Когенерация для биогаза

Исследуем возможности комбинированных биогазовых установок, использующих энергию Солнца
30.11.2019
Геннадий Осадчий

Человек существует за счёт энергии и биомассы, создаваемых почвенно-растительными экосистемами. Мы - дети природы. А потому для построения энергетики на здоровой долговременной основе необходимы понимание и рациональный учёт взаимной зависимости различных природных экосистем.

Установленное соотношение массы тела человека, его пищевого белкового «строительного материала» (животной пищи) и её исходного растительного питания составляет 1:10:100. Похожее соотношение распространяется и на энергетические затраты. Это означает, что с точки зрения экологии, обеспечивая питание человека, мы должны заботиться и о питании животных, растений, а также о состоянии почвы.

В связи с этим логично использовать органические отходы для переработки не только в энергию, но и в органоминеральные удобрения, повышающие плодородие почв. Более того, это перспективно, энергетически и экономически выгодно.

Согласно статистике, при обеспечении каждого жителя России продуктами питания ежегодно образуется около 3 т биомассы в виде растительных отходов, навоза и помёта, фекалий и органических составляющих твёрдых бытовых отходов.

В Омске на свалки в течение года вывозится более 400 тыс. т твёрдых бытовых отходов. В канализационных очистных сооружениях города ежесуточно образуется 28 т осадка в пересчёте на сухое вещество. В илошламонакопителях уже собрано и хранится около 10 млн т иловых осадков.

К сожалению, из отходов, которые возникают и могут быть переработаны в пределах городов, реально извлечь относительно небольшое количество энергии. Намного более высокий энергетический потенциал имеют отходы, которые образуются у агропроизводителей в сельской местности, где они могут быть с успехом использованы для получения удобрений.

Удобрительный эффект

Подобно одновременной генерации тепла и электроэнергии, которая резко поднимает эффективность электростанций, перспективно объединение оборудования по извлечению энергии из возобновляемых источников и установок, вырабатывающих биогаз и экологически чистые органические удобрения. Получаемые в них жидкие концентрированные органические удобрения полностью сохраняют калий, азот в легкоусвояемой аммонийной форме и фосфор в окисной форме. Твердую гумусосодержащую органическую биомассу, образующуюся в процессе переработки сырья, как показали результаты исследований, можно совместно с торфом с успехом использовать для рекультивации и структурирования обеднённых почв.

Отмечу также, что такие удобрения пользуются высоким спросом на рынке. В некоторых случаях суммарные доходы от реализации продуктов переработки отходов животноводческих ферм могут даже превышать доходы от реализации производимого на них мяса.

Заметный синергетический эффект достигается при применении солнечных тепловых коллекторов и концентраторов. Они позволяют уменьшить или даже вообще исключить использование биометана на собственные технологические нужды, повысив КПД биогазовой системы в 1,5-2 раза. Это особенно актуально, если предполагается использовать очищенный от двуокиси углерода биометан в качестве моторного топлива для автотранспорта.

Солнце поможет

Задействуя тепловую энергию, собираемую и аккумулируемую солнечным соляным прудом, можно резко повысить скорость переработки отходов и эффективность работы биогазовой энергетической установки.

Для реализации этой идеи автор предлагает гелиобиогазовую установку для малых предприятий и фермерских хозяйств. В её основе лежат солнечный соляной пруд и гелиометантенк-реактор как части системы автономного энергообеспечения и энергосбережения.

Автор ещё в 2007 г. просчитал технико-экономические характеристики гелиобиогазовой установки, использующей солнечный соляной пруд глубиной 2,3 м площадью 50 кв. м (10x5 м) с тепловой производительностью 40 МВт●ч/сезон (215 дней для средней полосы России на 55° северной широты). Пруд собирает прямое и отражённое от концентратора солнечное излучение. На дне пруда предполагается разместить два тепловых коллектора с метантенк-реакторами (объёмом 10 куб. м каждый) внутри.

Опуская подробности устройства метантенк-реакторов, механизмов перемешивания их содержимого и биохимических реакций, отметим, что ежесуточно в реакторы нужно будет загружать 4 т сырья (растительной биомассы, отходов животноводства с влажностью 85-90%). Среднесуточное количество теплоты, аккумулируемой прудом, равно 186 кВт●ч. Эта теплота пойдёт на нагрев сырья с 14 до 54°С.

При температуре метаногенерации 53-54°С установка сможет выдавать в сутки до 100 куб. м биогаза с удельной теплотой сгорания 21 МДж/куб. м (за сезон получится 21500 куб. м биогаза. При расчётах не учитывалась возможность работы установки ранней весной и поздней осенью с температурой метаногенерации 35°С). Одновременно реакторы будут производить 4 т жидких удобрений в сутки, всего 840 т за сезон.

Начальные вложения

В масштабе цен 2007 г. ориентировочная стоимость гелиобиогазовой установки составляет 600 тыс. руб. (Сегодня её можно смело увеличить вдвое. - Прим. ред.) Эта сумма складывается из стоимости солнечного соляного пруда (80 тыс. руб.), отражающих полированных алюминиевых панелей (плиток) на стене здания площадью 80 кв. м (20 тыс. руб.) и стоимости двух гелиометантенк-реакторов с контрольно-измерительными приборами и арматурой (500 тыс. руб.).

Приведённые затраты на выработку 1 куб. м биогаза в гелиобиогазовой установке (в первом приближении) составят 7,35 руб./куб. м. Сюда включены расходы на обслуживание биореактора в течение 4-5 ч и солнечного соляного пруда в течение 0,5-1 ч, а также дежурство в остальное время суток. Предполагается, что работник будет получать 12 тыс. руб. в месяц.

По окончании срока окупаемости, равного 8,3 г., затраты будут определяться только оплатой труда обслуживающего персонала и стоимостью используемых отходов. Отмечу, что все расчёты проведены без учёта прибыли, получаемой от реализации жидких удобрений.

Напоследок отмечу, что, используя природную биомассу в качестве сырья, можно для получения энергии задействовать биотехнологии, не нарушающие экологического состояния окружающей среды. На наш взгляд, это правильный путь к полностью безотходным технологиям будущего.

Об авторе: Геннадий Борисович Осадчий - изобретатель из Омска.

Источник: Энерговектор

Читайте другие наши материалы