Телефон: +7 (383)-202-16-86

Статья опубликована в рамках: X Международной научно-практической конференции «Технические науки - от теории к практике» (Россия, г. Новосибирск, 28 мая 2012 г.)

Наука: Технические науки

Секция: Сельское и лесное хозяйство, агроинженерные системы

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Друзьянова В.П., Петрова С.А. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ БИОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК В АГРАРНОМ СЕКТОРЕ РС(Я) // Технические науки - от теории к практике: сб. ст. по матер. X междунар. науч.-практ. конф. – Новосибирск: СибАК, 2012.
Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов


 


Друзьянова Варвара Петровна


канд.тех.наук, СВФУ, г. Якутск


Е-mail: druzvar@mail.ru


Петрова Софья Алексеевна


канд. с.-х. наук, доцент СВФУ, г. Якутск


Е-mail:


 


TECHNICAL AND ECONOMIC ASSESSMENT OF USING MANURE CAS SETTINGS IN THE AGRARIAN SECTOR OF RS(Y)


Varvara Drusyanova


candidate of technical science,


SVFU (NEFU), Yakutsk


Sofia Petrova


candidate of agriculture science


 


АННОТАЦИЯ


Изучен компонентный состав биогаза от различных видов с/х животных. Рассчитаны потенциальные возможности выработки биогаза в аграрном секторе исходя из поголовья скота, эквивалентные показатели энергоресурсов, технологическое оборудование, экономическая эффективность производства биогаза в хозяйствах на 20 и 50 голов крупного рогатого скота.


ANNOTATION


Component structure of manure gas from different species of agriculture animals has been studied. Manure gas output potentiality in agrarian sector, baset on livestock population, equivalent energy supplu indexes, technological equipment, cost efficiency of manure gas production in farms of livestock of 20 and 50have been calculated.


 


Ключевые слова: биогаз; навоз; технологическое оборудование; экономика


Key words: manure gas; manure; technological equipment; economics


 


В сельской местности РС (Я) живет до 40 % населения, занятого животноводством и растениеводством. Сельское хозяйство в Якутии рассматривается, в первую очередь, как основа сохранения этноса. В сложных экономических условиях, последствиях финансового экономического кризиса, постоянного роста стоимости энергоносителей, труднодоступности и отдаленности населенных пунктов и в связи с суровыми климатическими особенностями региона, необходимо развитие нетрадиционных подходов в получении дополнительной, доступной тепловой и электрической энергии.


А также в связи с реализацией Федерального закона Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. N 261 – ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные объекты Российской Федерации», наиболее актуальным и востребованным является на данном этапе применение биогазовой технологии. Как известно, использование данной технологии дает возможность получения не только биогаза – резервного источника энергии, но и значительно улучшить экологическую обстановку. Вырабатываемый биогаз после очистки и компрессии может использоваться для сжигания в конфорках, в бытовых целях. Отходы, получаемые после метанового брожения биомассы, являются качественными экологически чистыми удобрениями и кормовыми биодобавками.


Таким образом, использование биогазовых установок обеспечивает фактически безотходное производство, что в условиях действия ФЗ-88 «О техническом регламенте на молоко и молочную продукцию», требующего строгого соблюдения санитарных требований, несомненно, может только положительно повлиять на развитие аграрного сектора республики в целом.


Конкретная схема установки для каждого фермерского хозяйства может быть различна и зависит от множества факторов, в т. ч. от объема поголовья крупного рогатого скота, возможности (объем рынка) реализации удобрений, стоимости существующих энергоносителей (электричество, тепловой энергии), отдаленности населенного пункта и т. д.


В связи с этим, на первом этапе исследований для изучения эффективности сырья нами был проанализирован компонентный химический состав газов (ГОСТ 31371.7-08) от различных видов домашнего скота. Как видно из таблицы 1 из всех видов отходов наибольший выход биогаза получается от навоза КРС и лошадей (табл.1), что дало нам основание сделать прогнозы по использованию органических отходов животноводства в биогазовых установках.


Таблица 1.


Состав биогаза

Вид биогаза

Плотность биогаза, кг/м³

Концентрация метана

об.%

 кг/м³

1

Коровий

0,83534

85,77

0,57

2

Куриный

0,88318

81,69

0,54

3

Конский

0,84954

84,57

0,56

4

Свиной

0,84036

85,35

0,57


 


Потенциал использования биогазовых установок в РС (Я).


По состоянию на 1.05.2010 г. на территории Республики Саха (Якутия) в 28 районах насчитывается 237 051 голов поголовья крупного рогатого скота. При этом больше половины поголовья в хозяйствах содержатся по 15 и 20 голов (табл. 2). Наибольшее поголовье крупного рогатого скота имеется в Центральных и Вилюйских группах улусов (районов). Например, в Чурапчинском районе насчитывается 27 004 коров, а в Мегино-Кангаласском районе 26 408 коров.


