Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Экономичность биогазовой установки следует оценивать с разных позиций в зависимости от того, какая основная цель преследуется при ее эксплуатации. И наоборот, техническое оснащение установки должно соответство­вать целевому направлению ее использования, причем от последнего фактора будут зависеть и соответствую­щие расходы.

Можно назвать три основные цели применения био — газовых установок.

1. Производство биогаза в качестве источника энергии. Биошлам в этом процессе играет роль побочного про­дукта.

2. Получение высокоэффективного «биоудобрения» и сохранение содержащихся в отходах сельскохозяйст­венного производства питательных веществ. Биогаз рассматривается как побочный продукт.

3. Решение задачи охраны окружающей среды, т. е. уменьшение или предотвращение загрязнения окру­жающей среды отбросными продуктами сельскохо­зяйственного производства.

На практике в той или иной мере учитываются все эти аспекты. При подсчете же экономичности необхо­димо принимать во внимание все три аспекта, равно как и вопрос о том, дает ли сооружение установки ос­нование для получения в какой-либо форме государст­венной субсидии на строительство, например в качестве поощрения за применение новейших технических дос­тижений или за экономию энергии, в частности за эко­номию первичных энергоносителей (котельного топлива и электричества). Расходы на техническое оснащение установки при осуществлении варианта 2 могут быть, но-вндимому, меньше, а для варианта 3 больше, чем для варианта 1.

Ход расчета сам по себе ясен. Проблема состоит лишь в том, чтобы определить реальные характеристики будущей установки, в особенности следующие:

— срок службы;

— ремонтные издержки;

— расходы на техническое обслуживание;

— собственные потребности в энергии;

— трудоемкость эксплуатации и соответствующие рас­ходы на оплату труда;

— оценка аспекта охраны окружающей среды;

— возможная экономия минеральных удобрений;

— реальный выход утилизируемого газа, т. е. в какой мере оправдает ожидания применение, например уст­ройств для подогрева, перемешивания массы и теп­лоизоляция реактора.

Стоимость установки, марки ФРГ на 1 уел. гол. Рис. 34. Цена биогаза в зависимости от первоначальных вложений в установку и удельного выхода полезно используемого газа (п) или удельного выхода общего количества газа (от).

 

Ниже сделана попытка определить цену биогаза для варианта первоначальных вложений I 000…5 000 марок ФРГ на 1 уел. тол. продуцентов навоза (ПН) —только в этих пределах колебаний стоимости целесообразно эксплуатировать биогазовую установку — и выхода по­лезно используемого бногаза 0,2…0,6 м3 на 1 кг сухого органического вещества с учетом требований охраны ок­ружающей среды и использования шлама в качестве удобрения (рис. 34). Из данных этого графика и рисун­ка 24 можно сделать обратный расчет, какова должна быть в том или ином конкретном случае максимальная стоимость установки, чтобы ее эксплуатация была еще рентабельной. При пересчете на 1 уел. гол. продуцентов навоза (или продуцентов биогаза) нивелируются все различия между удельным выходом газа для разных видов навоза (см. табл. 7).

Формула для расчета цены биогаза:

K-(U+D+Z)

G =—— ц——- . или

-~-A+L+Mb-(U+D + Z)

С =

где G —цена биогаза, марки ФРГ за 1 м3;

К—годовые затраты, марки ФРГ;

А — стоимость установки, марки ФРГ; х — доля постоянных затрат, % от А (амортизаци­онные расходы, уплата процентов, издержки на ремонт и техническое обслуживание, страховые взносы);

L — годовые расходы на оплату труда, марки ФРГ; М—общий годовой выход газа, м3; в — удельные затраты на средства производства (потребность в электроэнергии для привода насосов и т. п.), марки ФРГ на 1 м3;

U — годовая экономия минеральных удобрений, марки ФРГ;

Z—годовые дотации от государства, марки ФРГ;

N — годовой выход полезно используемого газа, м3.

Расчет можно вести на все предприятие в целом, но также исходя из соображений целесообразности, в удельных показателях на 1 уел. гол. ПН. В отношении отдельных элементов расчета отметим следующее:

х. Доля постоянных затрат принимается равной 10 %, в том числе: 5%—амортизационные отчисления (срок службы 20 лет), 3,5%—уплата процентов, 1,5%—издержки на ремонт, техническое обслу­живание и страховые взносы;

А. Стоимость установки принимают равной 1 000… 5 000 марок ФРГ на 1 уел. гол. ПН. В эту стои­мость не входит стоимость резервуара для после­дующего хранения биошлама, а учитывается стои­мость лишь навозоприемника с насосом, посколь­ку последний необходим и при обычном способе утилизации жидкого навоза;

