Зинченко, Мария Георгиевна

Кравченко, Сергей Александрович

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

тЕма НомЕра
12
Энергосбережение № 5/2013
Эффективность 
использования биогаза в ДВС
Кравченко С.А., Зинченко М.Г., Национальный технический университет «Харьковский политехнический 
институт», г. Харьков 
Схема работы биокомплекса по утилизации отходов свинофермы
Стремительный рост цен на не-
фтепродукты и природный газ обу-
словливает необходимость интенси-
фикации работ по поиску и освоению 
альтернативных источников энергии. 
Для Украины одно из приоритетных 
направлений исследований в этой 
сфере – получение энергии из био-
массы животного и растительного про-
исхождения.
 На основании статистических дан-
ных проведена оценка потенциала 
биомассы, доступной в Украине для 
получения энергии: экскременты жи-
вотных, растительные остатки (бот-
ва, солома, трава), осадки городских 
сточных вод, сточные воды сахарных, 
спиртовых заводов и т.п. 
В качестве сырья для анаэробно-
го сбраживания можно использовать 
любые отходы сельскохозяйственного 
производства, содержащие органи-
ческие вещества, однако наиболее 
пригодны навозные сточные воды жи-
вотноводческих хозяйств. В организме 
коровы лишь 16,4% энергии кормов 
трансформируются в органическое ве-
щество тела животного, 25,6% тратят-
ся на переваривание и усвоение пищи, 
остальные 58% остаются в навозе. В 
Украине количество навоза, доступ-
ного для анаэробного сбраживания, 
составляет 52,1 млн. т/год (энергетиче-
ский потенциал 1,59 млн т у. т.). Из него 
можно получить 2207,2 млн. м3 биогаза. 
Энергетические комплексы для 
получения биогаза из биомассы по-
зволяют организовать безотходное 
производство продукции животно-
водческих предприятий. Их успеш-
но эксплуатируют в Дании, Швеции, 
Германии, России и многих других 
странах. В Украине подобные техно-
логии не получили широкого распро-
странения. Во-первых, их внедрение 
требует финансовых затрат на про-
ведение исследований, поскольку ха-
рактеристики жидких отходов живот-
новодства специфичны и не позво-
ляют напрямую использовать техно-
логии и оборудование, применяемые 
в коммунальном хозяйстве и про-
мышленности. Во-вторых, стоимость 
биогазовых установок достаточно вы-
сока. Его потребителям и производи-
телям необходима государственная 
финансовая поддержка в виде субси-
дирования, льготного кредитования, 
которая в настоящее время не ока-
зывается. Для отечественных инве-
сторов такого рода проекты не пред-
ставляют интереса, поскольку льготы 
по налогообложению отсутствуют. В 
результате большинство сельскохо-
зяйственных предприятий накаплива-
ют жидкие навозные отходы в специ-
альных отстойниках для длительного 
хранения, что приводит к загрязне-
нию подземных и поверхностных вод, 
заражению почвы гельминтами и бо-
лезнетворными бактериями. Таким 
образом, с экологической и энерге-
тической точек зрения создание био-
энергетических комплексов в Украине 
– весьма актуальная задача. 
Наиболее целесообразно внедре-
ние биогазовых установок на крупных 
животноводческих комплексах, однако 
из-за высокой стоимости их строитель-
ство в Украине осуществляют только 
иностранные компании. Впервые по-
добный опыт предпринят в 2003 году 
в рамках проекта технической по-
мощи правительства Нидерландов. 
В с. Еленовке Днепропетровской 
области на свиноферме компании 
«Агро-Овен» построена установка 
производительностью 80 т/сут. жидких 
отходов. Она включает два метантен-
ка по 1000 м3 каждый, две когенера-
ционные установки мощностью по 
80 кВт электрических и 160 кВт тепло-
вых. Оборудование поставлено ком-
панией ВТG (Нидерланды).
В настоящее время в Киевской 
области немецкая компания ZORG 
заканчивает строительство биоэнер-
гетического комплекса электрической 
мощностью 1 МВт. Продукционный 
биогаз будет использован в качестве 
моторного топлива для двигателей 
внутреннего сгорания. Общая стои-
мость проекта составила 2 млн. евро.
?
тЕХНоЛоГии
13
тЕма НомЕра
Зарубежные компании, осваивающие 
рынок альтернативной энергетики в 
Украине, используют дорогостоящее 
импортное оборудование.
 В Украине разработка биогазовых 
технологий началась в 70-е годы про-
шлого столетия. За прошедшее вре-
мя накоплен большой опыт проекти-
рования и эксплуатации биоэнергети-
ческих установок, создан значитель-
ный научно-практический потенциал, 
который необходимо использовать 
для развития биоэнергетики в нашей 
стране.
Специалисты НТУ «ХПИ» длитель-
ное время проводят работы, направ-
ленные на интенсификацию процесса 
метанового сбраживания и оптими-
зацию аппаратурного оформления 
технологии. Используя накопленный 
опыт, авторы разработали проект ав-
тономного когенерационного биоэнер-
гетического комплекса для свинофер-
мы с поголовьем 10 000 животных. 
Обработку сточных вод в метантен-
ках ведут в термофильном режиме 
в течение 7 суток. Жидкий продукт, 
полученный в результате сбражива-
ния, представляет собой высокока-
чественное органическое удобрение, 
таблица 1. 
Технические характеристики биоэнергетического комплекса
 
Параметр Величина
Мощность, кВт (АГ-200С-Т400-1Р) 180
Расход биогаза на выработку 180 кВт·ч энергии, нм3 109
Суточный расход биогаза, нм3 2 612
Расход биомассы при 87%-й влажности, м3/сут 60,5
Вырабатываемая электроэнергия, кВт·ч/ч 180
Вырабатываемая тепловая энергия, кВт·ч/ч 190
Количество метантенков по 120 м3 4
Тепловая энергия для подогрева биомассы, кВт·ч/ч 100
Тепловая энергия для поддержания необходимой 
температуры метантенков, кВт·ч/ч 20,5
Затрачиваемая электроэнергия, кВт·ч/ч 160
Товарная тепловая энергия, кВт·ч/ч 69,5
Товарная электроэнергия, кВт·ч/ч 20
Размеры строительной площадки, га 0,5–0,7 
таблица 2. 
Ориентировочные капитальные затраты 
Позиция Стоимость,  долл. США Примечание
Рабочий проект 55 000 –
Четыре метантенка 168 000 С учетом монтажа.Три емкости для подготовки биомассы 18 500
Газгольдер 36 000 Стандартное оборудование.
 Газохранилище 15 000
Две электростанции 80 000 Одна резервная на случай ремонта и обслуживания двигателей внутреннего сгорания.
Котел-утилизатор 20 000 Водогрейный, прямоточный.
Силовой трансформатор 3000 Для передачи электроэнергии из сети и в сеть.
Трубы, кабели, провода, насосы 20 000 Стоимость уточняется в зависимости от размещения оборудования на площадке.
Строительные сооружения 20 000 При необходимости.
Итого 435 000 Сумма уточняется после разработки технико-экономического обоснования и проекта.
таблица 3.
Ориентировочный экономический эффект 
Товарная продукция
Стоимость продукции, 
долл. США Примечание
единицы за год
Электроэнергия 20 кВт·ч/ч 0,25 40 000 При 8000 рабочих часов в годс учетом «зеленого» тарифа.
Тепловая энергия 69,5 кВт·ч/ч – – Используют на собственные нужды.
Обезвоженный шлам 1042,6 т/год 200 208 520 Стоимость как удобрения.
Жидкий продукт 2051,4 т/год – – Используют для полива сельскохозяйственных угодий.
Итого  248 520 –
не содержащее гельминтов и семян 
сорных трав. Оно пригодно для поли-
ва сельскохозяйственных культур, при 
необходимости хранится в открытых 
емкостях без вреда для окружающей 
среды.
Биоэнергетический комплекс энер-
гетически независим. Продукционный 
биогаз служит моторным топливом в 
двигателях внутреннего сгорания для 
производства электрической и тепло-
вой энергии, избыток которой можно 
использовать для собственных нужд 
сельскохозяйственного предприя-
тия, что позволит существенно уде-
шевить производимую продукцию. 
Технические и экономические харак-
теристики биоэнергетического ком-
плекса представлены в таблицах 1–3.
Согласно проекту, установка на 
80% комплектуется отечественным 
оборудованием. Срок окупаемости 
капитальных затрат составит 2,2 
года.


Эффективность использования биогаза в ДВС

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository

тЕма НомЕра12Энергосбережение № 5/2013Эффективность использования биогаза в ДВСКравченко С.А., Зинченко М.Г., Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», г. Харьков Схема работы биокомплекса по утилизации отходов свинофермыСтремительный рост цен на не-фтепродукты и природный газ обу-словливает необходимость интенси-фикации работ по поиску и освоению альтернативных источников энергии. Для Украины одно из приоритетных направлений исследований в этой сфере – получение энергии из био-массы животного и растительного про-исхождения. На основании статистических дан-ных проведена оценка потенциала биомассы, доступной в Украине для получения энергии: экскременты жи-вотных, растительные остатки (бот-ва, солома, трава), осадки городских сточных вод, сточные воды сахарных, спиртовых заводов и т.п. В качестве сырья для анаэробно-го сбраживания можно использовать любые отходы сельскохозяйственного производства, содержащие органи-ческие вещества, однако наиболее пригодны навозные сточные воды жи-вотноводческих хозяйств. В организме коровы лишь 16,4% энергии кормов трансформируются в органическое ве-щество тела животного, 25,6% тратят-ся на переваривание и усвоение пищи, остальные 58% остаются в навозе. В Украине количество навоза, доступ-ного для анаэробного сбраживания, составляет 52,1 млн. т/год (энергетиче-ский потенциал 1,59 млн т у. т.). Из него можно получить 2207,2 млн. м3 биогаза. Энергетические комплексы для получения биогаза из биомассы по-зволяют организовать безотходное производство продукции животно-водческих предприятий. Их успеш-но эксплуатируют в Дании, Швеции, Германии, России и многих других странах. В Украине подобные техно-логии не получили широкого распро-странения. Во-первых, их внедрение требует финансовых затрат на про-ведение исследований, поскольку ха-рактеристики жидких отходов живот-новодства специфичны и не позво-ляют напрямую использовать техно-логии и оборудование, применяемые в коммунальном хозяйстве и про-мышленности. Во-вторых, стоимость биогазовых установок достаточно вы-сока. Его потребителям и производи-телям необходима государственная финансовая поддержка в виде субси-дирования, льготного кредитования, которая в настоящее время не ока-зывается. Для отечественных инве-сторов такого рода проекты не пред-ставляют интереса, поскольку льготы по налогообложению отсутствуют. В результате большинство сельскохо-зяйственных предприятий накаплива-ют жидкие навозные отходы в специ-альных отстойниках для длительного хранения, что приводит к загрязне-нию подземных и поверхностных вод, заражению почвы гельминтами и бо-лезнетворными бактериями. Таким образом, с экологической и энерге-тической точек зрения создание био-энергетических комплексов в Украине – весьма актуальная задача. Наиболее целесообразно внедре-ние биогазовых установок на крупных животноводческих комплексах, однако из-за высокой стоимости их строитель-ство в Украине осуществляют только иностранные компании. Впервые по-добный опыт предпринят в 2003 году в рамках проекта технической по-мощи правительства Нидерландов. В с. Еленовке Днепропетровской области на свиноферме компании «Агро-Овен» построена установка производительностью 80 т/сут. жидких отходов. Она включает два метантен-ка по 1000 м3 каждый, две когенера-ционные установки мощностью по 80 кВт электрических и 160 кВт тепло-вых. Оборудование поставлено ком-панией ВТG (Нидерланды).В настоящее время в Киевской области немецкая компания ZORG заканчивает строительство биоэнер-гетического комплекса электрической мощностью 1 МВт. Продукционный биогаз будет использован в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания. Общая стои-мость проекта составила 2 млн. евро.?тЕХНоЛоГии13тЕма НомЕраЗарубежные компании, осваивающие рынок альтернативной энергетики в Украине, используют дорогостоящее импортное оборудование. В Украине разработка биогазовых технологий началась в 70-е годы про-шлого столетия. За прошедшее вре-мя накоплен большой опыт проекти-рования и эксплуатации биоэнергети-ческих установок, создан значитель-ный научно-практический потенциал, который необходимо использовать для развития биоэнергетики в нашей стране.Специалисты НТУ «ХПИ» длитель-ное время проводят работы, направ-ленные на интенсификацию процесса метанового сбраживания и оптими-зацию аппаратурного оформления технологии. Используя накопленный опыт, авторы разработали проект ав-тономного когенерационного биоэнер-гетического комплекса для свинофер-мы с поголовьем 10 000 животных. Обработку сточных вод в метантен-ках ведут в термофильном режиме в течение 7 суток. Жидкий продукт, полученный в результате сбражива-ния, представляет собой высокока-чественное органическое удобрение, таблица 1. Технические характеристики биоэнергетического комплекса Параметр ВеличинаМощность, кВт (АГ-200С-Т400-1Р) 180Расход биогаза на выработку 180 кВт·ч энергии, нм3 109Суточный расход биогаза, нм3 2 612Расход биомассы при 87%-й влажности, м3/сут 60,5Вырабатываемая электроэнергия, кВт·ч/ч 180Вырабатываемая тепловая энергия, кВт·ч/ч 190Количество метантенков по 120 м3 4Тепловая энергия для подогрева биомассы, кВт·ч/ч 100Тепловая энергия для поддержания необходимой температуры метантенков, кВт·ч/ч 20,5Затрачиваемая электроэнергия, кВт·ч/ч 160Товарная тепловая энергия, кВт·ч/ч 69,5Товарная электроэнергия, кВт·ч/ч 20Размеры строительной площадки, га 0,5–0,7 таблица 2. Ориентировочные капитальные затраты Позиция Стоимость,  долл. США ПримечаниеРабочий проект 55 000 –Четыре метантенка 168 000 С учетом монтажа.Три емкости для подготовки биомассы 18 500Газгольдер 36 000 Стандартное оборудование. Газохранилище 15 000Две электростанции 80 000 Одна резервная на случай ремонта и обслуживания двигателей внутреннего сгорания.Котел-утилизатор 20 000 Водогрейный, прямоточный.Силовой трансформатор 3000 Для передачи электроэнергии из сети и в сеть.Трубы, кабели, провода, насосы 20 000 Стоимость уточняется в зависимости от размещения оборудования на площадке.Строительные сооружения 20 000 При необходимости.Итого 435 000 Сумма уточняется после разработки технико-экономического обоснования и проекта.таблица 3.Ориентировочный экономический эффект Товарная продукцияСтоимость продукции, долл. США Примечаниеединицы за годЭлектроэнергия 20 кВт·ч/ч 0,25 40 000 При 8000 рабочих часов в годс учетом «зеленого» тарифа.Тепловая энергия 69,5 кВт·ч/ч – – Используют на собственные нужды.Обезвоженный шлам 1042,6 т/год 200 208 520 Стоимость как удобрения.Жидкий продукт 2051,4 т/год – – Используют для полива сельскохозяйственных угодий.Итого  248 520 –не содержащее гельминтов и семян сорных трав. Оно пригодно для поли-ва сельскохозяйственных культур, при необходимости хранится в открытых емкостях без вреда для окружающей среды.Биоэнергетический комплекс энер-гетически независим. Продукционный биогаз служит моторным топливом в двигателях внутреннего сгорания для производства электрической и тепло-вой энергии, избыток которой можно использовать для собственных нужд сельскохозяйственного предприя-тия, что позволит существенно уде-шевить производимую продукцию. Технические и экономические харак-теристики биоэнергетического ком-плекса представлены в таблицах 1–3.Согласно проекту, установка на 80% комплектуется отечественным оборудованием. Срок окупаемости капитальных затрат составит 2,2 года.

http://repository.kpi.kharkov.ua/bitstream/KhPI-Press/27589/1/2013_Kravchenko_Effektivnost_ispolzovaniya.pdf

Эффективность использования биогаза в ДВС

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Library of National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"

eNTUKhPIIR Electronic National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute"; Institutional Repository