Биоэнергетики тамбов Издательский центр фгбоу во «тгту» 2018

5. БИОГАЗ

Производство и использование биогаза — интенсивно развивающегося направление в биоэнергетике [8, 10],
Биогаз — это естественный продукт, произведённый анаэробными бактериями при исключении доступа кислорода. Получение энергии в биогазовой установке является ускоренным природным циклом. В отличие от естественных процессов, брожение в биогазовой установке эффективно управляется. Производственные установки позволяют получать энергию независимо от погоды, но при этом основной производства является возобновляемое сырьё, а получение энергии из биогаза включается естественный природный круговорот. Биогазовая технология — это наиболее перспективный способ получения энергии с использованием бытовых отходов и специальных «энергетических» культур. Эффективность, современных технологий достигла такого уровня, что 1 га энергетических культур поставляет в 5 раз больше энергии, чем необходимо, для выращивания урожая и преобразования его в биогаз.
Получение биогаза возможно в установках самого разного масштаба, но особенно эффективна эта технология на крупных животноводческих комплексах с возможностью полного экономического цикла. Для переработки используются дешёвые отходы сельского хозяйства, бытовые отходы, органический мусор, а также специальные энергетические культуры, чаще всего, кукуруза, Использование навоза сейчас менее актуально, так как этот материал не позволяет получить большое количество биогаза.
Принципиальная схема производства биогаза приведена на РИС.11. Из фермы или хранилища жидкая биомасса подаётся насосом в реактор, куда посредством шнекового загрузчика может поступать и твердое органическое сырьё. В реакторе-ферментаторе осуществляется термофильное сбраживание при температуре не ниже 40 ^о с, время сбраживания составляет около 5 суток. Мешалки, размещённые в реакторе, обеспечивают эффективное смешивание компонентов и интенсифицируют процесс выделения газа, Биогаз подаётся для дальнейшего использования, через трубопровод поступает в когенерационный блок, где при сжигании в двигателе внутреннего сгорания происходит выработка тепловой и электрической энергии. Тепловая энергия используется для отопления реактора — ферментатора и производственных помещений, Электроэнергия, пройдя трансформаторную подстанцию, попадает в линию электропередач, Переброженная биомасса направляется в хранилище и затем применяется в качестве органического удобрения.
Биогаз, полученный из сельскохозяйственных культур, содержит главным образом метан СН₄ (55%) и СО₂ (38%). остальное — небольшое количество N₂ и О_2.
Биогаз, полученный из отходов животноводства, содержит СН₄ (45...75%), СО₂ (30..35%), H₂S (1…1,5%), также возможно наличие других летучих примесей. В зависимости от состава органического вещества, из 1 м^з сырья можно получить 5...15 м^з газа. В расчётах чаше всего принимают, что 1 кг органического вещества образуется 1,5 м^з биогаза. Энергосодержание 1 м^з биогаза составляет 22...26 кДж, что эквивалентно содержанию энергии в кг дизельного топлива, 0,6 л бензина 1,7 кг дров или кг каменного угля [12— 14].
Присутствие в биогазе, полученном из отходов животноводства, является негативным фактором, требующим устранения, поскольку соединения серы могут приводить к выходу двигателей из строя. Биогаз является СО₂-нейтральным видом топлива.

Из биогаза в блоке ТЭЦ производится электрическая и тепловая энергия. Полученная электроэнергия обычно подпитывает электросети сельскохозяйственного комплекса, а также используется для внешних целей.

Двигатели, созданные в последние годы. имеют эффективные систолы управления и позволяют приспособиться к различным концентрациям метина в биогазе. За последние 10 лет эффективность двигателей удвоилась и сейчас составляет более 40% (40% энергии, имеющейся в биогазе, преобразуется в электрическую). Двигатель внутреннего сгорания приводит в действие генератор, который вырабатывает электричество. Двигатель необходимо охлаждать водой, которая нагревается до температуры 80...90 С. Нагретый таким образом теплоноситель и газовые потоки, образующиеся при сгорании биогаза, используются в теплообменниках. С их помощью нагреваются ферментер и производственные помещения [14].
Фирмы — лидеры по производству биогазового оборудования: Ebvitec Biogas, ВTS, ОСОBIТ, Agroferm Technologies, EISENMANN, Planet Biogastechnik, Biogas Nord.
Срок амортизации биогазовой установки составляет 4 — 7 лет.
Поддержка и развитие производства биогаза в странах Европы осуществляется путём:
- государственных ассигнований при строительстве биогазовых производств;
- оплатой производственной энергии согласно национальным законам о возобновляемых видах энергии;
- дополнительными вознаграждениями за использование возобновтяемого сырья, новых технологий.
Лидерами по потреблению биогаза являются: Дания (18% потребления энергии страны обеспечивается с помощью биогаза) и Германия (более 8000 биогазовых установок).
В Европе биогаз широко используется на птицефабриках, мясокомбинатах, заводах по переработке сельскохозяйственной продукции и в работе общественного транспорта.
В развивающихся странах (Индия, Вьетнам) распространены «домашние» биоустановки. Полученный с их помощью газ используется для приготовления пищи и отопления жилища. Важно отметить эффективность биогазовых систем; например, за истекшие 22 года цены на топливо в Швеции поднялись на 100%, а совершенствование технологий производства биотоплива повысило рентабельность биоустановок.