Научная статья на тему 'Перспективы производства биогаза в Казахстане'

Перспективы производства биогаза в Казахстане Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
2278
515
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
БИОГАЗ / УДОБРЕНИЯ / ЭНЕРГИЯ / УСТАНОВКА / РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН / BIOGAS / FERTILIZERS / ENERGY / UNIT / REPUBLIC OF KAZAKHSTAN

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Курманов Аяп Конлямжаевич, Рыспаев Куаныш Сабиржанович, Рыспаева Марья Куанышевна

В статье приведена классификация существующих биогазовых установок. Рассмотрена сложившаяся ситуация с альтернативными источниками производства энергии и перспектива их дальнейшего роста. Стабильным источником биомассы для производства энергии в Казахстане являются отходы продуктов животноводства. Использование биогаза очень актуально на сегодняшний день, поскольку запасы природного газа, нефти и угля не бесконечны. Благодаря строительству и организации работы биогазовых установок можно получать не только экологически чистое топливо, но и органические отходы, которые и дальше могут служить в качестве удобрений.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Курманов Аяп Конлямжаевич, Рыспаев Куаныш Сабиржанович, Рыспаева Марья Куанышевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

PROSPECTS OF BIOGAS PRODUCTION IN KAZAKHSTAN

The article deals with the classification of biogas units being available in Kazakhstan. The present-day situation with alternative sources of energy production and the prospects of their further development is considered. It is pointed out that waste products of livestock farming are stable sources of biomass used for energy production in Kazakhstan. The utilization of biogas is rather urgent today because the natural gas, oil and coal reserves are not endless. Due to the construction of biogas units’ and organization of their operation there is now an opportunity to obtain not only ecologically clean fuel but organic wastes that can be subsequently used as fertilizers.

Текст научной работы на тему «Перспективы производства биогаза в Казахстане»

Перспективы производства биогаза в Казахстане

А.К. Курманов, д.т.н., Костанайский ГУ;

К.С. Рыспаев, соискатель, Костанайский ИЭУ;

М.К. Рыспаева, соискатель, Карагандинский ГТУ

Одним из забытых видов сырья является биогаз, использовавшийся ещё в Древнем Китае и вновь открытый в наше время.

Биогаз — газообразный продукт, получаемый в результате анаэробной, т.е. происходящей без доступа воздуха, ферментации органических веществ самого разного происхождения. Его основные компоненты: метан (СН4) — 55—70% и углекислый газ (СО2) — 28—43%, а также в очень малых количествах другие газы, например сероводород (Н^).

В любом крестьянском хозяйстве в течение года собирается значительное количество навоза, ботвы растений, различных отходов. Обычно после разложения их используют как органическое удобрение. Однако мало кто знает, какое количество биогаза и тепла выделяется при ферментации. А ведь эта энергия тоже может сослужить хорошую службу сельским жителям. 15 м3 биогаза в сутки обеспечивают потребности по отоплению, горячему водоснабжению семьи из 4—5 человек в доме площадью 60 м2. Один кубометр биогаза эквивалентен 0,4 л керосина, 1,6 кг угля, 0,4 кг бутана, 2,5 кг навозных брикетов.

Стабильным источником биомассы для производства энергии в Казахстане являются отходы продуктов животноводства. Годовой выход животноводческих и птицеводческих отходов по сухому весу — 22,1 млн т, или 8,6 млрд м3 газа (крупного рогатого скота — 13 млн т, овец — 6,2 млн т, лошадей — 1 млн т), растительных остатков — 17,7 млн т (пшеницы — 12 млн т, ячменя — 6 млн т, или 8,9 млрд м3), что эквивалентно 14 — 15 млн т условного топлива, или 12,4 млн т мазута, или более половины объёма добываемой нефти [1]. Несмотря на сокращение поголовья скота и птицы, перспективна переработка уже накопленных животноводческих отходов. За счёт их переработки может быть получено около 2 млн т у. т/год биогаза. Переработка этого газа в электрогазогенераторах позволит получать ежегодно до 35 млрд кВт-час (половину всего энергопотребления при потребности для сельского хозяйства 19 млрд) и одновременно 44 млн Гкал тепловой энергии. Кроме того, если использовать биогаз для производства электроэнергии, себестоимость её оказывается всего 0,025—0,075 доллара за кВт-ч, в то время как электроэнергия от традиционных источников обходится в 0,1—0,15 доллара за кВт-ч. Таким образом, биогаз в 2—4 раза экономичнее.

Использование биогаза очень актуально на сегодняшний день, поскольку запасы природного газа, нефти и угля не бесконечны. Благодаря строительству и организации работы биогазовых установок можно получать не только экологически чистое топливо, но и органические отходы, которые и дальше могут служить в качестве удобрений. При некоторых видах производства это является оптимальным решением, существенно сказывающимся на экономии и позволяющим снизить себестоимость выпускаемых продуктов, повысить эффективность биогазовых установок [2, 3]. В результате предприятие получает возможность обрести некоторую энергетическую независимость. Это обусловлено тем, что помимо установок, производящих биологический газ, также можно в комплексе установить и когенерационное оборудование, которое будет преобразовывать газ в энергию, обеспечивая ею производство.

Существует следующая классификация био-газовых установок.

1. По технологии получения газа. Для производства биогаза применяются различные технологические решения. Эти технологические решения можно условно разделить на четыре типичные группы:

1) по количеству ступеней процесса:

— одноступенчатые;

— двухступенчатые;

— многоступенчатые;

2) по температурному режиму:

— психофильный (до ~25°С);

— мезофильный (от 32 до 42°С);

— термофильный (от 50 до 57°С);

3) по загрузке реактора:

— периодическая;

— квазинепрерывная;

— непрерывная;

4) по относительному количеству сухого вещества:

— влажная ферментация;

— сухая ферментация.

2. По принципу применения газа биогазовые установки можно разделить на три группы:

1) для производства электрической и тепловой энергии (при сжигании в блочных мини-ТЭЦ).

2) для производства тепла (при сжигании в отопительном котле).

3) для производства газа (выделение метана и закачка в газопровод).

3. По используемому сырью:

— сельскохозяйственные биогазовые установки, использующие зелёную массу, не подвергшуюся первичной переработке, и/или продукты выделения сельскохозяйственных животных;

— коферментационные биогазовые установки, использующие смесь сельскохозяйственного сырья и органических отходов, подвергшихся первичной переработке;

— утилизационные биогазовые установки, использующие в качестве сырья различные биологические отходы, ферментация которых не противоречит санитарно-эпидемиологическим требованиям;

4. По конструктивным признакам: одно- и багатореакторные.

5. По форме резервуара (рис. 1):

— яйцевидные; цилиндрические; шаровидные; с конусом вверх; вниз; с обеих сторон; в виде траншеи; кубические; эластичные.

6. По способам перемешивания и подогрева биомассы (рис. 2, 3):

— без подвода тепла и без перемешивания сбраживаемой биомассы;

— без подвода тепла, но с перемешиванием сбраживаемой биомассы;

— с подводом тепла и с перемешиванием биомассы;

— с подводом тепла, с перемешиванием биомассы и со средствами контроля и управления процессом сбраживания.

6. По количеству газгольдеров (рис. 4).

£

і

сг

-Г Г-

{ I

РТ-

1 1 к* V

е ж

газ

жидкий субстрат зг> перебродивший субстрат ипф- твёрдые осадки

Рис. 1 - Наиболее распространённые типы резервуаров биогазовых реакторов:

а - в виде яйца; б - цилиндрический с конусными верхней и нижней частями; в - цилиндрический; г -цилиндрический с перегородкой; д - в виде параллелепипеда (с перегородкой); е - цилиндрический (размещён с наклоном); ж - траншея в грунте (с крышкой)

\1/ Т— (н>-

<ан

г

Д

Рис. 2 - Способы перемешивания сырья в вертикальных реакторах:

а, б - механическая мешалка; в, г - перемешивание с помощью насоса; д - перемешивание биогазом и жидкостью; е - перемешивание биогазом

*

і

ДТНИПГ

Рис. 3 - Способы перемешивания сырья в горизонтальных реакторах:

а - перемешивание биогазом; б - перемешивание механическими лопастями; в - перемешивание механическими мешалками с электродвигателями; г - перемешивание с помощью насоса; д - перемешивание механическими мешалками от ветряного двигателя

а

б

Рис. 4 - Сбор и хранение биогаза:

а - один газгольдер; б - несколько газгольдеров

Є

б

а

в

г

в

На текущий период в общем энергопотреблении республики доля энергии солнца, ветра, термальных вод и биогаза незначительна и составляет всего 0,02%.

В соответствии со Стратегическим планом развития Республики Казахстан до 2020 г. доля ВИЭ в общем объёме электропотребления должна составить 1,5% к 2015 г. и более 3% — к 2020 г. Приоритеты, поставленные государственной программой по форсированному индустриальноинновационному развитию Республики Казахстан на 2010—2014 гг., предусматривают увеличение объёма выработки возобновляемой энергии до 1 млрд кВт-ч в год, что превысит 1% в энергобалансе Казахстана.

Вывод. Анализ сельского хозяйства Казахстана, его структуры, отраслей и характеристики, а также расчёты потенциала производства биотоплива из отходов сельского хозяйства показали, что наибольшую ценность представляют собой: Коста-найская, Акмолинская, Северо-Казахстанская,

Павлодарская, Восточно-Казахстанская, Алматинская и Южно-Казахстанская области. Карагандинская, Западно-Казахстанская, Жам-былская и Актюбинская обладают средним потенциалом. Остальные же области низкопотенциальны и неперспективны в этом плане. Наибольшие объёмы органических отходов даёт разведение крупного рогатого скота, коневодство и овцеводство. Наименьшие — птицеводство, свиноводство. По объёмам отходов животноводства лидируют Алматинская, Западно-Казахстанская, Южно-Казахстанская, Костанайская, Карагандинская области.

Литература

1. Энергоэффективная Россия. Многофункциональный общественный портал. URL: http://energosber.info/articles/ technologies-sub/66776/

2. Онучин Е. М., Медяков А. А., Яблонский Р.В. Биогазовая установка с устройством для перемешивания и каталитического обогрева субстрата // Альтернативная энергетика и экология. 2010. № 11. С. 91-94.

3. Скорик Ю.И., Флоринская Т.М., Баев А.С. Отходы большого города: как их собирают, удаляют и перерабатывают. СПб, 1998.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.