Размещено на http://www.allbest.ru/

Особенности реализации проекта строительства биогазовой станции «Байцуры» в Белгородской области

А.В. Орехов

Технологии

Биогаз - это горючая газовая смесь, получаемая при разложении органических субстанций в результате анаэробного микробиологического процесса (метанового «брожения»). Анаэробная переработка отходов животноводства, растениеводства и активного ила приводит к выделению биогаза и последующей минерализации основных компонентов удобрений - азота и фосфора (в отличие от традиционных способов приготовления органических удобрений методами компостирования, при которых теряется до 40% азота).

Для эффективного производства биогаза из органического сырья создаются комфортные условия для жизнедеятельности бактерий при отсутствии доступа кислорода. В энергоконверсию вовлекается только половина органического материала - 1800 ккал/кг сухого вещества (по сравнению с 4000 ккал при термохимических процессах), но остатки метанового «брожения» в этом случае можно использовать в качестве удобрений.

В процессе метанового «брожения» (биометаногенеза) участвуют три группы бактерий. Первые превращают сложные органические субстраты в масляную, пропионовую и молочную кислоты, вторые превращают эти органические кислоты в уксусную кислоту, водород и углекислый газ, а затем метанообразующие бактерии восстанавливают углекислый газ в метан с поглощением водорода, который в противном случае может ингибировать уксуснокислые бактерии.

Биогазовая станция включает в свой состав комплекс инженерных сооружений, состоящий из устройств для подготовки сырья, производства биогаза и удобрений, очистки и хранения биогаза, производства электроэнергии и тепла (рис. 1).

Метановое «брожение» происходит в коррозионностойких герметичных цилиндрических цистернах (ферментерах), в которые подается органический материал. Получаемый биогаз накапливается в газгольдере. Ферментеры для стран с холодным климатом полностью обшиваются теплоизоляционным материалом. Внутри ферментера поддерживается постоянная температура, необходимая для активной деятельности бактерий (от 28 до 50 ^ОС), и осуществляется перемешивание сырья. Длительность переработки зависит от типа, состава сырья, температурного режима брожения и составляет от двух недель до двух месяцев. Работа всей установки регулируется автоматикой.

Биогаз может использоваться в зависимости от потребностей заказчика:

· - в котельной (прямое сжигание) для обеспечения теплоснабжения близлежащих потребителей (фермерских хозяйств, предприятий АПК, промышленных теплиц);

· - в когенерационных установках для производства электрической и тепловой энергии;

· - для получения моторного топлива - сжиженного метана (в результате очистки биогаза от углекислого газа).

Основными продуктами биогазовой станции являются:

· ¦ электрическая энергия;

· ¦ тепловая энергия;

· ¦ биогаз;

· ¦ органическое удобрение.

Наиболее эффективной работы биогазовой станции можно добиться при соблюдении нескольких условий:

· - расположение в непосредственной близости от производителя сырья;

· - комплексное использование продукции биогазовой станции;

· - использование когенерационной установки.

Современные технологии позволяют перерабатывать в биогаз любые виды органического сырья, однако наиболее эффективно использование биогазовых технологий для переработки отходов животноводческих и птицеводческих ферм, предприятий агропромышленного комплекса (АПК) и сточных вод, т.к. они характеризуются постоянством потока отходов во времени и простотой их сбора.

Электрическая мощность биогазовых станций варьируется в пределах от 100 кВт (малое производство) до нескольких десятков МВт. По расчетам специалистов в российских условиях наиболее рентабельными являются установки мощностью от 0,5 МВт. Каждый проект биогазовой установки индивидуален, но создается с применением типовых решений.

Проект

В 2008 г. руководство Белгородской области предложило рассмотреть возможность реализации проектов, которые обеспечивают более глубокую переработку отходов производства в цикле животноводства. Речь шла о европейском опыте биогазовых технологий.

На момент начала проекта было понятно, что институциональная среда для проектов такого рода в России пока не сложилась. Одной из стартовых задач стала попытка создания такой среды на уровне региона. Правительством Белгородской области была подготовлена концепция развития биоэнергетики и биотехнологий в регионе. Это был первичный документ, декларирующий намерение развивать это направление в структуре областной экономики. Кроме того, в нем были прописаны два конкретных пилотных проекта, в ходе реализации которых предполагалось найти необходимые проектные, технические, технологические, финансово-экономические и юридические решения. Нужна была финансово-экономическая модель, при которой такие проекты могли бы быть реализуемы в России с точки зрения финансового кредитора и представляли бы интерес для стратегического инвестора.

