ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ БИОГАЗА В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ЭКОЛОГИЯ. ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ

УДК 682.052.5

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ БИОГАЗА В РЕСПУБЛИКЕ БЕЛАРУСЬ

С.М. Кузьменков , А.А. Котов

Введение. Биоэнергетика в последние 10-15 лет стала самостоятельной отраслью «большой» энергетики. Во многих странах мира ( страны Европейского Союза, Индия, Китай, Бразилия и др.) ее вклад в энергобаланс превышает суммарный вклад остальных возобновляемых источников энергии. Уже в 2001 г., при общем производстве энергии в мире, соответствующем 14 млрд. т.у.т., вклад биомассы составил 1,6 млрд. т.у.т., По прогнозам специалистов, к 2040 г. общее потребление энергии в мире достигнет примерно 20 млрд. т.у.т., а вклад биомассы

— 3,7 млрд. т.у.т. (18,5%). Европейский союз к 2010 г. планирует довести вклад биоэнергетики в общий баланс производства энергии до 12%, что, с одной стороны, будет способствовать защите окружающей среды, особенно от транспортных выбросов, а с другой — уменьшению зависимости ЕС от импорта энергоносителей.

Основные направления использования биомассы в энергетике — это производство пеллет (горючих брикетов) и древесной щепы (для прямого сжигания), производство этанола, биодизельного топлива, биоводорода и биогаза. Для Республики Беларусь особенно перспективным представляется производство биогаза.

Производство биогаза. Биогаз (55-75% метана, 25-45% С02) получают метановым брожением биомассы (80-90% влажности). Теплотворная способность биогаза составляет от 5 до 7 Мкал/м3 и определяется концентрацией метана в его составе. Выход биогаза на 1т абсолютно сухого вещества составляет 250-350 м3 для отходов крупного рогатогоскота,400м3 — для отходов птицеводства, 300-600 м3

— для различных видов растений, до 600 м3 —для отходов спиртовых и ацетонобутиловых заводов.

Например, переработка 1 т отходов крупного рогатого скота (85% влажности) позволяет получить до 40 м3 биогаза, содержащего 55-60% метана (22-24 МДж/нм3) и 40-45% С02, а также органические удобрения. К производству биогаза относится также получение газа из мусора со свалок.

Анализ эффективности применения отходов биомассы.

Проведем анализ эффективности применения отходов биомассы на животноводческом комплексе для теплоснабжения.

Животноводческий комплекс в качестве отходов биомассы получает навоз с

общей массой на сухой материал М0 = 100 тонн в год. При анаэробном разложении ( без доступа воздуха ) в биогазогенераторе получают биогаз,

CH CO

состоящий из 70% метана ( 4) и 30% углекислого газа ( 2).

Возможная схема использования биогаза от биогазогенераторной установки приведена на рисунке 1. В биогазогенератор 1 подается биомасса через шлюзовые затворки 2. Биогаз компрессором 3 нагнетается в газгольдер 6, в котором поддерживается установленное давление, и затем подается в водогрейный котел 4, обеспечивающий нагрев воды в системе отопления 5.

В зимний период осуществляется подогрев биомассы теплым воздухом через канал 7.

Объемный годовой выход биогаза, выработанного в биогенераторной установке

¥'= М 0

шп

( 3 Л

м

V 4 У

Принимая удельный выход биогаза на 1 кг сухого материала ш° = 0,3 (м /кг),

получим ГГ = 300 (м3/ год).

Часовая производительность биогазогенератора

( м3 ^

V 4 У

- (2)

где т действительный фонд времени работы биогазогенератора в год (ч).

Принимая действительный фонд времени работы газогенератора 240 дней

V" 3

(8160 часов) в год, получим у г = 0,034 м /ч .

Энергетический выход биогаза из генератора при КПД переработки биомассы

Пг = 0,6 :

б г . = б Н ■ V' г Пг кДж Л

(кВт).

(3)

бР = 260001

м

тогда бг. = 534 кВт.

Теплота сгорания метана Экономия условного топлива за счет использования биогаза для отопления при

КПД котельной Пк = 0,8 составит

ВУС =

бг • 3600 29300-пк

=Ю9[ кг

. (4)

При годовом фонде времени работы 240 дней ( 8160 часов ) получим годовую экономию условного топлива без необходимого подогрева биомассы:

I Кг 1

В'год = ВКСт = 8894401

V год У . (5)

Однако в зимний период для осуществления процесса брожения биомассу необходимо подогревать, что является существенным недостатком при производстве биогаза, так как требует дополнительных затрат энергии. При годовом фонде времени работы 8 месяцев продолжительность периода, в течение которого необходим подогрев, можно принять 2 месяца ( 60 дней = 1440 часов ).

Установленные затраты условного топлива на подогрев 100 кг. биомассы примем в размере 0,1 кг/ч [1, с.216]. Тогда для принятого объема в 100т получим требуемые затраты условного топлива на подогрев:

Впод = 100000 • 0,001 • 1440 = 1440001

кг

сезон

Тогда валовая экономия условного топлива составит

Впод = В'год - Впод = 889440 - 144000 = 7454401

кг год

Общая прибыль в годовом выражении, принимая стоимость 1 топлива 150 тыс. рублей, составит

(6)

(7)

т. условного

П = Вгод • 150 = 112млн.

руб. год

(8)

Требуемая величина капиталовложений в биогазовую установку может быть принята в размере К= 140 млн. руб. ( 60 тыс.у.е.), что примерно соответствует стоимости биогазовых установок ZORG, предлагаемых на рынке. Тогда срок окупаемости капиталовложений

Г = К = 140:101 = 125года

П 112 -106 (9)

Приведенный расчет позволяет заключить, что даже для небольшого животноводческого комплекса достигается существенный экономический эффект со сроком окупаемости капиталовложений около 1,25 года.

Заключение

В 2007 году в Республике Беларусь разработана государственная комплексная программа мероприятий по внедрению биотоплива в промышленное производство. В этом документе предусмотрена значительная поддержка развитию производства биогаза и его применению для различных нужд прежде всего в сельском хозяйстве.

Планируется, что применение биогазовых установок позволит существенно улучшить энергетическую ситуацию в стране, а также экологическую обстановку вблизи крупных ферм и животноводческих комплексов, на посевных площадях, куда в настоящее время вывозятся отходы животноводства. Значительным шагом в этом направлении станет строительство и ввод в эксплуатацию биогазовых энергетических комплексов на СГЦ «Западный» (Брестская область), Гомельской и Заславской птицефабриках, на племптицезаводе "Белорусский". Потенциально возможное получение биогаза от животноводческих комплексов составляет 160 тысяч тонн условного топлива в год.

Правительство поручило Научно-практическому центру по механизации сельского хозяйства НАН Беларуси к 2009 году разработать биогазовые установки, которые могли бы действовать в тех областях, где есть крупные животноводческие комплексы и фермы.

Рисунок 1 - Схема использования биогаза от биогазогенераторной установки

Список использованных источников

1. Основы энергосбережения / Н.Г.Хутская / Минск: Вышэйшая школа, 2000. -216с.

2. Возможности и перспективы развития биоэнергетики / «Энергоэффективность» , 02/2007.

3. Государственная комплексная программа мероприятий по внедрению биотоплива в промышленное производство на 2007-2015 годы.

SUMMARY

Possible prospects of application of biogas in Belarus are considered. The analysis of efficiency of application of waste of a biomass on a cattle-breeding complex from the point of view of a recoupment of capital investments is resulted.

УДК 697. 922. 2

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБАХ ОРГАНИЗАЦИИ ВОЗДУХООБМЕНА

Т.И. Королёва , О.Н. Широкова

В данной статье изложены результаты экспериментов по распределению воздушных потоков при различных способах организации воздухообмена. Приводятся схемы вентиляции рабочей зоны с применением воздухораспределителей разных модификаций. Представлены результаты экспериментальных исследований работы перфорированных

воздухораздаточных тумбочек.

Основная задача вентиляции помещений - поддержание заданных микроклиматических и санитарно-гигиенических условий. Эта задача решается удалением из помещений отработанного воздуха и подачей чистого воздуха. В зависимости от назначения помещения, особенности технологического режима, экономических и эстетических соображений применяют различные способы организации воздухообмена [1].

Для осуществления общеобменной вентиляции в зависимости от конкретных условий могут быть применены: рассеянный приток с рассеянной или сосредоточенной вытяжкой или сосредоточенные приток и вытяжка (под сосредоточенными понимается такой приток или вытяжка, когда весь расчетный объем воздуха подается из одной, двух точек) [2].

Главной целью проведения экспериментов являлось установление режимов взаимодействия общеобменных приточных и вытяжных систем вентиляции в помещениях цехов.

Для экспериментального исследования аэродинамики воздушных потоков в рабочей зоне и во всем объеме вентилируемого помещения была запроектирована и изготовлена аэродинамическая модель в виде деревянного каркаса со съемным полом и перекрытием. Все стены выполнены из стекла. Наличие стеклянных стенок позволяет визуально наблюдать картину движения воздушных потоков. В перекрытии модели, в качестве верхнего яруса, равномерно по площади устроены шесть общеобменных вытяжек, имитирующих собою работу крышных вентиляторов.

Для притока воздуха в модель предусмотрены круглые и прямоугольные односторонние и двухсторонние перфорированные воздуховоды, перфорированные тумбочки и тумбочки с веерной раздачей воздуха. Для придания видимости приточным струям воздуха в модель подавалась смесь воздуха с дымом при помощи пылесоса, протягивающего воздух через дымогенератор. Общеобменная вытяжка воздуха из модели может осуществляться через нижний и верхний ярусы. Нижний ярус представляет собой круглые односторонне перфорированные воздуховоды, расположенные выше рабочей зоны. В качестве верхнего яруса вытяжки служат два отсасывающих воздуховода, подсоединенных к отверстиям в перекрытии.

В задачу исследования входило изучить аэродинамику воздушных потоков в рабочей зоне и в объеме всего помещения при различных вариантах раздачи приточного воздуха и удаления вытяжного воздуха. Знание характера распределения и циркуляции воздушных потоков необходимо для выбора