CC BY
148Кущев Л. А., д-р. техн. наук, проф., Суслов Д. Ю., канд. техн. наук, ст. преп. Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВНИЯ БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ С БАРБОТАЖНЫМ РЕАКТОРОМ
suslov1687@mail.ru
Произведен экономический расчет эффективности от внедрения биогазовой установки, оснащенной биореактором барботажного типа объемом 13000 м3. Годовой экономический эффект обусловлен экономией средств на минеральные удобрения и природный газ за счет получаемых биоудобрений и биогазового топлива, а также снижением загрязнения атмосферного воздуха и водоемов. Итоговый экономический эффект с учетом годовых эксплуатационных затрат составил 7 364 436 рублей, а срок окупаемости - 3,4 года.
_Ключевые слова: биогаз, биогазовая установка, органические отходы, экономический расчет.
На современном этапе развития РФ большое внимание уделяется развитию агропромышленного комплекса (АПК) страны, который производит основные продукты, необходимые для жизнедеятельности человека. Однако, в связи с развитием сельского хозяйства, довольно остро встали проблемы утилизации органических отходов животноводческих и птицеводческих предприятий [1].
Эффективным решением данной проблемы, практикуемым во многих развитых странах мира, является применение биогазовых технологий [2-5].
Основными мировыми рынками биогазовых технологий являются Германия, США, Великобритания, Япония, Франция и Китай (рису-
Рассчитаем экономический эффект от внедрения биогазовой установки на свиноводческом комплексе с поголовьем 14 000 голов, расположенном в Белгородской области.
нок 1). Мировым лидером по исследованию и практическому применению биогазовых установок является Федеративная республика Германии, количество действующих установок составляет более 8000 штук [4]. По относительным показателям ведущее место в производстве и использовании биогаза принадлежит Дании, в которой эксплуатируются более 20 биогазовых заводов, а энергия биогаза составляет 18% в общем энергетическом балансе страны [5].
Несмотря на это использование биогазовых установок в нашей стране весьма ограничено, в том числе из-за отсутствия данных об эффективности внедрения биогазовых установок на сельскохозяйственных предприятиях РФ.
- 38%
Годовой экономический эффект от внедрения биогазовой установки определяется по формуле:
Эг=Э1 + Э2+Эз (1)
Испаши - 2%
Канада - 1%
Австрия -
Скандинав craie страны - 4%
Китай - 6%
Прочие страны
8%
Францгы - 8%
Япония - 8%
В елпкобрптяння. - 10%
Рис. 1. Мировой рынок биогазовых установок
США - 10%
Эг - годовой энергетический эффект, руб.; Э2 -годовой агробиохимический эффект, руб.; Э3 -годовой экологический эффект, руб.
Энергетический эффект обусловлен экономией природного газа за счет использования получаемого биогаза.
ЯР
Э = Vд
1 год
-Цп
(2)
Vгод - годовой объем производимого товарного биогаза, м3/год; Яр б - низшая рабочая теплота
сгорания биогаза, КДж/м3; Яр г - низшая рабочая теплота сгорания замещаемого природного газа, используемого на свиноводческом комплексе, КДж/м3; ЦПГ - ценовой тариф на природный газ, ЦПГ=3,8 руб/м3 .
(3)
Voбщ - суточный выход биогаза, м3/сут.
Низшую теплоту сгорания природного газа определяем в зависимости от состава газа, поступающего на свиноводческий комплекс:
V д = V, • 365
год общ
ОРГТГ = 357,97СН4 + 636,39С2 Н6 + 912,72С3 Н8 + 1189,05С4 Н10
н ПГ 7 4 '26 '38 74К
1465,38С5 Н12 + 590,34С2 Н4 + 858,29С3 И6 + 1134,62С4 Н8 -108,02Н2 + 126,44С0 + 234,46Н 2 Я
(4)
где 357,97; 636,39; 912,72; 1189,05; 1465,38; 590,34; 858,29; 1134,62; 108,02; 126,44; 234,46 -низшая теплота сгорания 1% сухой части соответственно метана, этана, пропана, бутана, пен-тана, этилена, пропилена, бутилена, водорода, оксида углерода и сероводорода в процентах по объему.
Свиноводческий комплекс снабжается природным газом от магистрального газопровода
где 357,97; 108,02; 234,46 - низшая теплота сгорания 1% сухой части соответственно метана, водорода и сероводорода в процентах по объему; СН4 - объемное содержание метана в 1 м3 биогаза; Н2 - объемное содержание водорода в 1 м3 биогаза; Н2Я - объемное содержание сероводорода в 1 м3 биогаза.
