Биогаз-высокототребительное топливо для всех регионов России

Министерство транспорта РФ

Федеральное агентство ж/д  транспорта

ГОУ ВПО «омский государственный  университет путей и сообщений»

 

 

 

 

Заочный факультет

 

 

 

 

 

 

Тема контрольной  работы:

«Биогаз-высокототребительное топливо для всех регионов России»

 

 

 

Контрольная работа по дисциплине «Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии»

 

 

 

 

 

 

                                                           Выполнил : ст. ЗФ 5 курса

                                                                            Степанищев А.В.

                                                            Проверил преподаватель:

                                                                            Финиченко А.Ю.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                           2012

 

1. Введение …………………………………………………………………………………...3 
1.1. История …………………………………………………………………………………..3 
1.2. Автомобильный транспорт ………………………………………………………….….3 
2. Биогаз ……………………………………………………………………………………....4 
2.1. Особенности биогазового топлива ……………………………………………………..4 
2.2 Производство биогаза  …………………………………………………………………..5 
2.3. Развитие биогазовых технологий в России ……………………………………………6 
3. Заключение ………………………………………………………………………………..12 
3.1. Себестоимость …………………………………………………………………………..13 
3.2. Электричество …………………………………………………………………………..13 
4. Список литературы ……………………………………………………………………….14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

На подворье любого крестьянского  хозяйства можно использовать не только энергию ветра, солнца, но и  биогаза.

 

История:

             Человечество научилось использовать биогаз давно. В 1 тысячелетии до н. э. на территории современной Германии уже существовали примитивные биогазовые установки. Алеманам, населявшим заболоченные земли бассейна Эльбы, чудились Драконы в корягах на болоте. Они полагали, что горючий газ, скапливающийся в ямах на болотах — это дыхание Дракона. Чтобы задобрить Дракона, в болото бросали жертвоприношения и остатки пищи. Люди верили, что Дракон приходит ночью и его дыхание остаётся в ямах. Алеманы додумались шить из кожи тенты, накрывать ими болото, отводить газ по кожаным же трубам к своему жилищу и сжигать его для приготовления пищи. Оно и понятно, ведь сухие дрова найти было трудно, а болотный газ (биогаз) отлично решал эту проблему.

В XVII веке Ян Баптист Ван Гельмонт обнаружил, что разлагающаяся биомасса выделяет воспламеняющиеся газы. Алессандро Вольта в 1776 году пришёл к выводу о существовании зависимости между количеством разлагающейся биомассы и количеством выделяемого газа. В 1808 году сэр Хэмфри Дэви обнаружил метан в биогазе.

Первая задокументированная  биогазовая установка была построена  в Бомбее, Индия в 1859 году. В 1895 году биогаз применялся в Великобритании для уличного освещения. В 1930 году, с  развитием микробиологии, были обнаружены бактерии, участвующие в процессе производства биогаза.

В Индии, Вьетнаме, Непале и  других странах строят малые (односемейные) биогазовые установки. Получаемый в  них газ используется для приготовления  пищи.

Больше всего малых  биогазовых установок находится  в Китае — более 10 млн (на конец 1990-х). Они производят около 7 млрд м³ биогаза в год, что обеспечивает топливом примерно 60 млн крестьян. В  конце 2006 года в Китае действовало  уже около 18 млн биогазовых установок. Их применение позволяет заменить 10,9 млн тонн условного топлива.

В Индии с 1981 года до 2006 года было установлено 3,8 млн малых биогазовых установок.

В Непале существует программа  поддержки развития биогазовой энергетики, благодаря которой в сельской местности к концу 2009 года было создано 200 тысяч малых биогазовых установок.

 

Автомобильный транспорт

Volvo и Scania производят автобусы с двигателями, работающими на биогазе. Такие автобусы активно используются в городах Швейцарии: Берн, Базель, Женева, Люцерн и Лозанна. По прогнозам Швейцарской Ассоциации Газовой Индустрии к 2010 году 10 % автотранспорта Швейцарии будет работать на биогазе.

Муниципалитет Осло в начале 2009 года перевёл на биогаз 80 городских  автобусов. Стоимость биогаза составляет €0,4 — €0,5 за литр в бензиновом эквиваленте. При успешном завершении испытаний  на биогаз будут переведены 400 автобусов.

 

2. Биогаз

Биогаз – высокорентабельное топливо для всех регионов России

 

2.1. Особенности биогазового топлива

Что такое биогаз и почему этот вид возобновляемого топлива вызывает такой интерес не только у энергетиков, а его производство в мире так активно развивается?

