Перспективы развития биогазовой энергетики в России
Биогазовые технологии уходят корнями в глубокую древность. Тысячи лет назад в древних Индии и Китае люди заметили, что в процессе разложения органических соединений в безвоздушном пространстве выделяет газ, который можно поджигать и использовать в хозяйстве для обогрева, готовки пищи, обжига глиняной посуды и т.п. С точки зрения химического процесса выделение биогаза с тех пор никак не изменилось. Однако изменились технологии его извлечения, а так же пришло осознание необходимости использовать его как хорошее дополнение, а где-то и противовес, невозобновляемым энергетическим ресурсам (нефти, природному газу, углю).
Исчерпаемость природных энергетических ресурсов, а также негативная экологическая составляющая их использования, все острее ставит вопрос о внедрении альтернативы («чистой» энергии из возобновляемых источников) одной из которых и является биоэнергетика. Многие страны не имеют собственных природных энергетических источников и поэтому развивают другие. Например, во Франции в энергетическом балансе до 40% приходится на атомную энергетику, а Германия зависима от внешних источников, в частности от российского природного газа. Стремясь к энергетической независимости страна развивает ВИЭ - ветроэнергетику и биоэнергетику («чистую» энергетику).
Наша страна не имеет проблем с источниками энергии и поэтому альтернативные источники энергии не получают широкого развития. Так, биоэнергетика в общей структуре энергетики России (топливно-энергетическом балансе) не занимает и 1% процента, хотя для этого есть большие возможности, перспективы и даже насущная необходимость, вследствие исчерпаемости природных ресурсов, а также необходимости переработки отходов АПК. В то же время во многих стран мира, не только европейских или США, но также Китае, Индии, Бразилии и др., эти технологии давно и успешно развиваются. В качестве примера можно привести запущенный в Швеции еще в 2005 году, первый в мире «зеленый» поезд – поезд на биогазе (выработанном из навоза КРС и других органических отходов)[8]. Утилизация навоза крупного рогатого скота и других органических отходов позволила шведам снизить выбросы метана и двуокиси углерода, а также сократить расходы на потребление невозобновляемых природных ресурсов и продукции из них. Поезд перевозит 54 пассажира, развивает скорость до 130 км/ч, проектное расстояние 600 км.
|
|
|
В мире растет производство и потребление и вместе с ними накапливаются отходы - отходы производства (промышленные) и отходы потребления (коммунально-бытовые). Значительная часть из них может быть подвергнута вторичной переработке. Вместе с этим может быть решен целый ряд экономических, социальных и экологических проблем. Так, например, в рамках нашего исследования можно предположить, что биогазовая переработка отходов сахарного производства даст возможность сахарному заводу города Жердевка Тамбовской области с населением 15300 чел., не только сократить нагрузку на экологическую среду вокруг завода и города, но и, возможность обеспечить тепловой и электрической энергией нужны как самого завода, так и части либо всей городской инфраструктуры.
|
|
|
Исследование отечественного АПК показывает, что биоэнергетические (биогазовые) технологии экономически целесообразны и могут стимулировать интенсификацию развития сельскохозяйственного сектора экономики России, во всяком случае качественно способствовать решению проблемы утилизации отходов сельского хозяйства, а также развитию газификации и электрификации на селе.
Проблема утилизации отходов является одной из главных в совереном АПК РФ, с точки зрения экологических последствий, так как чаще всего они плохо складируются, не перерабатываются и наносят вред окружающей среде, в частности в виде окисления почв, о чем мы говорили ранее, что влечет за собой выведение из сельхозоборота огромных территорий. Так, например, под хранение навоза (а это 3-4 класс опасности) занято 2 млн. га земли, что составляет по площади около 20 тыс. кв. км[9], а это примерно половина площади Московской области. Окисление почв влечет загрязнение грунтовых вод, загрязнение атмосферы продуктами распадами – метаном в частности, и CO2.
|
|
|
В России в 2013 году принято Постановление правительства «О механизме стимулирования использования возобновляемых источников энергии на оптовом рынке электрической энергии и мощности»[10], направленное на стимулирование использования возобновляемых источников энергии и компенсацию тарифов по такой энергии с целью повышения ее конкурентоспособности. Эта система в будущем может стимулировать развитие сетевой генерации, продажи произведенной из биогаза электроэнергии на оптовом и розничном рынке[11].
