Продукты :: Биогазовые установки :: Крупные биогазовые установки :: Биогазовые установки и системы

Принцип работы биогазовых установок

Биогазовая установка представляет собой герметически закрытую емкость, в которой при определенной температуре происходит анаэробное сбраживание органической массы отходов (навоза), сточных вод и т.п. с образованием биогаза.

Принцип работы всех биогазовых установок одинаков: после сбора и подготовки сырья, заключающейся в доведении его до нужной влажности в специальной емкости, оно подается в реактор, где создаются условия для оптимизации процесса переработки сырья.

Полученный биогаз, состоящий на 70% из метана, после очистки, собирается и хранится до времени использования в газгольдере. От газгольдера к месту использования в газовых приборах биогаз проводят по газовым трубам.

Теплотворная способность одного кубометра биогаза составляет в зависимости от содержания метана, 20-25 МДЖ/ м³, что эквивалентно сгоранию 0,6 – 0,8 литра бензина; 1,3 — 1,7 кг дров или использованию 5 — 7 кВт электроэнергии.

Переработанное в реакторе биогазовой установки сырье, превратившееся в биоудобрения, выгружается через выгрузное отверстие и вносится в почву или используется как кормовая добавка для животных.

Биогазовая установка с объемом реактора 25 м³ способна перерабатывать в мезофильном режиме до 1,2 тонн навоза в сутки и производить около 30м³ биогаза и чуть менее тонны жидких экологически чистых биоудобрений, норма внесения которых – от 5 до 7 тонн на гектар. Получаемые 30 м³ биогаза достаточны для отопления 100 м² жилой площади, приготовления пищи и обеспечения горячей водой семьи из 5-6 человек. Установки большей мощности могут использоваться для производства электроэнергии.

Биоудобрение содержит органические вещества, которые увеличивают проницаемость и гигроскопичность почвы, предотвращают эрозию и улучшают общие почвенные условия. Органические вещества также являются базой для развития микроорганизмов, которые переводят питательные вещества в форму, легко усваиваемую растениями. Практика показывает, что урожайность растений при применении биоудобрений повышается от 10% до 200%, уничтожаются семена сорняков.

 

Параметры фермерских биогазовых установок с газгольдером, механической подготовкой, пневматической загрузкой и перемешиванием сырья, с подогревом сырья в реакторе при работе в мезофильном (37° С) температурном режиме.

Показатели		Объем реакторов
		5 м3	10 м3	15 м3	25 м3	50 м3	100 м3	250 м3
Необходим свежий навоз	кол-во коров	5	10	20	27	55	110	270
Удобрения	тонн/ год	100	250	360	550	1200	2400	6000
	тонн/ сутки	0,3	0,7	1	1,6	3,3	6,6	16,6
Биогаз	м3 / год	5400	12600	18000	28800	59400	118800	298800
	м3/ сутки	15	35	50	80	165	330	830
Стоимость биогазовых установок	USD	8900	11200	13200	16500	23500	36000	72000
Стоимость удобрений, в год (6 USD /тонна)	USD	600	1500	2160	3300	7200	14400	36000
Стоимость газа, в год (0,2 USD /м3)	USD	1080	2520	3600	5760	11880	23760	59760
Выгоды в год	USD	1680	4020	5760	9060	19080	38160	95760
Окупаемость	лет	5,3	2,8	2,3	1,8	1,2	0,9	0,8

*Стоимость установок рассчитана без налогов, транспортных и строительных расходов

Мини Биогазовые установки для частных домохозяйств

Серия статей “Биогаз – енергетическая независимость Украины”   СЕО АгроБиогаз к.т.н. Ольга Сидорчук изданию AgroExpert.

Журнал AgroExpert

Мини-биогазовые установки для частных домохозяйств

Ольга Сидорчук, канд. техн. наук, генеральный директор AgroBiogas

Биогазовые технологии в Украине ассоциируются с большим бизнесом и это, прежде всего, объясняется наличием механизмов стимулирования со стороны государства, что делает именно мощные биогазовые станции привлекательным решением с экономической точки зрения. На самом деле, в мире имеются и широко внедряются биогазовые станции малой мощности для средних и малых предприятий, а также так называемые — мини-биогазовые установки для частных домохозяйств. Что они представляют собой, чем они интересны фермерским хозяйствам и жителям сельской местности, как их эксплуатировать и что для этого нужно — раскроем в материале данной статьи.

Ситуация в ЕС

Маломощные биогазовые станции рассматриваются в качестве одного из важных факторов развития сектора биогазового производства в большинстве развитых стран Европейского Союза, в частности в Германии, Австрийской Республике, Швейцарии, Дании и др. Прежде всего, это связано с политикой содействия расширению децентрализованной и сельской биоэнергетики и соответствующими средствами стимулирования и поддержки средних и малых фермерских хозяйств и предприятий, осуществляющих утилизацию органических отходов, в зависимости от их объемов.

Разные страны ЕС разделяют маломощные биогазовые станции по классам мощности, каждый из которых, в свою очередь, имеет соответствующий стимулирующий тариф, причем чем меньше мощность объекта, тем выше тариф. Безусловно, вопрос возврата капитальных инвестиций является многофакторным и требует тщательных просчетов в каждом отдельном случае, но прежде всего понятно главное: биогазовое производство мощностью 50 кВт, 75 кВт или 150 кВт имеет все шансы на окупаемость, а его строительство, соответственно, может заинтересовать и малое, и среднее предприятие.

Идея строительства собственной биогазовой установки малой мощности

Несмотря на то, что сегодня идея строительства биогазовой станции малыми и средними предприятиями в Украине практически отсутствует, следует понимать, что европейский ориентир на наращивание мощностей из возобновляемых источников и децентрализованное энергоснабжение настигнет и нас.

Строительство биогазовой установки особенно интересно средним или малым хозяйствам животноводства, в связи с имеющейся у них гарантированной сырьевой базой сравнительно значительных объемов, а следовательно и получения дополнительной прибыли. Такое решение является возможностью экологического решения вопроса утилизации продуктов жизнедеятельности животных, производства собственных энергоресурсов и отказа от закупки ископаемых энергоресурсов, продуцирование биоудобрений для формирования качественной кормовой базы собственной фермы, или же с целью реализации под органическое земледелие.

Внедрение биогазовых технологий в структуру предприятий растениеводства привлекательно благодаря возможности производства сразу трех продуктов — электрической энергии, тепловой энергии и биоудобрений. При этом, особого внимания требует ценовая политика сырьевого обеспечения. С целью получения оптимального экономического эффекта от реализации биогазовой станции, предприятиям растениеводства выгоднее кооперироваться с другими хозяйствами аналогичного профиля, чем закупать необходимые дополнительные объемы сырья для биогазового производства.

Предпосылки разработки концепции биогазовой станции малой мощности

Рынок биогазовых технологий Европейского Союза, несмотря на имеющуюся динамику и высокий уровень развития, выдвигает соответствующие требования по оценке экономической привлекательности проекта биогазовой станции любой мощности. Статистические данные Европейской биогазовой ассоциации свидетельствуют о том, что до 80% проектов биогазовых станций малой мощности отсеивается еще на этапе их предварительной финансово-экономической оценки. Биогазовые технологии — не исключение из правил: любой проект затачивается под получение экономического результата.

Входные параметры для разработки проекта биогазовой станции малой мощности похожи по условиях для объектов высокой мощности. При этом, чем больше базовых условий выполняется, тем выше вероятность целесообразности разработки концепта такой биогазовой станции:

• Вы — владелец фермерского хозяйства, предприятия животноводства, растениеводства, небольшого перерабатывающего предприятия и т.д.
• На предприятии образуются органические отходы, навоз, помет, остатки, которые, возможно, накапливаются на подготовленной площадке или резервуаре
• Хозяйство имеет свободную площадь под застройку биогазовой станции и возможность выращивания энергетических культур
• Имеется кооперация с соседними фермерскими хозяйствами и населением территории расположения хозяйства, как залог возможной реализации продуктов биогазового производства
• Отсутствие или незначительное количество реализованных биогазовых станций в регионе, как залог меньшей конкуренции за сырьевые ресурсы и потребителей продукции биогазовой станции
• План децентрализованного энергообеспечения местной общины, как преимущество

Планирование и реализация биогазовой станции малой мощности

Говоря о биогазовых технологиях в Украине, практически всегда проводим параллель с европейскими подходами и решениями, как флагманскими, однако вопроса маломощных биогазовых станций это до сих пор не касается. В отличие от стран Европейского Союза, в Украине отсутствует дифференциация стимулирующего «зеленого» тарифа в зависимости от мощности генерирования электрической мощности из биогаза. Есть единый тариф для любой мощности биогазового производства. Поэтому, если, к примеру в Германии, самой распространенной среди малых биогазовых станций является мощность в 75 кВт (благодаря самому высокому стимулирующему тарифу) и такой объект является экономически привлекательным, то в условиях Украины, окупаемость стартует от мощности более 1 МВт и выше.

Что касается особенностей планирования и необходимых этапах на пути внедрения биогазовой станции малой мощности, то из имеющегося опыта реализации таких станций в Украине (есть несколько маломощных биогазовых установок в диапазоне от 300 до 500 кВт), усилия обычно сопоставимы с внедрением станций промышленного типа. То же касается и непосредственной эксплуатации реализованного объекта. Обязательными являются контроль производственных процессов, качества сырьевого обеспечения, мониторинг систем и оборудования, своевременное техническое обслуживание и тому подобное.

Таким образом, маломощная биогазовая станция не должна ошибочно восприниматься, как мало затратная, это все та же технологически продуманная система, требующая соответствующих подходов и оправданных расходов. Решению о строительстве биогазовой установки должна предшествовать предварительная оценка целесообразности и экономической привлекательности такого объекта в конкретном регионе при имеющихся конкретных условиях и особенностях предприятия.

Мини-биогазовые станции для домохозяйств

В первой статье серии «Биогаз — энергетическая независимость Украины» мы говорили о предпосылках и особенностях развития биогазовых технологий в той или иной стране мира. Так, биогазовые технологии стран Европейского Союза поддерживаются рамочными условиями Сообщества, как следствие — широкое распространение их во всех отраслях и секторах, как мощных, так и условно маломощных биогазовых станций (от 25 кВт до 1 МВт). Что касается стран Азии, Латинской Америки и Африки, то налицо политика, направленная на обеспечение населения энергоресурсами собственного производства. Развитые страны движутся курсом крупных генераций энергоресурсов, тогда как развивающиеся страны, выбирают биогазовые технологии для обеспечения собственных энергетических потребностей, то есть интересна генерация на уровне 100-500 кВт и мини-биогазовые станции для домохозяйств (до 25 кВт).

То, что мы практически не говорим о биогазовых технологиях для частных домохозяйств, не значит, что их нет. На сегодня в Украине насчитывается до 200 мини-биогазовых станций, реализуемых частными домохозяйствами. Нашей компанией также предлагаются индивидуальные решения мини-биогазовых установок для домашнего использования, позволяющие получать энергетические ресурсы из имеющихся органических отходов домохозяйств. Продукты собственного мини-биогазового производства могут применяться, в зависимости от потребностей, на отопление жилых и нежилых помещений, подогрев воды, электроснабжения или использоваться для приготовления пищи, ведь биогаза мини-станции хватает на период от 4 часов непрерывного горения.

Мини-биогазовые станции — это современное и доступное решение для домохозяйств, которые содержат домашних животных и огороды, а также особенно актуален для не газифицированных уголков нашего государства и в условиях перебоев энергоснабжения.

Сырье для мини-биогазовых станций

Мини-биогазовая станция, как и биогазовая установка промышленного типа требует соответствующего сырьевого обеспечения. Сырьем могут быть любые отходы и остатки органического происхождения, как растительного, так и животного.

Когда мы говорим о мини-биогазовых установках, понимаем, что наибольшее применение они имеют в загородных домохозяйствах, в сельской местности. И если в случае содержания скота, преобладающие объемы отходов кухни просто скармливаются, то продукты жизнедеятельности животных, обычно накапливаются и хранятся на неподготовленных площадках, что имеет целый спектр негативных последствий, как для людей, так и для окружающей среды. Поэтому, в первую очередь, сырьем для собственной мини-станции являются животноводческие отходы: твердый или жидких навоз крупного рогатого скота, свиней, моча, птичий помет, сточные воды забоя скота, пожнивные остатки, солома, сено, силос трав и тому подобное.

В каждом отдельном случае рассматриваются все возможные и альтернативные виды сырья, доступные для обеспечения эксплуатации мини-биогазовой станции. Отталкиваясь от имеющихся сырьевых объемов, рассчитывается и ожидаемая производительность установки.

Составляющие мини-биогазовой станции

Эксплуатация мини-биогазовой станции требует практически тех же технологических решений и технического оборудования, как и станции промышленного типа, отличаются только производственные параметры и реализация дальнейшего использования производимого биогаза. Для удобства разделим производственные процессы мини-биогазовой станции на два этапа: первый — собственно биогазовое производство, второй — использование биогаза.

Биогазовое производство обеспечивается перечнем технического оборудования, в частности имеются приемная емкость, основной и вторичный ферментеры соответствующего рабочего объема, система накопления биогаза. Ферментеры отапливаются, и в зависимости от особенностей и требований сырья могут содержать различные типы перемешивающих устройств. В результате работы биогазовой станции образуются биоудобрения, поэтому обязательной составляющей объекта является резервуар-хранилище для биоудобрений.

Биогаз, производимый мини-биогазовой станцией, может использоваться для освещения (электрическая энергия), для отопления помещений и подогрева воды (тепловой энергии), для приготовления пищи (газообразное топливо). При этом, мини-биогазовые станции не оснащаются когенерационными модулями, что отличает их от биогазовых станций промышленного типа и объясняется нецелесообразностью применения данного решения для небольших мощностей производства.

Совокупность факторов эффективной эксплуатации собственной мини-биогазовой станции

Максимально успешная работа мини-биогазовой станции зависит от того, насколько эффективным и устойчивым будет применение всех продуктов данного производства. В первую очередь, конечно, имеем в виду максимально полноценное использование получаемых энергетических продуктов биогазового производства: биогаза, электрической и тепловой энергии, дегистата. В данном контексте не лишней выглядит идея совместной эксплуатации биогазовой станции. В случае кооперации с соседним домохозяйством есть все шансы наращивание мощности производства биогаза и его дальнейшего применения, соответственно. Другим привлекательным вариантом является договоренность относительно долгосрочной поставки того или иного сырья в обмен на один из продуктов биогазового производства. К примеру, в обмен на навоз КРС возможно возвращать соответствующий объем дегистата, переработанного, обеззараживаемого биоудобрения, внесение которого гарантированно повысит урожайность культур и улучшит качество почвы.

Стоимость и период окупаемости мини-биогазовой станции

Стоимость мини-биогазовых станций стартует от 3 тыс. долларов и в значительной степени зависит от объемов сырьевого обеспечения, производительности и дальнейшего применения биогаза. Говоря о сроках возврата инвестиций, то опираться следует в первую очередь на расчет экономии на приобретение природных ресурсов, объема их замещение возобновляемыми энергетическими источниками из отходов домохозяйства, и возможности применения биоудобрений после биогазового производства.

Мини-биогазовые станции — актуальное решение для домохозяйств, может быть максимально эффективно интегрированно в систему энергообеспечения, особенно в условиях политики децентрализации.

ТОП-«зеленых». Рейтинг агрокомпаний по мощности биогазовых установок — Latifundist.com

Мощность биогазовых установок, МВт: 17,692

Компания МХП, являющаяся крупнейшим производителем мяса птицы в Украине, в 2013 г. на  предприятии «Орель-Лидер» в Днепропетровской области запустила биогазовую установку мощностью 5,5 МВт. В свое время для ее строительства было привлечено €15 млн кредита от ЕБРР. Для производства биогаза на предприятии используется смесь помета с подстилкой, сточные воды и силос. Полученная электрическая энергия реализуется по зеленому тарифу и передается в общую сеть. Тепловую энергию предприятие использует для собственных нужд. 

В марте 2017 г. компания анонсировала строительство еще одного биогазового комплекса на базе «Винницкой птицефабрики». Проектная суммарная мощность предприятия — 24 МВт. В декабре 2019 г. агроиндустриальный холдинг ввел в эксплуатацию первую очередь комплекса «Биогаз Ладыжин» с установленной энергетической мощностью 12 МВт. Согласно сообщению компании, объемов электроэнергии, вырабатываемой на первой очереди биогазового комплекса, хватит для одновременного энергообеспечения 35 тыс. семей. Это означает, что только первая очередь проекта «Биогаз Ладыжин» может обеспечить электроэнергией всех бытовых потребителей Тульчинского и Гайсинского районов Винницкой области. 

А в промышленном масштабе произведенной энергии первой очереди биогазового комплекса хватит для обеспечения электричеством около 40% мощностей агроиндустриального кластера МХП. В этот кластер входят крупнейшая в Европе «Винницкая птицефабрика» с перерабатывающим комплексом и бригадами выращивания цыплят, комбикормовый комплекс, маслопрессовый завод, инкубаторная станция и водофильтровальная станция. По данным компании, эксплуатация первой очереди комплекса «Биогаз Ладыжин» позволит сократить выбросы парниковых газов ориентировочно на 100 тыс. т CO

2-эквивалента ежегодно, а после полной реализации двух очередей комплекса — до 200 тыс. т CO₂-эквивалента ежегодно. 

Также предприятие производит органические биоудобрения с высоким содержанием необходимых для растений элементов питания. Это позволяет увеличить содержание гумуса, раскислить почвы и восстановить их плодородие. 

«Цель экологической стратегии Группы МХП — трансформация путем превращения в «зеленую» eco-friendly-компанию. Применение биогаза для производства электрической и тепловой энергии позволяет заменить ископаемые энергоносители, такие как уголь, природный газ и нефть, использование которых обусловливает образование большого количества парниковых выбросов и других отходов», — сказал заместитель председателя правления МХП

Александр Домбровский.

Читать по теме: Экологические инициативы в бизнесе: Винницкая птицефабрика

Проектирование биогазовых электростанций, строительство биогазовых установок

Примеры инсталяций когенерационных установок на природном и биогазе

>>>Биогазовая когенерационная контейнерная станция MADEK MG 528/623-B-C, электрическая мощность : 528 кВт

>>>Торгово-развлекательный центр, г. Киев, электрическая мощность: 5000 кВт

>>>Биогазовая когенерационная станция Horus Energia HE-MTG1166-B (MTU), электрическая мощность: 1166 кВт

>>>Хмельницктеплокоммунэнерго FG WILSON PG1250B, электрическая мощность: 1250 кВт

>>>Тепличный комбинат г. Бровары, FG WILSON PG1250B, электрическая мощность: 1000 кВт

>>>Ветропак Гостомельский стеклозавод, FG WILSON PG1250B, электрическая мощность: 2500 кВт

Модельный ряд когенерационных электростанций для работы на биогазе

Модель	Производитель	Двигатель	Номинальная мощность, кВт
			Электрическая	Тепловая
HE-MG105-B	Horus Energia (Польша)	MAN E0836	99	129
HE-MG124-B	Horus Energia (Польша)	MAN E2876	123	181
HE-MG190-B	Horus Energia (Польша)	MAN E2876TE	190	244
HE-MG252-B	Horus Energia (Польша)	MAN E2848 LE	252	326
MTU 6R400 GS	MTU (Германия)	Z8	220	264
MTU 12V400 GS	MTU (Германия)	L8	370	444
MTU 12V400 GS	MTU (Германия)	Z7	400	480
PG345B3	FG Wilson (Великобритания)	Perkins	276	357
PG450B1	FG Wilson (Великобритания)	Perkins	360	401
PG525B1	FG Wilson (Великобритания)	Perkins	420	462
PG620B1	FG Wilson (Великобритания)	Perkins	496	518
PG1080B2	FG Wilson (Великобритания)	Perkins	864	1020
PG1250B2	FG Wilson (Великобритания)	Perkins	1000	1050
MTU 8V4000 GS	MTU (Германия)	L32	776	842
MTU 12V4000 GS	MTU (Германия)	L32	1169	1256
MTU 16V4000 GS	MTU (Германия)	L32	1560	1471
MTU 20V4000 GS	MTU (Германия)	L32	1948	1808

 

Когенерационные биогазовые установки для автономного энергоснабжения

Современные когенерационные биогазовые установки вырабатывают электричество и теплоту за счет утилизации отходов предприятий аграрного сектора и городской канализации, мусорных свалок. Эта технология завоевывает приоритетные позиции по всей Европе. В качестве топлива когенерационных установок используется биогаз.

Биогаз возникает при ферментации органических веществ, таких как навозная жижа, навоз, жидкое навозное удобрение, растения, пищевые отходы. Он возникает в природе повсюду, где нет доступа кислорода. В ферментерах и в гнилостных башнях в результате анаэробной ферментации (анаэробно — без кислорода) образуется биогаз.

Если органический материал складируется без доступа воздуха, то, при воздействии связывающих метан бактерий, начинается биологический процесс, при котором образуется газ. Это и есть биогаз.

Химический состав биогаза

Вещество	Химическая формула	Содержание, %
Метан	CH4	40—75
Углекислый газ	CO2	25—55
Водяной пар	Н2О	0—10
Азот	N2	<5
Кислород	O2	<2
Водород	H2	<1
Сероводород	H2S	<1
Аммиак	NH3	<1

Биогаз, как правило, используется в когенерационных установках на базе газопоршневого двигателя для выработки тепловой и электрической энергии.

Технологическая схема получения и использования биогаза

Принципиальная схема комплексного решения энергоснабжения с использованием биогаза

Объект: Свалка твердых бытовых отходов
Среднее время эксплуатации одной скважины составляет 15 лет, ориентировочный срок окупаемости проекта составляет 4-5 лет.

К преимуществам биогазовых установок можно отнести:

• Независимость от государства в сфере энергоносителей и энергообеспечения.
• Экономия денежных средств за счет перехода на свой биогаз.
• Вместо обычной утилизации органических отходов производится энергия, и используются 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.
• Увеличивая к 2010 г. минимум вдвое объём новейших энергий и развивая и распространяя дальше на базе установок на биогазе благоприятные для окружающей среды технологии, применение биогаза служит и поддержке цели по защите климата.
• Создание дополнительной экономической опоры: заработать деньги – произвести экологически безопасную энергию.

НПП «МАДЕК» совместно со своими партнерами может взять на себя реализацию всего проекта по автономному энергоснабжению на основе биогазовых технологий в состав которого входит:

1. Подготовка коммерческого предложения по созданию биогазовой установки.
2. Подготовка Технико-экономического обоснования (ТЭО) целесообразности создания и эксплуатации биогазовой установки, которое включает в себя: Выбор технологических режимов работы биогазовой установки; Разработка принципиальной технологической схемы биогазовой установки; Подбор необходимого оборудования и комплектующих для создания установки; Предложения по утилизации биогаза и сравнения разных вариантов; Расчет сметы строительно-монтажных работ; Расчет экономических показателей и срока окупаемости установки.
3. Экспериментальное подтверждение образования биогаза на лабораторной биогазовой установке, лабораторные исследования качества получаемых органических удобрений.
4. Рабочий проект биогазовой установки, включая систему автоматизации.
5. Авторский надзор за изготовлением нестандартного оборудования.
6. Закупку оборудования и комплектующих, необходимых для создания биогазовой установки.
7. Строительство и монтаж установки.
8. Запуск и выход на технологический режим работы биогазовой установки.
9. Обучение персонала и сервисное обслуживание биогазовой установки.

Опросный лист на биогазовые установки

Биогазовые установки для фермерских хозяйств по доступной цене

Биогазовые установки – это оборудование, созданное для переработки органических отходов различных отраслей сельскохозяйственной промышленности. Результатом этого процесса становится биогаз. Главной составляющей являются биологические отходы. В основном применяются отходы мясного или молочного производства, но материал зависит исключительно от сырья, используемого каждым конкретным предприятием. Основным проистекающим процессом является бескислородное брожение.

Биогазовые установки нашли широкое применение в фермерском деле. Процесс производства биологического газа позволяет значительно уменьшить выбросы метана в атмосферу, что делает подобную технику весьма популярной для эксплуатации в промышленности. Биогаз имеет схожие свойства с природным газом, но обладает более высокой экологичностью и низкой себестоимостью, позволяющей применять его в областях с меньшей прибылью.

Что представляет собой биогаз?

По своему составу биогаз включает метан и углекислый газ в соотношении от пятидесяти до семидесяти и от тридцати до пятидесяти процентов соответственно. Кроме того, производство биологического газа не сопряжено с возможностью экологической катастрофы и дает возможность производить органические удобрения для применения по прямому назначению. Снижение количества химических удобрений хорошо улучшает экологическое состояние окружающей среды, и повышает здоровье потребителей, делая продукцию более полезной и продающейся среди других натуральных продуктов. Биогазовая установка для переработки навоза справляется с этими задачами.

Преимущества современной техники

Основная цель эксплуатации установок – это эффективная переработка органического сырья, позволяющего в значительной степени уменьшить использование химикатов и получить выгоду от утилизации отходов. Безотходное производство означает пользу для экологии и высокую прибыль. Подобная техника способна вырабатывать:

• автомобильное топливо;
• биологический газ;
• биологические удобрения;
• тепло и электричество.

Если купить биогазовую установку для фермы, она окупится быстрее, чем любая другая техника. С ней производителю не придётся заботиться ни о том, где добывать органические удобрения, ни о том, как обслуживать установку. Биогазовая установка легко обслуживается и не требует больших трудозатрат, при этом будучи далеко не сборной конструкцией.

Следующие сферы применения установок наиболее выгодны:

1. Электроэнергия. Её выработка при помощи биогазовых установок позволяет снизить себестоимость до крайнего минимума – 0,4 рубля за 1 киловатт. Генераторы специального назначения вырабатывают из одного кубометра биогаза более двух киловатт.
2. Теплоэнергия. Биогазовые установки вырабатывают столько тепла, что его хватит как на обогрев теплиц, так и на просушку зернового сырья. Данный аспект может в значительной степени удешевить овощную продукцию, снизив себестоимость, девяносто процентов от которой всегда уходят на окупаемость теплоэнергетических затрат.
3. Натуральные удобрения. Такая техника помогает полностью убрать химикаты. Урожай продуктов, выращенных на биологическом удобрении, созданном при помощи установки, вырастает в среднем от тридцати до пятидесяти процентов.
4. Повторное использование органических отходов и очистка окружающей среды. Установка защищает природу от загрязнений и способствует получению выгоды от утилизации на промышленном предприятии по производству пищевых товаров.

