Анализ автономных систем электроснабжения селькохозяйственных объектов на основе биотоплива

СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 2 /2020

гг. : Итоги науки и техники.

2. Вентцелъ Е. С. Теория вероятностей / Е. С. Вентцель. - М. : Наука, 1999. - 462 с.

© Жердев А.В., Зубков А.Ф., Гальцев Ю.М., 2020

УДК 621.31:502.174.3

Слепченков С.П.

магистрант ЗКАТУ имени Жангир хана

г. Уральск, РК Ербаева Н.Б. магистр ЗКИТУ г. Уральск, РК Мартышкина Н.М. старший преподаватель ЗКИТУ г. Уральск, РК

АНАЛИЗ АВТОНОМНЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ СЕЛЬКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ БИОТОПЛИВА

Аннотация

В данной статье представлен анализ автономных систем электроснабжения сельскохозяйственных объектов на основе биотоплива. Предложены технологические решения по повышению энергоэффективности и энергоснабжения, решения экологических проблем с использованием возобновляемых источников энергии.

Ключевые слова:

Биотопливо, биогазовая установка, биоотходы, биогенераторы, нетрадиционные источники энергии, биогаз.

Slepchenkov Sergey P.

Undergraduate, West Kazakhstan Agrarian-Technical University named

Zhangir khan, Uralsk, Republic of Kazakhstan Yerbayeva Nurgul B.

Master of West Kazakhstan University of innovation and technology,

Uralsk, Republic of Kazakhstan Martyshkina Nadezhda M. Senior Lecturer of West Kazakhstan University of innovation and technology,

Uralsk, Republic of Kazakhstan

ANALYSIS OF AUTONOMOUS POWER SUPPLY SYSTEMS FOR AGRICULTURAL FACILITIES BASED ON BIOFUELS

Abstract

This article presents an analysis of Autonomous power supply systems for agricultural facilities based on biofuels. Technological solutions for improving energy efficiency and energy supply, as well as solutions to environmental problems using renewable energy sources are proposed.

Keywords:

Biofuels, biogas plant, bio-waste, biogenerators, non-traditional energy sources, biogas.

СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 2 /2020

В данный момент мир стоит на пороге энергетического кризиса. Большая часть используемых в мировом хозяйстве топливных ресурсов невозобновляема. Расширенное использование нетрадиционных источников энергии: ветра, солнца, геотермального тепла, биоотходов - является на сегодняшний момент одним из важнейших направлений в деле снижения эксплуатации невозобновляемых источников энергии -нефти, угля, газа.

Отсутствие на рынке универсальных технических устройств, обеспечивающих возможность объединения в рамках единой энергетической системы разнотипных энергетических установок с возможностью эффективного управления режимами их работы, является негативным фактором развития малой энергетики Казахстана и в то же время актуальной научной и технической задачей для практического решения [1].

Одним из важнейших научных шагов в истории развития биогазовых технологий являются успешные эксперименты Бусвелла по комбинированию различных видов органических отходов с навозом в качестве сырья в 30-х годах XX столетия. Выработанный биогаз можно использовать для подогрева реактора, но также он может служить топливом, т.к. оно дешевле своих аналогов. Его можно сохранять в баллонах, в отличии от электричества, для хранения которого используются АКБ, которые в свою очередь очень негативно действуют на окружающую среду. В связи с этим предлагается использовать для подогрева реактора автономную комбинированную вето-солнечную установку.

Расширенное использование нетрадиционных источников энергии: ветра, солнца, геотермального тепла, биоотходов - является на сегодняшний момент одним из важнейших направлений в деле снижения эксплуатации не возобновляемых источников энергии - нефти, угля, газа. Одним из «забытых» видов сырья является и биогаз, использовавшийся еще в Древнем Китае и вновь «открытый» в наше время. Сырьё для получения биогаза можно найти практически в любой местности, где развито сельское хозяйство, в первую очередь животноводство. Затраты на создание установок для биогенераторов относительно невелики, а само производство экологически чисто [1,2].

Для переработки используются дешевые отходы сельского хозяйства - навоз животных, помет птицы, солома, отходы древесины, сорная растительность, бытовые отходы и органический мусор, отходы жизнедеятельности человека и т.п. Разработка и производство оборудования для использования нетрадиционных источников энергии стремительно развивается не только за рубежом и Росии, но и Казахстане. В этом процессе важное место занимает разработка и производство биогазовых установок.

Для широкого распространения и популяризации биогазовых установок необходимы следующие факторы: низкая стоимость установок; полнота переработки сброженной массы и биогаза в наиболее ценные продукты; эксплуатационная надежность и простота в обслуживании; желание получить энергонезависимость; покупка государством излишков энергии по «зеленым тарифам», ввести надбавки для производителей биоэнергии.

Стоимость биогазовой установки во многом определяется сложностью ее конструкции и отсутствием в ней оригинальных деталей. Несмотря на то, что биогазовый реактор является наибольшей частью установки, затраты на него не превышают 30% всех затрат на саму установку. Поэтому необходимо увеличивать эффективность переработки сырья и, как следствие, уменьшение объема реактора. Помимо всего прочего, существует ряд проблем, заставляющих взглянуть на биогазовые технологии по-новому:

Во-первых, низкая плотность покрытия газовых и электрических распределительных сетей. По данным статистики, только 37% сельхозпроизводителей имеют доступ к газовым сетям и 20% - к тепловым. Такие условия снижают производительность внутреннего рынка, вынуждая импортировать сельхозпродукцию, и ограничивают развитие новых предприятий.

Во-вторых, отсутствие норм по утилизации отходов агропромышленного сектора приводит к проблемам окисления почв и застаиванию сельскохозяйственных земель, загрязнению подземных вод.

В-третьих, в сравнении с европейскими странами, например, Нидерландами, российский показатель внесения удобрений ниже на порядок: в Нидерландах - 600кг/га в год, в России - 50-60 кг/га в год. Соответственно, ниже урожайность и конкуренция с импортом. Потенциал нашей страны в производстве органических удобрений - 600 млн т [3].

СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 2 /2020

Биоэнергетические установки выгодно строить: сельскохозяйственным предприятиям: свинофермам, фермам КРС, птицефабрикам, растениеводческим хозяйствам; перерабатывающим предприятиям: пивоваренным, спиртовым заводам, сахарным заводам, мясокомбинатам, молокозаводам, хлебобулочным, рыбным заводам, сокоперерабатывающим предприятиям; тепличным хозяйствам; коммунальным и очистным предприятиям.

При отсутствии отходов можно выращивать энергетические растения: кукурузу, козлятник, рапс, многолетние травы, водоросли. Себестоимость при этом будет выше по сравнению с сырьем в виде навоза, но и полученного биогаза будет минимум в три раза больше, чем из навоза.

Обычная биогазовая установка производит больше электроэнергии, чем ей нужно, следовательно, излишки можно продавать. Например, большая молочная ферма на 4 тыс. коров может производить 12 МВт электроэнергии в сутки, в то время, как на собственные потребности ей нужно всего 6-7 МВт. Остаток можно реализовать.

Соответственно, владелец фирмы становится не только энергонезависимым, но и получать доход. Если при строительстве животноводческого хозяйства не смонтировать биогазовую установку, то придется тянуть линии элекропередач, прокладывать газопровод, строить лагуны. Все это можно интегрировать в одну установку.

Сама биогазовая система потребляет около 10-15% от производимой энергии в холодное время и 3 -7% - в теплое. Тепло, получаемое от установки, хватит на обогрев теплиц, коровника или свинофермы, на текущие нужды: получения пара, сушки соломы, семян, дров.

Биогазовые установки позволяют существенно сократить расходы хозяйства за счет очистки и утилизации отходов. Нет необходимости в строительстве навозных отстойников. Можно сэкономить средства, избежать штрафов за загрязнение грунтовых вод и эффективно использовать освободившиеся земельные участки.

Однако следует принять во внимание некоторые нюансы:

1) с помощью биогазовой установки с трудом можно «оздоровить» переживающее кризис предприятие. Она может поддержать рентабельность предприятия;

2) вложения в биогазовую установку связаны с долгосрочными вложениями и затраты на строительство должно рассчитываться с учетом перспективы;

3) для владельцев установок, зависящих от покупного сырья, важно правильно провести расчеты по долгосрочной поставке сырья. Также существует угроза нехватки земель для посадки сырьевых культур, когда их специально выращивают для установок;

4) эксплуатация установки невозможна без постоянных профилактических работ и надзора за установкой. На эти мероприятия ежедневно нужно тратить минимум 1 час в день;

5) установка наиболее рентабельна при эксплуатации ее, как дополнительного оборудования в хозяйстве.

По словам специалистов, особое место в биогазовой панораме России и Казахстана отводится анаэробному брожению для получения биогаза. Правда, пока доля возобновляемых источников тока составляет 1%. Примерно 40% отходов на свалках представляет большое количество биомассы, пригодной для выработки биогаза [4].

В нашей стране во многих населенных пунктах нет полного обеспечения природным газом. Биогазовые установки станут неплохим подспорьем в хозяйстве. К тому же сырьем для нее станет то, чего всегда в избытке: навоз, пищевые отходы, опавшая листва, сгнившее зерно, ботва и т.п., то, что обычно идет в компостную яму. Такая культура, как топинамбур, является отличным сырьем для биотоплива, а в нашей стране можно засевать им до 160 тыс. га площади. При производстве спирта как побочный продукт получают послеспиртовую барду, из которой можно производить и биогаз и добавки с витамином В12 для применения в животноводческой отрасли, повышающие ее продуктивность. Поэтому производство биогаза особенно эффективно в агропромышленных комплексах, где обеспечивается практически замкнутый технологический цикл.

СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X

№ 2 /2020

Для заправки автомобилей устанавливается дополнительная система очистки биогаза, после чего его можно использовать как топливо. Очищенным биогазом можно заправлять технику, что очень актуально в настоящее время, в условиях постоянного роста цен на солярку. Побочный продукт очистки - углекислый газ, от которого тоже можно получить некоторую прибыль - использовать как сухой лед, для газировки или в технических целях.

В 2004 году в мире насчитывалось около 3,8 млн транспортных средств, заправляемых биогазом (рис.1). Больше всего их в Италии, Бразилии, Аргентине, Пакистане.

Рисунок 1 - Поезд, работающий на биотопливе

Причины использования биогаза как топлива: уменьшение выброса углекислого газа, снижение импорта энергоносителей, уменьшение выброса метана. После очистки биогаз транспортируется на заправочные станции. В 2005 году продажи выросли на 49%. Например, в Гётеборге 19 заправочных станций. Здесь также построен самый большой биогазовый завод, и первый поезд, работающий на биогазе. Из 1 куб.м биогаза можно получить около 2 кВт электроэнергии. Тепло от сжигания газа можно тратить на обогрев помещений, содержание теплиц и скота в сельской местности, для работы рефрижераторов на предприятии. В переброженной массе минерализация составляет 60%, в обычном навозе - 40%. Такие сбалансированные удобрения повышают урожайность на 30-50%. Их, также как и избытки газа либо электричества, можно продавать.

Использование новых технологий позволит решить в сельской местности: проблему отходов; помочь в энергообеспечении; повысить плодородность почв, а соответственно, и урожая, что значительно увеличит рентабельность установок и сократит сроки окупаемости [3,4].

Стоимость биогазовой установки во многом определяется сложностью ее конструкции и отсутствием в ней оригинальных деталей. Несмотря на то, что биогазовый реактор является наибольшей частью установки, затраты на него не превышают 30% всех затрат на саму установку. Поэтому необходимо увеличивать эффективность переработки сырья и, как следствие, уменьшение объема реактора. По исследованиям, проведенным Институтом энергетической стратегии, до 50% производимой продукции приходится на крестьянские хозяйства.

Таким образом, развитие биогазовой промышленности должно идти в двух направлениях: создание крупных биоэнергетических станций и создание фермерских биогазовых установок. Биошлам является прекрасным удобрением с высоким содержанием азота, отсутствием патогенной флоры и семян сорняков. Опытным путем доказано, что при использовании сбалансированных биоудобрений, полученных в биогазовой установке, урожайность повышается на 30 - 50%.

Список использованной литературы:

1 Канаткалиев, К.Б. Анализ использования и перспективы развития биогазовых установок / К.Б. Канаткалиев, Л.А. Садыкова, Н.Б. Ербаева // Поиск. Научный журнал - Приложение Международного научно-педагогического журнала «Высшая школа Казахстана». Серия естественных и технических наук: ISSN - 1560-1730. - 2016. - №2 (1). - С. 232-238.

2 Канаткалиев, К.Б. Исследование технологических особенностей биогазовой установки / К.Б. Канаткалиев, Н.Б. Ербаева, Е.Т. Ербаев // Новая наука: Современное состояние и пути развития:

СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 2 /2020

Международное научное периодическое издание по итогам Международной научно-практической конференции (09 апреля 2016 г, г. Оренбург). / в 4 ч. Ч.3 - Стерлитамак: РИЦ АМИ, 2016. - 238 с.

3 Баадер, А.Р, Биогаз: теория и практика. / А.Р. Баадер., Пер. с нем. и предисловие М.И.Серебряного. М.: Колос, 1982. - 148 с.

4 Эдер, Б. Биогазовые установки: практическое пособие / Б. Эдер. - СПб, КноРус. - 2008. - 183 с.

© Слепченков С.П., Ербаева Н.Б., Мартышкина Н.М, 2020