) являются энергодефицитными и энергоснабжение сельхозпроизводителей здесь осуществляется по остаточному принципу. Во всех сельскохозяйственных регионах существует проблема крайне низкой степени доступности объектов энергетической инфраструктуры, в частности только 37% крупных и средних сельхозпроизводителей имеют доступ к сетевому газу.
В количественном выражении, суммарный энергетический потенциал отходов АПК РФ достигает 81 млн т.у.т. Если весь биогаз будет перерабатываться на когенерационных установках, это позволит на 23% обеспечить суммарные потребности экономики в электроэнергии, на 15% – в тепловой энергии и на 14% – в природном газе или же полностью обеспечить сельские районы доступом к природному газу и тепловой мощности.
альтернативная энергия alternative energy
Помимо сказанного выше, биогазовая энергетика – это еще источник дешевых комплексных органических удобрений, которые образуются как субпродукт при производстве биогаза. Например, ежедневный органический потенциал переработки навоза единицы КРС составляет 0,25 кг азота, 0,13 кг оксида фосфора, 0,3 кг оксида калия и 0,25 оксида кальция и сравним с 1 кг комплексных удобрений. В целом для сельского хозяйства такие дешевые и доступные удобрения – это интенсификация производства и повышение конкурентоспособности отечественной продукции. Для фермера – независимость от конъюнктуры закупочных цен на рынке минеральных удобрений и бóльшие урожаи.
От бизнес-проекта к новому сельскому укладу
При комплексном использовании биогазовых установок, вопрос рентабельности не возникает – станция окупает себя за 2-3 года. Однако существует проблема финансирования таких проектов – ни фермер, ни сельскохозяйственный кооператив не в состоянии предоставить обеспечение по столь масштабным кредитам. В таких условиях целесообразно создание сельскохозяйственных кластеров на основе крупнейших и наиболее платежеспособных компаний отрасли и государственное субсидирование процентных ставок.
биогазовая установка biogas plant
Такие кластеры являются не только эффективными бизнес-проектами, но и должны стать неотъемлемым элементом государственной политики в отношении села. Ведь как показал китайский опыт развития биогазовой энергетики, подобные технологии могут стать не только источником инноваций, но и методом повышения уровня жизни в сельских районах.
Артем Чуриков
Географический факультет МГУ