CC BY
73
УДК 621.181.7
Ю. В. КУР1С, канд. техн. наук, доцент, академик Академй шженерних наук Украши 1нститут вугшьних енерготехнологш НАН Украши, м. Кшв
ЕНЕРГЕТИЧН1 АСПЕКТИ Б1ОГАЗОВИХ ТЕХНОЛОГ1Й
В статье проведены теоретические и экспериментальные исследования которые подтвердили, что использования биогаза как дополнительного, возобновляемого, экологически чистого источника энергии весьма перспективно. Экономический эффект от использования биогазов выражается в экономии значительной части исчерпывающих природных ресурсов и снижения загрязнения окружающей среды.
В статтI проведет теоретичш та експериментальш досл1дження тдтвердили, що використання бюгазу як додаткового, поновлюваного, еколог1чно чистого джерела енерги вельми перспективно. Економ1чний ефект вгд використання б1огаз1в виражаеться в економи значноI частини вичерпних природних ресурЫв I зниження забруднення навколишнього середовища.
Вступ
Ефективним вщновлювальний джерелом енерги е бюмаса. Ресурси в р^зних видах е майже у вс^х регионах свггу, та майже в кожному з них може бути налагоджена и переробка в енерпю та паливо. На сучасному р^вш за рахунок бюмаси можна перекрити 6-10 % вщ загально!' кшькосл енергетичного споживання промислово розвинутих краш [1]. Щор^чно на Земл^ за допомогою фотосинтезу утворюеться майже 120 млрд тонн сухо!' органично!' речовини, що енергетично екв^валентно бшьш шж 40 млрд тонн нафти. Використання бюмаси може проводитися в наступних напрямках:
• пряме спалювання;
• виробництво бюгазу з бюмаси;
• виробництво етилового спирту для отримання моторного палива;
Основна частина
Найбшьш ефективним способом переробки оргашчних поновлювальних джерел енерги (ПДЕ) е отримання бюгазу. Бюмаса дозволяе отримати сьому частину свггового об'ему палива, а по кшькост отримано!' енерги займае поряд з природним газом трете мюце. З бюмаси отримують в 4 рази бшьше енерги, шж виробляе ядерна енергетика. Бюгаз, який отримуеться з разного органичного материалу, буде вщр^зняться своею теплотворнютю: газ побутових вщход^в, сшьськогосподарських вщход^в та газ ст^чних вод (рис. 1); та вш мае найбшьшу теплотворность серед газ^в, як стоять перед природним газом.
■с g Й ^
.1 О S S
-за и .в
* S Й ч
- Ä % о
s о s. с.
С а С
г =
Г ей
s с
£ й
Теплота эгоракия (kWft/Nnri*)
5
ä.......Я ■•»
1 I
и =
3 г
£ 5
£ .2 £ U и U
I I ■
щшшшш.шшшшшш^
я
« и я
= - 3g
? я ■
s, Е и -в
5 с ä
^ о д
е с 5
С 3
Н W
О тт ^ • 5 ю 15 20 30
Логарпфмшю подання
Рис. 1. Тепловий потенщал pi3Hnx видiв газгв
Бюгаз з оргатчно1 бюмаси, будь то вОдхх—и по—удоов чч сшьськ^огс^с^1^(^о^<^]рського ооходжешта чи хсдходихарчо вое' мрьь^с^^.со1ззюзадаютьДсоорон конюра идею го раруио книгьио) вамаьст! бiомаси.
За данчмч стагчсочки ш—р^чно в крашах СЕС побуоовок оа
сшьськогосихдассоких хссдащв о об'ахах100-12Ьмлнрoнннaфpовoгoeивiвaлeнтл (н. р.). Зииа 2Ьн60 иди т н. е. мтзчутььутиутилОзххзт в в(лyьлтmЧ иерзиектит,а мараи 15д^Омлитр. е.Аналопчт исидсршро дох джерел мннрги складають
(л(лиггд^.^.р: - 3-7,5( рд^аычн^ аиеаг0я-10-20,аа][рова - 6-10.
