біогаз

14

Міністерство освіти і науки України

Вінницький національний технічний університет

Інститут будівництва, теплоенергетики та газопостачання

Кафедра ТЕ

ЗВІТ

з дисципліни: «Основи науково-дослідної роботи»

на тему: «Використання сонячної енергії та безпечних для довкілля енергетичних технологій»

Виконав:

ст.гр ТЕ-11

Робак М.Г

Перевірила:

доцент кафедри ТЕ

Остапенко О.П

Вінниця ВНТУ 2013

ЗМІСТ

1.Вступ........................................................................................................................	3 4
2.Біогаз у Європі........................................................................................................
2.1Спільні переробні підприємства................................................................. 6
2.2 Біогаз це -..................................................................................................... 9 2.3 Переваги і недоліки .................................................................................... 11
3.Висновки.................................................................................................................	13
3.Перелік посилань...................................................................................................	14

Вступ

Загострення проблеми забруднення навколишнього середовища органічними відходами тваринницької галузі, а також зростаючий дефіцит енергетичних ресурсів є головними мотивами інтенсифікації європейських розробок у галузі виробництва та ефективного використання біогазу. Виробництво біогазу, який є продуктом анаеробного зброджування гною та інших органічних відходів, дає не лише відновлювану енергію, але є ефективним шляхом боротьби з забрудненням води й повітря шкідливими відходами. У галузі виробництва біогазу європейське тваринництво, зокрема свинарство та птахівництво, має величезний потенціал. Останні десятиріччя характеризувалися стійкою тенденцією до укрупнення тваринницького виробництва, внаслідок чого пересічна європейська ферма щороку збільшувала кількість органічних відходів та підвищувала вимоги щодо енергозабезпечення. Придатні до використання біологічні ресурси

Гній не є єдиним потенціальним видом сировини для виробництва біогазу. Сировиною можуть бути й інші типи відходів рослинного та тваринного походження, що продукуються харчовою, фармацевтичною та ферментною індустрією, садівничими господарствами, підприємствами громадського харчування, ринками, а також побутові відходи. Поточні проекти та тенденції, пов’язані з виробництвом біогазу у країнах ЄЕС

У сучасній Європі найбільшого поширення набули три концепції виробництва біогазу: 1 — виробниче устаткування при фермерських господарствах; 2 — потужні лінії з переробки гною, розраховані на задоволення спільних потреб кількох господарств; 3 — найпотужніші підприємства, що спеціалізуються на переробці органічних відходів різноманітного походження. Звичайно, цей розподіл має умовний характер (оскільки на практиці виробнича потужність устаткування, що обслуговує потреби окремого фермерського господарства, може перевищувати відповідний показник для деяких спільних переробних підприємств, а останні можуть мати конструктивні елементи, що дають змогу, окрім гною, переробляти інші органічні відходи тощо). Устаткування для фермерських господарств розраховане на видобуток біогазу з гною, що виробляється окремим фермерським господарством, а також на забезпечення його потреб в опаленні та електроенергії. Перероблений гній може використовуватися як органічне добриво. Надлишок електричної енергії може реалізовуватися енергетичним компаніям і у такий спосіб приносити фермі додатковий прибуток. Помітний економічний ефект може мати зменшення потреб господарства у твердому паливі. Як правило, таке устаткування складається з резервуарів для попереднього зберігання, анаеробних реакторів з системами керування та обігрівання, насосів для завантажування та розвантажування, резервуарів для дальшої переробки, резервуарів для зберігання відпрацьованої біомаси, системи для зберігання та транспортування газу, а також універсального модуля для опалення та вироблення електроенергії. Спільні переробні підприємства створюються для переробки гною, що утворюється у кількох тваринницьких господарствах — здебільшого свинарських, молочних та птахівничих (від 5 до 100 ферм). Газ може видобуватися з гною у суміші з органічними відходами деяких інших типів. Ефективність такого підприємства визначається кількістю органічних відходів, що є найдешевшою сировиною. Як правило, підприємство складається з кількох блоків. Блок попереднього зберігання містить окремі резервуари для гною та органічних відходів, а також резервуари для гомогенізації та теплообмінники, в яких тепло вже переробленої маси використовується для попереднього розігрівання сировини. Анаеробні реактори, оснащені системами автоматичного керування, мають вигляд сталевих резервуарів з конічним дном. Температурний процес — мезофільний або термофільний. Підприємства, орієнтовані на термофільний процес, поширені більше через ліпшу відповідність такого зброджування санітарним вимогам, оскільки мезофільне зброджування потребує додаткового технологічного етапу пастеризації. Зброджений гній після тимчасового зберігання на підприємстві повертається на фермерські господарства для подальшого використання як органічного добрива. Хоча сільськогосподарські стандарти різних європейських країн вимагають різних термінів зберігання гною, як правило, воно має тривати дев’ять місяців — особливо, якщо йдеться про свинячий гній. Отриманий біогаз перетворюється на теплову та електричну енергію за допомогою універсального переробного модуля. Теплова енергія використовується для технологічних потреб підприємства, а її надлишок постачається місцевим господарствам. Електрика реалізується енергетичним компаніям. Деякі підприємства транспортують біогаз трубопроводом для використання в електро- та опалювальних станціях найближчих міст. У Швеції, Швейцарії та деяких інших країнах біогаз після додаткового очищення використовують як автомобільне паливо. Підприємства, спеціалізовані на переробці органічних відходів різноманітного походження, оснащені найбільш технологічно досконалими виробничними лініями для одержання біогазу як з рідких, так і з твердих органічних відходів. Найбільшу складність становлять підготівельні процеси, під час яких стан побутових і садівничих відходів узгоджується з гігієнічними вимогами. Анаеробне зброджування не відрізняється від того, що практикується на спільних переробних підприємствах, але у деяких випадках йому передує додатковий технологічний етап гідролізу. Обробка відпрацьованого матеріалу з високим вмістом сухої речовини може передбачати аеробне компостування. Залишок рідини використовується для потреб підприємства або утилізується після попереднього очищення. Деякі з цих підприємств критикуються за їхню неспроможність забезпечити достатній рівень якості відпрацьованого матеріалу, який дав би змогу використовувати його як органічне добриво. Поточний стан