L. В основу расчета положена почасовая оплата тру­да— 12 марок ФРГ за 1 ч и трудоемкость конт­роля, обслуживания и т. д., равная 0,025 ч на 1 уел. гол. ПН в сутки, что соответствует 108 мар­кам ФРГ на 1 уел. гол. ПН в год. Эту цифру сле­дует уточнять в зависимости от поголовья живот­ных. В принципе необходимо добиваться того, что­бы установка работала практически без обслужи­вания. Мы пока не располагаем точными данными по изменению данного критерия в зависимости от вида и размеров установки;

1)4

Рис. 35. Потребность в теплоте цилиндрического реактора в зависи­мости от его объема с учетом потерь теплоты при промывании [24] (по Розеггеру):

а — общая потребность в теплоте; б — теплота, идущая на подогрев; в—потери теплоты.

M/N. Под общим годовым выходом газа понимают фак­тически полученное его количество. Однако часть газа обычно используют для поддержания опти­мальной температуры брожения (в противном случае реактор следует обогревать за счет посто­ронних источников энергии), а остальная часть представляет собой полезно используемое его ко­личество. Потребность в теплоте для обогрева ре­актора зависит от размеров последнего и тепло­изоляции. Величину потребности в теплоте для реакторов ранее сооруженных установок опреде­лил Розеггер [93] (рис. 35). При соответствующей теплоизоляции и для малых реакторов эту вели­чину можно уменьшить на 30% от общего выхода биогаза (теплоизоляция реактора — пятисантимет­ровый слой пенополиуретана — стоит сегодня око­ло 40 марок ФРГ за 1 м2 при общей площади 400 м2). Значения М и N получают, исходя из су­точного выхода навоза 5 кг сухого органиче­ского вещества на 1 уел. гол. ПН и полезно ис­пользуемого количества биогаза 0,2…0,6 м3 на 1 кг сухого органического вещества. Для ориенти­ровочного расчета и определения цены биогаза этих данных достаточно. В действительности же
выход газа, доля его, идущая на покрытие собст­венных потребностей установки в теплоте, а также полезно используемое количество газа в расчете на 1 кг сухого органического вещества в течение года непостоянны, а зависят, например, от вре­мени года;

в. Удельные затраты на собственные производствен­ные нужды можно предварительно оценить лишь весьма приближенно; они в значительной степени зависят от технологии процесса, кроме того, от­сутствуют какие-либо точные данные о них. В ра­нее применявшихся установках эти затраты сос­тавляли 0,2 кВт-ч на 1 м3 биогаза. Коммунальные установки для очистки сточных вод с несколько другой целевой направленностью расходуют 0,5 кВт-ч на 1 м3 газа. Однако эта цифра пред­ставляется очень высокой для современных сель­ских биогазовых установок. Соответствующие за­траты для них оцениваются в 0,05…0,1 кВт-ч на 1 м3. При среднем тарифе 0,15 марки ФРГ за 1 кВт-ч стоимость 1 м3 биогаза увеличивается примерно на 1 пфенниг ФРГ (в=0,01);

U. Сельскохозяйственные предприятия во всевозрас­тающем масштабе вынуждены нести расходы по охране окружающей среды, практически на уст­ранение запахов. Если хозяйство, исходя из своего месторасположения, вынуждено прибегать к расхо­дам на охрану окружающей среды, можно ориен­тироваться только на обычно принятые затраты на аналогичные мероприятия, например на соору­жение герметичных навозохранилищ, предотвра­щающих распространение запахов во время хра­нения (9 марок ФРГ на 1 уел. гол. ПН в год), и на аэрацию навоза для этой же цели перед вне­сением его в почву (14…21 марка ФРГ на 1 уел. гол. ПН). В сумме эти затраты оцениваются примерно в 25 марок ФРГ на 1 уел. гол. ПН в год.

D. Точными данными о дополнительной прибыли, по­лучаемой по сравнению с использованием обычного жидкого навоза, мы пока не располагаем. Гофман [41] приводит следующие цифры средних потерь при хранении: твердого навоза — 25% сухого ве­щества и 33% азота; обычного жидкого (беспод — стилочного) навоза соответственно — 0 и 15%. Ес­

ли использование питательных веществ увеличи­вается на 15%, то получаем прибыль примерно 1,2 марки ФРГ на 1 м3 биошлама и 19 марок ФРГ на 1 уел. гол. ПИ в год.