Таблица 1
Состав получаемого биогаза_
Компонент Объемное содержание, %
Метан (СН4) 65,4
Водород (Н2) 1,2
Сероводород (Н2Я) 0,9
Углекислый газ (СО2) 31,3
Агробиохимический эффект обусловлен экономией средств на минеральные удобрения за счет биоудобрений, получаемых на биогазовой установке. Кроме того, эффективность биоудобрений выше минеральных, а прирост урожая составляет 16%.
Годовой агробиохимический эффект можно определить по формуле:
Э2 уд -ММуд ^ ^^ур ^^^УР (6)
Цуд - цена единицы замещаемого вида минерального удобрения, руб/кг; Муд - количество удобрений, замещаемых органическими био-
Шебелинка-Брянск-Курск-Белгород через ГРС и ГРШ. Согласно Паспорту качества газа за апрель 2013 г. среднемесячный показатель низшей теплоты сгорания составляет: ЯрпГ = 33800 КДж/м3 [6].
Низшая теплота сгорания биогаза определяется по формуле (4), с учетом состава получаемого биогаза (таблица 1) [7]:
(5)
удобрениями, полученными на биореакторной установке, кг; Цур - закупочная цена единицы выращиваемого урожая, руб/кг; Луур - прирост урожая за счет применения органических биоудобрений, кг.
Экологический эффект достигается снижением загрязнения атмосферного воздуха и за счет исключения ущерба от загрязнения водоемов.
Э3 Эвозд+Эвод (7)
Эвозд - эффект от предотвращения ущерба от загрязнения воздуха, руб/год; Эвод - эффект от предотвращения загрязнения прилегающих водоемов, руб/год.
Эффект от предотвращения загрязнения атмосферного воздуха определяется по выплатам за выбросы загрязняющих веществ в размерах, не превышающих установленные предельно-допустимые нормативы [8]:
Эвозд ^^^ П П (8)
1=1
Пн1 - плата за выбросы 1-го загрязняющего вещества в размерах, не превышающих предельно-допустимые нормативы, руб; 1 - индекс загрязняющего вещества или группы загрязняющих
ОРб = 357,97 • СН4 +108,02 • Н2 + 234,46 • Н2 Я
¿—'И б 7 4 7 2 7 2
веществ; п - количество учитываемых групп загрязнений.
П = С • М'
(9)
Сн' - ставка платы за выброс 1 тонны 1-го загрязняющего вещества в пределах допустимых нормативов, руб.; М'1 - мощность выделения /-го загрязняющего вещества, т.
С . =Нн. ■ К
И! бИ1
~атм э
(10)
Нбн. - базовый норматив платы за выброс 1 тонны /-го загрязняющего вещества в размерах, не превышающих предельно-допустимые нормати-
^ туатм 1 1 „
вы, руб.; К - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости атмосферы в данном регионе. Белгородская область относится к экономическому Центрально-Черноземному району РФ, КО™ = 1,5; Кинд -коэффициент индексации платы за негативное воздействие на окружающую среду. Устанавливается ежегодно законом о бюджете РФ, К=1,93 [9].
При расчетах мощности выделения загрязняющих веществ свиноводческих комплексов учитываются три основных вещества: аммиак, меркаптаны (по метилмеркаптану), сероводород [9].
Мощность выделения загрязняющих веществ от мест переработки и хранения навоза складывается из мощностей выделений за каждый период года:
М' =У М'
нав ^^^ .
(11)
.=1
Мощность выделения М', г/с, рассчитыва-
ется по формуле:
или
М' = У ■ N ■ а
1 1 1
М' = К ■ С ■ У' ■ N ■ а,
.1 п I ^ '
(12)
(13)
где ' - условное обозначение загрязняющего вещества; . - период года (теплый - Т, переходный - П, холодный - Х); К - коэффициент перехода от размерности (г/с) к (т/год), в формуле (13), К=8,64*10-2; Сп - количество суток в рас-
четном периоде;
У' -
величина удельного '-го
загрязняющего вещества, установленная для мест переработки и хранения навоза животноводческого комплекса соответствующей мощности и периода годаN - количество животных, содержащихся на комплексе; а - средняя масса (в центнерах) животного на комплексе.
Эффект от предотвращения загрязнения прилегающих водоемов получают за счет того,
что в сброженном навозе содержание БПК5 составляет 2,28 кг/м3, а в необработанном - 4,8 кг/м3 [10].
Э . = 365• N• а -В-М
вод I
. С
БПК ^ БПК
(14)
N - количество животных, содержащихся на комплексе; ан - суточный выход навоза от одного животного, т; р - коэффициент выноса загрязняющих веществ поверхностными стоками, 0,25; МБПК - масса годового сброса БПК5 в прилегающие водоемы, кг/т; СБПК - ставка платы за выброс в поверхностные и подземные воды 1 тонны БПК в пределах допустимых нормативов, руб.;
СТГ БПК увод у
гп„ — Н . • К • К .