Основной продукт биогазовой энергетики – биогаз, получаемый путем анаэробного (то есть без участия, доступа кислорода) брожения (ферментации), то есть разложения, чаще всего углеродов. В данном случае, сахарная свекла (и отходы из нее) содержащая много сахаров более предпочтительная для производителей газа в качестве субстрата для БГУ, чем, например, кукуруза.
|
|
|
Биогаз получается из любого органического вещества в условиях отсутствия кислорода (анаэробное состояние) путем разложения его бактериями. Для разного органического вещества требуется разное время брожения (ферментации) и разложения. Так, в контексте нашей работы, целесообразнее строить БГУ для последующего применения отходов сахарного, а не, например, кукурузного производства. Так, например, немецкие исследователи (а ФРГ является одним из лидеров по развитию альтернативной энергетики), отмечают, что свекла отличается большей выработкой газа, чем, например, кукуруза или злаковые. При этом ее выдерживают всего лишь 15-30 дней в ферментаторе (реакторе, метантенке, то есть емкости, где происходит сбраживание), против 90 дней у кукурузы, за счет чего можно повысить выработку газа[12].
В процессе метанового «брожения» (биометаногенеза) участвуют три группы бактерий[13]. Первые превращают сложные органические субстраты в масляную, пропионовую и молочную кислоты, вторые превращают эти органические кислоты в уксусную кислоту, водород и углекислый газ, а затем метанообразующие бактерии восстанавливают углекислый газ в метан с поглощением водорода, который в противном случае может ингибировать (то есть, подавлять) уксуснокислые бактерии.
Преимуществами биогазовой энергетики являются:
1. Доступность сырья для работы БГУ, отсутствие топливных затрат в структуре операционных расходов предприятия.
2. Доступность сырья и непрерывность технологического цикла определяет влечет максимизацию использования установленной мощности, что сокращает окупаемость БГУ и отличает их от прочих источников ВИЭ.
3. Технологическая гибкость: использование биогаза дает возможность получения одновременно нескольких видов энергоресурсов – газа, моторного топлива, тепла и электроэнергии.
4. Территориальная гибкость: при использовании транспортировки сжатого газа когенерационные установки могут быть размещены в любом районе и не требуют строительства дорогостоящих газопроводов и сетевой инфраструктуры, а также позволяют потребителям энергии сэкономить на стоимости подключения к сетям и выделения мощности
В настоящее время в мире ведется активное внедрение систем биогазовой энергетики, и если в древности биогаз использовали лишь в теплых климатических условиях, то современные технологии позволяют эффективно применять биогазовые энергетические системы в условиях континентальных климатических зон, преобладающих и на территории России.
Рис. 1. Потенциал производства биогаза по федеральным округам России[14]
Исследователи вопроса уверены, что определяющим стимулом для развития биогазовой энергетики должна стать поддержка на государственном уровне. Так, в странах, где государство для выкупа электроэнергии, производимой биогазовыми станциями, использует «зеленый тариф», доля биогазовой энергии составляет до 20 %. В данном случае речь идет о Финляндии, Швеции, Австрии. Успешным проектом являются коммерческие заводы по производству энергии из органических отходов в Дании, где доля биогазовой энергии составляет около 12 %. Минэнерго России рассчитывает выйти к показателю 10 % энергии от альтернативных источников всех видов лишь к 2030 году.
Существует два перспективных направления в производстве биогаза в России : строительство промышленных станций и реализация модульных установок заводского производства. С точки зрения технологических решений производство БГУ развивается также по двум направлениям. Первый вид биогазовых установок представляет собой модульные горизонтальные реакторы цилиндрической формы с мешалками серийного производства и поставляемые в готовом виде. Второй конструктивный вид – вертикальные метантенки, которые обычно монтируют на месте установки.
Как показывает практика, хозяйство, владеющее БГУ, использует зачастую не более 15 % вырабатываемой энергии, поэтому большая ее часть идет на продажу. Для стимулирования производителей биогазовой энергии Минэнерго разрабатывает комплекс мер: предполагается установить надбавку к оптовой цене электроэнергии и компенсировать затраты на подключении к электросети.
Сегодня, несмотря на достаточно благоприятную почву, в России действующих биогазовых электростанций считаные единицы, хотя среди них уже есть успешно работающие. Первый российский реактор был запущен в 2009 году в деревне Дошино Калужской области. Позднее в Белгородской области запустили биогазовые станции «Байцуры» на базе свиноводческого комплекса, а затем «Лучки». Присутствие на открытии последней представителей Госдумы и Правительства РФ вселяет надежду, что биогазовая отрасль в нашей стране не останется без государственной поддержки. В 2014 году планируется запуск крупной биогазовой станции в мордовском поселке Ромадановское.
Лидером по производству российского биогаза, по-видимому, в ближайшие годы останется Белгородская область: уже намечено строительство трех новых станций, а в более дальней перспективе в регионе планируется разместить более 100 биоэнергетических комплексов. И вопреки прогнозам министра энергетики региональные власти представляют свои расчеты, по которым скоро 10 % всей российской электроэнергии будет производиться биореакторами белгородчины.
Поскольку большая часть органических отходов приходится на АПК, то развитие биогазовой энергетики наиболее перспективным видится именно в сельской местности нашей страны. Однако в в настоящее время биомасса отходов АПК преимущественно рассматривается как источник убытков. Вместе с тем, биогаз представляет собой экологически безопасный и дешевый вид энергоносителя.
С развитием биогазовых технологий достигается и ряд положительных побочных эффектов, актуальных для российского села, например:
– решение проблемы переработки биоотходов и вопрос загрязнения водоемов. На этапе очистки стоков (коммунальных и животноводческих) удаляется до 90 % органических соединений,
- получение высокоэффективных удобрений в процессе эксплуатации биогазовых станций. При анаэробной переработке сельскохозяйственных отходов биомасса разделяется на органическую и минеральную составляющие, и в результате на выходе мы имеем качественные азотно-фосфорные удобрения (для сравнения: при утилизации отходов путем компостирования сохраняется лишь до 40 % азота).
Особого внимания заслуживают вырабатываемые биогазовыми станциями удобрения. Биореакторы (ферментаторы), перерабатывающие органические отходы, позволяют получать высокоэффективные биоудобрения.
Эффлюент – органические удобрения, полученные в результате анаэробной переработки органических отходов в ферментаторах.
Преимущества биоудобрений перед другими органическими удобрениями (навозом, пометом, торфом):
• отсутствие семян сорняков
• отсутствие патогенной микрофлоры
• наличие микрофлоры, способствующей интенсивному росту растений
• отсутствие адаптационного периода для эффективного воздействия
• высокий коэффициент усовяемости растениями
• стойкость к вымыванию из почвы питательных элементов
• максимальное сохранение и накопление азота
• гумификация почвы.
Стоит отметить, что Россия отличается очень низким показателем по использованию удобрений – в среднем 50 кг/га, в то же время в западноевропейских странах эта величина составляет около 500 кг/га. Поэтому потребность в дополнительном производстве удобрений в нашей стране – до 600 млн тонн в год, и удобрения, полученные в процессе работы биогазовых установок, помогут решить эту проблему.
Высокая рентабельность биогазовых технологий обеспечивается одновременным производством высокоэффективных органических удобрений, 1 т которых (по эффекту «на урожай») равноценна 70-80 т естественных отходов животноводства и птицеводства. Этим объясняется быстрая (1-2 года) окупаемость биогазовых установок.
Положительный эффект от внедрения БГУ в РФ будет достигнут при соблюдении следующих факторов:
— низкая стоимость установок;
— стремление пользователей к энергонезависимости;
— высокая надежность и доступная эксплуатация;
— высокая степень безотходности работы реакторов.
Что касается стоимости, то БГУ не требует строительства и обслуживания газопровода, необходимого для подведения природного газа, а сама стоимость установки не превышает 30 % от всех расходов на ее эксплуатацию. Так как биогазовая установка автономна, то может использоваться в любых условиях, притом что потребность в автономных энергетических системах в России крайне высока: не более 40 % фермерских хозяйств в нашей стране имеют сегодня доступ к магистральному газу и не более 20 % – к тепловым сетям.
[1] Уровень газификации в среднем по России в 2015 году перешагнул за отметку в 66%, на селе - 56%, рассказал на встрече с президентом Владимиром Путиным глава «Газпрома» Алексей Миллер. Агентство «Интерфакс». 29 февраля 2016. Источник: http://www.interfax.ru/business/496656
[2] Renewables 2014. Global status report. (Возобновляемые источники энергии: отчет глобального состояния. http://www.ren21.net/Portals/0/documents/Resources/GSR/2014/GSR2014_full%20report_low%20res.pdf
[3] Ганенко И. Сахарный топ: 85% сахара делают шесть регионов. Опубликовано: журнал «Агроинвестор», ноябрь 2015. Источник: http://www.agroinvestor.ru/companies/article/22503-sakharnyy-top-85/
[4] Скопинцева Е. Российские аграрии увеличили сбор сахарной свеклы на треть. Опубликовано: Журнал «Экономика и жизнь», №1 (9617), 2016. Источник: http://www.eg-online.ru/article/301732/
[5] Биоресурсы / В. В. Благутина // Химия и жизнь - XXI век. - 2007. - № 1. - С. 36-39.
[6] Биоэнергетика России в XXI веке. Исследование Российского энергетического агентства (РЭА). М., 2012.С. 11
[7] Кузнецов А.Е. Экологические особенности разложения в черноземе типичном жомодефекатных компостов и их влияние на показатели продуктивности почв. Автореферат на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Владимир, 2013.
[8] Швеция представила первый поезд на биогазе. Источник: http://news.bbc.co.uk/hi/russian/sci/tech/newsid_4114000/4114516.stm
[9][9] Биотопливо – везде. Сборник «50 лучших проектов в области развития общественных связей «Серебряный лучник». 2012-2013. М., 2013.
[10][10] Постановление Правительства РФ от 28.05.2013 N 449 (ред. от 10.11.2015) "О механизме стимулирования использования возобновляемых источников энергии на оптовом рынке электрической энергии и мощности" (вместе с "Правилами определения цены на мощность генерирующих объектов, функционирующих на основе возобновляемых источников энергии").
[11] Лукьянов А. Белгород. Биогаз и биогазовые станции. Анализ и реализованные проекты. http://portal-energo.ru/articles/details/id/700
[12] CLAAS — системный подход в вопросах биогаза. Больше энергии. 11 мая 2011. Источник: http://www.claas.ru/blueprint/servlet/blob/76286/24194e1a7b4ba98391b583db7173bc37/biomass-brochure-biogas-expertise-data.pdf
[13] Орехов А.В. Особенности реализации проекта строительства биогазовой станции «Байцуры» в Белгородской области. Опубликовано: журнал «Энергосовет», №5 (24), 2012. Источник: http://www.energosovet.ru/bul_stat.php?idd=337
[14] Биогаз в России. Источник: http://biogaz-russia.ru/biogaz-v-rossii/
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 1068; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!