3 Технико-экономическое обоснование ввода биогазовой установки в гуп Амурской области «Улгэн»

3.1 Краткая характеристика рассматриваемого предприятия

Представим характеристику рассматриваемого предприятия (Таблица 2).

Таблица 2 – Характеристика ГУП Амурской области «Улгэн»

Местонахождение	РФ, Амурская область, Селемджинский район, с. Ивановское
Направления основной деятельности	разведение крупного рогатого скота, производство мяса и пищевых субпродуктов
Численность поголовья	229 голов крупного рогатого скота
Технические характеристики ангара для крупного рогатого скота	керамзитобетонные стены, толщиной 30 см.
	совмещенное перекрытие
	двойные окна размером 1,2×1,0 м. в количестве 36 шт.
	двойные ворота размером 3,0×2,7 м.
Температура в ангаре для крупного рогатого скота	+100С (нормативная для данного помещения)
Относительная влажность в ангаре для крупного рогатого скота	75% (для заданной климатической зоны)
Система навозоудаления	каскадно-сплавная
Влажность органических отходов крупного рогатого скота	80% (естественная)

3.2 Оценка количественной выработки биогаза и энергии

Как было указано выше биогазовые установки способны использовать для работы достаточно широкий спектр сырья. В рамках подготовительной части проекта необходимо определить наиболее подходящий для функционирования внедряемого биоэнергетического оборудования вид органического субстрата, который имелся бы у предприятия в наличии. Выбор осуществляется по доступности и показателям выхода биогаза на тонну сырья. Представим перечень имеющегося органического сырья, которое было бы пригодно для использования в качестве топлива (Таблица 3).

Таблица 3 – Перечень органического сырья, подходящего для использования в биогазовых установках

Категория сырья	Выход биогаза (м³) на тонну базового сырья
Навоз крупного рогатого скота	60-120
Навозная жижа крупного рогатого скота	20-30
Жировая ткань	1290
Отходы с мясобойни	240-510
Травяной силос	210-410
Трава	290-490

К числу наиболее популярных относят биогазовые установки, предусматривающие использование в качестве базового сырья органические отходы жизнедеятельности сельскохозяйственных животных. Поскольку основная деятельность рассматриваемого предприятия связана с разведением крупного рогатого скота, то в качестве основного органического сырья для биогазовой установки выбирается навоз крупного рогатого скота. Данный субстрат является наиболее оптимальным поскольку в желудочно-кишечном тракте особей крупного рогатого скота содержатся колонии бактерий, осуществляющих выработку метана.

Суточное поступление органических отходов от сельскохозяйственных животных определяется по формуле (1):

, (1)

где – количество особей крупного рогатого скота;

– суточный выход органических отходов от особи крупного рогатого скота, кг.

Согласно краткой характеристике предприятия, на сегодняшний день в его ведении содержится 229 голов крупного рогатого скота. По усредненным подсчетам, в сутки одна особь крупного рогатого скота производит порядка 55 кг. органических отходов. Однако стоит учесть неизбежные потери порядка 5 кг. органических отходов во время выгула крупного рогатого скота.

Произведем расчет суточного поступления органических отходов от поголовья крупного рогатого скота на предприятии:

.

Суточная доля сухого органического вещества в биомассе определяется по формуле (2):

, (2)

где – установленная влажность биомассы, %.

Произведем расчет суточной доли сухого органического вещества в составе органических отходов поголовья крупного рогатого скота, при установленной влажности биомассы 80%:

Выход биогаза, при полном разложении сухого органического вещества определяется по формуле (3):

, (3)

где – выход биогаза из 1 т. сухого органического вещества.

Выход биогаза на 1 т. навоза крупного рогатого скота составляет от 60 м³до 120м³, для расчетов будет использоваться среднее значение, таким образом. Переведем значениев тонны и произведем расчет:

.

Объем полученного биогаза, при определенной продолжительности метанового броженияопределим по формуле (4):

, (4)

где – доля выхода биогаза при заданной продолжительности брожения.

При продолжительности брожения доля выхода биогаза составляет 60%, произведем расчет суточного объема полученного биогаза:

.

В качестве когенерационной станции функционирующей в рамках биогазовой установки планируется использование газопоршневой электростанции «GSC25S-NG» производства компании «PowerLink». Согласно основным техническим характеристикам данного энергоагрегата, представленным на официальном сайте поставщика данного оборудования, расход топлива при 50% нагрузке составляет 4,7 м³/ч. Суточная обеспеченность топливом планируемого к внедрению энергооборудования должна соответствовать неравенству, представленному в формуле (5):

, (5)

где – количество часов в сутках;

–расход топлива при 50% нагрузке, м³/ч.

Произведем расчет при :

;

.

Из данного неравенства делаем вывод, что из суточного объема выработки биогаза формируется обеспеченность топливом для функционирования, планируемого к внедрению энергооборудования при 50% нагрузке. При увеличении количества используемого субстрата за счет увеличения поголовья крупного рогатого скота или использования дополнительных ресурсов в качестве сырья для выработки биогаза появится возможность более высокой нагрузки энергоагрегата.

Также дополнительно произведем расчет месячного и годового объемов выработки биогаза:

;

.

Зная объемы потенциальной выработки биогаза можно осуществить расчет потенциального количества подлежащей к выработке электроэнергии определяемого по формуле (6):

, (6)

где – количество электроэнергии, получаемое из 1 м³ биогаза, кВт⋅ч.

Произведем расчет потенциального количества электроэнергии за год при :

Дополнительно произведем расчет потенциального количества электроэнергии за месяц при :

Биогазовая установка не только производит энергию в когенерационном режиме, но и сама потребляет ее, следовательно, дополнительно необходимо рассчитать собственное потребление электрической энергии биогазовой установкой (учитывая различия доли потребления в холодные и теплые месяцы года) по формуле (7):

(7)

где – доля собственного потребления электричества биогазовой установкой в теплые месяцы года, %;

–доля собственного потребления электричества биогазовой установкой в холодные месяцы года, %;

–количество месяцев в году, относящихся к теплым;

–количество месяцев в году, относящихся к холодным.

Произведем расчет при и:

Расчет потенциального количества подлежащей к выработке тепловой энергии определяется по формуле (8):

, (8)

где – количество тепловой энергии, получаемое из 1 м³ биогаза, кДж⋅ч.

Произведем расчет потенциального количества тепловой энергии за год при :

Дополнительно произведем расчет потенциального количества тепловой энергии за месяц при :

Дополнительно необходимо рассчитать собственное годовое потребление тепла биогазовой установкой (учитывая различия доли потребления в холодные и теплые месяцы года) по формуле (9):

, (9)

где – доля собственного потребления тепловой энергии биогазовой установкой в теплые месяцы года, %;

–доля собственного потребления тепловой энергии биогазовой установкой в холодные месяцы года, %;

–количество месяцев в году, относящихся к теплым;

–количество месяцев в году, относящихся к холодным.

Произведем расчет при и:

Таким образом в качестве органического сырья для биогазовой установки был выбран навоз крупного рогатого скота, произведен расчет потенциальной выработки биогаза из данного вида органического субстрата и соответствующая этому объему выработка электрической и тепловой энергии. Далее эти данные понадобятся при определении покрытия объемами данной выработки теплового баланса предприятия и нужд в электроэнергии.