Спільні переробні підприємства набули найбільшого поширення у таких північних країнах, як Швеція та Данія, а також у деяких регіонах Німеччини (схема приведена на рисунку 1.1). Ефективність цих підприємств перебуває у прямій залежності від їхніх масштабів, тобто вартість переробки кожного кубометра біомаси є тим меншою, що більшими є розміри підприємства. Додатковою перевагою спільних переробних підприємств, порівняно з обладнанням для індивідуального користування, є висока кваліфікація та спеціалізація обслуговуючого персоналу.

Рисунок 1.1 - Спільні переробні підприємства

У Німеччині нині понад 1300 ферм обладнано устаткуванням для одержання біогазу, і у близькому майбутньому їх кількість має помітно зрости. Остання генерація обладнання вирізняється конструктивною простотою та високим рівнем стандартизації. На думку німецьких фермерів, виробництво біогазу дає найбільш відчутний економічний ефект малим господарствам, у яких потужність генераторів не перевищує 500 кВт. Реалізаційна вартість виробленої фермерами енергії становить 0,20 DM за кіловат-годину. В Австрії кількість ферм, обладнаних устаткуванням для одержання біогазу, перевищує сотню. Порівняно зі своїми німецькими колегами, австрійські фермери мають менше заохочувальних економічних факторів. Утім, з плином часу “зелена електроенергія”, для вироблення якої як сировину використовують гній та пасовищні культури, набуває в Австрії дедалі більшої популярності. Принаймні два австрійських підприємства виробляють біогаз виключно з пасовищних культур. Великі свинарські господарства, де поголів’я перевищує 500 свиноматок, часто стикаються з проблемою утилізації надмірної кількості гною, якого утворюється набагато більше, ніж потрібно для використання як органічного добрива. Особливо гостро ця проблема стоїть у Греції, Іспанії, Португалії, Ірландії, Великій Британії, Франції, Голландії та Данії. Оскільки такі ферми особливо зацікавлені у досягненні енергетичної незалежності, а також у можливості отримання додаткового прибутку за рахунок збуту надлишку електроенергії, ідея виробництва біогазу зі свинячого гною та, у деяких випадках, з пасовищної сировини є для них виключно привабливою. Важливим фактором, здатним сприяти поширенню устаткування для виробництва біогазу у великих тваринницьких господарствах, може стати відчутний негативний вплив, який мають ці підприємства на екологію довкілля. Інтегровані системи переробки органічних відходів значною мірою усувають екологічні негаразди, зокрема ті, що пов’язані зі смородом та порушенням санітарно-епідеміологічних вимог. Передбачається, що до 2010 р. питома вага електроенергії, що виробляється з відновлюваних джерел, подвоїться. Зокрема, біоелектроенергетика зросте втричі. Слід очікувати на зростання закупівельних цін на “зелену електроенергію”, які будуть підтримуватися на високому рівні з метою заохочення європейського фермерства до використання устаткування для переробки органічних відходів. Вірогідним є також вживання інших заохочувальних заходів. Підсумок

У справі запровадження “зеленої електроенергетики” головну роль відіграє фермерська спільнота. Сьогодні у Німеччині та Данії виробництво біогазу є найбільш привабливим для невеликих сімейних фермерських господарств, “екологічних ферм” та великих свинарських комплексів. Заохочувальними факторами для них є підвищення енергетичної незалежності підприємства, додатковий прибуток завдяки реалізації надлишку електроенергії, вирішення екологічних проблем, пов’язаних із забрудненням довкілля та смородом тощо. Актуальність запланованої керівництвом ЄЕС програми розвитку виробництва біогазу пояснюється, насамперед, нагальною потребою зменшити негативний вплив, який сучасне тваринництво справляє на екологічне становище. Інші джерела виробництва біогазу (смітники та підприємства переробної промисловості) також мають велике значення як для екології, так і для енергетики. Технології переробки органічних відходів, що активно розроблялися протягом останнього десятиріччя, нині достатньо визріли для промислового впровадження. Наступним важливим кроком стане налагодження стандартизованого та масового виробництва переробного обладнання, яке дасть змогу істотно знизити його собівартість. За умов достатніх інвестицій у науково-дослідні розробки та програми, спрямовані на подальший розвиток технологій виробництва та утилізації біогазу, слід очікувати здійснення оптимістичних прогнозів, які передбачають підвищення загальних європейських біоелектроенергетичних потужностей до 1000 МВт уже протягом кількох наступних років. Дотримання програми енергетичного розвитку, запропонованої загальноєвропейським урядом у так званому Білому Плані, потребуватиме напруженої і добре скоординованої роботи, а також усебічної фінансової підтримки. Програма науково-дослідних розробок та впровадження технологій підвищення ефективності використання поновлюваних енергетичних джерел є одним з ключових факторів для забезпечення добробуту громадян об’єднаної Європи, а також для успішного впровадження інших ініціатив керівництва ЄЕС. Ця програма потребуватиме спілних зусиль багатьох наукових установ різної спеціалізації.

Біогазові комплекси. Вирішення проблеми утилізації органічних відходів (гній, послід, харчові відходи, стічні води, жом). Одержання з відходів біогазу, електроенергії, тепла, добрив.

Ефективним поновлюваним джерелом енергії є біомаса. Ресурси біомаси в різних видах є майже в усіх регіонах світу, і майже в кожному з них може бути налагоджена її переробка в енергію і паливо. На сучасному рівні за рахунок біомаси можна перекрити 6-10% від загальної кількості енергетичних потреб. Щорічно на Землі за допомогою фотосинтезу утворюється близько 120 млрд. тонн сухої органічної речовини, що енергетично еквівалентно понад 40 млрд. тонн нафти . Використання біомаси може проводитися в наступних напрямках:

• пряме спалювання;

• виробництво біогазу з біомаси;

• виробництво етилового спирту для одержання моторного палива;

Найбільш ефективним способом переробки органічних поновлюваних джерел енергії (ВДЕ) є отримання біогазу. Біомаса дає сьому частину світового обсягу палива, а за кількістю отриманої енергії займає поряд із природним газом третє місце. З біомаси одержують у 4 рази більше енергії, ніж дає ядерна енергетика. Біогаз отриманий з різного органічного матеріалу буде відрізнятися своєю теплотворення: газ побутових відходів, с/г відходів і газ стічних вод і він має найбільшу теплотворення серед газів попередніх природному газу. Біогаз з органічної біомаси, будь то відходи побутові, сільськогосподарського походження або відходи харчових виробництв, становить значну конкуренцію за рахунок низької вартості біомаси.

За даними статистики щорічно в країнах ЄЕС проводиться побутових і сільськогосподарських відходів в обсязі 100-120 млн. тонн нафтового еквівалента (н.е.). З них 50-60 млн. т н.е. можуть бути утилізовані у віддаленій перспективі, а 15-20 млн. т н.е. зараз. Аналогічні показники для альтернативних джерел енергії складають (млн. т н.е.): геотермальна енергія - 3-7,5, сонячна енергія - 10-20, вітрова - 6-10.

У нетрадиційної галузі особливе місце займає переробка біомаси (органічних сільськогосподарських та побутових відходів) метановим бродінням з отриманням біогазу, що містить близько 70% метану, і знезаражених органічних добрив. Надзвичайно важлива утилізація біомаси в сільському господарстві, де на різні технологічні потреби витрачається велика кількість палива і безупинно зростає потреба у високоякісних добривах. Усього у світі в даний час використовується чи розробляється близько 60-ти різновидів біогазових технологій. 

Біогаз - це суміш метану і вуглекислого газу, що утворюється в процесі анаеробного зброджування спеціальних реакторах - метантенках (схема приведена на рисунку 1.2) , влаштованих і керованих таким чином, щоб забезпечити максимальне виділення метану. Енергія, що отримується при спалюванні біогазу, може досягати від 60 до 90% тієї, якою володіє вихідний матеріал.

Рисунок 1.2 – Схема біогазової установки

Інша, - і дуже важливе, - гідність процесу переробки біомаси полягає в тому, що в його відходах міститься значно менше хвороботворних мікроорганізмів, ніж у вихідному матеріалі.

Вихідним матеріалом для отримання біогазу можуть служити практично будь-які речовини органічного походження. Отримання біогазу економічно виправдано і є кращим при переробці постійного потоку відходів (стоки тваринницьких ферм, боєнь, рослинних відходів і т.д.).

Слід зазначити, що для різних органічних матеріалів процес отримання біогазу буде відрізнятися технічними рішеннями. Наприклад, для сміттєвих звалищ не обов'язково переміщення біомаси в окрему ємність або резервуар. Біомаса звалища вже виділяє газ і для прискорення цього процесу досить обмежити доступ кисню і зробити свердловини безпосередньо за місцем звалища.

Отриманий таким чином біогаз можна утилізувати різними способами. Сфера застосування в першу чергу залежить від потреб в потужності (теплової, електричної). Первісною можливістю утилізувати біогаз було його спалювання в теплових установках. На даний момент такий варіант виправданий у випадку не більших потужностей і необхідності тільки в тепловій енергії. До того ж, через технічні проблем малих газових пальників (з-за, наприклад, непостійного складу біогазу) ця можливість в даний час реалізується мало. Якщо біогаз підводиться для теплового використання, то для цього потрібні спеціальні газові пальники (газові пальники без піддування, газові пальники з піддувом.).  Переваги та недоліки технології переробки біомаси в біогаз.  Переваги

• Замість звичайної утилізації органічних відходів виробляється енергія, і використовуються поживні речовини (добрива).

• Економія промислових добрив і засобів по захисту рослин і захисту води Органічна біомаса, що пройшла процес анаеробного бродіння, більш ефективний продукт удобрення грунтів. Таке добриво має у своєму складі менше хвороботворних мікроорганізмів і краще засвоюється рослинами. З цієї ж причини такі добрива не забруднюють грунтові води.

• Зменшення емісії, що має тепличний ефект, насамперед метану (СН4), закису азоту (NО2) і діоксиду вуглецю (CO2).

• Забезпечуються, зберігаються і частково формуються заново робочі місця

• Виділення запаху скорочується до 80%, так як інтенсивно розкладаються сильно пахнуть речовини, такі як, наприклад, летючі жирні кислоти або феноли. У результаті гомогенізації зростає насосного та розтікання. Тим самим досягається більш рівномірне і кращий розподіл при внесенні.

Недоліки

Складування біогазу в закритих ємностях підвищує вимоги до безпеки при використанні біогазових установок.

Висновок

Як бачимо, біомаса є дуже ефективним поновлюваним джерелом енергії у всіх аспектах: енергетичному, екологічному та економічному. На жаль, в даний момент дана технологія переробки біомаси практично не реалізована в Україну.

З причини постійно зростаючої проблеми з непоновлюваними джерелами енергії (газ, нафта, вугілля) застосування біотехнологій є одним з найефективніших способів подолання екологічної, енергетичної криз.

Перелік посилань

1. Малофєєв В. М. Біотехнологія й охорона довкілля: Навчальний посібник / В Б малофеев_ : Видавництво Арктос 1998. – 188 c.

2.Мариненко Е. Е. Основи отримання й використання біопалива вирішення питань енергозбереження і охорони навколишнього середовища в житлово-комунальному і сільське господарство: Навчальний посібник. / Е Е Мариненко. _ Волгоград : ВолгГАСА 2003. - 100 c.