Сведения об авторах

Оценка энергетической и экологической эффективности использования биогаза в двигателях внутреннего сгорания

 

Кравченко С. А., Зинченко М. Г., Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Харьков, Украина

 

Стремительный рост цен на нефтепродукты и природный газ обусловливает необходимость интенсификации работ по поиску и освоению альтернативных источников энергии. Для Украины одно из приоритетных направлений исследований в этой сфере — получение энергии из биомассы животного и растительного происхождения.

 

На основании статистических данных проведена оценка потенциала биомассы, доступной в Украине для получения энергии: экскременты животных, растительные остатки (ботва, солома, трава и т. п.), осадки городских сточных вод, сточные воды сахарных, спиртовых заводов и т. п.

 

В качестве сырья для анаэробного сбраживания можно использовать любые отходы сельскохозяйственного производства, содержащие органические вещества, однако  наиболее пригодны навозные сточные воды животноводческих хозяйств. В организме коровы лишь 16,4 % энергии кормов трансформируются в органическое вещество тела животного, 25,6 % тратятся на переваривание и усвоение пищи, остальные 58 % остаются в навозе. В Украине количество навоза, доступного для анаэробного сбраживания, составляет 52,1 млн т/год  (энергетический потенциал 1,59 млн т у. т.). Из него можно получить 2 207,2 млн м³ биогаза.

 

Энергетические комплексы для получения биогаза из биомассы позволяют организовать безотходное производство продукции животноводческих предприятий. Их успешно эксплуатируют в Дании, Швеции, Германии, России и многих других странах. В Украине подобные технологии не получили широкого распространения. Во-первых, их внедрение требует финансовых затрат на проведение исследований, поскольку характеристики жидких отходов животноводства специфичны и не позволяют напрямую использовать технологии и оборудование, применяемые в коммунальном хозяйстве и промышленности. Во-вторых, стоимость биогазовых установок достаточно высока. Его потребителям и производителям необходима государственная финансовая поддержка в виде субсидирования, льготного кредитования, которая в настоящее время не оказывается. Для отечественных инвесторов такого рода проекты не представляют интереса, поскольку льготы по налогообложению отсутствуют. В результате большинство сельскохозяйственных предприятий накапливают жидкие навозные отходы в специальных отстойниках для длительного хранения,  что приводит к загрязнению подземных и поверхностных вод, заражению почвы гельминтами и болезнетворными бактериями. Таким образом, с экологической и энергетической точки зрения создание биоэнергетических комплексов в Украине — весьма актуальная задача.

 

Наиболее целесообразно внедрение биогазовых установок на крупных животноводческих комплексах, однако из-за высокой стоимости их строительство в Украине осуществляют только иностранные компании. Впервые подобный опыт предпринят в 2003 г. в рамках проекта технической помощи правительства Нидерландов. В с. Еленовка Днепропетровской области на свиноферме компании «Агро-Овен» построена установка производительностью 80 т/сут жидких отходов. Она включает два метантенка по 1 000 м³ каждый, две когенерационные установки мощностью по 80 кВт электрических и 160 кВт тепловых. Оборудование поставлено компанией ВТG (Нидерланды).

 

В настоящее время в Киевской области немецкая компания «ZORG» заканчивает строительство биоэнергетического комплекса электрической мощностью 1 МВт. Продукционный биогаз будет использован в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания. Общая стоимость проекта составила 2 млн евро.

 

Зарубежные компании, осваивающие рынок альтернативной энергетики  в Украине, используют дорогостоящее импортное оборудование.

 

В Украине разработка биогазовых технологий началась в семидесятые годы прошлого столетия. За прошедшее  время накоплен большой опыт проектирования и эксплуатации биоэнергетических установок, создан значительный научно-практический потенциал, который необходимо использовать для развития биоэнергетики в нашей стране.

 

Специалисты НТУ «ХПИ» длительное время проводят работы, направленные на интенсификацию процесса метанового сбраживания и оптимизацию аппаратурного оформления технологии. Используя накопленный опыт, авторы разработали проект автономного когенерационного биоэнергетического комплекса для свинофермы с поголовьем 10 000 животных.

 

Общий вид биоэнергетического комплекса представлен на рисунке.

Биоэнергетический комплекс

 

Обработку сточных вод в метантенках ведут в термофильном режиме в течение 7 суток. Жидкий продукт, полученный в результате сбраживания, представляет собой высококачественное органическое удобрение, не содержащее гельминты и семена сорных трав. Оно пригодно для полива сельскохозяйственных культур, при необходимости хранится в открытых емкостях без вреда для окружающей среды.

 

Биоэнергетический комплекс энергетически независим. Продукционный биогаз служит моторным топливом в двигателях внутреннего сгорания для производства электрической и тепловой энергии, избыток которой можно использовать для собственных нужд сельскохозяйственного предприятия, что позволит существенно удешевить производимую продукцию.

 

Технические и экономические характеристики биоэнергетического комплекса представлены в табл. 1–3.

Таблица 1

Технические характеристики биоэнергетического комплекса

 

 

Таблица 2

Ориентировочные капитальные затраты

 

 

Таблица 3

Ориентировочный экономический эффект

 

 

Согласно проекту, установка на 80 % комплектуется отечественным оборудованием. Срок окупаемости капитальных затрат составит 2,2 года.

 

Energy and Environmental Efficiency Assessment of Biogas Use in Internal Combustion Engine

 

Kravchenko S. A., Zinchenko M. G., National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute», Kharkiv, Ukraine

 

An analysis of trends on alternative energy market in Ukraine is preformed. At present foreign companies are the key players; they use expensive equipment.  NTU «KhPI» has developed a pilot autonomous cogeneration bio-energy complex for a pig farm (10 000 animals). According to the design documentation, 80 % of equipment is produced in Ukraine.

 

Сведения об авторах

Зинченко Мария Георгиевна, канд. техн. наук, доц., проф., кафедра химической техники и промышленной экологии, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина. Тел. +38 (057) 707-61-55. E-mail

Кравченко Сергей Александрович, канд. техн. наук, ст. науч. сотр., кафедра двигателей внутреннего сгорания, Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», ул. Фрунзе, 21, Харьков, 61002, Украина. Тел. +38 (057) 707-68-48. E-mail