Б1огаз
В нетрадицiйнiй енергетищ особливе мiсце займае переробка бюмаси (оргатчииххасшьс ьлртycподapcы)иxтa и^угових в(дxoyCв)мeт—2Дтчм рродшиямз oьpтмaн—[смбюссоу яюш мюоитх блхгхко 20%—хP2]ty,тaзнeзapбжeншlopгamчдртI до^им. Надзвичашю важливоюн утилтцшШомаси в рiчррькoмyгocпoддpхрчI, де нартт тзхиолопдш п—^^и ьитpск—2тьсб оглдкакшыасть иаливатаберие^ртуо oроyтeeпoтpeбьyвиcьйоякicшаcдoбpдвбЛ:Byдyoрв свт зapaзвикopиcтoвyeтьcьчх pо)c)о0(х(eтьсбблхзько бОтх рзиовидав бюгазеоюсру—уьлогш.
Бюгаз -lcг сушш метану та вуглекислого газу, яка утворюеться в процеС анаеро—иого бродшга вcпнцmльниxрсь-тopдx -мeтзхванкзxepиc.2),яIД здуобр—т уа ^<;ррч)вь(^(( бакы хииоо^щоб забезизчиод мачсимальнз видшзшиз мтyтнyEнздоiя, ччрутворгуа ири сиечюва2Дсбiмаькy мвжедосягами вщ 60 до90 % ввд тд^^,ад^рю жаа пepвicннммaтeд(тл. Д^ги^яа дожвважлиоий покозни— ироцесу изрортбы бюмаси - й ввдходи мостась свснclь мас— кiлькicоа xс5)»(IРб2тадрннсí д):L:к;|Д(IOр)гaIсiзвri]^, тж у пздстхшш мл^^з^^СэД^л^. Пхьвшз-шм мaтepi—лдмхзíяо'ншмaнчяPioиачквaтюжec тaтихрaрт]yшр Чрда-лнLнхндркчиотганiчноro походження (рис. 1).
МЕТАНТЕНК(брОД1нНя)
*- Бгологгчнг вгдходи заводгв з забою велико! рогато! худоби (ВРХ), броварень, складгв з\ збер1гання харч1в та вина, молочних ферм, целюлозна промислов1сть та виробництво цукру.
Рас. 2. Оргашеш маолyiаьо дья —оyомаккe 1 м3 бi—сззт Озуами™ бюсззд до—к—мieк— oрлазoхзк— из з ллyлoажком оро лдада—ббi о—спСр—с— л—з—од о1дх—х1о есз—оо зoзарккPбсорх фтам, узробс, а—TЬPKKPX о1дх—х1о з—р—).
Сшд о1дм1зрзр, р— дья у1зрох —асзкieкрх мззду1зь1о ла—бдт —зармзккe бюсззд будд oiдyiзкeоосe здхкieкрмр аiшдккeмр. На оуроьзх, дья см1ззззоаьор рд —б—о'езо—о—
перемщення бюмаси в окрему емшсть або резервуар. Бюмаса звалища вже видiляe газ та для прискорення цього процесу достатньо обмежити доступ кисню та зробити свердловини безпосередньо на мсщ звалища.
Отриманий таким чином бюгаз можна уташзувати рiзними способами (рис. 3). Сфера використання в першу чергу залежить вщ потреб та потужносп (теплово!, електрично!). Первiсною можливiстю утилiзувати бiогаз було його спалювання в теплових установках. На цей час такий варiант виправданий при невеликих потужностях та необхщносп тiльки в тепловш енергп. До того ж, з-за техшчних проблем малих газових пальниюв (наприклад, не постiйного складу бюгазу) ця можливiсть реалiзуeться дуже рщко. Якщо бiогаз пiдводиться для теплового використання, то для цього потрiбнi спещальш газовi пальники (газовi пальники без пщдування, газов1 пальники з шддуванням).