Процессы разложения органических отходов с получением горючего газа и его использованием в быту известны давно: в Китае их история насчитывает 5 тыс. лет, в Индии - 2 тыс. лет. Природа биологического процесса разложения органических веществ с образованием метана за прошедшие тысячелетия не изменилась. Но современные наука и техника создали оборудование и системы, позволяющие сделать эти «древние» технологии рентабельными и применяемыми не только в странах с теплым климатом, но и в странах с суровым континентальным климатом, например в России.

Биогаз плохо растворим  в воде, состоит из метана (55-85%) и углекислого газа (15-45%), могут быть следы сероводорода. Его теплота сгорания составляет от 21 до 27,2 МДж/м³. При переработке 1 т свежих отходов крупного рогатого скота и свиней (при влажности 85%) можно получить от 45 до 60 м³ биогаза, 1 т куриного помета (при влажности 75%) - до 100 м³ биогаза. По теплоте сгорания 1 м³ биогаза эквивалентен: 0,8 м³ природного газа, 0,7 кг мазута, 0,6 кг бензина, 1,5 кг дров (в абсолютно сухом состоянии), 3 кг навозных брикетов. Биогаз, как и природный газ, относится к наиболее чистым видам топлива.

Получение биогаза из органических отходов имеет следующие особенности:

1.     осуществляется санитарная обработка сточных вод (особенно животноводческих и коммунально-бытовых), содержание органических веществ снижается до 10 раз;

2.    анаэробная переработка отходов животноводства, растениеводства и активного ила приводит к минерализации основных компонентов удобрений (азота и фосфора) и их сохранению (в отличие от традиционных способов приготовления органических удобрений методами компостирования, при которых теряется до 30-40% азота);

3.     при метановом брожении высокий (80-90%) КПД превращения энергии органических веществ в биогаз;

4.     биогаз с высокой эффективностью может быть использован для получения тепловой и электрической энергии, а также в двигателях внутреннего сгорания;

5. биогазовые установки  могут быть размещены в любом  регионе страны и не требуют строительства дорогостоящих газопроводов.

Биогазовые технологии позволяют  наиболее рационально и эффективно конвертировать энергию химических связей органических отходов в энергию газообразного топлива и высокоэффективных органических удобрений, применение которых, в свою очередь, позволит существенно снизить производство минеральных удобрений, на получение которых расходуется до 30% электроэнергии, потребляемой сельским хозяйством. 

 

 

 

 

 

2.2 Производство биогаза

Интенсивное внедрение биогазовых технологий в развитых и развивающихся странах, повышение их эффективности и рентабельности внесли значительные изменения в переориентировку этих технологий от только энергетических к экологическим и агрохимическим (производство удобрений), особенно при переработке разнообразных органических отходов. Очевидно, это является решающей альтернативой для получения биогаза.

В последние годы биогазовые технологии были детально оценены в Дании, которая стала первой страной, успешно продемонстрировавшей коммерческие биогазовые заводы по переработке отходов животноводства и других сельскохозяйственных отходов для получения тепловой и электрической энергии. Вклад биогаза в энергетический баланс страны составляет 12%.

К производству биогаза относится  также получение лендфилл-газа или биогаза из мусорных свалок. В настоящее время во многих странах создаются специальные обустроенные хранилища для твердых бытовых отходов (ТБО) с целью извлечения из них биогаза, используемого для производства электрической и тепловой энергии.

Большое количество биогазового  топлива производится при переработке  ТБО городов: в США - эквивалентно 2,2.10⁶ Гкал, Германии - 3,3.10⁶ Гкал, Японии -1,4.10⁶ Гкал, Швеции - 1,2.10⁶ Гкал. В Китае около 10 млн. «семейных» биогазовых реакторов ежегодно производят около 7,3 млрд. м³ биогаза (по данным 2005 г.). Кроме этих установок в Китае работают 600 больших и средних биогазовых станций, которые используют органические отходы животноводства и птицеводства, винных заводов (общий ежегодный объем производства биогаза составляет 220 тыс. м³), 24 тыс. биогазовых очистительных реакторов для обработки отходов городов, а также около 190 биогазовых электростанций с ежегодным производством 3 млн. кВт·ч. Биогазовая продукция в Китае оценивается в 7,9.10⁶Гкал/год.