Цена на биогазовые установки для фермерских хозяйств не станет неподъемной. Она окупается быстро за счет высокой эффективности техники и её производительности. Данное приобретение позволяет во многом сэкономить и в значительной степени уменьшить расходы как на электро- и теплоэнергию, так и на органические удобрения.

Составляющие и эксплуатация

Комплектация современной техники весьма сложная, но, отличаясь от своих конкурентов, биогазовая установка не требует больших трудовых ресурсов для обслуживания. Установка не является сборной конструкцией. Её строительство — это капитальный объект с рядом серьезных технических требований, игнорировать которые нельзя.

Затраты на эксплуатацию биогазовой установки составляют два процента в год от её общей стоимости. Учитывая высокую эффективность и исключительную окупаемость, данный аспект тоже выгоден.

Стоимость промышленных биогазовых установок

Биогазовые установки, применяемые в промышленности, окупаются даже быстрее, если рассчитать выгоду, получаемую от переработки органических отходов, процент вырабатываемой электро- и теплоэнергии, которые удачно применяются для прогревания теплиц, просушки семян.

Биогазовая установка должна полностью окупиться за два года, но зачастую сроки сокращаются до года или даже полугода.

Для расчета стоимости установки заполните анкету и пришлите нам: анкета

Состав биогазовой установки

Современная биогазавая установка состоит из целого ряда составных частей, которые, будучи смонтированными в единое целое, представляют собой агрегат с полностью законченным производственным циклом. Следует заметить, что она представляет собой не некий сборный, а капитальный строительный объект, к сооружению которого предъявляются весьма строгие требования.

  

Удаленный ввод/вывод в биогазовых установках

В установках биогазификации Purac Puregas система ввода/вывода excom компании Turck позволяет удобно выполнять техническое обслуживание непосредственно в зоне 1.

Шведская компания Purac Puregas является экспертом в области установок биогазификации, которые могут очень эффективно обогащать биогаз из ферментированных бытовых отходов и другого органического мусора для получения метана и CO2. Компания Purac Puregas недавно усовершенствовала работы по обслуживанию своих газовый установок благодаря новой системе ввода/вывода, которая соответствовала всем их требованиям: система excom производства Turck для использования в опасных и безопасных зонах.

• Во взрывоопасном помещении, где происходит процесс CApure, BL67 соединяет все датчики с сетью Profibus

• Индикаторы состояния хорошо видимы через окошко в металлическом шкафу прямо в компрессорном отделении

• С диапазоном рабочих температур до –40 °C система BL67 от Turck устойчива к суровым зимним условиям

• Вся биогазовая установка состоит из трех модулей

Шведская группа компаний Läckeby Water Group совместно с газовой компанией Purac Puregas производит установки биогазификации. Газоперерабатывающие установки Purac Puregas используют сырой биогаз и обогащают его до практически чистого биометана. С помощью химического процесса, называемого CApure, установки удаляют углекислый газ и сероводород (h3S) из сырого биогаза. Это повышает эффективность биогазовой установки и улучшает экологический баланс.

excom для компрессорных отделений

Для газоперерабатывающей установки местной энергетической компании в Севше Purac Puregas искала лучшее решение для удаленного ввода/вывода для своих блоков биогазовой установки. В компрессорном отделении каждого модуля установки система удаленного ввода/вывода в зоне 1 собирает данные от датчиков и другие сигналы из опасных зон. Предыдущая система удаленного ввода/вывода не могла эксплуатироваться непосредственно в зоне 1. В целях технического обслуживания клиенты всегда должны были отключать модуль установки и дегазировать компрессорное отделение. В связи с этим требовалось большое количество времени, трудозатрат и средств — часто даже при незначительных проблемах, таких как, например, обрыв провода

Удобство в обслуживании

Компания Turck представила для Purac Puregas свою систему удаленного ввода/вывода excom. В отличие от используемой системы, excom может устанавливаться непосредственно в зоне 1. В дополнение к этому светодиодные индикаторы состояния легко просматриваются через окошко в коробе из нержавеющей стали, в котором установлена система excom. Таки образом, электротехнический персонал местной мусороперерабатывающей компании, к примеру, может легко распознавать потенциальные проблемы. И, при необходимости, клиент может получить удаленную поддержку, просто позвонив в Purac Puregas и описав, что показывают светодиодные индикаторы состояния и диагностические сообщения.

По словам Андерса Росенгрена (Anders Rosengren), главного инженера-электрика Purac Puregas, легкость в обслуживании excom послужила основной причиной для замены системы: «Хорошо заметные светодиодные индикаторы и простота в обслуживании путем замены в процессе работы стали основными причинами для выбора excom. Кроме того, excom подходит по эстетическим соображениям. Мы стараемся строить все из нержавеющей стали. В своем специальном корпусе из нержавеющей стали excom подходит как нельзя лучше».

BL67 выдерживает шведскую зиму

В процессе работы над проектом компания Purac Puregas нашла в каталоге Turck и другие решения для своей газоперерабатывающей установки. В наружных частях установки, в колонне абсорбции CO2, система промышленной сети должна передавать данные от нескольких индикаторов клапанов в интерфейс Profibus ПЛК. Модульная система ввода/вывода для промышленных сетей BL67 с температурным диапазоном до –40 °C может использоваться снаружи помещений даже в условиях суровых шведских зим. Profibus подключается к ПЛК через тот же узел, что и excom. Сегментные соединители SC12 компании Turck обеспечивают искробезопасное соединение с сетью Profibus. Установка BL67 непосредственно на открытом воздухе избавляет Purac Puregas от необходимости постройки шкафа управления с предварительным подогревом, что увеличивает КПД газовой установки, так как устройства предварительного подогрева сами бы потребляли энергию.

Дополнительная информация

Защита биогазовых установок | DEHN Russia

Основа экономической эффективности биоэнергетических установок закладывается уже в начале проектной стадии. На этом этапе в числе прочего должен быть произведен выбор необходимых защитных мер, предотвращающих повреждение установки с установленным оборудованием в результате прямых ударов и электромагнитных воздействий молнии.

Для этого проводится анализ риска в соответствии со стандартом ГОСТ Р МЭК 62305-2-2010 (IEC 62305-2). Важнейшим аспектом при анализе на потенциально опасных объектах является отсутствие или ограничение распространения взрывоопасной атмосферы. Если образование взрывоопасной среды невозможно предотвратить первичными мерами, то должны быть предприняты дополнительные меры, предотвращающие ее воспламенение. К числу этих мероприятий относится и установка системы молниезащиты.

Уровень защиты выбирается исходя из результатов анализа риска. II уровень характерен для многих объектов, расположенных в потенциально опасных зонах. Если результаты анализа дают другие значения или необходимый защитный эффект не может быть достигнут стандартными средствами, то должны быть предприняты дополнительные меры, позволяющие снизить риск до допустимого значения.

Компания DEHN предлагает комплексные технические решения для организации систем молниезащиты на потенциально опасных объектах, куда входят следующие составляющие:

•внешняя молниезащита и заземление

•изолированная система молниезащиты

•уравнивание потенциалов

•УЗИП для систем электроснабжения

•УЗИП для информационно-технического оборудования

 

Биометановые установки

Установки по производству и закачке биометана должны удовлетворять самым жестким требованиям по надежности и безопасности. Одной из необходимых в этой связи мер является разработка и установка профессиональной системы молниезащиты. Нормативные документы ряда стран также предъявляют особые требования к установкам по закачке биометана в распределительные газопроводы, которые не применимы к обычным биогазовым установкам без возможности закачки газа.

УЗИП с возможностью удаленного мониторинга и контроля работоспособности

Помимо установки внешней молниезащиты и организации уравнивания потенциалов для предотвращения воспламенения взрывоопасной атмосферы следует использовать дополнительные меры, повышающие надежность работы биогазовых установок. Например, УЗИП серии Yellow/Line производства DEHN защищают все интерфейсы передачи данных и при этом имеют возможность удаленного мониторинга и контроля работоспособности с выводом на монитор диспетчера. В случае повреждения какого-либо УЗИП в системе, диспетчер его быстро идентифицирует, а персонал, обслуживающий установку, сможет произвести оперативную замену.

Электрохимическая защита газопроводов

Применение электрохимческой защиты является эффективным средством предотвращения коррозии газопроводов. При этом для надежной работы таких систем необходимо обеспечение работоспособности отдельных узлов, например, изолирующих фланцев и станций катодной защиты. Разделительные искровые разрядники компании DEHN для использования во взрывоопасных зонах обеспечивают непрямое соединение (или заземление) различных частей установки, а также могут использоваться для шунтирования изолирующих фланцев трубопроводов с катодной защитой.

 

 

История и будущее отечественных биогазовых установок в развивающихся странах

Реферат

Технологии восстановления биогаза делают это за счет использования анаэробных путей разложения, контролируемых набором микроорганизмов. Выбрасываемый биогаз действует как экологически устойчивый источник энергии, одновременно обеспечивая метод утилизации различных отходов. Биогаз содержит 50–70% метана и 30–50% углекислого газа, а также небольшое количество других газов и обычно имеет теплотворную способность 21–24 МДж / м ³ .Различные устройства могут работать на биогазе, а печи предлагают применение, подходящее для использования в развивающихся странах. Широкое распространение биогазовых реакторов в развивающихся странах началось с 1970-х годов, и в настоящее время в Индии и Китае насчитывается около четырех и 27 миллионов биогазовых установок соответственно. Обычно это небольшие системы в сельской местности, которые питаются навозом. Однако во многих других странах распространение технологий прекратилось и / или до 50% предприятий не функционируют. Это связано с недостаточным вниманием к обслуживанию и ремонту существующих объектов.Следовательно, для процветания технологии восстановления биогаза в будущем необходимо создать сети оперативной поддержки. Похоже, у биогазовых плит есть возможности внести свой вклад в проекты по внедрению более чистых кухонных плит, такие как Глобальный альянс за чистые кухонные плиты. Помимо этого, у домашних предприятий остается потенциал для использования в настоящее время недостаточно используемых биогазовых субстратов, таких как кухонные отходы, сорняки и растительные остатки. Таким образом, существует потребность в исследованиях реакторов и процессов, которые обеспечивают эффективное анаэробное биоразложение этих ресурсов.

Основные моменты

► Биогазовые печи могут внести свой вклад в схемы снижения загрязнения воздуха внутри помещений ► Для обеспечения долговечности биогазовых установок необходимы значительные сети поддержки. Восстановление

Развивающиеся страны

Кухонные плиты

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Copyright © 2011 International Energy Initiative.Опубликовано Elsevier Inc. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирование статей

Управление устойчивостью в биогазовом секторе Германии — адаптивное управление Законом о возобновляемых источниках энергии между сельским хозяйством и энергетическим сектором | Энергия, устойчивость и общество

Законодательство, которое напрямую влияет на развитие биогазового сектора, регулярно пересматривается, чтобы соответствовать целям законодательства более высокого уровня и реагировать на воздействия, вызываемые развивающимся сектором (рис.2). Это иллюстрируется вертикальными пунктирными линиями на рис. 2, где этапы развития сектора связаны с соответствующей версией REA. Примерно с 2000 года цель более высокого уровня по сокращению выбросов парниковых газов (ПГ) была адаптирована в соответствии с национальными и международными событиями, такими как различные соглашения об изменении климата [24]. Целевой показатель доли ВЭ был введен в РЭА в 2000 году и с тех пор корректировался (рис. 2). Цели более высокого уровня Общей сельскохозяйственной политики (CAP) также играют важную роль в развитии сектора, потому что основное законодательство, определяющее развитие сектора биогаза, является частью сельскохозяйственного сектора.Более подробно, такие схемы, как надбавка за урожай, отложенная надбавка, надбавка за энергетические растения и озеленение, оказали значительное влияние на сельскохозяйственный сектор и, следовательно, на производство биогаза. Все вышеупомянутые высокоуровневые стратегии должны быть рассмотрены во время развития рынка биогаза, а также при разработке инструментов рыночного стимулирования в рамках REA. Аналогичным образом, одним из факторов, влияющих на части этой системы, является производство мяса, что особенно важно, поскольку интенсивное животноводство создает навоз, который можно использовать на биогазовых установках (рис.2). В следующих разделах описывается развитие соответствующего законодательства и его взаимодействие с различными фазами развития рынка.

Рис. 2

Фазы развития рынка и законодательства в секторе биогаза Германии, представленные развитием количества биогазовых установок, области производства энергетических культур, количества возобновляемой энергии и производства мяса по сравнению с уровнем в 2017 г. [25, 26]. Цели сокращения выбросов парниковых газов (ПГ) приведены относительно уровня выбросов в 1990 году.Цели использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ) даны относительно общей доли производства энергии в энергетическом секторе

Этап внедрения

В связи с кризисом цен на нефть в 1970-х годах и увеличением предложения жидкого навоза, все больше биогазовых установок, использующих этот навоз, было построен [27]. В период с 1990 по 1999 год для производимого биогаза практически не было рынка. Это вынудило правительство ввести зеленый тариф (Stromeinspeisegesetz) в 1990 году, что положило начало вступительной фазе развития рынка.Впервые это гарантировало фиксированное вознаграждение производителям возобновляемой электроэнергии и, таким образом, позволило фермерам использовать биогазовые установки вместе с установками комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ). Для повышения эффективности биогазовых и ТЭЦ, в частности, органические остатки и отходы все чаще использовались в качестве субстратов. Льготный тариф (таблица 3 в приложении) стимулировал постепенное увеличение количества биогазовых установок с примерно 100 в 1990 году до 850 в 1999 году (рис.3). За тот же период установленная мощность увеличилась с 1 до 50 МВт _эл . Однако биогазовые установки, построенные в этот период, были небольшими по сравнению с установками, построенными после 2000 года.

Рис. 3

Развитие биогазового сектора Германии с 1992 по 2017 [28]

Ранняя фаза расширения

Закон о льготных тарифах [29] был предшественником REA, заменив его в 2000 году, чтобы соответствовать требованиям новое обязательство по Киотскому протоколу сократить выбросы парниковых газов на 21% к 2010 году, поскольку сочетание финансовых стимулов для возобновляемых источников энергии с ценами на электроэнергию больше не обеспечивает экономическую работу электростанций, использующих энергетические культуры.Впервые электричеству из возобновляемых источников был отдан приоритет перед электричеством, вырабатываемым традиционным способом, когда было введено обязательное минимальное вознаграждение за электроэнергию из гидроэлектростанций, свалок, шахтного и канализационного газа, биомассы, геотермальной энергии, энергии ветра и энергии солнечного излучения. Размер финансовых стимулов варьировался среди различных источников возобновляемой энергии. Срок оплаты труда составляет 20 лет. В период с 2000 по 2003 год количество биогазовых установок увеличилось с 850 до 1750, при этом средняя установленная мощность увеличилась с 50 до почти 400 МВт _эл (рис.3). Мониторинг и адаптивный законодательный подход уже были интегрированы в версию REA 2000 года, но конструкция этих системных функций была довольно простой. Однако сложность со временем увеличивалась, достигнув максимума в 2009 г. (рис. 4). С 2014 года сложность постепенно снижалась, а в 2017 году вернулись к более простому подходу.

Рис. 4

Финансовые стимулы для производства биогаза в Германии с 1990 по 2017 гг., Как это предусмотрено последующими законами о возобновляемых источниках энергии (REA) (более подробную информацию см. В таблицах 3, 4, 5, 6, 7 и 8 в Приложении).Базовое вознаграждение означает вознаграждение только за производство электроэнергии без дополнительных премий

Поздняя фаза расширения

На основании отзывов первого мониторинга в рамках REA, были внесены изменения для поддержки производства электроэнергии из биомассы. Поскольку ставки вознаграждения для малых биогазовых установок были недостаточными, была введена измененная структура вознаграждения, которая включает следующее:

• специфическое вознаграждение за использование энергетических культур, особенно для биогазовых установок меньшей мощности,

• дополнительное вознаграждение за инновационные технологии,

• дополнительное вознаграждение за перевод биогаза на биометан при соблюдении определенных экологических требований (максимальные выбросы метана пороговые значения от утечки, разумного энергопотребления и технологического тепла без ископаемых) и

• систем с максимальной мощностью обновления 1000 Нм ³ .

В результате условия для производства электроэнергии из биомассы заметно улучшились, что проявляется в развитии в этот период (рис. 3). В период с 2004 по 2008 год количество биогазовых установок почти удвоилось и составило почти 4000. Это увеличение было также поддержано поправками к Федеральному закону штата о строительстве [30], в которых первоочередное внимание уделялось созданию биогазовых установок в земельных районах.

Поправка 2009 г. к REA была фундаментальной и всесторонней переработкой.В центре внимания изменений было снижение ставок субсидий для новых фотоэлектрических систем, но изменения создали более благоприятную ситуацию для биогаза. В дополнение к финансовым стимулам в соответствии с REA 2004 года было добавлено несколько надбавок, ключевыми элементами которых являются надбавки за возобновляемые ресурсы, а также надбавки за использование навоза и уход за ландшафтом. Эти элементы были связаны таким образом, что бонусы за навоз и уход за ландшафтом могли быть востребованы только после получения премии за возобновляемые ресурсы.В период с 2009 по 2012 год был предоставлен широкий спектр премий по следующим видам деятельности (рис. 4):

• увеличение использования навоза на новых заводах (навозная надбавка),

• увеличение доли утилизируемого тепла от выработки электроэнергии из биогаза на теплоэлектроцентралях (включая использование для сушки сырья и использование в локальные тепловые сети) и

• , увеличивая использование биологических отходов для производства биогаза, особенно бытовых отходов.

В результате этих стимулов количество электростанций, использующих возобновляемые ресурсы, продолжало резко расти. Пик роста пришелся на период с 2009 по 2011 год, когда за 3 года было введено в эксплуатацию около 3300 систем (рис. 3).

Ранняя стадия консолидации

В 2012 году поправка к REA внесла изменения в технические параметры, а именно, когда новые хранилища дигестата были размещены на территории биогазовой установки. Эти хранилища должны быть технически газонепроницаемыми, а гидравлическое время пребывания в газонепроницаемой системе должно составлять не менее 150 дней.Однако из этого правила были исключены предприятия, перерабатывающие 100% навоз. Кроме того, были изменены метод расчета премий и применимые ставки премий. В дополнение к зеленому тарифу REA, «прямой маркетинг» с использованием модели рыночной надбавки стал интересным для сбыта электроэнергии с биогазовых установок. Причина заключалась в том, что начали стимулировать более ориентированную на рынок деятельность завода. В контексте «Energiewende» прямой маркетинг означает, что производители возобновляемой энергии, такие как биогазовые установки, должны сами продавать возобновляемую энергию [29].В период с 2012 по 2014 год было построено около 500 новых станций общей мощностью около 600 МВт. Кроме того, ввод кукурузы был ограничен до 60% по массе.

Текущая фаза консолидации

С внесением в 2014 году поправок в REA, заводы ВИЭ и, в частности, биоэнергетические установки были дополнительно интегрированы на рынок. Поправка позволила лучше контролировать затраты на возобновляемые источники энергии и снизить производство сельскохозяйственного сырья за счет непрерывных монокультур, в основном кукурузы. С 2014 года прямой маркетинг в рамках модели рыночного премиум стал обязательным для всех операторов крупных систем возобновляемой энергетики мощностью более 500 кВт _el .С января 2016 года прямой маркетинг также распространяется на все новые системы мощностью более 100 кВт, то есть на большинство биогазовых установок. Дополнительная поддержка энергетических культур была удалена, поэтому расширение использования биомассы для производства энергии теперь сосредоточено на использовании остаточных материалов, таких как жидкий навоз и твердые бытовые отходы. В результате мощность производства биогаза увеличилась лишь незначительно: в период с 2014 по 2016 год было введено 500 новых установок (рис. 3).

Поздняя фаза консолидации

С 2017 года льготы для заводов по производству биомассы выплачиваются в рамках конкурентного тендера, в котором новые и существующие предприятия принимают участие на равных условиях.В ходе этого тендерного процесса национальный орган предлагал определенное количество энергии из биомассы для участия в торгах. Все стороны, которые были заинтересованы в установке или продлении срока эксплуатации биогазовой установки, подали заявку на тендер, указав свои необходимые премии за кВтч. Ставки были предоставлены с наименьшей ценой до тех пор, пока не был достигнут объем торгов. Для заявок на ту же сумму заявку снова получила система с меньшей емкостью. С этой инициативой начался 8-летний период с целью устранения государственной поддержки биогаза.РЭО 2017 устанавливает цель ежегодного увеличения мощности на 150 МВт с 2017 по 2019 год и на 200 МВт с 2020 по 2022 год. Участие в тендере обязательно для установок, работающих на биомассе мощностью более 150 кВт. Небольшие установки, работающие на биомассе мощностью менее 150 кВт, могут получить фиксированную премию в размере 0,1332 евро за ^–1 кВтч. Максимальная премия за энергию из биомассы составила 0,1488 евро ⁻¹ кВтч в 2017 году для новых станций и 0,169 евро ⁻¹ кВтч для существующих станций. С 2018 года эта величина ежегодно снижалась на 1%.Доля разрешенной кукурузы («верхний предел кукурузы») была дополнительно снижена до 50% в 2018 году, 47% в 2019 году и 44% с 2021 года и далее. Финансовая поддержка выплачивается только за произведенную электроэнергию, которая соответствует номинальной мощности установленной мощности (50% для биогазовых установок и 80% для установок на твердой биомассе), чтобы способствовать более ориентированной на спрос работе установок, работающих на биомассе. Эта инициатива уже подготовлена ​​к гибким надбавкам, введенным в REA 2012 года. В 2017 году было построено 143 новых завода, из которых 130 были небольшими заводами по переработке навоза общей мощностью 21 МВт _эл .Аналогичным образом ожидается, что в будущем консолидация рынка будет достигнута за счет интеграции рынка биогаза.

Извлеченные уроки

Ключевой урок, извлеченный из развития рынка биогаза в Германии, заключается в том, что высокоадаптивное законодательство в энергетическом секторе успешно запускает фазы вывода на рынок, расширения и консолидации в течение 18 лет, а не только обеспечивает переход от от одной фазы к другой, но также и в регулировании развития в рамках различных фаз развития рынка.Это стало возможным благодаря циклам мониторинга и пересмотра, требуемых законодательством. Расширение использования ВЭ из биогаза способствовало достижению общих целей развития сектора ВЭ (рис. 2).

Второй извлеченный урок заключается в том, что развитие производства биогаза в основном было вызвано законодательством в области энергетики и использованием энергетических культур. Это согласуется с данными Scheftelowitz et al., Которые обнаружили, что помимо базового вознаграждения (рис. 4), введение различных премий направило развитие производства биогаза в желаемом направлении, хотя и с разной степенью успеха [18].Премии за использование возобновляемых ресурсов, в том числе навоза, сразу же повлияли на увеличение посевных площадей энергетических культур (рис. 4). Премии, например, за гибкое производство электроэнергии, требовали больше времени, чем ожидалось, для достижения желаемого проникновения на рынок, возможно, из-за дополнительных инвестиционных потребностей [18].

Третий извлеченный урок заключается в том, что сильная ориентация на развитие энергетического сектора (в данном случае биогаза) может привести к неадекватному учету воздействия на использование сельскохозяйственных земель.На этапе расширения производства энергетических культур для производственно-сбытовых цепочек биогаза (с 0% в 2004 г. до 80% в 2012 г. (величина 2017 г. составляет 100%, см. Рис. 2)) спрос на корма также увеличился из-за значительного увеличения производства мяса ( с 80% в 2004 году до 100% в 2012 году (значение 2012 года составляет 100%, см. рис. 2). Общая площадь, обрабатываемая для производства кормов, больше, чем площадь, обрабатываемая для энергетических культур. Следовательно, увеличение площадей, используемых для производства энергии посевы (в основном кукуруза) составляют одну треть от общей площади выращивания сельскохозяйственных культур.

Выводы из тематического исследования навоза животных в Северной Дакоте

Столкнувшись с растущей обеспокоенностью по поводу негативного воздействия на окружающую среду в результате деятельности человека и промышленности, специалисты-практики и политики, занимающиеся производством биомассы, проявляют большой интерес к экологически чистым цепочкам поставок для сокращения выбросов углерода от поставок. цепная деятельность. Существует множество исследований, моделирующих цепочку поставок биомассы и ее воздействие на окружающую среду. Однако цепочка поставок биогаза из отходов животноводства не получила большого внимания в литературе.Биогаз из навоза не только обеспечивает энергоэффективность, но и сводит к минимуму выбросы углерода по сравнению с существующими продуктами из биомассы. Таким образом, в этом исследовании предлагается смешанная целочисленная линейная программа, которая минимизирует общие затраты на поставку и выбросы углерода из цепочки поставок биогаза из отходов животноводства, а также включает цену углерода в модель, чтобы увидеть влияние углеродной политики на тактические и стратегические решения цепочки поставок. . Для проверки предложенной модели был принят пример Северной Дакоты, где существует высокий потенциал для развития биогазовой установки.Результаты нашего эксперимента по оптимизации показывают, что эффективность цепочки поставок с точки зрения затрат и выбросов очень чувствительна к механизму ценообразования на выбросы углерода.

1. Введение

Биометан образуется в природе в результате биологического разложения биоразлагаемых органических материалов, таких как биоотходы, ил, навоз и агроотходы в анаэробных условиях. Основными компонентами биогаза являются метан и диоксид углерода, которые можно улавливать и использовать для выработки энергии в виде тепла и электричества.Они также могут использоваться в качестве автомобильного топлива в сжатом или сжиженном виде и в качестве энергии для транспортных средств на топливных элементах [1]. По данным Управления энергетической информации США (EIA), биогаз может заменить около 5% и 56% потребления природного газа в электроэнергетическом и транспортном секторах, соответственно. В 2016 году на животноводческих фермах США было 242 действующих анаэробных ферментации (ADS), производящих около 981 миллиона киловатт-часов (кВтч) энергии [2]. Растет интерес к установке ADS для преобразования ежедневного навоза мясного скота, коров, свиней, птицы и других животных в биогаз в связи с его экономической и экологической выгодой.Биогаз, произведенный из ADS, считается метано-нейтральным процессом, потому что он может улавливать метан, который уходит в атмосферу.

Требуется RFS2, создание финансово осуществимой и экологически устойчивой цепочки поставок биоэнергетики через сбор, сбор, хранение, производство и транспортировку разнообразного сырья является сложной задачей [3]. Стратегические, тактические и оперативные решения на уровне, связанные с местоположением, мощностью, логистическими проблемами, транспортными сетями, приобретением кормов и распределением биомассы или биотоплива, должны быть приняты для эффективной и действенной оптимальной конфигурации сети [4, 5].Традиционный дизайн сети цепочки поставок ориентирован на экономическую эффективность, но недавние нормативные требования требуют, чтобы федеральные, государственные и местные органы власти расширили свои цели за пределы чисто экономических показателей. Теперь рассмотрение экологических характеристик, таких как сокращение выбросов углерода и минимизация отходов, должно быть частью проекта [6].

Признано, что возобновляемые источники энергии уже играют большую роль в сокращении выбросов в энергетическом секторе США и многих других стран.Электростанции, работающие на ископаемом топливе, являются крупнейшим источником выбросов, на которые приходится 31 процент выбросов парниковых газов в США. Интерес к введению налога на углерод на выбросы углерода, похоже, растет в США среди лиц, принимающих решения [7], с целью увеличения стоимости энергии, производимой из ископаемого топлива [3]. Ожидается, что национальный налог на выбросы углерода в размере 40 долларов за метрическую тонну будет повышаться со скоростью 5,6 процента в год, и за 10-летний период будет получено около 2,5 триллиона долларов дохода. Это также сократит выбросы в США на 8 процентов к 2021 году, а также повысит цены на бензин и электроэнергию [8].

В этой статье, мотивированной изменяющимися нормативными требованиями к изменению климата в Соединенных Штатах, разработана модель оптимизации и рассмотрены стратегические решения относительно количества и расположения биогазовых установок, а также тактическая оптимизация их мощности и производства биогаза по порядку. изучить, как отрасль биоэнергетики может управлять своей цепочкой поставок в рамках двух схем регулирования выбросов углерода, включая механизмы ценообразования и торговли квотами на выбросы углерода, которые являются двумя популярными схемами политики регулирования окружающей среды, широко применяемыми в разных странах [9, 10].В этом исследовании представлены не только практические выводы, связанные с моделированием, но и результаты исследований, включая обсуждение дополнительных результатов и дальнейшее развитие. Новый подход в системе цепочки поставок биогаза также необходим для того, чтобы противостоять постоянно меняющимся энергетическим рынкам, потому что неопределенность в расчетах изменения климата по-прежнему создает некоторые из наиболее сложных аспектов при разработке устойчивых цепочек поставок биоэнергетики [11]. В этом отношении смешанное целочисленное линейное программирование (MILP) представляет собой эффективный инструмент оптимизации, который фиксирует влияние различных сценариев цен на выбросы и предельных значений на цепочку поставок биогаза и обеспечивает оптимальные стратегии при разработке и планировании для практиков и политиков.Предлагаемая модель цепочки поставок биогаза вносит свой вклад в литературу по моделированию устойчивых биогазовых установок, помогая организациям, политикам и ученым оценить тактическое и оперативное планирование цепочки поставок биогаза.

Остальная часть документа организована следующим образом: в разделе 2 дается обзор литературы по схемам регулирования выбросов углерода и цепочкам поставок биомассы; В разделе 3 представлена ​​постановка задачи и оптимизационная модель, предлагаемая в данном исследовании; Раздел 4 описывает тематическое исследование; В Разделе 5 представлены результаты и обсуждение результатов исследований и потенциальных последствий для политиков.В заключение в разделе 6 приводится краткое изложение направлений будущих исследований.

2. Углеродное регулирование в США и цепочка поставок биомассы

Признано, что возобновляемые источники энергии уже играют большую роль в сокращении выбросов в энергетическом секторе в России. США и многие другие страны. Электростанции, работающие на ископаемом топливе, являются крупнейшим источником выбросов, на которые приходится 31 процент выбросов парниковых газов в США. Интерес к введению налога на углерод на выбросы углерода, похоже, растет в США среди лиц, принимающих решения [7], с целью увеличения стоимости энергии, производимой из ископаемого топлива [3].Ожидается, что национальный налог на выбросы углерода в размере 40 долларов за метрическую тонну будет повышаться со скоростью 5,6 процента в год, и за 10-летний период будет получено около 2,5 триллиона долларов дохода. Это также сократит выбросы в США на 8 процентов к 2021 году, а также повысит цены на бензин и электроэнергию [12].

Предпринимаются значительные усилия по разработке программ налогообложения и торговли квотами на выбросы углерода для смягчения последствий изменения климата в других странах. Схема торговли квотами на выбросы углерода, также известная как механизм ограничения выбросов и торговли квотами, является одним из важных направлений политики сокращения выбросов углерода [9].Он устанавливает фиксированный максимальный уровень выбросов углерода, потолок, для достижения сокращения выбросов. Фирмы, производящие больше выбросов, чем выделенная квота, либо платят штраф, либо покупают квоту на выбросы на рынке у тех фирм, которые произвели меньше выделенной квоты [10]. Правительственные постановления, нормы сообщества и ожидания потребителей — все это побудило организации расширить свое внимание за пределы экономического аспекта цепочек поставок [13].

В последние десятилетия исследователи были заинтересованы в выборе места установки биомассы [6, 14–18].Было приложено много усилий для количественного рассмотрения структуры сети поставок биомассы и методов управления [14–18]. Рассматриваемая цель учитывает экономические и экологические аспекты. Экономический аспект определяет рентабельный способ, который минимизирует общие издержки цепочки поставок в отношении количества, мощности и местоположения установок биопереработки, а также потока биомассы [19] или максимизирует чистую прибыль [20].

С другой стороны, улучшение показателей жизненного цикла необходимо для создания устойчивых цепочек поставок биотоплива, которые объединяют экологические аспекты.Одна из проблем заключается в том, как минимизировать углеродный след для поддержания низкого воздействия на окружающую среду. Недавно ряд авторов представили исследования по оптимизации цепочки поставок биомассы, в которых учитываются финансовые цели, а также воздействие на окружающую среду [21–23]. Также были проанализированы различные аспекты, такие как потенциальная экономия парниковых газов и влияние налога на выбросы углерода и торговли углеродом на экономические и экологические показатели [24]. Было обнаружено, что реализация схемы выбросов углерода была рентабельной, что сводило к минимуму выбросы парниковых газов за счет обеспечения конкурентных преимуществ в технологиях биотоплива [25].Однако большинство этих исследований было сосредоточено на цепочке поставок биомассы для биотоплива.

Определение оптимального местоположения биогазовой установки — сложная задача. В нескольких исследованиях, связанных с биогазовыми установками, были рассмотрены некоторые важные факторы, влияющие на решения о размещении, которые включают, помимо прочего, текущую ситуацию, потенциальное производство биогаза и его использование [26–28], уровень стратегических и тактических решений в управлении цепочкой поставок биогазовой промышленности [ 4, 29] или планирование размещения устойчивой биогазовой установки [30].Смешанное целочисленное программирование (MIP) и MILP широко используются в существующей литературе для стратегического или тактического планирования цепочек поставок биогаза [15, 16, 31]. Однако пространственное распределение спроса и предложения имеет большое влияние на проектирование сети подачи биогаза [32], а оптимальное расположение объекта сильно влияет на стоимость транспортировки. Следовательно, еще одним широко используемым подходом к проблеме цепочки поставок биотоплива является применение моделей на основе географических информационных систем (ГИС), которые могут помочь определить наиболее подходящее местоположение объекта в определенной области [1].

Мы решаем проблему размещения объектов в цепочке поставок биогаза, которые используют навоз животных с молочных ферм, одновременно определяя оптимальную мощность предприятия в каждом месте и количество навоза, которое необходимо транспортировать с ежедневных ферм на биогазовую установку и количество выбросов углерода в цепочке поставок биогаза, включая приобретение, транспортировку и производство. В большинстве предыдущих исследований сформулирован эффективный экологичный дизайн цепочки поставок, в то время как моделирование усилий, связанных с экологичным дизайном цепочки поставок, которые рассматривают отходы животноводства в рамках стратегии углеродной политики, в литературе недостаточно широко представлены.Учитывая эти факты и пробелы в исследованиях, в данном исследовании разрабатывается модель MILP для определения оптимальной конфигурации цепочки поставок биогаза на основе отходов животноводства вместе с соответствующими операционными решениями, которые сводят к минимуму ее экономические и экологические показатели в рамках углеродной политики.

В модели учитываются несколько факторов: расположение навозных ресурсов, пригодность землепользования для потенциального размещения биогазовой установки, практические ограничения на нашу способность использовать ее, а также экономические и экологические соображения с некоторыми ограничениями [11].Мы использовали эту модель оптимизации для решения проблемы с реальными данными из Северной Дакоты в США путем интеграции с ГИС для пространственного и сетевого анализа.

3. Постановка проблемы и математическая модель

Математическая модель для проектирования цепочки поставок биогаза в рамках углеродной политики разработана с использованием MILP. Биомасса в виде навоза рассматривается в модели как сырье. Затем эта биомасса будет отправлена ​​на заводы по преобразованию энергии для анаэробного сбраживания (AD), где биомасса преобразуется в биогаз.География и расстояние могут быть важными факторами, поскольку схемы получения энергии из биомассы сильно зависят от географического положения из-за того, что предложение навоза и спрос на биогаз часто сильно рассредоточены. Таким образом, поиск подходящих мест для биогазовых установок, которые минимизируют расстояния транспортировки и общие затраты на цепочку поставок, а также связанные с ними выбросы углерода, является ключевым вопросом для устойчивого производства биогаза. Один из способов обслуживания нескольких ферм или ранчо — это разработка централизованных или региональных AD, и в этом случае важно определить оптимальную мощность AD и локаций.Предлагаемая модель также рассматривает схему ценообразования и торговли углеродом. Таким образом, биогазовый проект либо несет расходы, если установленный предел выбросов углерода ниже, чем выбросы углерода, либо получает доход за счет продажи избыточных квот на выбросы углерода. Для модели сделаны следующие исходные данные, решения и допущения цепочки поставок.

Исходные данные (i) Годовое количество навоза крупного рогатого скота и годовая потребность в природном газе. В модель загружено только потребление природного газа электроэнергетическим сектором Северной Дакоты в 2016 году, поскольку потребление природного газа автомобильным топливом неизвестно [33].Учитывается восходящий участок цепочки поставок, а нижестоящие участники не рассматриваются, поскольку продукция завода закачивается непосредственно в трубопровод природного газа [29]. (Ii) Расстояние между каждым узлом в цепочке поставок определяется ГИС. ( iii) Затраты на приобретение навоза, его транспортировку и производство биогаза. (iv) Цена и ограничение на выбросы углерода (v) выбросы парниковых газов, связанные с получением навоза, транспортировкой навоза и биогаза и производством биогаза.

Решения (i) Расположение биогазовых установок.(ii) Уровни мощности для биогазовых установок. (iii) Количество биомассы, которое должно быть транспортировано из региона подачи сырья на биогазовую установку. (iv) Объем производства биогаза на каждой установке. (v) Количество выбросов углерода для всей цепочки поставок включая приобретение, транспортировку и производство.

Допущения (i) НПЗ не будет остановлен после открытия. (Ii) Грузовик — единственный вид транспорта для перевозки навоза и биогаза.

Все обозначения, используемые в формулировке модели, приведены в таблице 1, а полная формулировка модели представлена ​​в (1) — (15).Функция представляет собой общую стоимость цепочки поставок, которая включает затраты на приобретение, инвестиционные затраты, включая затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание в течение всего срока службы, производственные затраты, затраты на транспортировку навоза, штрафные расходы за нехватку биогаза и углеродный кредит, полученный за счет компенсации метана. где затраты на транспортировку навоза зависят от количества, расстояния в пути и вместимости грузовика; следовательно, (2) указывает транспортные расходы на тонну-милю. Целевая функция представляет собой общие выбросы углерода в цепочке поставок в результате приобретения, производства и транспортировки.Учитывая и, минимизация общей стоимости цепочки поставок при работе по схеме ценообразования или торговле углеродом может быть сформулирована в (4) и (5) соответственно [10]:

Наборы I набор ранчо, индексированных (i = 1,2,…, I) J набор потенциальных мест расположения биогазовых установок, индексированных by (j = 1,2,… J) K набор уровня мощности биогазовой установки, индексируемый (k = 1,2,…, K) Параметры максимально доступный навоз средняя стоимость приобретения навоза крупного рогатого скота себестоимость единицы производства биогаза на заводе j ($ / м 3 9000) 0194 транспортные расходы на тонно-милю от животноводческой фермы i до завода j тонны на грузовик затраты на транспортировку грузовика на милю с грузом в среднем по мокрой дороге содержание навоза (%) Затраты на погрузку и выгрузку навоза ($ / тонну) навоза инвестиционная стоимость завода в месте j с уровнем мощности k год затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание установки в точке j с уровнем мощности k срок службы биогазовой установки (лет) штрафные расходы за неудовлетворенный спрос расстояние по дороге (миль) между ранчо i и заводом j максимальное количество (тонны) углекислого газа, которое может быть выброшено годовая производственная мощность для биогазовой установки размером k CO 2 Коэффициент (CO 2 -экв.тонна / сухая тонна) для сбора навоза CO 2 Фактор (CO 2 -экв. тонна-миля / загрузка грузовика) для транспортировки CO 2 Фактор (CO 2 -экв. М 3 / сухая тонна) для производства биогаза количество (тонн) CO 2 в местоположении j с уровнем мощности k количество компенсированного метана на местоположение j α средняя ожидаемая стоимость углерода в долларах за тонну CO 2 θ эффективность преобразования для производства биогаза из навоза крупного рогатого скота (m 3 / сухая тонна ) годовая потребность в природном газе Переменные решения сумма навоза крупного рогатого скота, доставленного на завод j с животноводческой фермы i количество биогаза, преобразованного на заводе j при размере k 1 если построена биогазовая установка размера k, 0 в противном случае размер биогазовой установки, если таковая имеется, которая будет построена на площадке k количество CO 2 , выбрасываемое в цепочку поставок

Уравнение (4 ) взимает плату за углерод, соответствующую количеству выбросов, произведенных в ситуации ценообразования на углерод.Путем добавления предела выбросов углерода в (5) в среде торговли выбросами углерода предприятие, которое производит больше выбросов, чем выделенное ему квотирование, может приобрести дополнительные квоты или разрешения на рынке по цене. Заводы, производящие меньше выбросов, чем разрешенная квота на выбросы, могут продавать свои излишки тем, кто может превышать установленные лимиты. В последнем случае отрицательное число превратит торговлю углеродом в источник дохода, который может помочь снизить общие издержки цепочки поставок.

Целевые функции в (4) и (5) подчиняются ограничениям (6) — (15). Ограничения (6) ограничивают количество заготовляемого навоза количеством, которое ежегодно доступно в каждом месте производства навоза. Ограничения (7) — это ограничения по сохранению потока на биогазовых установках, которые заявляют, что количество преобразованного навоза равно количеству производимого биогаза, если соотнести его с коэффициентами преобразования на заводах. Ограничения (8) являются логическими ограничениями, утверждающими, что нет потока через биогазовые установки, если они не открыты.Ограничения (9) гарантируют, что для каждого растения можно выбрать не более одного размера. Ограничения (10) гарантируют, что количество биомассы, которое может быть переработано на биогазовой установке, ограничено ее производительностью. Ограничения (11) позволяют производить биогаз на каждой установке, что соответствует потребности в биогазе. Ограничения (12) рассчитывают выбросы углекислого газа по всей цепочке поставок. Ограничения (13) — (15) налагают неотрицательность и бинарные ограничения на переменные решения.

4. Пример: потенциальное производство биогаза в Северной Дакоте

В Северной Дакоте (Северная Дакота) мало установок для анаэробного сбраживания, хотя она является крупным производителем домашнего скота (Северная Дакота занимает 16-е место в США по крупному рогатому скоту).В настоящее время ND имеет только четыре действующих биогазовых системы, и они включают восстановление водных ресурсов и захоронение отходов. Однако ожидается, что будет построено более 39 новых биогазовых установок на основе имеющихся ресурсов ND. После установки биогаза электроэнергии может быть достаточно для выработки 52,7 млн ​​кВтч электроэнергии из природного газа на основе биогаза, достаточного для заправки 7 651 транспортного средства [34].

4.1. Ресурсы навоза крупного рогатого скота

Для производства биогаза в Северной Дакоте имеется разнообразный набор исходных материалов из отходов животноводства.Отходы крупного рогатого скота рассматриваются в этом исследовании из-за их высокого потенциала для производства навоза крупного рогатого скота. Крупный рогатый скот распределен по штату неравномерно; поэтому объемы производства навоза КРС варьируются в зависимости от региона. Информация обо всех откормочных площадках и инвентаризациях скота собирается через базу данных государственных откормочных площадок Северной Дакоты Центра научных исследований Дикинсона [35]. Ежегодный навоз крупного рогатого скота рассчитывается путем пересчета на 1 голову крупного рогатого скота 0,025 тонны навоза в день [36], умножения на 365 и процентного содержания среднего влажного или сухого навоза.В этом исследовании рассматривается содержание влаги в навозе и его влияние на решения в цепочке поставок биогаза. По словам эксперта в области сельскохозяйственной инженерии из Государственного университета Северной Дакоты, влажность навоза составляет большую часть биомассы (например, 30-85% на влажной основе, влажность навоза крупного рогатого скота составляет 85%) и является важным фактором. , особенно для планирования производственных мощностей и транспортировки. На Рисунке 1 (b) показано географическое распределение загонов для откорма крупного рогатого скота и количество твердого навоза для каждого загона.Годовое количество навоза крупного рогатого скота и местоположения были получены с помощью ГИС. Стоимость приобретения навоза крупного рогатого скота составляет 10 долларов за тонну [37].

4.2. Потенциальные биогазовые установки

Двадцать два потенциальных биогазовых участка были идентифицированы путем выполнения анализа пригодности землепользования с учетом различных факторов и критериев на Рисунке 1 (c). В таблице 2 представлены социальные, географические критерии и критерии землепользования, которые использовались для определения их потенциально подходящих участков для ADS в Северной Дании. Значения критериев по умолчанию основаны на литературе, а также на некоторых предположениях.Все критерии используют ГИС-анализ, такой как создание буфера из линий (дорога, железная дорога и газовая сеть) или точечных объектов (город) и отсечения полигонов (парк и акватория). Социальные факторы включают общественные территории, которые определены как городские, географический фактор, такой как вода (площадь реки и водоносного горизонта), Бюро по управлению земельными ресурсами (BLM), лесная служба, национальный парк и дикая природа, а также фактор землепользования, такой как дорога и железная дорога. , газовая сеть, скважина и буровая установка [8, 38]. Критерии для скважин и буровых установок предполагаются, потому что не было обнаружено исследований, которые изучали бы анализ пригодности биогазовой установки в пределах нефтедобывающего района.Это предположение может быть пересмотрено позже, проконсультировавшись с мнением экспертов или фактическим опросом.

Фактор Критерии Дороги и железные дороги не более чем в округе железнодорожная сеть Вода (река и поверхность водоносного горизонта) Исключить территории, которые содержат или находятся на расстоянии менее 150 м от водопровода Бюро землепользования (BLM) Чтобы исключить территории, которые содержат или меньше более 1 км от поверхности BLM Газовая сеть Включить территорию в пределах 2 км от газопровода Лесная служба Исключить территории, которые содержат или находятся на расстоянии менее 200 м от Земли племен Чтобы исключить территории, которые находятся на расстоянии менее 200 м от них Национальный парк Исключить участки, которые содержат или находятся на расстоянии менее 200 м от Дикие животные Исключить участки, которые содержат или находятся на расстоянии менее 150 м от заповедников Колодцы и буровые установки Чтобы исключить участки, содержащие меньше более 200 м от нефтяной скважины и буровой установки Городской Чтобы исключить территории, которые содержат или находятся на расстоянии менее 2 км

В этом исследовании рассматривается, что каждое растение может иметь один из четырех размеров в зависимости от количества переработанного навоза крупного рогатого скота и количества произведенного природного газа.Четыре типа биогазовых установок называются очень малыми, средними, большими и очень большими [30]. В нашей модели мы предположили, что четыре типа установок имеют разные значения начальных инвестиций и затрат на техническое обслуживание. Первоначальные инвестиционные затраты и стоимость обслуживания биогазовой установки в течение всего срока службы зависят от эффекта масштаба. В ходе этой работы было принято решение, что годовые затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание биогазовой установки составляют в среднем 2% от инвестиционных затрат. Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание были рассчитаны для установки со сроком службы 20 лет [30].Стоимость производства биогаза составляет 4 доллара США за 1 м3. Используется ³ [39] с эффективностью преобразования 23 м ³ / т [40].

4.3. Данные о транспортировке

В этом исследовании сети автомобильного транспорта, включая местные, сельские, городские и автомобильные дороги, используются для оценки стоимости перевозки навоза крупного рогатого скота (см. Рисунок 1 (а)). Кратчайший путь, основанный на алгоритме Дейкстры между каждым узлом, генерируется с помощью приложения матрицы затрат O-D в ArcGIS. Стоимость перевозки навоза на одну милю для навоза крупного рогатого скота составляет 4 доллара на милю, стоимость погрузки и разгрузки грузовика составляет 5 долларов на тонну, а количество тонн на грузовик составляет 25 тонн.Следовательно, согласно данным Университета штата Оклахома, транспортные расходы на тонно-милю составляют 4 доллара за милю / 25 тонн.

4.4. Оценка воздействия на окружающую среду

С точки зрения анализа воздействия на окружающую среду, уровень выбросов, связанный с производством биогаза, включая приобретение, транспортировку и производство сырья, взят из существующей литературы. Конечное значение CO ₂ -экв составляет 0,008 тонны CO ₂ -экв / тонна навоза для приобретения [41], 0,002 тонны CO ₂ -экв / тонна навоза для транспортировки [42] и 0 .08 тонн CO ₂ -экв / м ³ для производства биогаза [42]. Основные компоненты биогаза — это углекислый газ и метан; в частности, биогаз содержит от 60 до 70 процентов метана и от 30 до 40 процентов диоксида углерода (CO ₂ ) с небольшим количеством других газов, включая азот, водород и сероводород. Следующие ниже расчеты были разработаны на основе изучения наших источников и правил арифметики. Согласно Abdeshahian et al. [40], из 1 тонны навоза будет производиться 23 м ³ биогаза.Следовательно, (15) преобразует эту цифру в количество CH ₄ , произведенное на тонну навоза, используя оценку EPA, согласно которой 60% биогаза от анаэробного сбраживания составляет метан [43]. Затем рассчитайте эквивалентное количество CO ₂ , приняв, что 1 тонна метана эквивалентна 21 тонне диоксида углерода. Таким образом, умножение количества тонн метана, произведенного на тонну навоза, на двадцать один, должно дать разумную оценку количества газа в эквиваленте диоксида углерода (компенсация метана).Уловленный метан квалифицируется как компенсация выбросов углерода, которая может быть источником углеродных кредитов (.

Цена углерода, используемая в этом тематическом исследовании, составляет 40 долларов США за тонну выбросов углеродного эквивалента [12]. Агентство по охране окружающей среды (EPA) указало, что 45 % сокращения выбросов CO2 по сравнению с уровнем 2005 года к 2030 году будет достигнуто в Северной Дакоте за счет замены электростанций на генерирующие ресурсы, не связанные с выбросами. Используя это правило, мы устанавливаем начальный предел выбросов углерода на уровне 21 миллиона метрических тонн выбросов углерода.Результаты и обсуждение

Из таблицы 3 сценарии оптимизации только затрат и только выбросов без учета цены на углерод показывают, что происходит в двух крайних случаях. Анализ показывает, что оптимизация только затрат и оптимизация только выбросов — две противоречивые цели. Когда решается модель оптимизации только по затратам, минимальная стоимость цепочки поставок составляет 310 015 893 доллара, что на 60 25 757 долларов меньше, чем по сравнению с оптимизацией только по выбросам. Обратная ситуация имеет место в сценарии оптимизации только выбросов, когда минимальные выбросы углерода в размере 2 245 564 тонны возникают при максимальных затратах.Результаты ясно показывают, что без механизма ценообразования на выбросы углерода управление цепочкой поставок могло бы быть менее затратным. Мы также наблюдаем общее количество открытых АД, их размер и количество произведенного биогаза для каждого сценария оптимизации. Таблица 4 показывает, что количество открытых AD увеличивается при оптимизации только по выбросам, что может быть связано с тем, что модель назначает больше AD для минимизации выбросов. Кроме того, средний размер AD в конечном итоге уменьшается для оптимизации только выбросов по мере уменьшения назначенного спроса; следовательно, рекламным объявлениям выделяется меньше продукта.

9019 9019 9019 9019 9019 Оптимизация только затрат Оптимизация только выбросы Итого затраты на выбросы Выбросы (долл. США) (тонны) (долл. США) (тонны) Транспортные средства 12,859,893 647,880 9194 647,880 9194 647,880 8,000,000 584,000 7,160,000 522,680 Производство 1,656,000 1,472,000 1,482,120 1,317,440 83 Итого 310015893 2703880 370266650 2245564

Стоимость -только оптимизация Оптимизация только по выбросам Количество AD 9 20 Общий размер AD (тонны) 690,000 7 (тонна) 76,666 35800

Рисунок 2 иллюстрирует стоимость цепочки поставок и эффективность сокращения выбросов в диапазоне цен на углерод при наличии схемы торговли углеродом.Значения по оси Y на рисунке 2 представляют процентное увеличение затрат в цепочке поставок и процентное сокращение выбросов при каждой цене углерода по сравнению с ценой в $ 0. Такой подход позволяет оценить эффективность схем по разным ценам на углерод. На Рисунке 2 показано, что стоимость цепочки поставок постоянно и относительно линейно растет по мере увеличения цены на углерод. Однако в конечном итоге кривая сглаживается, поскольку, учитывая структуру цепочки поставок, больше не существует операционных изменений, влияющих на выбросы.Как можно видеть, наблюдается быстрое сокращение выбросов углерода, которое происходит при очень низких ценах на углерод, составляющих от 0 до 40 долларов за тонну. Интересно, что после этого происходит небольшое сокращение выбросов до тех пор, пока цена на углерод не достигнет 60 долларов за тонну. Следующее значительное улучшение в сокращении выбросов происходит при цене углерода более 60 долларов за тонну и продолжает улучшаться до тех пор, пока цена углерода не достигнет 80 долларов за тонну. Повышение цены на углерод дает сильную мотивацию к снижению уровня выбросов и, как следствие, снижает системные затраты за счет продажи компенсационных кредитов на выбросы.

На рисунке 3 показана стоимость углерода, купленного и проданного при различных уровнях ограничения выбросов углерода. При более высоком пределе компания будет продавать меньше углерода и покупать больше углерода. Это указывает на то, что изменение предела углерода в большей степени повлияет на количество продаваемого и покупаемого углерода. Одним из основных и общих вопросов политики является определение цены на углерод, при которой могут быть достигнуты максимальные экологические показатели без существенного негативного воздействия на экономику и конкурентоспособность биогазовой отрасли.Таким образом, исходя из этого анализа, диапазон цен от 60 до 70 долларов США представляется наиболее эффективным и действенным вариантом с точки зрения образования выбросов и роста затрат в нашей модели. В этом диапазоне увеличение затрат на цепочку поставок в долларах оказывает наибольшее положительное влияние на сокращение выбросов углерода.

В таблице 5 указаны мощности заводов и объемы производства биогаза в каждом округе при колебаниях цен на углерод. Результаты показывают, что Боумен и Фостер — это округа, в которых построена самая крупная электростанция с ценой на углерод в 0 долларов.С другой стороны, когда цена на углерод выросла на 40 долларов, Штатсман может стать округом с крупнейшим заводом. При ограничении и торговле количество биогазовых установок определяется только ценой на углерод. Для фиксированного предела выбросов углерода количество биогазовых установок и их относительные размеры сильно зависят от цен на углерод. Как видно на рисунках 4 и 5, количество открытых биогазовых установок увеличивается, чтобы свести к минимуму выбросы углерода при транспортировке. Кроме того, средний размер биогазовых установок в конечном итоге уменьшится, поскольку на каждую биогазовую установку будет выделяться меньше навоза крупного рогатого скота.

Производство биогаза 9 (м95 лет) Производство биогаза 9 (м95 лет) 9019 9018 9 0184 2,300,000 Округ Цена углерода Общая вместимость навоза (т / год) Bowman $ 0 100,000 2,300,000 $ 40 70,000 1,610,000 9019 9018 9019 9018 140,000 3,220,000 Сарджент $ 0 — — $ 40 70,000 1,610,000 9019 40 долл. США 100 000 Старк, Мортон, Маклин, Эммонс, Касс, Хеттингер $ 0 70,000 1,610,000 70,0003 9019 9019 9019 9019 9019 9019 9019 9019 9019 9019 9019 9019 9019 9019 9019 9019 9019 На рисунке 6 показано географическое положение биогазовых установок в Северной Дакоте для различного воздействия углерода.Представлено расположение биогазовых установок и различные уровни их оптимальной мощности. Как упоминалось ранее, отсутствие системы регулирования выбросов углерода (т.е. цена углерода 0 долларов США) приводит к открытию 9 биогазовых установок в качестве базового сценария. Введение цены на углерод на нынешнем национальном уровне в 40 долларов за тонну приведет к открытию большего количества биогазовых установок. Когда цена на углерод вырастет до 100 долларов, модель откроет 17 биогазовых установок в Северной Дакоте. Увеличение количества заводов позволяет сократить расходы на транспортировку и выбросы, тем самым делая больший акцент на более эффективном и экологически безопасном транспорте и решениях по размещению.Похоже, что модель размещает биогазовую установку рядом с округом, который производит наибольшее количество навоза крупного рогатого скота. Из результатов можно сделать вывод, что места расположения и производственные мощности завода сильно зависят от стоимости транспортировки навоза на единицу продукции. 5.1. Анализ чувствительности В нашей модели мы проводим анализ чувствительности, чтобы определить факторы, которые имеют значение для цепочки поставок биогаза, уделяя особое внимание стоимости биогаза, сравнивая текущую стоимость природного газа с поправкой на углерод.Таким образом, мы измеряем стоимость поставляемого биогаза путем деления общей стоимости цепочки поставок на общее количество биогаза, произведенного в Северной Дакоте, как показано на Рисунке 7. Этот анализ также показывает, как определить точку безразличия цены углерода, при которой удельная стоимость биогаза и природного газа становится равным. Стоимость природного газа рассчитывалась с учетом налога на выбросы углерода, который предоставляется Hafstead и Picciano [44]. Уровень цены на углерод варьируется от 0 долларов за тонну выбросов в углеродном эквиваленте до 100 долларов за тонну выбросов в углеродном эквиваленте.Рисунок 7 показывает, что цена углерода существенно влияет на удельную стоимость биогаза. Низкий уровень цены на углерод приводит к более низкой стоимости биогаза, а высокий уровень цены на углерод приводит к более высокой стоимости биогаза. Однако по мере роста цен на углерод стоимость биогаза становится выше, чем стоимость природного газа. Точка безразличия достигается, когда цена углерода превышает 160 долларов за тонну выбросов в углеродном эквиваленте, что означает, что производство биогаза при нынешней цене углерода до 159 долларов за тонну является выгодным. Это может происходить из-за штрафа, взимаемого с предприятий, выбросивших больше, чем выделенная квота на выбросы углерода. Чтобы понять увеличение стоимости биогаза по мере роста цен на углерод, мы использовали анализ безубыточности, чтобы увидеть взаимосвязь между ценой на углерод и эффективностью преобразования, а также спросом на природный газ и стоимостью приобретения навоза крупного рогатого скота. На рисунке 8 представлена ​​точка безубыточности для природного газа для различных значений цены углерода и скорости производства биогаза. Текущий коэффициент конверсии навоза в производство биогаза относительно низок; одна тонна навоза производит всего 23 м 3 биогаза.В базовом случае эффективность преобразования биогаза составила 23 м 3 на тонну навоза. Коэффициент эффективности преобразования увеличивается до 188 м 3 на тонну навоза по сравнению с исходным уровнем, поскольку это максимальный уровень эффективности преобразования, который повлияет на количество биогазовых установок и уровень производительности. Предполагалось, что повышение эффективности преобразования не требует затрат. Когда эффективность преобразования фиксирована, стоимость биогаза увеличивается по мере увеличения цены на углерод. Когда цена на углерод остается неизменной, стоимость биогаза снижается по мере увеличения эффективности преобразования, а это означает, что стоимость биогаза выше при использовании менее эффективных технологий и более высокой цене на углерод.Увеличение стоимости биогаза (по мере увеличения коэффициента конверсии) в основном связано с увеличением расстояния транспортировки и затрат на переработку. Технологическое усовершенствование конверсии биогаза необходимо для того, чтобы разместить меньше биогазовых заводов, которые перерабатывают навоз крупного рогатого скота и обслуживают спрос. Увеличение количества биогазовых установок снизит стоимость транспортировки и стоимость переработки дополнительного навоза, одновременно сократив выбросы углерода по мере роста цен на углерод. Судя по результатам анализа, существует компромисс между выбросами углерода и затратами на цепочку поставок. Также было исследовано изменение стоимости биогаза при различных уровнях спроса и цен на углерод; см. Рисунок 9. Этот результат показывает влияние увеличения предложения навоза и цен на углерод на стоимость биогаза. Эти эксперименты были вдохновлены тенденцией потребления природного газа в Соединенных Штатах, согласно которой ожидается, что потребление природного газа вырастет примерно на 11% к 2040 году по сравнению с уровнем потребления природного газа в 2016 году [45]. Результаты показывают, что при фиксированном спросе стоимость биогаза возрастает по мере роста цен на углерод.Было обнаружено, что стоимость биогаза увеличивается при самом высоком спросе и самой высокой цене углерода. Например, стоимость биогаза увеличивается с 1,42 до 1,89 доллара при цене углерода 0 долларов и с 6,98 до 7,81 доллара при цене на углерод в 100 долларов. Эти результаты могут быть связаны с перевозками на большие расстояния, которые пользуются большим спросом, и размещением небольшого количества биогазовых установок. На Рисунке 10 влияние стоимости приобретения навоза на удельную стоимость биогаза было проанализировано путем увеличения или уменьшения удельной стоимости приобретения навоза на 3% [46], а также взаимосвязи между ценой на углерод и стоимостью приобретения навоза.Результаты показывают, что стоимость биогаза сильно зависит от стоимости приобретения навоза. Без добавления цены на углерод удельная стоимость биогаза снижается на 1,8% и увеличивается на 2,5% по сравнению с базовым сценарием. Также обнаружено, что удельная стоимость биогаза линейно увеличивается с ростом цены на углерод. Результаты показывают, что общая стоимость биомассы в цепочке поставок, связанная с приобретением биомассы, будет снижена за счет улучшения технологии сбора и обработки. Кроме того, краткосрочные цены на биомассу зависят от стоимости сырья, в то время как долгосрочные цены на биоэнергетику зависят от цен на ископаемое топливо.На поставку навоза в больших объемах также влияет начальная стоимость сырья и удобрений. Таким образом, стоимость единицы приобретения навоза КРС очень чувствительна к цене на удобрения. В этом исследовании дополнительно оценивается влияние критических параметров на дизайн системы и ее стоимость. Влияние влажного и сухого содержания навоза анализируется с помощью двух сценариев цен на выбросы углерода путем присвоения веса каждому типу навоза. Результат анализа чувствительности содержания влажного и сухого навоза представлен в Таблице 6.Результаты показывают, что влажное и сухое содержание навоза и цена углерода оказывают значительное влияние на общие затраты цепочки поставок, углеродный кредит и стоимость биогаза. AD влажного навоза немного дороже, чем сухой AD с точки зрения приобретения, транспортировки и производства. Коровий навоз на 85% состоит из сухого вещества, что привело к большей доступности поставок, что снижает общую стоимость цепочки поставок. Количество биогазовых установок резко изменилось, а средняя мощность установок осталась прежней.Размер биогазовой установки в 70 000 тонн остается оптимальным, когда цена на углерод увеличивается на 0 долларов до текущего уровня цены на углерод. Цена на карбон по цене 40 долларов США Углеродный кредит — долл. СШАРезюме и заключение Размещение биогазовой установки, перерабатывающей навоз, является относительно неизученной областью с точки зрения цепочки поставок возобновляемой энергии. В этом исследовании мы обращаемся к озеленению цепочки поставок биомассы для навоза путем рассмотрения углеродного эффекта в рамках SC и углеродной стратегии для принятия тактических и стратегических решений SC. Это исследование вносит вклад в текущую литературу по нескольким направлениям. В нем предлагается математическая модель для проектирования и управления цепочкой поставок биомассы для биогаза, включая анаэробное сбраживание как источник производства возобновляемой энергии.Это исследование также способствует пополнению соответствующей совокупности знаний, рассматривая в основном биомассу отходов в модели проектирования цепочки поставок, в то время как большинство исследований сосредоточено на энергетических культурах как источнике биомассы. Таким образом, вопросы обращения с отходами решаются путем включения углеродной политики в проблему размещения биоэнергетических объектов с должным учетом как денежных, так и экологических факторов. Для проверки предложенной модели были выполнены вычислительные эксперименты на примере использования Северной Дакоты, которая является одним из крупнейших производителей навоза крупного рогатого скота в США.Экспериментальный анализ показывает, что биогазовая промышленность имеет тенденцию к значительному сокращению выбросов углерода с введением цены на углерод за счет размещения меньшего количества биогазовых установок для минимизации выбросов при транспортировке и производстве. Судя по анализу чувствительности, стоимость биогаза, размер биогазовой установки и местоположение очень сильно зависели от различных цен на углерод, передовых технологических показателей конверсии, типов навоза и затрат на приобретение навоза. Эта модель может помочь специалистам по цепочке поставок разработать и реализовать стратегию, основанную на будущих ожиданиях углеродной политики.Эта модель была разработана в основном для определения влияния углеродной политики на проблему размещения биогазовых установок. Что касается будущей работы, разработка специального вида транспорта, компромисс между логистическими затратами на потерю навоза и сбор навоза и затратами на транспортировку с учетом вертикальных и горизонтальных отношений в управлении цепочкой поставок будет ключевой областью для улучшения всеобъемлющего характера модели [47] . Предложенная модель также может быть дополнительно улучшена путем моделирования отходов животноводства с другими товарами биомассы (древесина, промышленные отходы, сельскохозяйственные культуры и т. Д.).) или использование многоцелевой оптимизации затрат цепочки поставок и социального воздействия с более полной оценкой жизненного цикла. Доступность данных Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью, а также цитируются наборы данных из ранее опубликованных исследований. Конфликт интересов Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи. биогазовых установок для 9000 семей в Индии В рамках проекта устанавливаются бытовые биогазовые установки в более чем 9000 сельских домохозяйствах в штате Карнатака, Индия.Биогазовые установки питаются навозом животных и кухонными сточными водами. Образовавшийся газ затем используется для приготовления пищи. Кроме того, остатки навоза служат в качестве высококачественных удобрений, заменяющих химические продукты. Традиционно внутренние потребности в энергии для приготовления пищи на проектной территории удовлетворяются за счет дров и керосина. Неэффективные кухонные плиты, которые люди традиционно используют, имеют тепловой КПД всего от восьми до десяти процентов. Низкие семейные доходы не позволяют местным жителям заменить это традиционное топливо.Это привело уже к деградации лесного покрова в районах. Более того, бытовые биогазовые установки оказывают положительное влияние на устойчивое развитие, такие как облегчение рабочей нагрузки женщин и детей и облегчение проблем со здоровьем, вызванных загрязнением помещений. Биогазовая установка будет иметь объем два или три кубических метра в зависимости от количества и типа скота, принадлежащего домохозяйству, и количества людей в домохозяйстве. С начала проекта было построено и передано семьям 8 033 биогазовых котла. Проект приведет к сокращению выбросов парниковых газов (ПГ) следующим образом: Биогаз заменит выбросы ПГ от керосина и топливной древесины, которые в настоящее время используются для приготовления пищи. Биогаз, производимый из навоза крупного рогатого скота, является возобновляемым источником энергии. Биогаз заменит выбросы парниковых газов от навоза крупного рогатого скота, который в настоящее время сбрасывается в ямы рядом с домом. Навоз крупного рогатого скота сбрасывается вместе с другими отходами, такими как солома из коровника, некоторые кухонные отходы, остатки урожая и другие органические вещества и жидкости в яме.Эти органические отходы никогда не бывают сухими и не смешиваются, поэтому отходы животноводства разлагаются анаэробно и выделяют метан. Мне и моим детям приходилось тратить по 4 часа в день на сбор дров. Теперь на производство биогаза у нас уходит всего 20 минут. В моем доме больше нет дыма, и я получаю отличное удобрение для выращивания наших овощей. Рани, деревня Сумпура Биогазовая технология опробована и испытана в сельских районах Индии. Проект будет реализовывать индийская неправительственная организация SKG Sangha.SKG Sangha уже успешно реализовала более 100 000 биогазовых установок в Индии за последние 18 лет. А еще посмотрите фотографии из проекта на myclimate-Facebook! Этот проект способствует достижению 11 ЦУР: Использование навозной жижи (органических удобрений, производимых самими фермерами) помогает предотвратить зависимость мелких фермеров от химических удобрений, тем самым улучшая финансовое положение их семей. На сегодняшний день биогазовые системы произвели 301 534 тонны органических удобрений и, таким образом, сократили 6 130 тонн химических удобрений, тем самым внося свой вклад в устойчивое сельское хозяйство. 50 000 человек улучшили качество воздуха с начала проекта. Поскольку больше не требуется трудоемкая сборка дров, у детей появляется больше времени, чтобы ходить в школу и делать домашние задания. Это дает каждой семье почти 1,2 часа дополнительного времени в день. Только женщины имеют право покупать и владеть биогазовой установкой. Это помогает выровнять баланс сил в семье и укрепить положение женщин. С начала проекта установлено 8 033 биогазовых метантенка. Для местного населения создано 22 постоянных рабочих места, более 8000 человек обучены работе с биогазовыми установками. Переработка органических отходов способствует устойчивому управлению отходами. Каждый биореактивный биогаз снижает потребление 6,5 т CO₂ и снижает потребление древесины на 3,7 т в год. На сегодняшний день программа сократила потребление древесины на 221 054 тонны и, таким образом, спасла 3028 га леса от вырубки. Программа позволяет передавать, распространять и внедрять экологически чистые технологии в Индии. Суммарные нормы выбросов и потерь метана от 23 биогазовых установок DOI: 10.1016 / j.wasman.2019.07.029. Epub 2019 1 августа. Принадлежности Расширять Принадлежности 1 Департамент экологической инженерии, Технический университет Дании, DK-2800 Lyngby, Дания.Электронный адрес: [email protected]. 2 Департамент экологической инженерии, Технический университет Дании, DK-2800 Lyngby, Дания. Элемент в буфере обмена Шарлотта Шойц и др. Waste Manag. 2019 сен. Показать детали Показать варианты Показать варианты Формат АннотацияPubMedPMID DOI: 10.1016 / j.wasman.2019.07.029. Epub 2019 1 августа. Принадлежности 1 Департамент экологической инженерии, Технический университет Дании, DK-2800 Lyngby, Дания. Электронный адрес: [email protected]. 2 Департамент экологической инженерии, Технический университет Дании, DK-2800 Lyngby, Дания. Элемент в буфере обмена Полнотекстовые ссылки Опции CiteDisplay Показать варианты Формат АннотацияPubMedPMID Абстрактный Потери метана из биогазовых установок проблематичны, поскольку они способствуют глобальному потеплению и, таким образом, уменьшают экологические преимущества производства биогаза.Общие потери метана от 23 биогазовых установок были измерены с применением метода диспергирования индикаторного газа для оценки величины этих выбросов. Исследуемые биогазовые установки различались по размеру, используемым субстратам и степени использования биогаза. Уровни выбросов метана варьировались от 2,3 до 33,5 кг CH 4 ч -1 , а потери, выраженные в процентах от производства, варьировались от 0,4 до 14,9%. Средняя интенсивность выбросов составила 10,4 кг CH 4 ч -1 , а средняя потеря составила 4.6%. Потери метана на более крупных биогазовых установках, как правило, были ниже, чем на более мелких. В целом потери метана были выше на биогазовых установках для очистки сточных вод (в среднем 7,5%) по сравнению с сельскохозяйственными биогазовыми установками (в среднем 2,4%). По сути, потеря метана может представлять собой самое серьезное негативное воздействие на окружающую среду, влияющее на углеродный след производства биогаза. Ключевые слова: Анаэробное пищеварение; Оценка углеродного следа; Неорганизованные выбросы; Выбросы парниковых газов; Дисперсия индикаторного газа. Copyright © 2019 Elsevier Ltd. Все права защищены. Похожие статьи Количественная оценка выбросов метана от биогазовых установок Великобритании. Баккалоглу С., Лоури Д., Фишер Р. Э., Франс Дж. Л., Бруннер Д., Чен Х., Нисбет Э. Г.. Баккалоглу С. и др. Waste Manag. 2021 г., 1 апреля; 124: 82-93. DOI: 10.1016 / j.wasman.2021.01.011. Epub 2021 18 февраля. Waste Manag. 2021 г. PMID: 33610114 Количественная оценка выбросов парниковых газов от установки по переработке биологических отходов. Йенсен МБ, Мёллер Дж., Мёнстер Дж., Шойц К. Дженсен МБ и др. Waste Manag. 2017 сентябрь; 67: 375-384. DOI: 10.1016 / j.wasman.2017.05.033. Epub 2017 29 мая. Waste Manag. 2017 г. PMID: 28571663 Локальные и наземные дистанционные измерения выбросов метана от четырех биогазовых установок: сравнительное исследование. Fredenslund AM, Hinge J, Holmgren MA, Rasmussen SG, Scheutz C. Fredenslund AM, et al. Биоресур Технол. 2018 декабрь; 270: 88-95. DOI: 10.1016 / j.biortech.2018.08.080. Epub 2018 22 августа. Биоресур Технол. 2018. PMID: 30212778 Смягчение глобальных выбросов парниковых газов из отходов: выводы и стратегии Четвертого оценочного доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК).Рабочая группа III (Смягчение). Богнер Дж., Пипатти Р., Хашимото С., Диас К., Марекова К., Диаз Л., Кьельдсен П., Монни С., Файдж А., Гао К., Чжан Т., Ахмед М. А., Сутамихарджа Р. Т., Грегори Р.; Рабочая группа III Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) (смягчение последствий). Bogner J, et al. Waste Manag Res. 2008 Февраль; 26 (1): 11-32. DOI: 10.1177 / 0734242X07088433. Waste Manag Res. 2008 г. PMID: 18338699 Обзор. Инновации в биологическом производстве и улучшении качества метана и водорода для использования в качестве газообразного транспортного биотоплива. Ся А., Ченг Дж., Мерфи Дж. Д. Xia A, et al. Biotechnol Adv. 2016 сентябрь-октябрь; 34 (5): 451-472. DOI: 10.1016 / j.biotechadv.2015.12.009. Epub 2015 23 декабря. Biotechnol Adv. 2016 г. PMID: 26724182 Обзор. [Икс] цитировать Копировать Формат: AMA APA ГНД NLM Сырой биогаз Определение Термин «биогаз» используется как общий термин для энергетических газов, которые образуются микроорганизмами из биотических веществ в бескислородных условиях (сточные воды, свалочный газ, ферментационный газ).Биогаз — это горючий газ, образующийся в результате ферментации (анаэробного сбраживания) биомассы. Он производится на биогазовых установках путем ферментации возобновляемого сырья и / или отходов. Для использования биогаза наиболее важным параметром является содержание метана. Среднее количество метана в сыром биогазе составляет 60%. Если биогаз должен использоваться в качестве топлива или подаваться в существующую сеть природного газа, его необходимо модернизировать. Производственный процесс Биогаз образуется в результате естественного процесса микробного разложения органических веществ в бескислородных условиях.Процесс состоит из четырех этапов, каждый из которых осуществляется микроорганизмами с разным метаболическим типом. Для получения дополнительной информации перейдите по ссылке. Сырье Используемое сырье представляет собой биогенные материалы, например: Ферментируемые остатки, содержащие биомассу (осадок сточных вод, биоразлагаемые отходы, пищевые остатки и т. Д.) Остатки животноводства (навоз) Ранее неиспользованные растения / части растений (промежуточные плоды, растительные остатки) Энергетические культуры (кукуруза, сахарная свекла) Сырье влияет на состав газа и содержание метана в газе.Большая часть сырья, в частности навоз и растительные остатки, как правило, бесплатна, поэтому это сырье имеет наибольший экономический потенциал для производства биогаза. Правовая база Европейский стандарт DIN EN 16723-1: 2017-0: Природный газ и биометан для использования на транспорте и биометан для закачки в сеть природного газа — Часть 1: Спецификации для биометана для закачки в сеть природного газа , определяет общие рамки требований к качеству улучшенного биогаза. Директива о свалках (2003/33 / EC: Решение Совета от 19 декабря 2002 г., устанавливающее критерии и процедуры приема отходов на свалки в соответствии со Статьей 16 и Приложением II к Директиве 1999/31 / EC) является правовой основой для производство свалочного газа. Приложение В большинстве установок биогаз используется непосредственно на месте для производства тепла и электроэнергии с помощью газового двигателя, генератора и теплообменника. Другие варианты — модернизировать биогаз для закачки в сеть или для прямого использования на транспорте. Биогазовая установка — от органических отходов и побочных потоков до поступления Реактор сухой ферментации или поршневого потока, как вызов традиционному процессу мокрой ферментации Биогаз традиционно производился с помощью так называемых цилиндрических реакторов мокрой ферментации (CSTR, реактор непрерывного действия с мешалкой). Это хорошо зарекомендовавшая себя технология и часто оптимальный процесс производства влажных исходных материалов, которые обрабатываются в месте их происхождения. Наиболее распространенными из них являются жидкий навоз и осадок сточных вод.Для лучшей работы биогазового реактора его содержимое должно быть очень однородным, и более 90% его должно составлять вода. Однако из-за меньшего необходимого объема реактора и более высокой скорости загрузки суспензии теперь часто сушат перед процессом, в результате чего они более удобны для транспортировки и могут обрабатываться с использованием так называемого поршневого потока (PFR, реактор идеального вытеснения). ) технология. Процесс сухой ферментации позволяет обрабатывать даже сложное сырье в процессе биогаза, поскольку он менее подвержен загрязнению, чем процесс влажной ферментации, где сложное сырье может вызвать проблемы с плаванием и осаждением.В процессе сухой ферментации можно обрабатывать сырье с общим содержанием твердых веществ до 35%, такое как сухое сено и широкий спектр потоков биоотходов, без добавления дополнительной воды. Выход газа в процессе сухой ферментации на кубический метр объема реактора значительно выше, чем в процессе влажной ферментации. Преимущества сухого и влажного сбраживания в комбинированном заводе Наш партнер строит множество первоклассных заводов по сухому и влажному сбраживанию, сочетающих ключевые преимущества обеих технологий.Высокая скорость загрузки процесса сухой ферментации обеспечивает высокую удобство использования и производство газа на кубический метр объема реактора. В свою очередь, длительное время выдержки в процессе влажной ферментации позволяет большей части органического исходного материала подвергаться биологическому разложению. Среди прочего, комбинированная установка имеет следующие преимущества: Реактор с поршневым потоком работает с надежным и сложным сырьем. Реактор пост-варочного котла обеспечивает длительное время удерживания, таким образом, оптимальное разложение органического материала и максимально возможный выход биогаза. Модульная структура завода; мощность обработки может быть легко увеличена за счет параллельных реакторов. Очень низкое общее потребление энергии. Возможность рециркуляции жидкого дигестата в процессе, что снижает потребность в добавлении дополнительной воды и часто даже полностью удаляет ее. . No related posts. Разное Похожие записи Как правильно промывать нос при насморке: эффективные методы и растворы 18.11.2024 Питание кормящей мамы: что можно есть при грудном вскармливании 17.11.2024 Лучшая зимняя обувь для детей 2 лет: выбираем комфортные и надежные модели 16.11.2024 Детская комната для новорожденного: оформление, дизайн и планировка 15.11.2024 Увлажнитель воздуха: польза и вред для здоровья, отзывы специалистов и пользователей 14.11.2024 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт +7 495 120-13-73, 8 800 500-97-74; [email protected] [email protected] Карта сайта Типы навоза Мокрая основа Сухая основа Цена углерода по цене 0 долларов США Цена углерода по цене долларов США Общая стоимость (в млн долларов США) 464.5 579,2 45,5 348,1 Стоимость приобретения (млн долл. США) 7,7 7,7 1,0 0,7 долл. 385,0 35,0 52,5 Себестоимость продукции (млн долл. США) 70,8 70,8 9,2 1,8 Транспортные расходы .9 0,8 0,3 0,3 Стоимость выбросов (в млн. Долл. США) — 114,9 — 61,0 8925,8 — 231,8 Стоимость биогаза ($ / куб. Фут) 0,88 1,07 9,02 10,58 2 3 Средняя грузоподъемность (тонн) 70,000 70,000 70,000 70,000