Б11К бн э инд
(15)
НбП - базовый норматив платы за выброс 1 тонны БПК в размерах, не превышающих предельно-допустимые нормативы, НБП = 91 руб.; Квв"д - коэффициент экологической ситуации и экологической значимости водных объектов в данном регионе, для Белгородской области К вэод = 1,15 [11].
Капиталовложения (Кзатр) при внедрении биогазовой установки для переработки свиного навоза определяются:
Кзатр Кстр+Кпр , (16)
Кстр - капитальные вложения на строительство биогазовой установки, руб; Кпр - прочие единовременные затраты, руб.
Прямые годовые эксплуатационные затраты на работу биогазовой установки определяются:
Э = З + З + З + З (17)
^затр ^ам ^р ^эл -*зп •> VА ' /
Зам - амортизационные отчисления (0,15 от К), руб; Зр - отчисления в ремонтный фонд (0,08 от К), руб; Зэл - затраты на электроэнергию, руб/год; Ззп - затраты на заработную плату обслуживающему персоналу, руб/год.
Итоговый экономический эффект от внедрения разработанной биогазовой установки для газоснабжения свиноводческого комплекса определяем с учетом годовых эксплуатационных расходов:
Гэф=Э г Эзатр , (18)
А срок окупаемости составит:
Сок=Кзатр ГЭФ (19)
Результаты расчета эффективности внедрения биогазовой установки с объемом биореактора 1300 м3 приведены в таблице 2. Годовой экономический эффект составил 7 364 436 рублей, а срок окупаемости - 3,4 года.
Таблица 2
Технико-экономические показатели
№ п/п Наименование показателей Условные обозначения Значение
1 1.1 1.2 Капитальные затраты Капитальные вложения на строительство, руб Прочие единовременные затраты, руб Кзатр К ^стр К 25 075 000 25 000 000 75 000
2 2.1 2.2 2.3 2.4 Эксплуатационные затраты Амортизационные отчисления (0,15 от К), руб Отчисления в ремонтный фонд (0,08 от К), руб Затраты на электроэнергию, руб/год Затраты на заработную плату обслуживающему персоналу, руб/год Э sзатр З ам Зр З --'эл З 6 174 123 3 761 250 2 006 000 118 873 288 000
3 Энергетический эффект Э1 1 620 607
4 Агробиохимический эффект Э2 11 792 200
5 Экологический эффект Эз 125 752
6 Годовой экономический эффект Эг 13 538 559
7 Итоговый эффект ГЭФ 7 364 436
8 Срок окупаемости С ок 3,4
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИИ СПИСОК
1. Suslov D.Yu., Kushchev L.A. Biogas technology - a contemporary method for processing organic wastes // Chemical and Petroleum Engineering. 2010. Т. 46. № 5. С. 308-311.
2.Евстюничев М.А., Ильина Т.Н. Особенности сырьевой базы Белгородской области для производства биогаза // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. № 5. С. 170-173.
3. Шаптала В.Г., Шаптала В.В., Суслов Д.Ю. Вопросы моделирования и расчета барбо-тажных реакторов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. №5. С. 189-192.
4. de Graaf D., Fendler R. Biogas production in German. [Электронный ресурс]. Систем. требования: AdobeAcrobatReader. URL: http://www.spin-project.eu/downloads/ SPIN-Saksabiogaasitaustapaberveebruar2011.pdf (дата обращения: 28.04.2014.)
5. Eriksson P., Olsson M. The potential of biogas as Vehicle Fuel in Europe - A technological innovation systems analysis of the emerging bio-methane technology [Электронный ресурс]. Систем. требования: AdobeAcrobatReader. URL: http://publications.lib.chalmers.se/records/fulltext/ 43365.pdf (дата обращения: 28.04.2014.)
6. Паспорт качества газа магистрального газопровода Шебелинка-Брянск-Курск-Белгород, апрель 2011 г.
7. Суслов Д.Ю. Экспериментальные исследования процесса получения биогаза в барбо-тажных биореакторах // Концепт. 2013. Т. 4. № 34. С. 1471-1475.
8. Афанасьев В.Н., Суханов П.А., Афанасьев А.В., Максимов Д.А., Перцович А.Ю. Практическое руководство для сельскохозяйственных предприятий по охране окружающей среды. Под ред. В.Н. Афанасьева. СПб.: СЗНИИМЭСХ, 2005. 272 с.
9. Методика расчета выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферу от животноводческих комплексов и звероферм. Санкт-Петербург. 1997.
10. Чернышов А. А. Совершенствование биогазовых установок для производства удобрений из навоза КРС: дисс... канд. техн. наук. М. 2004. 118 с.
11. Постановление Правительства Российской Федерации. О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления: утвержден постановлением Правительства от 12 июля 2003 г. №344.
