CC BY
27УДК 613.171:631.115.1
разработка альтернативных источников энергоснабжения фермерских хозяйств
А.Г.Фиапшев, к.т.н., М.М. Хамоков, ОХ. Кильчукова
— Кабардино-Балкарская ГСХА им. В.М. Кокова
E-mail: [email protected]
В последнее время во всем мире наблюдается тенденция к росту энергопотребления. Насущной необходимостью становится переход к устойчивому развитию энергетики на основе энергосбережения и эффективного использования новых и возобновляемых источников топлива и энергии. В статье представлены альтернативные способы энергоснабжения в сельском хозяйстве.
Ключевые слова: источники энергии, возобновляемые ресурсы, энергетическая независимость, сельское хозяйство.
Основные преимущества ВИЭ - перспектива сохранения запаса энергоресурсов для будущих поколений при минимизации загрязнения атмосферы, энергетическая независимость. За 30 лет практического использования энергии возобновляемых источников в мире ее объем ежегодно увеличивается. Возобновляемые источники обеспечивают 19% производства мировой энергии.
Для создания автономной альтернативной энергоустановки могут быть использованы следующие способы:
- превращение солнечного излучения в электричество с помощью фотоэлементов различного типа;
- использование геотермальных источников с помощью тепловых насосов;
- использование энергии ветра на ветряных электростанциях;
- применение биогазовых установок.
Анаэробное метановое сбраживание навоза и других отходов сельскохозяйственного производства позволяет получать биогаз (смесь газов: метан СН4 (до 60-80%), углекислый газ (диоксид углерода) СО2 (до 40%), Н^ сероводород (около 0,2%), 02 кислород (около 0,2%) и Н2 водород (около 3%)) и ценное органическое удобрение с повышенной биологической активностью либо белково-витаминные концентраты для обогащения ими кормов. Такая переработка навоза - наиболее эффективное природоохранное мероприятие, обеспечивающее его дезодорацию, снижение загрязнения почвенного покрова, водных ресурсов и атмосферы загрязняющими веществами и патогенной флорой.
Применение биогазовых установок как альтернативных источников энергии во многом определяется ее конструктивными характеристиками и отработанными технологическими режимами. Для решения данных во-
просов требуется разработка опытных лабораторных установок и проведение лабораторных испытаний.
В лаборатории кафедры «Энергообеспечение предприятий» КБГСХА им. В.М. Кокова проводятся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по оптимизации режимов работы биогазовой установки для сельскохозяйственных предприятий.
Изучение анаэробного сбраживания птичьего помета в лабораторных условиях показало приемлемость и эффективность данного подхода. Установка представляла собой метантенк на 20 литров и газгольдер на 3 литра. Для контроля физико-химических параметров использовались термометры и газоанализатор. Выход газа регистрировался по газгольдеру. Процесс протекает в мезофильном режиме при температуре 35 градусов по Цельсию. Для обеспечения данного температурного режима использовался жидкостный термостат, вода от которого циркулировала по теплообменнику, расположенному непосредственно в метантенке.
Исходным сырьем являлся помет из птичника фермерского хозяйства.
Ежесуточная загрузка составляла 1 литр. Перемешивание загруженной массы осуществлялось 2 раза в сутки в момент загрузки.
На основе проведенных лабораторных испытаний были определены конструктивные особенности, послужившие основой для разработки полупромышленной установки. Для расчета конструкционных характеристик установки воспользовались требуемым количеством газа, которое определялось бытовыми и технологическими потребностями хозяйства в данном виде топлива.
Опытная биогазовая установка изготовлена на основе данных расчетов и работает на принципах вертикального смешения и вытеснения. Метантенк
установлен на металлических опорах, обеспечивающих свободный доступ к выгрузному устройству и устройству подогрева. Подогрев обеспечивается газовой горелкой. Газ на подогрев подводится из газгольдера. Через загрузочное устройство исходная масса поступает в бродильную камеру метантенка, где протекает процесс анаэробного сбраживания. После первой загрузки происходит ежесуточная загрузка исходной массы в камеру метантанка. После перебраживания масса всплывает и поступает самотеком в разгрузочное устройство. Выделяющийся при сбраживании биогаз поступает в мокрый газгольдер. Мокрый газгольдер выполнен из двух цилиндрических металлических емкостей типа стакан в стакане. Для удаления осадка из крупных частиц на дне метантанка имеется выходной патрубок, позволяющий производить очистку метантенка, для контроля за работой метантанка и профилактического осмотра в нем расположены смотровые отводы и люк в верхней крышке метантанка. Данная установка отличается от ранее разработанных в лаборатории наличием механической мешалки, расположенной в верхней части метантенка, кроме этого конусная нижняя часть метантенка заменена скошенным цилиндром, в нижней части которого расположен отвод для выгрузки твердого осадка. Газгольдер снабжен гидрозатвором. Для обогрева метантенка используется, как и в предыдущем варианте, газовая горелка. Однако для обеспечения более эффективной ее работы часть дымовой трубы заведена в метантенк. Для контроля и регулировки температуры используется термопарный регулятор.
В то же время, как показал опыт эксплуатации установки, использование газа на время разгона установки не всегда возможно. Поэтому предусмотрена возможность применения на время запуска установки электрическо-
№ 2 (60) 2012
ВлаЭимгрскт Земледелец*
го нагревателя мощностью 1 кВт. Для контроля и регулировки температуры используется теромопарный регулятор, для обеспечения взрывобезопас-ности установки - отсекатель пламени и специальный гидрозатвор одновременно выполняющий роль конденсатора влаги. Отсекатель состоит из металлического цилиндра, внутренний объем которого наполнен металлической стружкой. Гидрозатвор состоит из ^образной стеклянной трубки, наполненной на 30% объема водой.
Газгольдер к установке разработан и изготовлен поплавкового типа.
Исследования показали перспективность переработки помета анаэробным способом. Однако в научном и техническом плане имеются проблемы, решение которых окажет большое влияние на создание эффективной технологии. Чтобы обеспечить крупномасштабное развитие и экономическую эффективность производства биогаза, необходимо решить целый ряд биохимических, микробиологических и социальных проблем: создания
оборудования с оптимальной конструкцией; разработки эффективных нагревателей; объединения систем производства биогаза с другими нетрадиционными источниками энергии; конструирования крупномасштабных производственных систем и усовершенствование процессов брожения.
Необходимо так же отметить, что население недоверчиво относится к биогазу и способам его получения, несмотря на несомненные преимущества: они удовлетворяют потребности в энергии и способствуют охране окружающей среды, так как в процессе анаэробной переработки отходов получается экологически чистое органическое удобрение. В результате анаэробного
сбраживания навоза разрушается клетчатка, значительное количество белкового азота переходит в аммиачный, доступный растениям, ускоряется процесс разложения навоза по сравнению с обычным перегреванием в буртах, при этом гибнут семена сорных растений, гельминты, снижается порог запаха.
Применение сброженной массы позволяет повысить урожайность полевых культур. Если эффективность процесса разделить на энергетическую (от использования биогаза) и экологическую (охрана окружающей среды), то последняя составляет 78%, а первая - 22%.
A.G. Fiapshev, M.M. Hamokov, O.H. Kilchukova. DEVELOPMENT OF ALTERNATIVE SOURCERS OF ENERGY FOR FARMS
In recent years all over the world there is a tendency to increase energy consumption. Necessity becomes nesition to a sustainable energy development based on energy conservation and effective use of new and renewable sources of fuels and energy. The article presents alternative methods of energy in agriculture. Keywords: sourcers of energy, renewable resources, energy independence, agriculture.
ресурсосберегающие технологии применения агрохимических средств в зернотравянопропашных севооборотах на серых лесных почвах Владимирского ополья разработчик: ГНУ Владимирский НИИСХ Россельхозакадемии Адрес: 601261, Владимирская обл., Суздальский р-н, п. Новый, ул. Центральная , д.3, т/ф (49.231) 2-19-15, E-mail: [email protected], Web: http://vnish.org/
Ресурсосберегающие технологии применения агрохимических средств в севообороте на серых лесных почвах Ополья основаны на комплексном использовании органических и минеральных удобрений при определяющей роли азотных, химических средств защиты растений. Их внедрение в производство обеспечивает ежегодное увеличение урожайности возделываемых культур на 1,8 ц/га зерн. ед., бездефицитный баланс основных элементов питания, повышает симбиотическую азотфиксацию бобово-злаковыми травами, качество урожая и окупаемость 1 кг д.в. удобрений с 4,4-5,2 до 5,9-6,1 кг зерн. ед. (на 15,7-38,6 %). Апробированы на Опытном поле ГНУ Владимирский НИИСХ.
Вид Продукции (УСЛУГ): нормативная документация на технологии, рекомендации, консультации. Потребители: хозяйства АПК ополий Владимирской, Ивановской, Рязанской, Ярославской и Калужской областей, окультуренных дерново-подзолистых и серых лесных почв таежно-лесной и лесостепной зон.
Технология возделывания озимых зерновых культур с использованием машин нового поколения разработчик: ГНУ Владимирский НИИСХ Россельхозакадемии Адрес: 601261, Владимирская область, Суздальский район, п. Новый,
ул. Центральная, д.3,т/ф (49231) 2-19-15, E-mail: [email protected], Web: http://vnish.org/ Рекомендуемая технология предусматривает использование сортов озимых культур нового поколения с лучшей приспособленностью к почвенно-климатическим и погодным условиям, предшественникам, минимизацию основной и предпосевной обработок почвы с использованием машин нового поколения, комплексное применение органических и минеральных удобрений, химических средств защиты растений. Ее внедрение в производство позволяет оптимизировать экологическое состояние почв, увеличивает урожайность на 0,6-0,8 т/га, уменьшает на 25-30 % расход ГСМ, затраты труда на производство единицы продукции на 15-20 %, не снижает качество продукции. Апробирована в хозяйствах Владимирской области. Вид Продукции (УСЛУГ): методические рекомендации, консультации. Потребители: сельскохозяйственные предприятия АПК Нечерноземной зоны РФ.
№ 2 (60) 2012
влаэимгрскш земледелец!)