Z. Здесь не следует учитывать субсидии на капиталь­ное строительство. В каждом конкретном случае необходимо прибавлять непосредственно к стои­мости установки (см. рис. 34) субсидии из расчета на 1 уел. гол. ПН. Цена биогаза определяется ис­ходя из минимальной стоимости установки. Как. видно из рисунка 24, биогаз должен стоить не более 0,24 марки ФРГ за 1 м3 с учетом 35% стоимости за эксплуатацию цистерн, если им хотят заменить ко­тельное топливо, которое можно приобрести сейчас по цене около 0,3 марки ФРГ за 1 л. На рисунке 34 пока­зано, что это можно получить при самом оптимистич­ном расчете и только при очень высоком выходе полез­но используемого газа и очень низкой стоимости уста­новки. Стоимость установки свыше 1500 марок ФРГ на 1 уел. гол. ПН вряд ли может быть приемлемой без дотаций. Эти дотации можно назвать лишь ориенти­ровочно, но они должны послужить исходным пунктом для будущих исследований. Следует обратить внима­ние на то, что это справедливо лишь для того случая, когда весь полученный биогаз (за вычетом необходимого расхода на нужды установки) будет действительно ис­пользован (рис. 31…33), иначе фактическая цена газа значительно возрастет.

Влияние изменения отдельных элементов расчета на цену биогаза представлено на рисунке 36, причем толь­ко для выхода газа 0,2 м3 на 1 кг сухого органического вещества. Изменяются, например:

— годовая доля постоянных затрат до 12 % (в резуль­тате уменьшения срока службы или увеличения доли затрат на техническое обслуживание);

— годовые затраты на оплату труда до 72 и 216 марок ФРГ на 1 уел. гол. ПН;

— удельные затраты на собственные производственные нужды до 0,02 марки ФРГ на 1 м3.

Из вышесказанного ясно, как сильно колеблется цена биогаза и как важно, с другой стороны, знание точных данных, характеризующих особенности рассматривае­мой технологии.

Стоимость устано8ки, маркиФРГна 1 уел. гол.

Рис. 36. Цена биогаза в зависимости от стоимости установки длл выхода полезно используемого биогаза п=0,2 м3 на 1 кг сухого ор­ганического вещества при изменении отдельных элементов расчета. Доля постоянных затрат, % Годовые затраты на оплату труда, марок ФРГ на 1 уел. гол. ПН Удельные затраты на средства производства, марок ФРГ на 1 м3 10 (а) 180 0,01 10 (б) 72 0,01 10 (в) 108 0,01 12 (г) 216 0,02 12 (д) 72 0,02 в без учета воздействия на окружающую среду.

Итоги и перспективы

В первой части своей работы мы привели систематиче­ский обзор современного состояния научных знаний о технологии метанового брожения с обобщением наибо­лее существенных западногерманских и зарубежных ли­тературных источников. Было указано также на про­белы в наших знаниях по этому вопросу.

Во второй части подробно рассмотрены основные точки зрения, важные для оценки экономичности сель­ской биогазовой установки. Для этой цели были подоб­раны главным образом качественные и количественные данные о хранении биогаза, подготовке его к примене­нию, а также о его использовании в сельскохозяйствен­ном производстве. Путем составления баланса получе­ния и расходования газа для трех модельных хозяйств с биогазовыми установками и теоретического расчета экономичности последних была сделана попытка дать читателю четкое представление об основных труднос­тях практической эксплуатации установки наряду с обес­печением надежного выполнения ею своей технической функции. Речь идет о двух главных трудностях: весьма неустойчивом преимуществе в экономичности по срав­нению с сегодняшней стоимостью других видов энергии и сложностью обеспечения устойчивого баланса между производством и потреблением биогаза.

С точки зрения современного состояния науки соору­жение и эксплуатация биогазовых установок для всех имеющихся в ФРГ размеров хозяйств технически вполне выполнимы. Однако предварительно определить эконо­мичность таких установок невозможно из-за того, что не хватает данных о минимальных затратах на сооружение установки и ее эксплуатацию. Эти данные должны быть получены при максимальном использовании техники в типичных для сельскохозяйственного производства усло­виях с учетом размеров хозяйств. Очевидные преиму­щества биогазового метода по сравнению с аэробным разложением сельскохозяйственных отходов, в особен­ности отходов животноводства, с точки зрения требова­ний охраны окружающей среды все еще не поддаются количественной оценке, поскольку отсутствуют система­тические исследования в этом направлении.

Выход газа и его энергетический потенциал могут ко­лебаться в широких пределах, поскольку они очень сильно зависят от вида, состава и состояния имеющих­ся исходных материалов, а также от характера процес­са брожения и управления им. Кроме того, биогазовая установка, которая должна иметь высокий энергетиче­ский КПД, требует создания постоянных и соответст­вующих используемому составу субстрата оптимальных условий производства в отношении количества загружа­емого органического вещества, времени брожения, тем­пературы процесса и перемешивания сбраживаемой массы. Чем выше требования, предъявляемые к КПД биогазовой. установки, тем больше затраты на ее техни­ческое оснащение. Поэтому биогазовые установки мо­гут быть экономичными в эксплуатации только при очень большой вместимости реактора.