Одним из указанных пилотных проектов является биогазовая станция «Байцуры» ОАО «Региональный центр биотехнологий» (рис. 2), построенная в Борисовском районе Белгородской области в районе свинокомплекса «Стригуновский».

Биогазовая станция «Байцуры» прошла все необходимые экспертизы и согласования и является первой биогазовой промышленной установкой в России, выдающей производимую электрическую энергию непосредственно в сеть. С 2012 г. биогазовая станция работает на проектной мощности.

Проект направлен на повышение экологической безопасности территории Белгородской области (атмосферы и земельных угодий) путем переработки отходов животноводства, поиск и реализацию эффективных технологий утилизации биоотходов на основе технологий биоэнергетики, а также на внедрение в рыночный оборот области органических удобрений с замещением минеральных удобрений, приобретаемых за пределами области.

На первом этапе реализации проекта был выполнен анализ существующих технологий с привязкой к конкретному свиноводческому комплексу и его технологическому циклу производства отходов. После этого было подготовлено инженерно-техническое решение, в основе которого лежит немецкая технология. Опыта реализации промышленных проектов строительства и эксплуатации биогазовых установок в современной России на тот момент не было, поэтому пришлось столкнуться с проблемами подготовки проектно-сметной документации: все ГОСТы, СНиПы, нормативные документы под такие производства устарели или их не существовало. Были сомнения, как квалифицировать такое производство: является ли оно опасным или не является, подлежит лицензированию или нет.

В результате было определено, что биогазовая установка накладывает на эксплуатирующую организацию требования по получению следующих лицензий:

· - лицензии на работу с опасными отходами 1-4 класса опасности;

· - лицензии на эксплуатацию опасного промышленного объекта.

Требования по сертификации оборудования накладываются в рамках требований по получению указанных лицензий.

Предпроектный период длился около полутора лет, включая анализ технологии, подготовку контрактной схемы проекта, разработку финансово-экономической модели.

Те технологии, которые были в чистом виде предложены немецкой стороной, соответствовали российским реалиям лишь частично, особенно это касалось температурных режимов и качества субстрата на входе. Например, в европейских технологиях производства свинины доля сухого вещества в навозе стабильно составляет не менее 5%, что является минимально допустимой величиной для обеспечения работы биогазовой технологии. В существующих же российских свинокомплексах эта доля, как правило, не превышает 2-3%. Чтобы получить заданный КПД по выработке газа новое производство пришлось увязывать с существующим и для этого предусмотреть дополнительную подготовку субстрата.

Регулировка состава субстрата осуществляется в автоматическом режиме с помощью дозатора твердого субстрата, через который подается кукурузный силос, и сепаратора, с помощью которого отделяется избыток воды. Подача исходного сырья и подготовленного субстрата осуществляется с помощью насосов и шнековых механизмов.

На рис. 3 представлена планировка биогазовой станции «Байцуры».

Емкость для хранения жидкого навоза изготовлена из железобетона в виде куба. Внутренние стенки емкости дополнительно обработаны гидроизолирующим раствором. Для защиты от промерзания в зимнее время в условиях Белгородской области емкость установлена под землей, таким образом, грунт является естественным теплоизолирующим материалом. Крыша емкости также железобетонная, плоская, расположена на уровне земли. Для придания прочности крыши в центре емкости установлена бетонная колонна, на которую опирается крыша.

На ферменторе установлен вертикальный смеситель в центре емкости. Он находится в подвешенном состоянии, закрепленном на крыше ферментора, и приводится во вращение двигателем через редуктор. Ввод во внутрь выполнен через газоизолированное отверстие в крыше. Регулировка режима работы мешалок производится через центральную систему управления работы биогазовой станции.

биогазовый станция электроэнергетика байцуры

Для производства из полученного биогаза электрической и тепловой энергии на площадке станции установлен когенерационный энергоблок (рис. 4), состоящий из газопоршневой установки зарубежного производства установленной электрической мощностью 0,5 МВт и вспомогательного оборудования. Электрическая энергия, производимая синхронным генератором напряжением 0,4 кВ, отпускается в сеть региональным потребителям через подключение к трансформаторной подстанции 10/0,4 кВ. Тепловая энергия из системы охлаждения двигателя и отработанных газов используется для собственных нужд биогазовой станции. Снабжение электрической энергии на собственные нужды станции производится из сети.