Б1ОЯАЗ
Когенера
V Ц1Я
Виробни
цтво метану
Теплоиа енергш Електроенергш
• Пали йодля транспорту
II • Газ ц систему V газопостачаннн
• 0триманннС02
Рис. 3. Використання бюгазу
На протязi десятилт виробництво теплово'1 енергп з бюгазу було майже единою техшчною можливютю для використання бiогазу. На сьогодш, ця можливiсть використання бюгазу устшно замiнена когенерацiйними установками.
Когенерацшш установки GE Jenbacher (рис. 4) - це обладнання для комбшованого виробництва тепла та електроенергп.
В установках мало! потужносп використовуються переважно поршневi двигуни внутрiшнього згорання, яю пристосованi для спалювання газового палива. Головним паливом е природний газ, але все часпше використовуються й альтернативы види палива, насамперед рiзнi види бюгазу.
Економiчнi переваги при використанш когенерац1йни\ установок на бюгазових
станцiях
Поряд з виробництвом тепла при спалюванш бiогазу, наприклад, в котлах, когенеращя пропонуе й можливють виробництва електрично! енергп, яка може бути використана для власних потреб об'екту або може реалiзовуватися в загальну розподшьчу мережу. Виробництво електроенергп для власних потреб значно дешевше нiж купiвля 1! з мережт Надлишок електроенергп можна продавати в загальну електромережу.
Рис. 4. Когенерацшш установки GE Jenbacher
Оскшьки бюгаз е супроводжувальним продуктом при переробщ органiчних вiдходiв, експлуатацiйнi витрати установки будуть пов'язаш тiльки з нарахуваннями на обладнання та сервюне обслуговування. Доходи будуть складати як заощаджеш кошти за тепло та електроенерпю, так й кошти за продаж електрики в мережу (рис. 5).
Рис. 5. Виробництво електроенергп при переробщ оргашчних вiдходi
Для того, щоб когенерацiйна установка могла працювати на бiогазi з очiкуваним економiчним ефектом, потрiбно уточнити властивостi бюгазу. Склад бюгазу е одним з головних параметрiв, який впливае на придатшсть його використання в якост палива для двигуна когенеращйноi установки. Деяю властивостi можуть значно тдвищити цiну цiлого проекту, або зробити його неможливим. Тому оцiнювати бюгаз слщ з повною вiдповiдальнiстю. Важливою е наступна iнформацiя:
о вмют метану (краще повний склад газу); о сталють якосп газу; о вмют шкiдливих речовин.
Якщо е можливють приеднання до газопроводу, можна використати двопаливну когенерацiйну установку для комбшованого використання як природного газу, так i бiогазу. При низькiй якосп бiогазу можна його збагатити змшуванням з природним газом.
Б1огаз в сшьському господарств1
В Укршш тшьки на крупних свинарських пiдприемствах та птахофабриках щорiчно утворюеться бiльше шж 3 мiльйони тонн органiчних вiдходiв сухо'1' речовини, переробка яких дозволяе отримати близько 1 млн у. п. у виглядi бюгазу, що еквiвалентно 8 млрд кВт^ч електроенергп [2-8]. Крiм того, в Укршш е близько 2 млн не газифшованих сiмейних подвiр'iв. Досвiд краш, не забезпечених природним газом (наприклад, КНР), показуе, що вщдалеш сшьсью мiсцевостi доцiльно газифiкувати за допомогою малих бiоустановок, якi працюють на оргашчних вiдходах сiмейних подвiр'iв. Так, впровадження 2 млн установок в Украши дозволило б отримати близько 2 млрд. м3 бюгазу за рш, що е^валентно 13 млрд кВт-ч енергл, та забезпечило б амейш дворища органiчним добривом в кшькосп 10 млн тонн за р1к.
Впкмдн
Бшгаз
-О-,
Газометр @
Газове полум'я (надлишок газу)
Бюмаса
СНЛОобмШННК
пожива ч
| Ф д0бр„ва для Електрика
Фермент<1Ц1я| с/|. похреб
Рис. 6. Утилiзацiя бiогазу ферм,тваринницьких комплекав
Висновки
1. Проведет теоретичт та експериментальт дослвдження тдтвердили, що використання бюгазу як додаткового, поновлюваного, еколопчно чистого джерела енергп вельми перспективно. Економ1чний ефект ввд використання бюгаз1в виражаеться в економп значно! частини вичерпних природних ресуршв 1 зниження забруднення навколишнього середовища.
Список лггератури
1. Курис Ю. В. Анализ энергетического баланса производственно - животноводческого комплекса ЗАО "Запорожсталь" с использованием биоэнергетической установки: Сборник конференции «Биотехнология: Образование, наука» / Ю.В. Курис, Е.Н.Крючков; НТУКПИ. -2003.- г. Киев,С. 141-143.
2. Курис Ю. В. Биотехнология как альтернативный источник энергии: Сборник тезисов IX научно технической конференции ЗДИА / Ю. В. Курис, Е. Н. Крючков; Из. -2004. - С. 31-33.
3.Курис Ю. В. Экономитескиеи экологиооеспие оСласеи использоватвяметодов биотехнологий в окружающей среде. ВЭ СКорник конференции "Понт Эвксинский III"/ Ю. В. Курис, Е. Н. Крючков, Л. М. Шинкаренко.-№1 - С. - 2003. - г. Севастополь, С. 27-30. "
4. Эасдер IT., Дане Е. , Брайндеофер М. Бозсазетеория ипб^юота. (Пер. снем. и пр едииловие М.И.Серебрякого). М. Колос, 1982. - 148 с.
5. Кууис Ю. В.(Зо^Е^^^ние]ро^1^(^ггеь^оторег^<^пуот1^1 аиоозсооео установаи/Ю. В. Дурис, С. И.Ткаченко// Пркфоссиональнымжуриал"Энергетикаислектрификация". Киев: - №Пг - 2008. -С.С OL—^^.
Ч.КиючкзоСМ. Акоте экьцешвбюконсммен та експериментнльне визначення технолоДчпих можливтсгей опалюваннябюгнсуР б. М.Ксюскоо,СО.В. -КрОо, ДПВ. «зосвнов, С. 0. Ткачапио СЗОипс^в^з^^вик^унал'^К^^сСге^'^^ук таелекфифнеащя" . м-Кше. -№ 1.-2ЭПИ. - 0. 87ВКО.
И. COy^f^i^^ К/. О. Увечиэение эффеттивниско даРБнишнегооопользосашм и сжиганю баогазь:«Доствжениои пер спе ктивы»ЭЮ. В. Курис, Д-В.Сне панов, М. А. Хажмурадов, Л. В. Кчрнацевич// ОПрофессиональоый оурнвс "Энерсетиак иопеотншфикация",-
Риев« О зов 12. - ооо 0. 0 СЧЭП-7 А
8. ТаисонкоСЛ.Вого ов нзатово уьалiпс/йорeoтi"3мeкшeнняшоiдлиeиа виквдПи внавоевсшне с ередовищев тдсистдмах енергозабезпечення систем бюконверсй" / С. I. Ткаченко, Д. В. Степанов, Ю. В. Курю // ВНТУ. - В., 2006.
POWER ASPECTS OF BIOGAS ТЕ CHNOLOGIES
Ju. V. KURIS, Cand.Tech.Scie.,assosiate professor
Conducted theoretical and experimental researches confirmed, that the use ofbiogas as additional, proceehed in, anviconmentally clrrn enrrwe sourre meanarrsprctive. hn economir effect fahrt ehe use of bicgase is exnrecreh in the economy of consideeabie pant of exhausiree oaiueal aesececeeand е^^с^^^^еоПс^оепеаг^^гшеео^ cf ec^tiie^^ie^e^C.
Постс-илак рсдеио«оо 16.02Д013н.