Для широкого распространения  биогазовой технологии особое значение имеют следующие факторы:

– стоимость установки;

– удельная производительность;

– полнота переработки  сброженной массы и биогаза в  наиболее ценные продукты по сравнению с исходным сырьем;

– эффективность в решении  задач, связанных с охраной окружающей среды;

– высокая эксплуатационная надежность и простота обслуживания.

Стоимость установки в  значительной степени определяется простотой ее технологической схемы  и отсутствием в ней уникальных компонентов.

На современном этапе  развития биотехнологии важное значение приобретает интенсификация процесса метанового сбраживания и снижение за счет этого капитальных и эксплуатационных затрат.

Опыт внедрения биоэнергетических  установок за рубежом свидетельствует  об ускоренном развитии этого направления. Примерами соответствующих технических  решений могут служить установки  модульного типа, разработанные фирмами  Швеции, Германии, Финляндии, выполняемые  на основе горизонтальных цилиндрических реакторов с продольными мешалками.

Другое направление в  реакторостроении представляют крупные  вертикальные метантенки, собираемые на месте.

Несмотря на то, что биогазовый реактор вносит наибольшую единичную  долю в стоимость всей установки, затраты на него, как правило, не превышают 30% всех затрат на биоэнергетическую  установку. Вследствие этого более существенным является увеличение скорости переработки и связанное с этим уменьшение объема реактора, что позволит обеспечить необходимый экономический эффект раньше, чем произойдет существенное уменьшение затрат на комплектующее оборудование, входящее в состав биоэнергетической установки или значительное сокращение его номенклатуры в связи с существенным упрощением установок. 

 

 

рис.1

 

Газгольдер (англ. gas-holder) — большой резервуар для хранения природного, биогаза, или сжиженного нефтяного газа. Различают газгольдеры переменного и постоянного объёма.

 

2.3. Развитие биогазовых технологий в России

На территории России продуцируется  до 14-15 млрд. т биомассы. Энергия химических связей этого количества биомассы эквивалентно 8,1 млрд. ту. т.

По результатам исследований Института энергетической стратегии  РФ общее количество органических отходов  агропромышленного комплекса (АПК) России в 2005 г. составило 225 млн. т (в  расчете на сухое вещество; по энергосодержанию эквивалентно 80,6 млн т н.э.), включая:

 

– птицеводство - 5,8 млн т;

– животноводство - 58,3 млн  т;

– растениеводство - 147 млн  т;

– перерабатывающая промышленность 14 млн. т.

Количество ТБО городов  составило 16 млн. т, осадки коммунальных стоков - 4,9 млн. т.

Как свидетельствуют приведенные  выше данные, наибольшую массу среди  органических отходов АПК занимают отходы растениеводства (солома, стебли, лузга и т.д.). Их переработка в  биогаз одновременно с отходами животноводства и птицеводства требует разработки универсальной биогазовой технологии и соответствующего оборудования.

Анализ отечественной  и мировой литературы в области  биогазовых технологий следует начать с освещения работ, проведенных  в начале 60-х гг. прошлого столетия в Институте биохимии им. А.Н.Баха АН СССР. Именно эти исследования и  их промышленное воплощение явились  точкой отсчета в создании отечественной  промышленной биоэнергетики и активного  фундаментального исследования процессов  биосинтеза метана и биогазификации.

С 1961 г. по 1964 г. на Грозненском  ацетонобутиловом заводе (г. Грозный) проводились  исследования по разработке технического регламента промышленной технологии и  подбору оборудования для производства кормового витамина В-12 и биогаза  методом термофильного метанового брожения ацетоно-бутиловый барды  на специально созданной опытно-промышленной установке с объемом опытного метантенка 200 м³.

В дальнейшем эта технология была внедрена на двух ацетонобутиловых заводах. Каждый цех, перерабатывая  до 3000 м³ барды в сутки, производил до 30 тыс. м³ биогаза, который использовался как топливо в основном производстве и экономил до 25% природного газа.

Три критерия, определившие создание и развитие биогазовой промышленности в России (и ранее в СССР):

– разработка технологии и  создание крупномасштабного производства витамина В-12 и биогаза;

– теория о биологическом  происхождении природного газа;

– огромная сырьевая база.

Идея была разработана  и просчитана в 1972-1973 гг. и воплотилась  в проект в 1979 г. Этот проект был поддержан  руководством СССР и в 1980 г. включен  в программу Государственного Комитета СССР по науке и технике.