Таким образом, при условии обеспечения всех фермерских (крестьянских) хозяйств установками по выработке биогаза, можно ежегодно получать 62 486,4 тыс. м3 биогаза (табл. 2).


Таблица 2.


Ожидаемый объем биогаза от фермерских (домашних) хозяйств с поголовьем КРС на территории РС (Я)


 

Кол-во населения, чел.

 

Всего поголовье скота, гол.

Количество фермерских (крестьянских) хозяйств с поголовьем КРС

Ожидаемый ежегодный объем вырабатываемого биогаза, тыс. м3

12 гол

20 гол

50 гол

12 гол

20 гол

50 гол

431762

237051

3160

2633

792

18201,6

25276,8

19008


 


Эквивалентные показатели энергоресурсов по выходу биогаза в РС (Я) приведены в табл. 3.


Таблица 3.


Эквивалентные показатели энергоресурсов по сравнению с биогазом при установке биогазовых установок на территории РС (Я)

п/п

Эквивалентный показатель

Объем эквивалентного топлива

Наименование

Коэффициент

Объем, кг (м3)

Стоимость, тыс. руб.

1

Дизельное топливо

0,59

36 712 518,01

1 004 594,00

2

Газоконденсат

0,66

41 552 827,65

280 244,74

3

Дрова

3,31

206 609 893

132 746,86

4

Уголь бурый (Кангаласский)

1,64

102 169 727,3

79 181,54

5

Уголь каменный (Джибарики-Хая)

1,10

68 869 964,34

80 371,25


Примечание: в таблице приведена средняя стоимость топлива по районам без учета затрат на транспортировку и его хранение.


 


При сжигании потенциального объема биогаза в зависимости от режимов сбраживания ежегодно можно получить от 185,95 до 297,52 тыс. Гкал, что составляет в действующих тарифах на тепловую энергию от централизиванных источников от 606,36 до 970,18 млн.руб. (табл. 4.).


Объем получаемых средств, зависит от технологии сбраживания при производстве биогаза. Коэффициент полезного действия составляет при сбраживании:


·     В психрофильном режиме 10*С-30*С – 50 %


·     В мезофильном режиме 32*С-39*С – 70 %


·     В термофильном режиме 50*С-55*С – 80 %


Таблица 4.


Объем финансовых средств, получаемых при сжигании получаемого биогаза в разрезе районов РС (Я)

Средний тариф на тепловую энергию, руб/Гкал

Потенциальное количество теплоэнергии получаемое при сжигании биогаза при КПД, тыс.Гкал

 Экономический эффект при КПД, млн.руб.

50 %

70 %

80 %

50 %

70 %

80 %

3357

185,95

260,33

297,52

606,36

848,91

970,18


 


Таблица 5.


Объем финансовых средств, получаемых при преобразовании полученного биогаза в электроэнергию в разрезе районов РС (Я)

Потенциально ежегодно вырабатываемый объем биогаза, тыс.м3

Объем получаемой электроэнергии, кВт

Стоимость электроэнергии, тыс.руб

12 ед.

20 ед.

50 ед

18 201,6

25 276,8

19 008,0

31 243 200

96 541,5


 


Капитальные вложения и экономическая эффективность


Для организации технологического процесса получения биогаза, необходимо приобретение специализированного оборудования. При организации производства метантенков (биореакторов) на территории г. Якутска капитальные затраты на изготовление метантенков с учетом стоимости комплектующих в г. Якутске приведены в таблице 6 (цены приведены по состоянию на 1.05.2010 г.).


 


Таблица 6


Капитальные затраты на изготовление метантенка объемом в 1 м3

Наименование

Стоимость единицы

Количество

Сумма, руб.

1

Стальной лист 3 сп 2мм 1*4 № 70495 для биореактора, шт.

5 000

3

15 000

2

Терморегулятор АРТ -18-5Н 0-60 град, шт.

2 000

1

2 000

3

Ленточный электронагреватель 0,46 кВт

2 780

1

2 780

4

Электрод МР-3,кг

5

250

5

Краска антикоррозионная, шт.

