Биогаз – как газомоторное топливо
В статье рассмотрен опыт эксплуатации биогазовой установки. Особенностью этой статьи является оценка эффективности использования биогаза в качестве топлива для автотранспорта. Автор делает вывод об актуальности применения биометана для заправки автотранспорта.
Биогазовая установка, альтернативное топливо, биогаз, биометан, абсорбер, заправка автотранспорта.
Biogas – as gas motor fuel
In article operating experience of biogas installation is considered. Feature of this article is the assessment of efficiency of use of biogas as fuel for motor transport. The author draws a conclusion about relevance of application of biomethane for motor transport filling.
Biogas installation, alternative fuel, biogas, biomethane, absorber, motor transport filling.
«Комплекс по переработке органических отходов». Основной получаемый продукт – биогаз и биоудобрения. При объёме реактора 25 м3 (рисунок 1), производительность по биогазу составляет до 75 м3/сутки – это достаточно хороший показатель, который удалось достичь посредством использования комбинированного сырья в термофильных условиях.
Рисунок 1 – Реактор V=25 м3
Первой задачей исследования состоит в изучении состава загружаемого сырья в реактор на объём и состав получаемого биогаза. На рисунке 2 указаны результаты анализа биогаза.
Рисунок 2 – Результаты анализа биогаза
В летнее время, ввиду высокого температурного режима окружающей среды и изменения физико-химического состава загружаемого в реактор сырья, выход биогаза увеличивается, однако его использование для технологических нужд уменьшается, поэтому этот объем расходуется для заправки транспортных средств (рисунок 3). Таким образом, предприятие экономит значительные средства за счет собственного источника энергии.
Рисунок 3 – Принципиальная схема БГУ с биометановой заправкой
1 – приёмная ёмкость для органических отходов; 2 – метантенк; 3 – ёмкость для слива биоудобрений; 4 – газгольдеры для накапливания биогаза; 5 – установка комбинированной очистки биогаза; 6 – газгольдер для хранения биометана; 7 – компрессор высокого давления; 8 – кассетный блок баллонов; 9 – пульт заправки и выдачи сжатого газа; 10 – автомобиль с ГБО; 11 – генераторная газо-поршневая установка (ГПУ); 12 – газовый котел
Органические отходы загружаются в приёмную ёмкость 1, где измельчаются и разбавляются водой, затем с помощью погружного насоса подаются в реактор 2. В результате анаэробного сбраживания, периодического перемешивания и поддержания оптимального температурного режима (48 ÷ 54 °С) образуется биогаз, который накапливается в газгольдерах 4. Сброженная масса сливается в ёмкость 3.
Часть получаемого в результате переработки биогаза (в зимнее время до 50 %) расходуется на собственные нужды – применяется в отопительных котлах для поддержания температурного режима в реакторе и отопления помещений в зимний период. Остальная часть поступает в установку комбинированной очистки биогаза, отчищается от примесей и направляется в газгольдер 6. Для заправки автотранспорта, биометан сжимается компрессором 7, аккумулируется в кассетном блоке баллонов 8 и далее через пульт заправки 9 осуществляется заправка автотранспорта 10.
Полученный биогаз по ряду показателей предъявляемым к газовым топливам для заправки автотранспортных средств не отвечают требованиям ГОСТ 27577-2000, поэтому для доведения биогаза до состояния биометана проводят комплексную подготовку в виде его очистки и осушки. С этой целью на предприятии разработан, изготовлен и внедрен уникальный в своем роде комплекс обеспечивающий подготовку биогаза производительностью до 25 м³/ч (рисунок 4).
Рисунок 4 – Установка комбинированной очистки биогаза
Кассетный блок состоит из 20 баллонов по 100 литров (рисунок 5). Рабочее количество сжатого газа 550 м³. Используется классическая трехлинейная система хранения сжатого газа, с панелью приоритетного каскадного распределения сжатого газа. Для заправки автотранспорта газ поступает в баллоны автомобилей с давлением до 200 бар.
Рисунок 5 – Кассетный блок баллонов
Накоплен определенный опыт эксплуатации комплекса по переработке отходов и в связи с этим можно сделать некоторые выводы об экономической эффективности использования биогаза.
В настоящее время существует несколько основных направлений использования БГУ, среди которых можно выделить два наиболее значимых:
- энергетическое (использование БГУ в основном для выработки электрической и тепловой энергии);
- товарно-топливное (использование БГУ в основном для производства компримированного биометана для заправки транспортных средств).
Рассмотрим сравнительную экономическую оценку по двум направлениям использования БГУ – энергетическому и товарно-топливному, без учета экономического эффекта от использования биоудобрений, а также без учета амортизационных отчислений и эксплуатационных затрат.
Необходимо подчеркнуть, что суточный выход биогаза зависит от типа исходного сырья. Установка УГБ-25, эксплуатируемая работает на комбинированном сырье, основу которого составляет навоз КРС и конский.
По данным при использовании в качестве основного сырья навоза, суточный выход биогаза составляет 35 ÷ 40 м3 с 1 т загрузки. При этом необходимо учесть, что содержание метана в биогазе колеблется от 55 до 70 %, т.е. существует определенная взаимосвязь между количеством получаемого газа и его калорийностью.
Зададимся нижним пределом выработки – 35 м3 биогаза с 1 т загрузки. Если среднее содержание метана в нем принять – 65%, то выход биометана, пригодного для заправки, составит примерно 23 м3 в сутки с 1 т загрузки необходимой влажности. Для установки УГБ-25 объем суточной загрузки составляет около 2 т. Т.к. на собственные нужды установка расходует около 50% вырабатываемого биогаза, то в расчетах зададимся полезным выходом как раз для одной тонны загрузки – 35 м3 биогаза в сутки или 23 м3 биометана в сутки.
Для выработки электрической энергии на установке используется генераторная газо-поршневая установка (ГПУ) с номинальной электрической мощностью 12 кВт.
Фактическая выдаваемая мощность ГПУ (Pф) составляет около 7 кВт при потреблении биогаза с теплотворной способностью Qбг = 28 МДж/м3 в количестве Vвх = 6 м3/час.
Таким образом, фактический КПД по производству электроэнергии ηф составляет:
ηф = Pф /(Vвх · Qбг) · 100 % = 7 кДж/с / (6 м3/3600 с ·28 000 кДж/ м3) ·100% = 15 %
Т.е., фактически с каждых 6 м3 биогаза получается примерно 7 кВт·ч электроэнергии, за сутки полезный выход электроэнергии Wээ составит примерно 40 кВт·ч.
Учитывая стоимость 1 кВт·ч Цээ, нетрудно подсчитать суточную прибыль Псээ от продажи электроэнергии по существующим тарифам (или замещения ею покупаемой электроэнергии из энергосистемы):
Псээ = Wээ · Цээ = 40 кВт·ч · 3 руб/кВт·ч = 120 руб.
Если вместо того, чтобы сжигать 35 м3 биогаза в сутки и получать из них 40 кВт·ч электричества, производить из этих 35 м3 биогаза 23 м3 биометана в сутки, то без учета затрат на обогащение и компримирование, выручка от продажи биометана Пб.о.к. будет определяться количеством биометана Vбм и рыночной стоимостью заправочного газа Цкпг:
Пб.о.к. = Vбм · Цкпг = 23 м3 · 11 руб/ м3 = 253 руб.
Затраты на технологические операции, связанные с обогащением и компримированием биогаза составляют:
Зо.к. = (11 кВт + 9 кВт) · 3 руб/кВт·ч · 1,5 ч = 90 руб.
Тогда суточная прибыль от продажи биометана составит:
Псбм = Пб.о.к. – Зо.к. = 253 руб – 90 руб = 163 руб.
Таким образом, для биогазовых установок малой и средней мощности экономически более выгодным является товарно-топливное направление использования биометана, а именно на 26 %. Данное утверждение приемлемо для существующих тарифов на электроэнергию без прогнозируемого увеличения стоимости до уровня действующих в ЕС т.н. «зеленых» тарифов.
Следует отметить, что данная оценка позволяет сделать однозначный вывод о существенных преимуществах товарно-топливного использования биогаза для энергодостаточных регионов (с избыточными притоками электроэнергии)
Скачать: