Строительство биогазовых установок

Истощение природных энергоресурсов вплотную подводит человечество к глобальному энергетическому кризису. В недалеком будущем строительство биогазовых установок станет настоящем спасением для газовой отрасли. Энергия света, ветра и воды не способны заменить уникальные свойства промышленного и бытового газа. Уже сейчас биогазовые установки из модной европейской идеи превращаются в перспективное ресурсодобывающие направление. Биогазовая энергетика в России может рассчитывать не только на бюджетное субсидирование, но и на всестороннюю государственную поддержку на рынке сбыта.

Перед началом строительства нужно оценить ресурсы фермерского хозяйства и его энергетические потребности. На основе этих расчетов определяется потенциал будущего биореактора. На этапе планирования биогазовой станции рекомендуется рассмотреть следующие возможности хозяйства:

• Собственный сырьевой потенциал. В разные сезоны выработка органических отходов может отличаться.
• Страховочный источник биомассы вне фермы. В случае форс-мажора можно загрузить в биореактор стороннее сырье.
• Условия для запуска в зимнее время. Халатность работников нередко приводит к остановке бесперебойной работы биореактора. Прогрев на морозе новой (холодной) биомассы требует больше тепла, чем летом. Часто «затравочную» порцию разогревают в отдельных емкостях на костре. Контакт установки с прямым огнем недопустим.
• Оптимальное распределение полезного эффекта биореактора. В зимнее время увеличение теплоподачи снижает газовый ресурс для других нужд.

Все расчеты по обеспечению хозяйства биогазом производятся с небольшим запасом. Лучше впустую сжигать излишки бесплатного газа летом, чем испытывать энергодефицит зимой.

Золотое правило для размещения биогазовых установок гласит: станция должна быть поближе к источникам сырья. Ежедневная перевозка на сотни метров больших порций навоза крайне неудобна. Полученный же газ или электроэнергию можно легко транспортировать по трубам или кабелям к месту применения. Поэтому установка обязана находиться рядом с фермой, а не с кухней. Кроме этого, при выборе места для биогазовой станции инженеры рекомендуют следующие решения:

• Емкость для смешивания лучше соединить с полом фермы. Большая часть навоза и урины от животных сама будет попадать в емкость, облегчая труд работникам хозяйства. Емкость при этом должна находиться ниже уровня пола фермы.
• Окно для выгрузки биомассы из реактора лучше расположить выше уровня близлежащих полей. Это облегчит вынос отработанной биомассы на поля для их удобрения.
• Не пытаться протягивать теплопроводные трубы к дальним зданиям. Излишки тепла от станции способны дойти только до ближних строений.

От грамотного выбора места для постройки биогазовой станции будет зависеть удобство её обслуживания и её КПД. Установка станции на ветреном и холодном участке фермы приведет к повышенному расходу биогаза на самоподогрев.

Конструкция биогазовой установки зависит от многих факторов: объем сырья, его тип, доступности материалов для строительства, способы загрузки и выгрузки биомассы. Каждый вариант конструкции проектируется под определенные условия, в которых будет работать установка. В Киргизстане, с его относительно холодным климатом, особое внимание уделяется теплоизоляции биореактора. Для грамотного выбора конструкции необходимо руководствоваться следующими критериями:

• Подземное или надземное местоположение. В обоих случаях корпус реактора может быть и вертикальным, и горизонтальным.
• Условия места, выбранного под строительную площадку. Плотность грунта, пустующие ямы и другие земельные факторы учитываются при выборе форм и веса биогазовой установки.
• Включение в конструкцию уже готовых сооружений. Элементами конструкции могут стать уже имеющиеся в хозяйстве металлические емкости, трубы, утеплители и стройматериал.
• Гибкий или статичный газгольдер. Гибкий газгольдер способен уменьшать и увеличивать свой размер, подстраиваясь тем самым под разную скорость накопления газа. Статичное же хранилище просто накапливает газ и выравнивает его давление.
• Структура подогрева и самоподогрева реактора. Как правило, в конструкцию включают трубы парового отопления.
• Перемешивающие механизмы. Автоматическое (механическое) перемешивание возможно только в жидкой биомассе с содержанием твердых частиц не более 10 %. Поэтому всегда в конструкции реактора продумывается дополнительный способ качественного перемешивания вручную.

В отличие от покупки уже готовой биогазовой станции, строительство по месту способно существенно сэкономить бюджет. К тому же свой проект можно идеально просчитать под условия своего хозяйства.

Определив размеры реактора, его форму и структуру, можно переходить к рассмотрению его базовой комплектации. Еще до начала строительства важно заранее учесть способы монтажа следующих элементов:

• Метантенки. Являются резервуарами для брожения.
• Десульфуризатор. Удаляет сероводород из биогазовой смеси.
• Газгольдер.
• Оборудование для окончательной очистки газа.
• Свечи для биогаза. Сжигает излишки выработанного газа. Уберегает аппарат от чрезмерной загазованности.
• Илоуплотнитель. Отстойник для излишне активной биомассы.
• Когенераторные установки. Используют тепло и биогаз для выработки электроэнергии. Монтируются на фундаменте биогазовой установки.
• Станции автоматического дозирования полимера. Впрыскивают дозы полимеров, улучшающих реакцию газовыделения. Значительно увеличивают КПД биореактора.
• Окна для приема и выгрузки сырья.
• Насосное оборудование.
• Перемешивающие механизмы.

Все вышеперечисленные комплектующие обязаны быть гармонично соединены в единую конструкцию. На работоспособность биогазовой установки также влияет расположение связующих труб, сетей электроснабжения и систем для автоматизации процессов.

Суточное энергопотребление хозяйства зачастую состоит из разных показателей. Отопление может производиться углем, приготовление пищи — дровами, а освещение — электричеством. При этом все традиционные виды энергоресурсов можно соразмерить с кубометрами биогаза. Тем самым рассчитывается, насколько выработка биогазовой станции способна заменить другие виды топлива и энергии.

Сравнительные показатели имеют следующий вид:

• 1 м3 биогаза = 1,6-2,3 кВт/ч.
• 1 кг дров = 0,65 м3 биогаза.
• 1 кг кизяка = 0,7 м3.
• 1 кг угля = 1,1 м3.
• Отопление 1м2 жилой площади = 0,2 м3 биогаза в сутки.
• Расход биогаза бытовыми горелками = 0,2-0,45 м3 в час.
• Кипячение 1 литра воды = 0,03-0,05 м3.
• Приготовление пищи на 1 человека = 0,15-0,3 м3.

При расчете замещения покупного топлива на бесплатный биогаз необходимо учесть, что часть вырабатываемого газа установка тратит на себя. И объем потребления собственного газа зимой существенно выше, чем летом.

Газгольдер — это резервуар для накопления газа и выравнивания его давления. Идеальный газгольдер ориентирован на вмещение суточного объема выработки биогаза. Исходя из стандартных расчетов, размер газгольдера равен 1/5 -1/3 от объема биореактора.

Типичное фермерского хозяйство производит суточное накопление всех органических отходов в объеме от 2,5 до 10 тонн. Для таких хозяйств оптимальные размеры биореакторов составляют соответственно от 25 до 100 куб. м. Встроенные в подобные биогазовые станции когенераторные установки способны вырабатывать до 100 кВт/ч электроэнергии. Этого хватает на рабочие нужды среднего хозяйства.

Стоимость строительства «под ключ» биогазовой установки на 25 куб. м. обходится примерно в 3,5 млн. рублей. Станция способна утилизировать даже биологические отходы с высоким классом опасности. На выходе же хозяйство получает концентрированное удобрение.

При условии, что среднее хозяйство на отопление и электричество ежегодно тратит сотни тысяч рублей, переход на бесплатный биогаз становится коммерчески выгодным проектом. Помимо самоокупаемости, биогазовая станция позволяет не зависеть от роста тарифов на традиционные энергоносители. К тому же хозяйству не грозит замерзание при повреждении общего газопровода или линий электропередач.