Объем органических отходов свинокомплекса, перерабатываемых биогазовой станцией, составляет 106 м³/сут. (38690 м³/год), при этом в процессе брожения дополнительно перерабатывается зеленая (растительная) масса в количестве 21 т/сут. (7665 т/год). Объем выработки биогаза - 1918 тыс. м³/год. Его состав: метан - 54%, углекислый газ - 44%, другие газы (сероводород, кислород, азот, вода) - 2%. Предполагаемые объемы реализации удобрения - 19,1 тыс. м³/год.

Окупаемость

Биогазовая установка имеет четыре статьи выручки. Во-первых - это электроэнергия, во- вторых - это тепло (с точки зрения логистики инфраструктурный объект должен находиться в привязке к существующему производству, для того, чтобы тепло шло на его нужды), третий продукт - это органические удобрения, практика оборота которых пока не сформирована, и четвертая статья выручки - это услуга по обезвреживанию отходов 3-4 категории опасности. Указанные статьи выручки формируют окупаемость проекта. При принятии решения о реализации проекта и подготовке технологической схемы, главное - решить, что вы хотите получить от проекта, какой вид продукции позволит добиться скорейшей окупаемости инвестиций?

Исходя из указанной позиции, нами было определено, что из всех статей выручки наиболее перспективной на момент запуска проекта является электроэнергия, поэтому была сделана ставка на получение максимального объема биогаза с заданного объема свиностоков и на высокий КПД при выработке электроэнергии. Из- за этого проект получился более дорогим. Можно было сделать дешевле, но выход газа и электроэнергии был бы меньший.

В дополнение к этому, был выбран вариант с передачей вырабатываемой электроэнергии непосредственно в сеть, т.к. при работе биогазовой станции только для обеспечения энергоснабжения свинокомплекса отсутствует возможность продажи излишков электроэнергии и при этом все равно остается необходимость обязательного резервирования и присоединения к электрической сети и/или газопроводу свинокомплекса. Это связано с тем, что практика длительной эксплуатации биогазовых производств в России отсутствует, а зимой при нарушении необходимого микробиологического цикла может понадобиться подключение аграрного предприятия к внешней энергосети. В данном случае свинокомплекс изначально уже имел такое подключение.

Реализация электрической энергии производится на основании заключенных договоров с гарантирующими поставщиками электрической энергии региона - местными сбытовыми компаниями по договорной цене.

В рамках разработанной финансово-экономической модели срок окупаемости установки составляет 8 лет.

Заключение

ОАО «Региональный Центр Биотехнологий» начал делать проект за свои деньги, прямых финансовых вливаний со стороны государства не было. Зато была политическая воля, поддержка в части подключения к инфраструктуре, технологического присоединения к сетям. Было заключено соглашение с правительством Белгородской области на реализацию программы строительства биогазовых станций общей мощностью 10 МВт. Проект биогазовой станции «Байцуры» является пилотным для всей программы, на нем обкатывается финансовая модель реализации подобных проектов в рамках рыночной экономики, демонстрируется работоспособность технологии, и служит залоговой базой для привлечения долгового финансирования с целью тиражирования. Станция находится в собственности компании ОАО «Региональный Центр Биотехнологий».

Как правильно надо делать биогазовые проекты в России, пока не знает никто. На сегодняшний день по всем статьям выручки биогазовой установки существуют неразрешенные вопросы, связанные с законодательством РФ в сфере альтернативной энергетики и правоприменением нормативных актов. Например, есть нормы Федерального закона № 35-Ц3 «Об электроэнергетике», который прописывает общие правила, применимые к реализации электроэнергетики, но вопрос тарифов для возобновляемой энергетики (имеется в виду розничный рынок электроэнергии) остается открытым в силу отсутствия соответствующей федеральной методики расчета «зеленого тарифа». Также на наш взгляд процедура квалификации для получения права называться предприятием возобновляемой энергетики и получать специальный тариф до конца не отработана.

В настоящее время по всем открытым вопросам реализации подобных проектов ОАО «Региональный Центр Биотехнологий» сотрудничает с ФГУП «Российское энергетическое агентство», Министерством сельского хозяйства РФ и Министерством энергетики РФ.

Размещено на Allbest.ru