биогаз на основе возобновляемого сырья

Относительная частотность распределения [%]

Инсектициды Фунгициды

3.4.2Использование эксплуатационных материалов

При рассмотрении изменений в объеме использования эксплуатационных материалов в результате строительства БГУ проводилась лишь грубая оценка по критериям “значительно меньше”, “меньше” или “больше” эксплуатационных материалов или “без изменений” в обработке и возделывании. Здесь можно предоставить лишь субъективные данные, так как распределение по этим четырем категориям является очень неоднородным.

Как это отображено на изображении 3-107 и 3-108, использование химических средств защиты растений и минеральных удобрений было сокращено. Исключение составляло лишь использование горючего. Что касается инсектицидов и фунгицидов, выявляется похожая картина с однородным распределение (на уровне ок. 30%) по критериям “значительно меньше”, “меньше” и “без изменений” (изображение 3-107, слева). Использование минеральных азотных удобрений было снижено на 76% установок, в то время как использование калия и фосфата на более чем 50% установок осталось на прежнем уровне.

Что касается расхода горючего, то здесь отмечается тенденция в обратном направлении. Почти на 40% установок было отмечено увеличение расхода горючего. По оценке эксплуатирующих предприятий, общая интенсивность использования земель сократилась (43%) или осталась на прежнем уровне (45%). Только 9% предприятий указали на увеличение интенсивности.

В общем итоге общая интенсивность землепользования после строительства биогазовой установки скорее сократилась, что объясняется уменьшением объема применения химических средств защиты растений и минеральных удобрений. А объемы использования горючего, напротив, увеличились в почти 40% случаев.

3.4.3 Транспорт

На основе информационного банка данных по 34 установках определяется средняя дальность перевозки, равная 4,8 км, с загрузкой 15,3 т на каждый рейс (таблица 3-20).

На изображении 3-109 показаны различные значения дальности перевозок. В соответствии с этими данными средняя дальность перевозок возобновляемого сырья, составляющая 5,4 км, выше средней дальности перевозок остатка брожения, равной 4,2 км. Для транспортировки возобновляемого сырья в отдельных случаях необходимо преодолевать расстояния свыше 10 км, в то время как в отношении транспортировки остатка брожения только на одной установке была отмечена дальность перевозки, составляющая 8 км. Во всех других установках дальность перевозок остатка брожения составляет менее 8 км.

Величина среднего объема транспортируемого остатка брожения всего не намного выше объема перевозимого возобновляемого биосырья (таблица 3-20).

В отношении 23 установок на основе годовых объемов был произведен суммарный расчет дальности всех перевозок возоб-

новляемого сырья и остатка брожения. Средние величины дальности перевозок к сельскохозяйственным полям были рассчитаны дважды, чтобы в суммарной дальности перевозок за год учитывать и обратный путь с поля.

Общее среднее количество грузо-километров на установках составляет 8985 км в год (таблица 3-20), причем отдельные значения находятся в диапазоне от 684 км (БГУ 32) и 39520 км (БГУ 10) (изображение 3-111). На БГУ 10, крупнейшей из представленных здесь установок, с оборотом субстрата почти 30000 т/г, дальность перевозок находится на уровне выше среднего и составляет 9 км.

Если рассматривать величину общей протяженности транспортного пути за год в соотношении с объемом загруженного ма-

териала, БГУ 10 со значением 1,3 км/ттзагрузки находится в диапазоне средних значений, а БГУ 25 достигает максимального зна-

чения, равного 1,8 км/ттзагрузки (изображение 3-112). Минимальные значения здесь отмечаются на БГУ 32, 33 и 55. Низкий

показатель на БГУ 55 объясняется низким средним значением дальности перевозок, составляющим всего 1 км. Данные по объему, предоставленные предприятиями, которые осуществляют эксплуатацию БГУ 32 и 33, вероятно, являются неверными, что вызывает недооценку величины грузо-километров.

В связи с ограниченным объемом данных, собранных в отношении всего лишь 23 установок, предоставить общие заключения о затратах на транспортировку возобновляемого сырья и остатка брожения можно только в ограниченной степени.

Как уже было отмечено в разделе “Использование эксплуатационных материалов”, строительство биогазовой установки в большинстве случаев привело к увеличению расхода горючего. Для сокращения суммарного количества грузо-километров с экономической и экологической точки зрения, уже на этапе планирования биогазовой установки необходимо обращать внимание на оптимальную интеграцию установки в сельскохозяйственный регион и наличие наиболее коротких путей перевозки грузов.

Выводы и перспективы

Результаты данного исследования показывают, что производство биогаза в Германии представляет собой выгодную с экономической точки зрения отрасль сельского хозяйства, при условии, что техническое обеспечение установки и способ ее эксплуатации оптимальным образом согласованы со структурными свойствами субстратов, а место ее расположения выбрано с учетом эффективного обеспечения биомассой и позволяет рационально утилизировать вырабатываемый газ. Помимо наличия наименее затратных субстратов, ключом к экономическому успеху являются, прежде всего, исправная, не подверженная частым сбоям эксплуатация оборудования, полное использование потенциала субстрата, а также оптимальная нагрузка всей установки.

Сравнительный анализ 61 биогазовой установки наглядно демонстрирует, что во многих сферах можно достичь значительных улучшений, которые смогут обеспечить эффективную эксплуатацию системы и получение более высокой прибыли. Особо важное значение имеет высокий показатель числа часов работы БТЭЦ на полную мощность, предпосылками для достижения которого являются исправная эксплуатация оборудования, тщательным образом продуманный расчет параметров и размеров всех компонентов установки, а также уравновешенная структура состава субстратов.

Использование новых технологий загрузки твердых компонентов, а также зачастую не приспособленные под работу с субстратами с высоким содержанием твердых веществ устройства для перемешивания массы, в отдельных случаях приводили к неоднократному возникновению неисправностей и

сбоев в техническом и биологическом обеспечении технологического процесса. Для предотвращения возникновения простоя оборудования, который очень быстро может привести к возникновению убытков в особо крупных размерах, используемые агрегаты следует подбирать в соответствии со структурными характеристиками субстратов на основе возобновляемого сырья. Это можно достичь за счет выбора подходящего конструкционного материала, а также таких параметров и размеров оборудования, которые приспособлены для продолжительной и безотказной работы. Те неисправности, которые часто возникали в двигателях блочных теплоэлектроцентралей и приводили к отключению оборудования, в большинстве случаев могли бы быть предотвращены благодаря их регулярному и квалифицированному техническому обслуживанию. Одновременно с этим регулярное техническое обслуживание поможет достичь высоких показателей коэффициента полезного действия на продолжительное время и снижения объемов выброса отработавших газов.

Помимо исправной и не подверженной частым сбоям эксплуатации оборудования большое значением имеет эффективное использование энергетического потенциала используемых субстратов. Результаты расчетов выхода метана, удельной выработки электроэнергии, а также потенциала остаточного газа в остатках ферментирующей массы показывают, что величина времени отстаивания субстрата является самым важным и определяющим показателем полноты его использования. Прежде всего, в установках со сравнительно невысоким показателем времени отстаивания менее 100 дней и одноступенчатым тех-

нологическим процессом отмечается низкий показатель использования субстрата, что при открытом хранении остатков брожения еще и приводит к нежелательным и негативно влияющим на климат выбросам метана. Так как стоимость субстратов составляет в среднем 42% от производственных расходов,

вобязательном порядке следует избегать низких значений времени отстаивания, за исключением тех случаев, когда за счет предварительной обработки субстрата ускоряется его разложение или на установке имеется хранилище для остатков брожения, оборудованное газонепроницаемым покрытием. Последнее представляется целесообразным не только в связи с увеличением доли утилизации газа и предотвращением вредных с экологической точки зрения выбросов метана, но и в связи с одновременным предотвращением появления неприятных запахов, увеличением емкости хранения газа и предотвращением попадания дождевых вод в емкость с остатком брожения.

Важной задачей при проектировании установки, решение которой позволит достичь работы БТЭЦ с оптимальной мощностью, является определение верных параметров и размеров, как ферментера, так и самой блочной теплоэлектроцентрали. Предпосылкой этому является то, что определяемый на этапе планирования спектр субстратов также будет использоваться и

входе последующей эксплуатации установки. Результаты исследования демонстрируют, что в связи с увеличением цен на зерновые злаки этот вид сырья часто заменяется кукурузным силосом. Вследствие значительно сниженной концентрации энергии в субстрате БТЭЦ тогда будет работать с неполной нагрузкой, что обусловит снижение значения электрического КПД.

Поэтому при проектировании установки следует обращать внимание на то, что при использовании субстратов с особенно высоким энергетическим потенциалом оценка их наличия и стоимости будет определена с достаточной надежностью и, по возможности, на более длительный период времени.

Экономическая оценка показала, что оплата электроэнергии по ставкам, установленным Законом о возобновляемых источниках энергии (EEG), не дает никакой гарантии экономического успеха при эксплуатации биогазовой установки. Помимо эффективного использования энергетического потенциала субстрата и высокого показателя использования блочной теплоэлектроцентралью установленной мощности по выработке электроэнергии, большую роль - как с экономической, так и экологической точки зрения - играет использование тепловой энергии. Результаты исследования показывают, что доход от продажи тепловой энергии может достичь до 20 % от всей прибыли. В контексте дальнейшего развития производства газа разработка комплексной концепции утилизации тепловой энергии имеет центральное значение с экономической и экологической точки зрения. Только в том случае, если удастся практически полностью использовать энергию выработанного биогаза, применение возобновляемого сырья в биогазовых установках будет продолжительное время способствовать накоплению потенциала и рентабельности в сельском хозяйстве. Важную роль при этом играет возможность замены дорогостоящих минеральных удобрений остатками брожения из биогазовых установок, в результате чего, в зависимости от землепользования и управления хозяйством, можно достичь экономии вплоть до 250 €/га.

6.2 Список сокращений

ATB . . . . . . . . . . . . . . Институт аграрной техники им. Лейбница Потсдам-Борним, Отделение Биотехнологии

AV (раб. об.) . . . . . . . рабочий объем

Bh. . . . . . . . . . . . . . . . часы работы БТЭЦ

BMELV . . . . . . . . . . . Федеральное министерство питания, сельского хозяйства и защиты потребителей

BMP I. . . . . . . . . . . . . Научная программа измерения параметров производства биогаза для оценки биогазовых установок на сельскохозяйственных предприятиях (2005)

BMU. . . . . . . . . . . . . . Федеральное министерство охраны окружающей среды, охраны природы и атомной безопасности

BRoTR . . . . . . . . . . . . . нагрузка по оСВ

CCM. . . . . . . . . . . . . . зерно-стержневая смесь (Corn-Cob-Mix)

CH4. . . . . . . . . . . . . . . метан

CO2. . . . . . . . . . . . . . . диоксид углерода

DBFZ . . . . . . . . . . . . . Германский научный центр по исследованию биомассы ГмбХ, Отделение Биогазовые технологии