При определении экономичности ориентируются на современную цену котельного топлива, поскольку глав­ным образом этот вид топлива подлежит замене на био-

Ий

газ, и исходят из расчетных факторов, которые макси­мально отражают реальную действительность. И в дан­ном вопросе отчетливо проявляется упомянутая выше трудность — отсутствие различных точных данных по новым установкам. Поэтому требуют уточнения:

— потребность в энергии на подогрев субстрата;

— потребность в энергии на собственные нужды для перемешивания и перекачки субстрата (кВт/м3);

— долговечность технических объектов;

— затраты на ремонт и техническое обслуживание (ма­рок ФРГ в год);

— удельные затраты рабочего времени (марок ФРГ на 1 м3 или ч на 1 уел. гол.);

— затраты на охрану окружающей среды (марок ФРГ на 1 уел. гол.);

— возможная удобрительная ценность биошлама (ма­рок ФРГ на 1 уел. гол.).

С изменением исходных факторов изменяется и эко­номичность. В особенности следует считаться в будущем с растущей стоимостью энергии. Чем дороже станет энергоноситель, с которым ведется сравнение, — жидкое топливо (или также электроэнергия), тем больше будет заинтересованность в биогазовых установках. Имея в виду аспект надежности энергоснабжения, необходимо проверить, оправдывает ли это дотации на строительст­во. Однако в наши дни представляется возможным га­рантировать экономичность биогазовых установок толь­ко в очень узких пределах:

— удельные первоначальные затраты 1 000…2 000 марок ФРГ на 1 уел. гол. Это предвещает тенденцию к при­менению однореакторной схемы непрерывного дей­ствия для небольших установок;

— высокий удельный выход полезно используемого га­за — не менее 0,4 м3 биогаза на 1 кг сухого органи­ческого вещества. Повышение выхода полезно ис-> пользуемого газа представляется возможным благо-> даря применению других побочных видов энергии, рекуперации теплоты и посторонних источников энергии, хотя бы частично для подогрева субст­рата.

Чтобы понизить собственную потребность установки в энергии, необходимо предъявлять жесткие требования к устройству реактора (его форме и теплоизоляции) и к механизмам перемешивания. При этом нужно допол* нительно принимать меры по утилизации отбросного теп­ла шлама в теплообменнике.

Нарушение баланса расхода и потребления биогаза немедленно сказывается на экономичности установки. Среднее предприятие сначала имеет неуравновешенный газовый баланс, только специализированные предприя­тия будут иметь уравновешенный баланс. Обеспечение такого баланса — решающий фактор для экономичности установки. Выше были перечислены различные отправ­ные точки для продолжающихся в этом направлении ис­следований. Видимо, нельзя будет обойтись без проме­жуточного хранения запасов газа в газгольдерах. Мно­гореакторные установки, работающие с попеременным использованием отдельных реакторов, требуют газголь­деров большей вместимости.

При проектировании сельскохозяйственной биогазо — вой установки следует проверить, действительно ли оп­равдывает фактическая потребность производства в био­газе его высокий выход из отходов, так как при ограни­ченном использовании потенциала газа можно значи­тельно понизить затраты на установку и ее эксплуа­тацию.

Чтобы можно было в будущем лучше калькулировать и проектировать биогазовые установки, представляется целесообразным получить четкие данные по следующим пунктам:

— снижение потребности в энергии путем а) система­тических исследований по перемешиванию субстрата с различной вязкостью и с различным содержанием крупных частиц, причем исследования следует вести с учетом формы и размеров реактора, б) установле­ния оптимального сочетания газового двигателя и генератора с учетом покрытия собственных потреб­ностей установки в теплоте (за счет теплоты систе­мы охлаждения двигателя) и электроэнергии для привода механических агрегатов, включая тепловой насос для вторичного использования отбросной теп­лоты; в) разрушения плавающей корки энергосбере­гающим способом;

— упрощение эксплуатации (контроля, управления, ре­гулирования) ;

— повышение срока службы установки (уменьшение

— разрушений от коррозии и изнашивания благодаря применению соответствующих материалов и новых принципов конструирования);

снижение стоимости установки путем применения новых экономичных принципов конструирования, в том числе разработки более простых и дешевых съем­ных емкостей, монтируемых на реактор для сбора га­за в установках, работающих с газгольдером; разработка моделей для конкретных технологических решений, предусматривающих различные цели про­цесса (применение конечных продуктов, защита ок­ружающей среды) и производственное подчинение установки: сельскохозяйственные частные предприя­тия различного масштаба, производственные объеди­нения (например, для одного села); сооружение установок-прототипов по выбранным мо­делям и анализ их практической ценности.

Комментарии запрещены.