500

2

1 000

6

Вентиль шаровый 50 (1 шт-2,51 кг)

570

2

1 140

7

Вентиль шаровый 15

80

1

80

8

Сгон    50

200

2

400

9

Сгон    15

50

1

50

10

Уголок ст.45*45 3сп дл. 9м 1-шт-24,57 кг

45 800

2

2 250

11

Болты, гайки

500

12

Пенополистирол 10 мм,м

10

2 000

13

Газгольдер 1 м3

1

50 000

14

Зарплата сварщику

5 000

 

Итого

 

 

82 450


Примечание: Для загрузки биореактора свежим навозом должен применяться насос жижесборник НЖН-200 стоимостью 250 тыс. рублей. Но, с учетом материального положения фермеров, сельских жителей нашей республики загрузка свежего навоза может проводиться и вручную.


 


Метантенков на ферме может быть установлено любое количество, а насос НЖН-200 – только 1 шт.


Если сравнивать стоимость метантенка местного производства, то можно констатировать факт, что его стоимость в 3,5—6 раз ниже аналогичных биогазовых установок (табл. 7).


Таблица 7


Сравнительная оценка с российскими предприятиями – изготовителями биогазовых установок

Изготовители биогазовых установок

Стоимость

ед.руб.

1

АО «Стройтехника-Тульский завод»

(без транспортных расходов и монтаж работ)

288 000

2

«КОУД» г. Вологда

(без транспортных расходов и монтаж работ)

500 000

3

Местное производство

82 450


   


При создании полной технологической цепочки, позволяющей полноценно получать и использовать биогаз, помимо метантенков необходимо наличие следующего оборудования:


·     Газогенератор (стоимость 200 000 руб.);


·     Компрессор (стоимость от 50 000 до 150 000 руб.);


·     Насос фекальный НЖН-200 (стоимость 150 000 руб.);


·     Ресивер (стоимость 80 000 руб.);


·     Отопительный котел БИАСИ-24 (стоимость 29 000 руб.);


·     Газовая плита (стоимость 15 000 руб.);


·     Газовый счетчик (стоимость 43 000 руб.);


·     Проектные работы (стоимость от 10 000 до 20 000 руб.);


·     Расходный материал и монтажные работы (стоимость от 40 000 до170 00 руб.);


Кроме этого необходимо предусмотреть, транспортные и командировочные расходы, а также зарплату специалистов. Например, для комплекса, содержащего 50 коров необходимо 1 метантенк (увеличенной емкости), 20 коров – 2 метантенка (стандартной комплектации)


Таблица 8.


Перечень оборудования для получения биогаза (количество КРС – 20 ед.)

Виды расходов

Количество

Стоимость

Сумма

1

Биореактор

2

82 450

164 900

2

Компрессор

1

50 000

50 000

3

Расходный материал и монтажные работы

 

30 000

30 000

4

Газгольдер

1

20 000

20 000

 

Итого:

 

 

264,900


 


 


Таблица 9.


Перечень оборудования для получения биогаза (количество КРС – 50 ед.)

Виды расходов

Количество

Стоимость

Сумма

1

Биореактор

1

289 500

289 500

2

Компрессор

1

50 000

50 000

3

Насос фекальный НЖН -200

1

105 000

105 000

4

Расходный материал и монтажные работы

 

40 000

40 000

5

Газгольдер

1

30 000

30 000

 

Итого:

 

 

514 500


 


В качестве примера рассчитан экономический эффект при применении биогазовой установки для хозяйств с количеством КРС 20 и 50 голов применительно к характерному населенному пункту. В качестве населенного пункта выбрано с. Майя Мегино-Кангаласского района, находящееся в центральной части республики. В целях объективного анализа, в данном расчете затраты и получаемые доходы по годам приведены без дефляторов. Кроме этого, экономический эффект представлен как в прямом соотношении, так и с нарастающим потоком.


Амортизационные отчисления приняты в размере 10 % с учетом срока службы оборудования и рассчитаны по линейному (пропорциональному) методу. Эквивалентная стоимость получаемой тепловой энергии рассчитывается исходя из действующего тарифа на тепловую энергию на 2010 г. по централизованному теплоснабжению (поставщики тепловой энергии ГУП «ЖКХ РС (Я)» и ОАО «Теплоэнергосервис»). Объем тепловой энергии, получаемый из биогаза, рассчитан из условий брожения биогаза в термофльном режиме (температура брожения 50*C—55*C), коэффициент полезного действия при этом будет составлять 80 %.


Стоимость органического топлива в расчетах принята по 5 руб/кг при рыночной стоимости не ниже 10 руб/кг, что объясняется необходимостью обеспечить полную реализацию органического топлива.


Как показано на рис.1. при применении биогазовой установки для хозяйства с количеством крупного рогатого скота 20 голов, окупаемость капитальных затрат произойдет на 2 год эксплуатации. При этом ежегодный экономический эффект составит в текущих ценах 443,79 тыс.руб. Если рассматривать северные и районы Вилюйской группы, то ежегодный экономический эффект составит в текущих ценах 523,74 тыс.руб.



Рисунок 1. – Экономический эффект при применении биогазовой установки для хозяйства с количеством КРС 20 ед. (на примере Мегино-Кангаласский район).


 


При применении бигазовой установки для хозяйства с количеством крупного рогатого скота 50 голов (рис.2), окупаемость капитальных затрат происходит в первый год эксплуатации за счет высокой отдачи как по тепловой энергии, так и по производству органических удобрений. Реализация такого проекта является наиболее выгодным решением при принятии управленческих решений по организации производства биогаза и органических удобрений.


Здесь необходимо учитывать, что объем производства биогаза и минеральных органических удобрений значительно увеличивается по сравнению с предыдущим проектом (20 голов КРС). Требуется иной подход, так как производство переходит из разряда обеспечения собственными ресурсами (органические удобрения), на возможность реализовывать эти ресурсы другим потенциальным клиентам.


Таким образом, ежегодный потенциальный экономический эффект может составить в пределах 1761,8 тыс. руб., при эксплуатационных затратах в размере 220 тыс. руб. Это связано с возможностями производства органических удобрений в объеме 3 360 т.



Рисунок 2. – Экономический эффект при применении биогазовой установки для хозяйства с количеством КРС 50 ед. (на примере Мегино-Кангаласского района).


 


Объем получаемых средств зависит от технологии сбраживания при производстве биогаза, при этом коэффициент полезного действия составляет при сбраживании:


·     В психрофильном режиме 10*С-30*С – 50 %


·     В мезофильном режиме 32*С-39*С – 70 %


·     В термофильном режиме 50*С-55*С – 80 %


Помимо биогаза, вторичным продуктом является получение органических удобрений в объеме 624,86 тыс. тонн. При стоимости 5 руб/кг, объем средств, получаемых в результате реализации органических удобрений составит 3 124,32 млн.руб. Исследованиями доказано, что получаемое органическое удобрение обеспечивает повышение урожайности культур минимум в 2—3 раза, снижает кислотность почвы. 1 литра такого удобрения достаточно для обработки 2—15 м2 почвы. Применяется не реже 3—4 раз в сезон.


Высушенный переработанный субстрат (эффлюент) биогазовых установок может использоваться и в качестве кормовой биодобавки, как источник белка и витаминов группы В12, что немаловажно для разведения животных в наших климатических условиях.


Сравнительный анализ способов использования биогаза, показывает, что оптимальным вариантом является его непосредственно сжигание. Это связано с тем, что КПД при преобразовании биогаза в электроэнергию в среднем равен 20 %.


Заключение


Использование биогазовых установок является однозначно выгодным производством и требующим пристального внимания со стороны сельских производителей. Сельское население, которое будет использовать биогазовую установку, приобретает большой потенциал для улучшения своего социально-экономического положения, и при соответствующей оптимизации и интенсификации производства может добиться высоких результатов, переходя на высокорентабельный уровень.       


Кроме этого, особенностью реализации проектов по энергосбережению на территории РС (Я), вызвано тем, что стоимость энергоносителей значительно выше, чем в других регионах РФ в среднем в 3 раза. А применение биогазовых установок позволяет на каждый вложенный рубль приносит прибыль в размере двух-трех рублей.


Таким образом, к преимуществам биогазовых технологий можно отнести:


·     Независимость от государства в сфере энергоносителей энергообеспечения;


·     Экономия денежных средств за счет перехода на собственный биогаз;


·     Вместо обычной утилизации органических отходов производится энергия, и используется питательные вещества;


·     Улучшение экологии предприятия, на котором реализуется проект;


·     Получение дополнительной прибыли за счет выработки «зеленой» энергии и снижение уровня вредных выбросов в атмосферу;


·     Биогазовая жижа более эффективна как удобрение по сравнению с неферментированной жижей;


·     Создание дополнительной экономической опоры: заработать деньги – произвести экологически безопасную энергию.


Список литературы:


1.Келов К., Байрамов Р., Юферев И.Р., Кашанов А. Исследование показателей производительности биогазовых реакторов при метановом сбраживании органических отходов животноводства.// Изв. АН ТССР, Сер. физ-техн., хим. и геолог.н. - 1990 - № 3 - с. 54—57.


2.Паршина С.Н., Коцюрбенко О.Р., Некрасова В.К., Кожевникова А.Н. Анаэробная обработка отходов животноводства в экспериментальных условиях.// Микробиол. Охрана биосферы в регионах Урала и Сев. Прикаспия: Тез. докл. Всес.симп.-Оренбург, 1991 - с. 98—99.

Проголосовать за статью
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий