Биогазовые установки. Производство биогаза

Биогазовые установки. Производство биогаза

 

Комплектные установки из нержавеющей стали для производства биогаза. 

Биогазовые установки – это комплексное решение утилизации отходов пищевой промышленности, агропромышленного комплекса, производство тепловой, электрической энергии, и удобрений. Производство метана в установке для производства биогаза, является – реализацией биологического процесса.

Немецкая компания разрабатывает и производит комплектные установки  для производства биогаза и продает их во всем мире. Построены, запущены и успешно работают более 300 заводов по производству биогаза в Германии, Франции, Нидерландах, Греции, Великобритании, Швеции, Испании, Люксембурге, Чехии, Литве, США, Японии и на Кипре. Предлагаемые установки – это не экспериментальное, а работающее, проверенное и надежное немецкое оборудование, сертифицированное по ISO и изготовленное в комплекте на собственном заводе.

Мы продемонстрируем Вам, каким образом Вы сможете, осмысленно и экономично использовать биоэнергию. 

Биогаз — это газ, состоящий примерно из 60% метана (СН4) и 40% углекислого газа. Синонимами для биогаза являются канализационный газ, шахтный газ и болотный газ, газ-метан. Если в качестве примера рассмотреть навоз, то, если на предприятии образуется 1 т такого «биоотхода» в день, то это означает, что из него может быть получено 50 м3 газа или 100 кВт электроэнергии, или замещено 35 л дизельного топлива . Срок окупаемости оборудования для переработки навоза находится в пределах 2-3 лет, а для некоторых других видов сырья еще ниже и достигает 1,5 года.    Кроме прямых денежных выгод, постройка биогазовой установки имеет косвенные выгоды. Она, например, обходится дешевле, чем протяжка газопровода, линии электропередач, резервных дизель генераторов и создание лагун. В таблице представлен выход газа для различных видов сырья.

ИСТОЧНИКИ  СЫРЬЯ 

Тип сырья	Выход газа м3 на тонну сырья
Навоз коровий	38-52
Навоз свиной	52-88
Помет птичий	47-94
Отходы бойни	250-500
Жир	1300
Барда послеспиртовая	50-100
Зерно	400-500
Силос	200-400
Трава	300-500
Свекольный жом	30-40
Глицерин технический	400-600
Дробина пивная	40-60

Важная область применения установок по производству биогаза – это крупные агропромышленные комплексы, фермы КРС, птицефабрики, рыбные заводы, хлебобулочные комбинатам, предприятия пищевой промышленности, мясокомбинаты, спиртовые заводы, пивоваренные заводы, молочные заводы, растениеводческие предприятия, сахарные заводы, крахмалопаточные заводы, предприятиям по производству дрожжей, и не только в качестве альтернатив­ного источника энергии, но и как эффективного метода утилизации навоза (помета) и производства дешевого удобрения, как для собственных нужд, так и для продажи на рынке.

Биогазовая установка производит биогаз и биоудобрения из органических отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности путем бескислородного брожения, что обеспечивает самую активную систему очистки. В качестве сырья может использоваться навоз КРС, навоз свиней, птичий помет, отходы бойни (кровь, жир, кишки, кости), отходы растений, силос, прогнившее зерно, канализационные стоки, жиры, биомусор, отходы пищевой промышленности, садовые отходы, солодовый осадок, выжимка, спиртовая барда, свекольный жом, технический глицерин (от производства биодизеля). Большинство видов сырья можно смешивать друг с другом. Переработка отходов — это в первую очередь система очистки, которая сама себя окупает и приносит прибыль. На выходе установки из отходов образуется одновременно и в больших количествах: биогаз, электричество, тепло и удобрения.

Все перечисленное выше производится по нулевой себестоимости. Ведь навоз бесплатен, а сама установка на себя потребляет всего 10-15% энергии. Для работы мощной установки достаточно одного человека два ча­са в день. Биогазовые установки полностью автоматизированы и соответс­твенно затраты на оплату труда минимальны. 

Технология и принцип работы биогазовой установки

Биогазовая установка производит биогаз и биоудобрения из биологических отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности путем бескислородного брожения. Биогаз является продуктом жизнедеятельности полезных метанобразующих бактерий. Микроорганизмы метаболизируют углерод из органических субстратов в бескислородных условиях (анаэробно). Этот процесс, называемый гниением или бескислородным брожением, следует за цепью питания.

Состав типовой биогазовой установки:

1. Участок хранения биотходов
2. Система загрузки биомассы
3. Реактор 
4. Реактор дображивания
5. Субстратер
6. Система отопления
7. Силовая установка 
8. Система автоматики и контроля 
9. Система газопроводов

 Биоотходы могут доставляться грузовиками или же перекачиваться на биогазовую установку насосами. Сначала коферменты высыпаются (перемалываются), гомогенизируются и перемешиваются с навозом (пометом). Гомогенизация чаще всего выполняется при температуре 70^о С в течение одного часа при размере максимальной частицы 1 см. Гомогенизация с навозом производится в перемешивающем резервуаре с мощными мешалками.  

Реактор является газонепроницаемым, полностью герметичным резервуаром. Это конструкция теплоизолируется, потому что внутри резервуара должна быть фиксированная для микроорганизмов температура. Внутри реактора находится миксер, предназначенный для полного перемешивания содержимого реактора. Создаются условия для отсутствия плавающих слоев и/или осадка. 

Микроорганизмы должны быть обеспечены всеми необходимыми питательными веществами. Свежее сырьё должно подаваться в реактор небольшими порциями несколько раз в день. Среднее время гидравлического отстаивания внутри реактора (в зависимости от субстратов) 20- 40 дней. На протяжении этого времени органические вещества внутри биомассы метаболизируются (преобразовываются) микроорганизмами. На выходе установки образуется два продукта: биогаз и субстрат (компостированный и жидкий). 

Биогаз сохраняется в емкости для хранения газа газгольдере, в котором выравниваются давление и состав газа. Из газгольдера идет непрерывная подача газа в газовый двигатель генератор. Здесь уже производится тепло и электричество.  При необходимости биогаз дочищается до природного газа (95% метана) после такой очистки, полученный газ — аналог природного газа (90-95 % метана Ch5). Отличие только в его происхождении. 

Биогазовые установки работают 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, круглый год. Такой режим работы является еще одним их преимуществом. Всей системой управляет система автоматики. Для управления достаточно всего один человек два часа в день. 

Этот сотрудник ведет контроль с помощью обыкновенного компьютера, а также работает на тракторе для подачи биомассы. После 2-х недельного обучения на установке может работать человек без особых навыков, т.е. со средним или средним специальным образованием.   

ВЫГОДЫ

• Биогаз.
• Собственная биоэнергетическая станция.
• Правильная утилизацию органических отходов. Отходы в доходы!
• Биоудобрения. При использовании удобрений, полу­ченных на биогазовых установках, уро­жайность может быть повышена на 30-­50%. Обычный навоз, барду или другие отходы нельзя эффективно использовать в качестве удобрения 3-5 лет. При исполь­зовании же биогазовой установки биоот­ходы перебраживают и, переброженная масса тут же может использоваться как высокоэффективное биоудобрение. Переброженная масса — это готовые экологически чистые жидкие и твердые биоудобрения, лишенные нитри­тов, семян сорняков, патогенной микро­флоры, яиц гельминтов, специфических запахов. При использовании таких сба­лансированных биоудобрений урожай­ность значительно повышается.  
• Электроэнергия. Установив био­газовую установку, предприятие бу­дете иметь свою, по сути, бесплатную электроэнергию, а значит, существен­ное снижение себестоимости продук­ции, что в свою очередь позволит пос­леднему получить дополнительные конкурентные преимущества.
   
• Тепло. Тепло от охлаждения генератора или от сжигания биогаза можно ис­пользовать для обогрева предпри­ятия, теплиц, технологических целей, полу­чения пара, сушки семян, сушки дров, получения кипяченой воды для содер­жания скота. Предприятие получает газ, электроэнергию, тепло, удобрения и обеспечивает замкнутый цикл производства. Проект окупается за счет уменьшения себестоимости производимой предприятием продукции, поскольку снижаются затраты на покупку газа, электроэнергии, горячей воды и удобрений.  
• Дополнительная прибыль может быть направлена на погашение кредита и на развитие производства. Уменьшение энергетической зависимости, умень­шение выбросов парниковых газов, уменьшение загрязнения окружа­ющей среды отходами сельскохозяйс­твенного производства, отсутствие на предприятии неприятного запаха.

Строительство биогазовой установки актуально не только для вновь создаваемых ферм, но и для старых. Ведь часто старые лагуны переполнены, и их ремонт требует значи­тельных средств.

Если некоторые отходы можно просто хранить в отстойниках, то на утилизацию некоторых (например, на отходы бойни) необходимо затрачивать энергию и средства. Требования к площадке. Установка может располагаться на месте отстойников, лагун или старой свалки. Средние размеры площадки под установку 40х70 м.  

Цена биогазовой установки

Каждое предприятие индивидуально, поэтому в каждом случае финансовые затраты будут рассчитываться специалистами.  

Пример проекта

Мы приводим пример средних затрат и доходов при установке биогазового оборудования.
Калькуляция затрат и доходов на примере биогазовой установки для спиртового завода. Стоимость установки 1280 тыс. евро. Все услуги и работы включены. Производительность по зерновой барде 100 т в сутки. 

Влажность сепарированной барды 70%. Средний срок окупаемости проекта 2-3 года. А при полном использовании возможностей установки окупаемость может быть 1,5-1,8 года.  Использование возможностей – это добавление коферментов, использование тепла в теплицах, продажа полностью всех производимых удобрений.  

Затраты на энергоносители – одна из основных статей издержек, которая существенно влияет на себестоимость продукции. Очистные сооружения потребляют около 50% энергии, а при постройке биогазовой установки происходит экономия этих 50%.  Предприятие получает газ, электроэнергию, тепло, удобрения и обеспечивает замкнутый цикл производства. 

Проект окупается за счет уменьшения себестоимости продукции, поскольку снижаются затраты на покупку газа, электроэнергии, горячей воды и удобрений. Дополнительная прибыль может быть направлена на погашение кредита и на развитие производства.

Затраты:					Евро.
Обслуживание реактора					32 000
Амортизационные расходы					27 800
Обслуживание электрогенератора					4 000
Электроэнергия (для случая, если производится только газ)					6 500
Оплата труда (с запасом берем 2 человека низкой квалификации)					7 000
Всего затрат за год					77 300
Доходы: 1. Продажа/использование газа (или электроэнергии как производной от газа) 2. Продажа/использование удобрений 3. Продажа квот СО2					Евро.
	Ед. изм.	Выход в час.	Выход за год.	Стоимость евро.	Общая сумма евро
Биогаз	м3	575	5 037 000	0,08	402 960
Гумус	тонн	0,616	5 400	80	432 000
Жидкие биоудобрения	м3	3,221	28 200	4	113 000
Квоты СО2	тонн		22 000	8	176 000
Общая прибыль					1 123 960
Чистая прибыль					1 046 660

Источник – Проспект компании «Биоэнергосила»

Материал подготовлен Шиловой Е. П.

Как работает биогазовая установка? — AgroBiogas

Функционирование биогазовой установки реализуется в четыре фазы, пока биогаз не преобразуется в электрическую и тепловую энергию.

Биогазовое производство начинается с управления субстратами и их предварительной подготовки к ферментации. А уже после образования, биогаз доочищается и либо подается в газотранспортную сеть, либо подается в когенерационный модуль, где сжигается с образованием электрической и тепловой энергии.

Сброженные органические отходы и остатки после биогазового производства превращаются в СО₂-нейтральные удобрения, которые накапливаются и соответствующим образом сохраняются до их последующего применения на полях.

Биогазовый завод: производственный процесс состоит из четырех ключевых фаз

На сегодня имеется широкий спектр технологических решений для строительства биогазовых станций и их дальнейшей эффективной эксплуатации. При этом, независимо от того, какая технология и которая совокупность субстратов применяется, эксплуатация всех биогазовых станций осуществляется с соблюдением ряда нескольких ключевых принципов.

Основная задача биогазовой установки — ее оптимизированное функционирования с целью производства максимально достижимых объемов биогаза.

Фаза I: управление субстратом

Принцип работы биогазовой установки начинается с управления субстратом. Эффективное биогазовое производство начинается с хранения и предварительной подготовки субстрата в приемном резервуаре биогазовой станции.

В зависимости от вида сбраживаемого субстрата и от способа ферментации (влажная или сухая ферментация), приемный резервуар биогазовой станции выполняет подготовительные работы, эффективность проведения которых результируется на общем показателе биогазового производства.

В приемном резервуаре субстрат измельчается и гомогенизируется, то есть здесь создается обеспечение метаногенных микроорганизмов необходимым доступом к питательным веществам, которые содержатся в сбраживаемых субстратах, а также эта фаза необходима для оптимизации следующих производственных фаз.

Фаза ІІ: производство биогаза

Биогаз образуется в сердце биогазовой установки — в метантенке, функция которого довольно проста — обеспечение физического взаимодействия субстрата/смеси субстратов, температуры производственного процесса и метаногенных микроорганизмов.

Производство биогаза осуществляется при следующих обязательных к обеспечению и поддержания условиях:

• Метантенк должен быть газо- и водонепроницаемым, а также максимально непрозрачным
• Перемешивающие устройства должны обеспечивать необходимую степень перемешивания субстратов, а скорость их вращения — не вредить жизнедеятельности метаногенных микроорганизмов
• Температура процесса метаногенеза должна быть постоянной и обеспечиваться внутренней или внешней системой отопления
• Теплоизоляция должна быть эффективной с целью предупреждения тепловых потерь и обеспечения оптимальных условий функционирования биогазовой станции

Фаза III: хранение дегистата

По факту сбраживания органические отходы и остатки превращаются в СО₂-нейтральный дегистат — высококачественные органические удобрения. Дегистат накапливается и временно хранится (сроком до 8-9 месяцев) в резервуарах-хранилищах закрытого или открытого типа, или в лагунах закрытого типа.

При этом, рекомендуются закрытые резервуары-хранилища, поскольку такая система позволяет отбирать остаточный потенциал биогаза, который, в зависимости от вида сбраживаемого субстрата, может составлять до 5-7%.

Фаза IV: энергетическое преобразование биогаза в электрическую и тепловую энергию

Чем лучше осуществляются ферментационные процессы, тем выше выход газа будет иметь биогазовая установка и тем больше энергии можно получить путем сжигания биогаза в когенерационных модулях.

Биогазовая станция «Тимохово» будет перерабатывать до 200 тысяч тонн органических отходов в год

Биогазовая станция «Тимохово» будет перерабатывать до 200 тысяч тонн органических отходов в год

Министерство энергетики Московской области продолжает информировать жителей о новом направлении энергетики в регионе под хештегами #ВИЭвПодмосковье #зеленаяэнергия. Такая необходимость возникла в связи с большим количеством вопросов о новых установках на полигонах, работающих на возобновляемых источниках энергии, и о переработке органических коммунальных отходов в «зеленую электроэнергию».

Биогазовая станция «Тимохово» будет перерабатывать до 200 тысяч тонн органических отходов в год, что приведет к сокращению вредоносных выбросов (объем полученного из отходов биогаза) составит до 30 млн. м3/год, объем выработки электрической энергии до 70 млн. кВтч в год, а установленная мощность составит установки 10 МВт.

«Полигон Тимохово» является крупнейшим полигоном твердых коммунальных отходов не только в России, но и в Европе. Установка комплекса анаэробного сбраживания (биогазовая установка) на этом мощнейшем объекте коммунальной инфраструктуры Подмосковья снизит объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферу; улучшит органолептические показатели воздуха в районе; позволит получать до 10 МВт электрической энергии; создаст в регионе новые высококвалифицированные рабочие места; позволит «откатать» технологию и тиражировать ее на другие полигоны и объекты коммунальной инфраструктуры.

Газ вырабатывается путем брожения органических отходов, помещенных в 4е металлических резервуара рабочим объемом около 3000 м3. Далее биогазпоступает в газгольдеры для промежуточного хранения и накопления, подается на систему подготовки, где происходит очистка биогаза и приведение его в состояние, пригодное для использования в качестве топлива для газопоршневых агрегатов. Очищенный биогаз подается на Блочные ТЭЦ, где происходит выработка электрической и тепловой энергии и/или аварийные газовые факела, работающие для утилизации излишков биогаза или при невозможности работы БТЭЦ.

Биогазовая станция будет не только способствовать переработке органических отходов, поступающих на полигон, но и вырабатывать «зеленую» электрическую, тепловую энергию и готовое, не имеющее запаха биоудобрение. Это позволит значительно снизить объемы захоронения отходов, а в перспективе избавиться от необходимости захоронения органики.

«Биоэнергетика» — новая отрасль в энергетике региона, которая решает двуединую проблему — получения топлива и охраны окружающей среды. Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз сильнее, чем СО2 и находится в атмосфере 12 лет. Захват метана — лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления.

«Министерство энергетики Московской области поддерживаетбережное и ответственное отношение к природе, энергетическим ресурсам планеты. По статистике органические отходы составляют 35-50% от общего объема ТКО. Появление на полигонах генерирующих установок работающих на основе ВИЭ – биогаза — важный шаг к улучшению экологическойобстановки в регионе», — отметилминистр энергетики Московской области Александр Самарин.

Напомним, в Министерстве энергетики Московской области завершили конкурс на строительство генерирующего объекта, функционирующего на основе возобновляемого источникаэнергии (биогаз), его планируют установить на полигоне ТКО «Тимохово» в городском округе Богородский. Конкурсный отбор инвестиционного проекта проходил с января по март 2020 года.

Пресс-служба Министерства энергетики Московской области, тел. +7 (498) 602-19-32, моб. 8-926-211-19-61 сайт: https://minenergo.mosreg.ru/

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

Простая биогазовая установка своими руками

Бесплатный газ, на котором можно приготовить пищу, можно получать из отходов жизнедеятельности человека и животных. Для этого можно собрать простую биогазовую установку.
Принцип получения газа из отходов очень прост: отходы помещаются в герметичный резервуар, где бродят определенное время выделяя смесь метана с другими газами, которая хорошо горит и пригодна для использования в быту.

Понадобится

• Герметичный пластиковый бак с крышкой на 50-100 литров.
  
• 2 шаровых крана под газ.
  
• Тройник.
  
• Трубка силиконовая под газопровод.
  
• Обжимные хомуты.
  
• Камера от грузового автомобиля (или трактора).
  
• Уголок с пластиковой трубой.

Изготовление биогазовой установки

Бочка с плотно закрывающейся крышкой. Обязательно проверьте ее полную герметичность.

Проделываем отверстие в крышке. Вставляем в него штуцер и герметизируем прилегание двухкомпонентным клеем.

Сбоку по той же технологии вклеиваем угловой фитинг с трубой, которая идет почти до самого дна бака.


Эта труба нужна для удаления отходом со дна, при заправке новых. Вклеиваем шланг к выходу.

Под него нужно будет поставить пластиковое ведро.
На штуцер в крышке надеваем шланг и фиксируем обжимным хомутом.

К другой стороне трубки крепим шаровый кран для перекрывания основной подачи.

От крана подключается трубка и идет на тройник. С тройника одни конец подключается ко второму карну, к нему будут подключатся потребители.

А другой выход с тройника идет на резиновую камеру, которая служит накопителем газа.


Изначально камеру нужно полностью сдуть, выпустив весь лишний воздух.

Заправка установки

Для заправки нужны практически любые растительные отходы, в моем случае пару килограмм очисток от овощей, фруктов, также гнилые плоды.

Все кидаем в бак.
Далее, для получения метанового брожения с выделением метана, нужно добавить органические отходы жизнедеятельности. В данном случае использовался 30-ти дневный навоз крупного рогатого скота. Общий объем навоза около 10 литров.


До объема бака 2/3 доливаем водой.

Вот так выглядит заправленная биогазовая установка. Закрываем плотно крышку.

Через 7 дней камера наполнилась природным газом.

Использование газа

Пробуем зажечь.

Подключаем газовую конфорку.

Горит отлично.

Можно приготовить пищу.

При сгорании запаха практически нет.

Смотрите видео

Биогазовые установки и возможности их модернизации — Энергетика и промышленность России — № 19 (255) октябрь 2014 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 19 (255) октябрь 2014 года

Одним из видов таких источников является биогаз. Исследования в этой области, несмотря на известные трудности, проводятся в Республике Казахстан. В значительно меньшем объеме работы проходят в России, хотя полномасштабное развитие биогазовой отрасли здесь, по мнению автора, позволило бы решить ряд важных экономических задач.

Следует отметить, что основным недостатком биогазовой энергетики является значительный вес удельных капитальных затрат (в расчете на единицу мощности), невысокая рентабельность проектов, а также проблемы с организацией сбыта энергии посредством централизованных сетей.

Несмотря на это, в нашей стране наблюдается увеличение спроса на биогазовые установки (БГУ), как для малых потребителей (с объемом метантенка 3‑20 кубических метров), так и для средних (с объемом метантенка 30‑100 кубометров).

Комплексный подход

Современные технологии производства, по возможности, должны быть связаны между собой таким образом, что конечный цикл одного из них становится началом другого цикла, благодаря чему достигается практически полная безотходность и интенсификация производства. Именно такой комплексный подход, когда отходы и побочные продукты одного производства выступают в качестве сырья или полуфабрикатов для другого, поможет решить проблему устойчивого развития общества.

Известно, что животные не полностью усваивают энергию растительных кормов и более половины ее уходит в навоз, который является, после того или иного вида переработки, ценным органическим удобрением.

Содержание животных на фермах приводит к увеличению концентрации объемов навоза и навозных стоков в хозяйствах. А это дает возможность организовать их переработку не только в удобрения, но и в биогаз, не загрязняя окружающую среду. При этом биогаз по сути своей становится возобновляемым источником энергии (ВИЭ).

Комплексный подход в производственной деятельности, когда «отходы», в том числе органические, тепловые, водные, газо-воздушные, перерабатываются в технологической цепочке производства, минимально отражается на качестве окружающей среды, на продуктивности зональных экосистем.

Структура установки

Обычно под биогазовой установкой подразумевается комплекс инженерных сооружений, состоящий из устройств:

• подготовки сырья;

• производства биогаза и удобрений;

• очистки и хранения биогаза;

• производства электроэнергии и тепла;

• автоматизированной системы управления БГУ.

Метантенк БГУ должен быть герметичен, в него не должно быть доступа кислорода, так как только при отсутствии кислорода возможна жизнедеятельность метано­образующих бактерий.

Оптимальная температура метаногенеза зависит от вида перерабатываемого установкой субстрата (органических отходов).

Контрольно-измерительные приборы, устанавливаемые на метантенке, должны обеспечивать контроль уровня субстрата в нем, температуры и давления внутри него.

Современные технологии позволяют перерабатывать в биогаз любые виды органического сырья, однако наиболее эффективно использование биогазовых технологий для переработки отходов животноводческих и птицеводческих ферм и сточных вод, так как они характеризуются постоянством потока отходов во времени и простотой их сбора.

Сырье для биогаза

Поскольку сырьем для получения биогаза может служить широкий спектр органических отходов, на многих существующих установках используется добавка к обрабатываемым веществам так называемой зеленой массы. Конечно, измельчение зеленой массы приводит к дополнительным затратам энергии.

Активный обмен веществ и высокая скорость биохимических обменных процессов в метантенке достигаются за счет максимального поддерживания и непрерывного обновления величин граничных поверхностей между твердой и жидкой фазами. Поэтому твердые материалы, в особенности растительного происхождения, должны быть предварительно подготовлены с помощью режущих, разрывающих или плющильных устройств, чтобы получить частицы возможно меньшего размера. Доля взвешенных в жидкости твердых частиц в значительной мере зависит от технических средств, которые используются для получения тщательного перемешивания, гидравлического транспортирования субстрата и отделения биогаза. Современные БГУ позволяют перерабатывать субстраты с содержанием сухого вещества до 12 процентов, если размер волокнистых или стеблевых элементов не превышает 30 миллиметров.

В метантенке необходимо организовать периодическое перемешивание субстрата, которое обеспечивает эффективную и стабильную работу установки. Цель перемешивания – высвобождение образованного биогаза, примешивание свежего субстрата и бактерий (прививка), предотвращение образования корки и осадка, недопущение образования участков разной температуры внутри метантенка, обеспечение равномерного распределения популяции бактерий, предотвращение формирования пустот и скоплений, уменьшающих эффективную площадь метантенка. При выборе метода перемешивания нужно учитывать, что процесс сбраживания представляет собой процесс жизнедеятельности симбиоза различных штаммов бактерий и при разрушении этого сообщества процесс ферментации будет непродуктивным до образования нового сообщества бактерий. Поэтому слишком частое или продолжительное перемешивание вредно. Рекомендуется медленное перемешивание субстрата через каждые 4‑6 часов.

Оптимальное перемешивание сырья повышает выход биогаза до 50 процентов.

Режимы производства

БГУ обеспечивают утилизацию (переработку) органических отходов в следующих режимах.

1. В психрофильном режиме. Оптимальная температура в метантенке 15‑20 °С, но может быть и ниже. В таком режиме отходы перерабатываются 30‑40 дней. Психрофильный режим обычно используется в летнее время года в случае, когда тепло и количество субстрата (отходов) значительно меньше обычного, например из‑за выпаса скота.

2. В мезофильном режиме. При температуре 30‑40 °С органические отходы перерабатываются 7‑15 дней, в зависимости от вида отходов.

3. В термофильном режиме. При температуре 52‑56 °С органические отходы перерабатываются за 5‑10 дней, при этом качество газа и удобрений, по ряду показателей, обычно ниже, чем в мезофильном режиме. Кроме того, в термофильном режиме традиционно потребляется больше энергии для обогрева. Он подходит большего всего тем, у кого основная задача – переработать большое количество отходов. При оптимизации работы установки и состава отходов можно ускорить переработку даже до 3‑4 дней. Выгода от работы в термофильном режиме в том, что резко снижается стоимость 1 кВт установленной мощности БГУ.

Требования к допустимым пределам колебания температуры субстрата, для оптимального газо­образования, тем жестче, чем выше температура процесса ферментации: при психрофильном температурном режиме ± 2 °С в час, мезофильном – ± 1 °С в час, термофильном – ± 0,5 °С в час.

Поскольку, например, в Московском регионе среднегодовая температура исходного субстрата составляет около 10 °С, а температура окружающей среды около 4 °С, то необходимость в системе подогрева субстрата и поддержания его температуры в процессе ферментации очевидна. До 60 процентов полученного биогаза тратится на собственные нужды БГУ. При этом наиболее энергоемким является процесс нагрева субстрата, суточной дозы загрузки метантенка, на который идет около 95 процентов энергии, расходуемой на собственные нужды установки.

Наиболее распространенной системой подогрева является внешняя система подогрева с водонагревательным котлом (котельной установкой), работающим на биогазе, электричестве или твердом топливе, где теплоносителем является вода с температурой около 60 °С. Более высокая температура теплоносителя повышает риск налипания взвешенных частиц на поверхности теплообменника – теплообменники рекомендуется располагать в зоне действия перемешивающего устройства.

Возможности применения

В состав биогаза входит примерно 55‑60 процентов биометана и 40‑45 процентов углекислого газа. На этом газу могут работать бытовые газовые приборы, включая газовые водонагреватели, обогреватели воздуха и газогенераторы. Биометан – продукт, получаемый путем очищения биогаза от СО2, используемый как биотопливо (ГОСТ Р 52808‑2007).

Биогаз легче воздуха (1,05‑1,2 кг /м³ ), поэтому стремится вверх.

Оптимальный способ накопления биогаза зависит от того, для каких целей он будет использован. При прямом сжигании биогаза в горелках котлов и двигателях внутреннего сгорания не требуются большие газгольдеры. В этих случаях они должны обеспечивать выравнивание неравномерностей газовыделения и улучшение условий последующего горения, в зависимости от типа и выдерживаемого давления объем газгольдера составляет от одной пятой до одной третьей объема реактора. Пластиковые газгольдеры применяют для сбора биогаза в простых, совмещенных установках, где пластиком покрывают открытую емкость, служащую в качестве реактора, или отдельный пластиковый агрегат соединяют с реактором. Газгольдер должен вмещать суточный объем вырабатываемого биогаза. Стальные газгольдеры делят на газгольдеры низкого (0,01‑0,05 кгс / см² ), среднего (8‑10 кгс / см² ) и высокого (200 кгс / см² ) давления. Стальные газгольдеры низкого давления оправданы только в случае большого расстояния (минимум 50‑100 метров) от установки до использующих биогаз приборов. В других случаях следует рассматривать возможность использования более дешевого пластикового газгольдера.

В газгольдеры среднего и высокого давления газ закачивается с помощью компрессора. Агрегаты высокого давления используют для заправки автомашин и баллонов.

Привлекательно применение биогаза для факельного обогрева теплиц. Кроме поступления углекислого газа из газгольдера происходит образование углекислого газа при сгорании биометана, производится освещение теплиц и одновременно образуется вода, увлажняющая воздух.

Биогаз позволяет существенно снизить суточную потребность домашнего хозяйства в газе для приготовления пищи и подогрева воды. Обычно она составляет 2‑3 кубометра природного газа в сутки. Это эквивалентно 3,5‑5 кубометров биогаза.

Еще одно направление использования составных компонентов биогаза – утилизация углекислого газа, содержащегося в нем в количестве около 40 процентов. Извлекая углекислый газ путем отмывки (в отличие от биометана, он растворяется в воде), можно подавать его в теплицы, где он служит «воздушным удобрением», увеличивая продуктивность растений.

Преимущества солнечного соляного пруда

Мы рассмотрим традиционную БГУ и установку, метантенк которой размещен на дне солнечного соляного пруда.

Использование для биогаза солнечных соляных прудов имеет ряд отличительных особенностей. Так, например, для БГУ с ССП не требуется здания (помещения) для размещения метантенка.

Не требуется система подогрева субстрата от теплоносителя биогазовой котельной установки (подогрев осуществляется от теплоты рассола солнечного соляного пруда) и система вентиляции с резервным электропитанием. Не требуется система контроля концентрации газов в воздухе помещения метантенка (контроль герметичности метантенка осуществляется по отсутствию / наличию пузырьков биогаза, поднимающегося на поверхность зеркала ССП), оборудование для размораживания сырья зимой, система пожаротушения. Но нужен навес (помещение) для пульта управления (в традиционном варианте последний расположен в здании, где находится метантенк). Поскольку солнечный соляной пруд может одновременно являться и противопожарным водоемом, это предотвращает расход части средств.

БГУ должна располагаться, по возможности, ближе к источникам перерабатываемого сырья (местам содержания животных, складирования отходов и т. д.). Тепловую энергию ССП можно будет использовать для горячего водоснабжения ферм.

Поскольку подогрев субстрата в метантенке, размещенном на дне ССП, осуществляется от теплоты рассола пруда, то режимы ферментации в нем в течение летнего периода различны. Они зависят от температуры, которой обладает рассол.

Весной при переходе с мезофильного на термофильный режим, для повышения температуры субстрата в метантенке объемом 20 кубометров с 35 до 53 °С требуется около 420 кВт-ч теплоты. При использовании для этой цели теплоты рассола пруда площадью 78,5 квадратного метра (диаметр пруда 10 метров) температура рассола понизится примерно на 6 ºС.

Осенью, когда температура в ССП понижается, для поддержания эффективного температурного режима анаэробной обработки отходов животноводства к ним можно добавлять высокоэнергетические компоненты, увеличивающие выделение экзотермической теплоты при ферментации (сахарный жом, отходы пищевой промышленности с высоким содержанием жиров, силос, клеверозлаковая смесь и т. п.).

То, что работа в термофильном режиме и использование теплоты рассола ССП, вместо биогаза, для поддержания температуры ферментации имеет свои неоспоримые преимущества, подтверждается результатами испытаний БГУ в фермерском хозяйстве Республики Казахстан.

Результаты испытаний

Они были проведены сотрудниками Казахского научно-исследовательского института механизации и электрификации сельского хозяйства.

Биореактор испытывался в режиме биообработки жидкого навоза, поступающего на обработку из коровника на сорок голов. Технология содержания животных – смешанная (стойлово-выгульная).

В результате испытаний установлено, что биогазовая установка соответствует требованиям ГОСТ 31343‑2007.

Производительность установки по биогазу составляет – 6,5‑11,5 м³  / сут., по удобрению – 0,5‑0,7 т / сут., объем биореактора – 5 кубометров, температура субстрата в биореакторе соответствует термофильному режиму – 52‑54 °С, расход биогаза на нагрев – 6,2 м³  / сут., доза загрузки – 10 процентов, плотность полученного удобрения – 964,9 кг / м³ , массовая доля сухого вещества – 4,7 процента, эффективность обеззараживания навоза – 99 процентов.

По результатам проведенной в Казахстане работы следует, что для БГУ, метантенк которой размещен в ССП, для ускорения начала термофильного режима весной и мезофильного осенью, а также снижения времени перерыва в выработке биогаза целесообразно готовить в термостатированной емкости субстрат с колонией термофильных (мезофильных) бактерий анаэробного вида.

В связи с тем, что БГУ обоих типов могут работать как в мезофильном, так и в термофильном режиме ферментации, вырабатываемые ими два вида удобрений будут одинаковы.

Различие будет в товарных объемах этих видов удобрений и биогаза (биометана), поскольку в традиционной установке значительная часть биогаза используется на поддержание температуры термофильного режима, а это не всегда приветствуется в хозяйствах и часто будет вынуждать собственника переходить на мезофильный режим работы.

Самое главное – разработка и регистрация стандарта предприятия на эффлюент – органическое удобрение, полученное в результате анаэробной переработки органических отходов в метантенках (фугата – жидкой фракции эффлюента, шлама – твердой фракции эффлюента) (ГОСТ Р 52808‑2007).

Ведь только при условии надлежащей реализации эффлюента возможен коммерческий успех любого биогазового проекта.

Принцип работы

Перспективным представляется более расширенное использование солнечной энергии, аккумулированной солнечным соляным прудом.

Энергию солнечного соляного рва (пруда в форме кольца, охватывающего придонную боковую поверхность метантенка) можно использовать для подогрева субстрата и для больших биогазовых установок.

Метантенк размещен на дне пруда, в который поступает прямое солнечное излучение и отраженное от боковой наружной поверхности метантенка солнечное излучение.

Поддержание необходимой температуры ферментации в метантенке за счет использования солнечной энергии (теплоты рассола рва) обеспечивается следующим образом.

При заполнении наружного и внутреннего кольцевых зазоров водой поступление тепла из солнечного соляного пруда к субстрату в метантенке максимально. Это обеспечивает, при необходимости, ускоренный нагрев сырья до требуемой температуры ферментации. После нагрева субстрата до требуемой температуры производится слив воды из наружного или внутреннего зазоров, и их осушение. В результате интенсивность поступления тепла из солнечного соляного пруда через воздушные зазоры уменьшается в десятки-сотни раз по сравнению с тем, когда они были заполнены водой. Можно осушать и один из зазоров.

Дальнейшее поддержание температуры субстрата в требуемых пределах можно обеспечивать как за счет синхронного регулирования подачи «горячего» сырья и отвода эффлюента, так и за счет периодического заполнения зазоров водой и создания в этих зазорах низкого вакуума.

Такая комбинированная установка генерации биогаза может обеспечить работу метантенка в термофильном режиме, в первую очередь в странах с жарким климатом (Киргизия, Узбекистан, Таджикистан), без затрат вырабатываемого биогаза на собственные технологические нужды. Это очень актуально, если затем биометан используется в качестве моторного топлива, для обжига кирпича, освещения, для производства асфальта, выработки пара и для других технологических процессов, где нужна температура, намного превышающая 100 °С.

В зазоре наружном, при осушенном внутреннем, в течение всего летнего периода можно подогревать воду для приготовления субстрата.

Кроме того, можно подогревать воду весной, для использования при поливе в теплицах и парниках, обеспечивая поддержание в них приемлемой температуры не только воздуха, но и грунта, т.  к., например, в мае естественная средняя месячная температура почвы на юге Омской области на глубине 0,4 метра составляет 8,7 °С, на глубине 0,8 метра – 5,1 °С, а на глубине 1,6 метра – всего 0,9 °С.

При наружном зазоре прокачкой холодной воды по внутреннему можно охлаждать субстрат.

Для более эффективного аккумулирования солнечной энергии солнечным соляным рвом с северной стороны метантенка надо установить отражатель (концентратор солнечной энергии), который будет направлять отраженное солнечное излучение в северную часть рва (пруда) в наиболее солнечное время.

Дополнительные достоинства

Использование в технологическом производстве биогаза солнечной энергии позволяет обеспечить его летнее и осеннее производство с наибольшей эффективностью, что особенно важно в районах, отрезанных от крупных энергетических центров из‑за разлива рек, бездорожья и т. д.

БГУ такого типа позволят более эффективно обеспечивать за счет вырабатываемого удобрения поддержание плодородия почв, предотвращать свободную эмиссию биометана в атмосферу.

Прибыль от эксплуатации БГУ зависит от многих факторов, включая продажи «побочных» продуктов. Самую значительную прибавку к прибыли от продажи биометана можно получать от реализации жидких удобрений, поскольку это высоколиквидная продукция, пользующаяся постоянным спросом. Спрос на удобрения есть всегда, поскольку непреложным фактором функционирования аграрной биосистемы является баланс между внесением в почву и выносом из нее энергии в виде питательных веществ: внесение их должно быть не менее выноса.

При выработке биогаза использование солнечной энергии для подогрева субстрата в большом метантенке позволит летом и осенью применять термофильный режим ферментации. В этом случае, при том же объеме метантенка, выход биогаза увеличится в полтора-два раза.

Стоимость БГУ с солнечным соляным прудом значительно ниже стоимости традиционной БГУ при одинаковых объемах метантенков. При этом использование термофильного режима ферментации в них дополнительно ведет к снижению стоимости 1 кВт их установленной мощности.

За летний период эксплуатации БГУ с ССП при работе большую часть времени в термофильном режиме можно получать больше товарного биогаза по сравнению с традиционной БГУ.

Поскольку эффективность обеззараживания удобрения у БГУ с ССП выше, то и доход от реализации удобрений будет также выше.

Модернизация с использованием соляного пруда БГУ позволит уменьшить вес удельных капитальных затрат в полтора-два раза (в расчете на единицу мощности) и повысить рентабельность биогазовых проектов.

Как сделать биогазовую установку для дома

Получить дешевый источник энергии можно самостоятельно, в домашних условиях — достаточно лишь собрать биогазовую установку. Если понимать принцип ее функционирования и устройство, то сделать это несложно. Вырабатываемая ею смесь содержит большое количество метана (в зависимости от загружаемого сырья – до 70%), поэтому она имеет широкую сферу применения.

Заправка баллонов авто, работающих на газе, в качестве топлива для котлов отопления – это далеко не полный перечень всех возможных вариантов использования готового продукта. О том, как смонтировать своими руками биогазовую установку – наш рассказ.

Существует несколько конструктивных исполнений агрегата. При выборе того или иного инженерного решения нужно понять, насколько данная установка подходит к местным условиям. Это основной критерий оценки целесообразности монтажа. Плюс к этому – свои возможности, то есть, какой вид сырья и в каком объеме получится использовать, что под силу сделать именно своими руками.

Биогаз получается при разложении органики, но его «выход» (в объемном исчислении), и, следовательно, эффективность установки, зависит от того, что именно в нее загружается. В таблице представлена соответствующая информация (данные ориентировочные), которая поможет определиться с выбором конкретного инженерного решения. Нелишними будут и некоторые пояснительные графики.

Варианты конструкции

С ручной загрузкой сырья, без подогрева и перемешивания

Для бытового использования такая модель считается наиболее удобной. При вместимости реактора от 1 до 10 м³ ежесуточно понадобится навоза порядка 50 – 220 кг. Вот из этого нужно и исходить, определяясь с размерами емкости.

Установка монтируется в грунте, поэтому для нее понадобится небольшой котлован. В соответствие с ее расчетными габаритами подбирается место на участке. Состав и назначение всех элементов схемы понять нетрудно.

Особенность монтажа

После установки реактора по месту необходимо проверить его герметичность. Затем металл подлежит окраске (желательно морозостойким составом) и утеплению.

Рекомендации:

• Удаление отработки происходит естественным путем – или в процессе закладки новой порции, или при избытке газа в реакторе при закрытом вентиле. Следовательно, вместимость емкости для сбора отходов должна быть не меньше, чем у рабочей.
• Несмотря на простоту устройства и привлекательность для сборки своими руками, в связи с тем, что перемешивание массы и подогрев не предусматривается, такой вариант установки целесообразно эксплуатировать в регионах с мягким климатом, то есть в основном на юге России. Хотя при качественной теплоизоляции, в условиях, когда подземные водяные пласты находятся глубоко, это исполнение вполне подойдет и для средней полосы.

Без подогрева, но с перемешиванием

Практически то же самое, лишь небольшая доработка, которая существенно повышает производительность установки.

Как сделать механизм? Для того, кто своими руками собирал, например, бетономешалку на основе бочки, это не проблема. В реакторе придется монтировать вал с лопастями. Следовательно, необходимо устанавливать опорные подшипники. В качестве передаточного звена между валом и рычагом хорошо использовать цепь.

Биогазовую установку можно эксплуатировать практически во всех регионах, за исключением северных районов. Но в отличие от предыдущей модели, она требует присмотра.

Перемешивание + подогрев

Термическое воздействие на биомассу повышает интенсивность происходящих в ней процессов разложения и брожения. Биогазовый агрегат более универсальный в использовании, так как может работать в двух режимах – мезофильном и термофильном, то есть в диапазоне температур (примерно) 25 – 65 ºС (см. графики выше).

На указанной схеме котел работает на получившемся газе, хотя это и не единственный вариант. Подогрев биомассы можно осуществлять по-разному, как удобнее его организовать хозяину.

Автоматизированные варианты

Отличие данной схемы в том, что к установке подключается газгольдер. Это позволяет накапливать запасы газа, а не расходовать его сразу же по назначению. Удобство использования и в том, что для интенсивного брожения подходит практически любой температурный режим.

Такая установка отличается еще большей производительностью. В сутки она способна переработать до 1,3 т сырья при аналогичном объеме реактора. Загрузка, перемешивание – за это «отвечает» пневматика. Отводящий канал позволяет удалять отходы или в бункер для кратковременного хранения, или в мобильные емкости с целью немедленного вывоза. К примеру, для удобрения полей.

Для бытового применения эти варианты биогазовой установки вряд ли подходят. Их монтаж, да еще своими руками, намного сложнее. А вот для небольшого фермерского хозяйства – хорошее решение.

Механизированная биогазовая установка

Отличие от предыдущих моделей в дополнительном резервуаре, в котором происходит предварительная подготовка сырьевой массы.

Подача в загрузочный бункер, а потом в реактор производится сжатым биогазом. Он же используется и для подогрева.

Единственное, что необходимо при сборке любой из установок своими руками – точные инженерные расчеты. Возможно, понадобится консультация специалиста. А в остальном все довольно просто. Если хоть один из читателей заинтересуется биогазовым агрегатом и смонтирует его самостоятельно, значит, автор не зря работал над этой статьей. Успехов!

достижений в области биогаза в США

Производство ряда конечных продуктов из, казалось бы, бесконечного списка ресурсов, развитие энергетических проектов на основе метана в стране набирает обороты.

Навоз крупного рогатого скота, птицы и свиней, отходы от обедов, отстой заводов по очистке сточных вод, отходы консервирования овощей и картофеля, остатки пивоварения, захороненный мусор и этот список можно продолжать бесконечно, материалы, от которых большинство людей стремятся избавиться, становятся все более горячими товары в развивающихся странах U.С. биогазовая промышленность. Хотя это кажется инфантильным по сравнению с развитыми энергетическими секторами других стран, производящими метан, такими как Германия, в последние годы наблюдается бум развития, вдохновленный множеством факторов, включая стандарт США на возобновляемые источники топлива.

В настоящее время в США насчитывается более 2200 действующих предприятий по производству биогаза, по данным Американского совета по биогазу, в том числе 171 ферментный метантенк, 1500 метантенков на очистных сооружениях, из которых только 250 используют производимый биогаз — 563 свалки энергетические проекты (26 трубопроводов, 537 электросетей), и существует более 11 000 потенциальных площадок для новых проектов, на перспективы которых смотрят как отечественные, так и иностранные девелоперы.

В разных штатах и ​​регионах скоро или в последнее время появятся новые проекты, которые производят различные конечные продукты, от электроэнергии до возобновляемого природного газа, на основе доступного сырья, стимулов / финансирования и цен на электроэнергию, а также создания импульса для сокращения отходы и создание возобновляемых источников энергии. Ниже приводится сводка некоторых проектов, которые были введены в эксплуатацию или началось строительство за последний год.

Запад США
В молочной стране у варочных котлов есть история.Хотя эта история не совсем радужная, тенденции изменились, и значительную силу, стоящую за новой волной интереса и разработок, можно отнести к грантам штата Калифорния, которые были и будут финансировать проекты на десятки миллионов долларов США. политика и инициативы по улучшению качества воздуха в штате и, по крайней мере, частично, братьям Дэрилу и Кевину Маасам, которые владеют компаниями Farm Power Northwest и Maas Energy Works, которые совместно владеют или управляют 11 существующими проектами, и многие другие находятся в стадии разработки.«Мы начали свою деятельность в Вашингтоне — мы управляем пятью метантенками оттуда до Орегона, а в 2010 году мы начали работать в Калифорнии и поняли, что существует большой рынок», — говорит [Дэрил] Маас. «Это крупнейший молочный штат в стране, но там не было особой отрасли. Его мучили разовые проекты, которые длились год или два и закрылись, после запуска не было особой поддержки. После нашего опыта в Вашингтоне и Орегоне мы знали, что можем помочь фермерам в Калифорнии.”

Только в этом году Maas Energy Works ввела в эксплуатацию два новых проекта варочного котла и завершила реконструкцию существующего варочного котла, который ранее был остановлен. Запущенный в октябре проект варочного котла Verway-Hanford в закрытой лагуне в Хэнфорде, Калифорния, является крупнейшим варочным котлом на западном побережье. «В настоящее время установлен 1 МВт, но молочник планирует установить еще 2 МВт», — говорит Маас. «Сейчас мы производим больше топлива, чем можем сжечь, но включение этих двигателей в сеть занимает много времени.В любой момент времени они отключаются от сети или отправляют в нее электроэнергию, а также обнуляют свое потребление и заряды. Остальной газ сжигается прямо сейчас, но мы также будем получать электроэнергию от него, когда подключим другие генераторы ».

Проект закрытой лагуны Open Sky Ranch Dairy Digester, проект закрытой лагуны в Ривердейле, Калифорния, который был введен в эксплуатацию в сентябре, имеет единственный двигатель мощностью 800 киловатт (кВт), который, по словам Мааса, «работает с такой интенсивностью, которую мы хотим прямо сейчас, но есть избыток газа. Если все пойдет хорошо, в этом году мы установим еще один двигатель мощностью 800 кВт.

Двигатели Open Sky — это двигатели Dresser Rand от Guascor, но Маас говорит, что выбор поставщика двигателей остается на усмотрение фермера. «Мы не всегда используем [Dresser Rand], но это популярный движок», — объясняет он. «Мы также используем двигатели Caterpillar, и в одном из наших проектов в будущем может использоваться двигатель GE — мы рассматриваем их все. Хотя у нас есть пара варочных котлов в Калифорнии, большинство проектов, в которых мы участвуем, принадлежат молочникам — мы работаем на них и управляем проектом за них, — и каждый молочник принимает решения по-своему.”

По словам Мааса, выбор из множества уважаемых компаний часто сводится к стоимости. «Нам очень нравится Dresser Rand, это хорошо для работы и эффективно, с экономической точки зрения. Caterpillar — более дорогой мотор, но, как правило, служит дольше, то же самое и с GE ». Он подчеркивает, что Maas Energy Works не продает варочные котлы, оборудование или технологии. «Мы нейтральны в отношении технологий и можем нанять кого захотим», — говорит он. «Мы рекомендуем фермерам поставщиков и подрядчиков, но у большинства из них есть собственный опыт, который не является уникальным для варочного котла, например землеройной машины.Их можно нанять на месте, а мы указываем, как должна выполняться работа. То же самое с механическими работами, сваркой. По возможности мы стараемся связаться с местными продавцами сельхозтехники… это действительно важно. Когда вещи стареют, у вас должна быть долгосрочная поддержка, которая является достаточно эффективной с экономической точки зрения, и вам не нужно обращаться за помощью в другие часовые пояса ».

Маас говорит, что помимо вышеупомянутых проектов у компании в стадии строительства находятся еще два, которые будут введены в эксплуатацию в начале 2017 года — крытая лагуна, молочный завод Verwey-Madera в Мадере, Калифорния, и еще один в Киттсоне, Калифорния, а также несколько работают через разрешения и финансирование.«Здесь ведется активная деятельность, фермеры очень заинтересованы в технологиях», — добавляет Маас. «По нашему мнению, они просто ждали разработчиков, которым они доверяют, и технологий, которые, по их мнению, будут работать, потому что многие из них были сожжены в прошлом — проблемы с разрешениями, эксплуатацией и финансированием. Мы эксплуатируем 11 варочных котлов, и у некоторых есть проблемы, но они продолжают работать, и в целом мы смогли показать, как работают эти установки ».

Вне ферм в Калифорнии и на западе реализуется множество биогазовых проектов разного типа.DMT Clear Gas Solutions, поставщик мембранной технологии разделения газов, работает над новой системой в Чино, Калифорния, вместе с ES Engineering. «Они используют варочный котел для твердых пищевых отходов — биогаз проходит через газовые турбины», — объясняет Роберт Лемс из DMT. «Начиная с марта мы установим систему, которая потребляет около 50 стандартных кубических футов в минуту (scfm) этого газа и превращает его в сжатый природный газ (CNG) для небольшой местной станции CNG, которая в частном порядке используется для заправки автомобилей и грузовики », — говорит он.DMT также участвует в новых биогазовых проектах с Hawaii Gas, а также Carbon Cycle Energy (см. Северо-восток).

Лос-Анджелес Санитарно-техническое обеспечение и инженер / строитель. Проект когенерации очистных сооружений Hyperion компании Constellation Energy близится к завершению в Плайя-дель-Рей, Калифорния, со всем установленным основным оборудованием. Яйцеобразный анаэробный варочный котел будет принимать муниципальные сточные воды, в конечном итоге производя до 6000 кубических футов в минуту биогаза, который будет использоваться для производства 25 МВт электроэнергии и пара. Газ, производимый на очистных сооружениях (КОС), в настоящее время используется для выработки электроэнергии на близлежащей станции LADWP Scattergood, но установка нового поколения будет обеспечивать все технологическое тепло и электроэнергию, необходимые для КОС.

Южнее, Америско и город Феникс, штат Аризона, объединились для реализации проекта на городских очистных сооружениях. В соответствии с условиями проекта, объявленными в августе, Ameresco будет строить, владеть, эксплуатировать и обслуживать объект, который будет перерабатывать неочищенный биогаз в возобновляемый природный газ (RNG). «Ameresco будет поставлять ГСЧ в межгосударственный газопровод Kinder Morgan для передачи природного газа для продажи третьим сторонам, которые будут использовать его в качестве топлива для транспортировки», — объясняет Майкл Бакас, исполнительный вице-президент Ameresco.Ожидается, что проект размером 3250 стандартных кубических футов в минуту станет крупнейшим в своем роде в стране. В настоящее время ожидается, что проект будет введен в эксплуатацию к концу 2017 года.

Из 49 малых энергетических установок / солнечных фотоэлектрических установок, которыми владеет Ameresco, 24 являются установками для захоронения газа, а две — биогазовыми установками для сточных вод. По словам Бакаса, в отличие от типичных разработчиков проектов, Ameresco вооружена всем необходимым для завершения проекта, включая разработку, получение разрешений, инжиниринг, финансирование, строительство, эксплуатацию и техническое обслуживание.«Это дает Ameresco конкурентное преимущество, позволяющее работать с нашими клиентами над разработкой комплексного проекта, направленного на достижение их целей, независимо от того, владеет ли Ameresco энергетическим активом или наш клиент. Точно так же, будучи независимыми от продукта и имея прочную дистрибьюторскую базу на многих рынках, мы можем объединять удаленные проекты на благо наших клиентов. Хорошим показателем этого является то, что мы представили в Интернете множество проектов, которые другие пытались реализовать, но не смогли реализовать ».

После завершения проекта по производству биогазовых топливных элементов в IKEA Emeryville, Калифорния, более года назад, розничный продавец товаров для дома IKEA запустил дополнительные проекты еще в четырех своих магазинах в Калифорнии, расширив свой портфель топливных элементов до 1.3 МВт с системой в Восточном Пало-Альто, Коста-Меса, Ковине и Сан-Диего). Последняя установка, с которой был заключен контракт с поставщиком топливных элементов Bloom Energy, была введена в эксплуатацию в середине января.

Средний Запад США
В кукурузном поясе в рамках проекта ГСЧ ADM совместно с компанией Ameren Illinois будут использоваться побочные продукты из системы очистки сточных вод завода по переработке кукурузы в Декейтере, штат Иллинойс. Этот проект позволит Ameren Illinois распределять ГСЧ с завода ADM по переработке кукурузы в межгосударственную трубопроводную систему вскоре после того, как Ameren недавно завершила строительство нового, стоимостью 5 долларов США.3-миллионный газовый центр в Декейтере. Партнеры по проекту планируют завершить строительство в мае 2017 года.

Также в октябре в Иллинойсе на электростанции Орчард-Хиллз возле Рокфорда был запущен проект по производству энергии из свалочного газа мощностью 16,3 МВт. Завод, оснащенный шестью двигателями 620 GE Jenbacher, принадлежит Hoosier Energy, которая использует внутреннюю энергию для снабжения своих участников. По словам Бакаса, подрядчик EPC Ameresco реализует проект для Hoosier. Этот проект знаменует собой третий действующий завод по производству свалочного газа в Хузье после завода по производству свалочного газа Clark-Floyd мощностью 4 МВт в южной Индиане и завода по производству свалочного газа Ливингстона мощностью 15 МВт около Понтиака, штат Иллинойс.

Висконсин уже является домом для около трех дюжин на фермах, большинство из которых финансируются, по крайней мере частично, за счет государственных субсидий / льгот, и штат готовится профинансировать реестр новых проектов варочных котлов на сумму до 20 миллионов долларов, как сообщает Департамент штата Висконсин. Департамент сельскохозяйственной торговли и защиты потребителей объявил, что в январе опубликует запрос предложений по новым варочным котлам для коровьих отходов. С целью улучшения качества воды инициатива нацелена на бизнес-консорциумы и фермеров, заинтересованных в использовании технологии анаэробных варочных котлов для создания, эксплуатации и обслуживания системы.

И, пожалуй, один из самых заметных проектов по производству биогаза, производство топлива в котором начнется в 2016 году. В июле Roeslein Alternative Energy и Smithfield Hog Production достигли производства ГСЧ на ферме Ракмана для доставки в национальный трубопровод из свиноводческих отходов стоимостью 120 миллионов долларов. энергетический проект недалеко от Олбани на севере штата Миссури. Проект, стартовавший в 2013 году, разбит на два этапа. Первый этап включает установку непроницаемых крышек и факельных систем на 88 отстойниках для навоза, расположенных на девяти свиноводческих фермах, две из которых в настоящее время производят ГСЧ, а второй этап включает установку оборудования для удаления примесей биогаза — технологию абсорбции при колебаниях давления, предоставленную Гильдией. Партнеры — для создания ГСЧ конвейерного качества.

В течение следующих нескольких лет вторая фаза будет продолжена строительством систем очистки биогаза и началом производства ГСЧ на оставшихся семи фермах, входящих в состав Smithfield.
Duke Energy в Северной Каролине согласилась приобрести одну треть из ГСЧ девяти ферм, чтобы удовлетворить потребности в чистой энергии для выработки электроэнергии с 10-летним контрактом, и RAE также продает газ на рынок автомобильного топлива с Element Markets. «Что касается остатка газа, который мы должны продать, автомобиль является целью из-за текущего рынка RIN (возобновляемых идентификационных номеров) — RIN D3 довольно привлекательны — но есть и другие рынки, на которые мы будем смотреть», — говорит Крис Роуч, директор РАЭ.«Прямо сейчас рынок электроэнергии для ГСЧ по-прежнему составляет примерно половину стоимости рынка RIN, поэтому для нас он вторичен».

RAE планирует дополнить сырье для свиного навоза биомассой, собранной с восстановленных лугов в прериях, для производства дополнительного ГСЧ, а также планирует надземную систему варки травы.
Дополнительные компании, участвующие в проекте, включают J-W Power Company, Martin Energy Group, French Gerleman, Polsinelli PC, Industrial & Environmental Concepts Inc., Power Solutions International и Cummins Engines.

Юго-восток США
Проекты по разработке и эксплуатации биогаза растут на юго-востоке США, от Вирджинии до южной оконечности Флориды. По данным ABC, в таких штатах, как Северная Каролина, Флорида и Джорджия, вместе взятых 177 действующих биогазовых проектов, с потенциалом реализации до 1300 дополнительных биогазовых проектов, исходя из предполагаемого количества доступного органического материала в штатах. Северная Каролина занимает лидирующие позиции с 75 действующими объектами и потенциалом для колоссальных 899 новых проектов, в основном связанных с сельским хозяйством.Часть этого потенциала может быть отнесена к государственному стандарту портфеля возобновляемых источников энергии (RPS) штата Северная Каролина и Закону о политике в области окружающей среды Северной Каролины.

Есть также возможности государственного финансирования. Например, государственные налоговые льготы для проектов альтернативной зеленой энергии помогли реализовать проекты Blue Sphere в Шарлотте, Северная Каролина и Джонстон, Род-Айленд, где они находятся сегодня, говорит генеральный директор Blue Sphere Шломи Палас. Компания привлекла итальянскую компанию Austep S.p.A. в качестве поставщика технологий и подрядчика по проектированию, снабжению и строительству (EPC) для этих U.С.-основанные проекты.

В Шарлотте к сети подключена биогазовая установка на пищевых отходах мощностью около 27 миллионов долларов США и мощностью 5,2 МВт, и все три генератора работают с середины ноября. Электроэнергия, произведенная на этом объекте, будет продаваться Duke Energy в рамках 15-летнего соглашения о закупке электроэнергии (PPA).
По словам Паласа, по состоянию на январь на объекте ведутся непрерывные работы. «Для окончательного завершения потребуется примерно три-четыре месяца», — говорит он.

В то время как проект Blue Sphere находится в процессе выхода на полную мощность, примерно в трех с половиной часах езды в округе Дуплин, Северная Каролина, недалеко от Варшавы, компания Carbon Cycle Energy LLC (C2e) в декабре начала работу на свином проект преобразования отходов в ГСЧ, получивший название C2e Renewables NC.C2e ожидает, что завод станет крупнейшим автономным биогазовым комплексом в США. «Быть ​​первым, кто разработал проект по производству биогаза такого масштаба, было связано с множеством проблем», — сказал представитель компании, добавив, что согласование множества движущихся частей вовлечение в успешное получение финансирования для проекта такого масштаба временами было весьма значительным.

Помимо свиного навоза, предприятие стоимостью 100 миллионов долларов будет использовать в качестве субстратов промышленные отходы пищевой промышленности.«Округ Дуплин был выбран из-за большой концентрации свиноводческих ферм, мясных и пищевых предприятий, а также близости к газопроводу», — сказал представитель компании. «Это область, которая выиграет от улучшенной утилизации органических отходов для минимизации запахов, а также от снижения загрязнения воды».

Ожидается, что завод будет утилизировать более 750 000 тонн органических отходов в год и на полную мощность будет производить 6500 декатерм ГСЧ ежедневно, что достаточно для выработки 290 000 мегаватт-часов (МВтч) электроэнергии.Неочищенный биогаз будет модернизироваться на месте с использованием запатентованной DMT Environmental Technologies конструкции газоочистной установки, разработанной специально для этого объекта. Оттуда газ будет закачиваться непосредственно в систему газопровода.

Duke Energy является заказчиком ГСЧ по 15-летнему контракту на использование на четырех своих электростанциях. Другой неназванный заказчик биогаза будет покупать биогаз и также преобразовывать ГСЧ в электричество.

C2e имеет долгосрочные контракты как на поставку сырья биомассы, так и на продажу биогаза.«Помимо помощи Duke Energy в выполнении требований RPS в Северной Каролине, мы также помогаем нашим поставщикам выполнять различные собственные экологические требования», — заявил представитель C2e.
Swinerton Builders выступает в качестве EPC-подрядчика проекта. Очистка площадки началась сразу после прорыва земли 11 декабря, и ожидается, что добыча газа будет вестись в четвертом квартале этого года.

Помимо крупного проекта C2e по свиноводству, Duke Energy завершила в 2016 году вторую сделку по закупке уловленного метана, полученного из свиноводческих отходов, на проекте в Кенансвилле, Северная Каролина.Этот запланированный проект будет построен в центре свиноводства Smithfield Food и с помощью ряда варочных котлов, построенных ООО «Оптима КВ», будет производить около 80 000 млн БТЕ уловленного метана трубопроводного качества в год, что должно давать около 11 000 МВт · ч возобновляемой энергии. для двух электростанций Duke Energy ежегодно.

В 2015 году за пределами Северной Каролины к 23 действующим системам сжигания свалочного газа (LFG) в Джорджии присоединились по крайней мере три предприятия по переработке свалочного газа в энергию (LFGTE) в 2016 году.Republic Services Inc. и Mas Energy LLC работали вместе, чтобы разместить эти объекты на трех полигонах вокруг метро Атланта, недалеко от Буфорда, Гриффина и Уиндера. «Mas Energy решила строить проекты в выбранных местах, потому что мы получили PPA с экономически рентабельной прибылью, поддержку со стороны местного сообщества, и у нас были давние положительные отношения с Republic», — говорит Майкл Холл, директор и главный директор по развитию Mas Энергия.

Технический директор Republic Services Брайан Марц говорит, что они решили продолжить проекты из-за «возможности выгодно использовать свалочный газ одновременно на трех объектах на одном рынке с надежными и уважаемыми прямыми и косвенными партнерами.”

Строительство было завершено в период с января 2015 года по март 2016 года, и все объекты были завершены к маю и введены в эксплуатацию к сентябрю. По словам Холла, станции работают хорошо и могут использовать весь газ, поставляемый Республикой. В совокупности эти объекты способны производить 24,1 МВт электроэнергии для Georgia Power в рамках 20-летнего PPA. «Эти проекты помогают удовлетворить инициативы Республики по выгодному повторному использованию свалочного газа и инициативы Georgia Power по приобретению возобновляемой энергии», — говорит Марц.

Republic проектирует и устанавливает обширную и сложную сеть скважин, трубопроводов, насосов и воздуходувок, которые создают определенный вакуум для бережного извлечения образующегося газа со свалки, объясняет Марц, без создания неблагоприятных условий для процесса анаэробного разложения.

Каждый сайт имеет одинаковый базовый дизайн. По словам Холла, в проектах используются узлы Unison для сжатия и осушения газа, системы Willexa для удаления силоксана, 11 двигателей GE Jenbacher (модели J 616) для производства электроэнергии, а также Miratech CO Catalyst и SCR для удаления монооксида углерода и оксидов азота.«Преимущества стандартной конструкции включают сменные запасные части, знакомство с операциями на объекте между каждым оператором и простоту обучения новых сотрудников», — говорит Холл. «Мы также смогли использовать оптовые цены для снижения общих затрат по проекту».

Активы принадлежат Cube District Energy LLC, портфельной компании I Squared Capital. Mas Energy обеспечивает операции и управление активами в дополнение к своей ответственности за повседневные операции с активами.Nixon Energy Services, дистрибьютор GE Jenbacher, обеспечивает ежедневную эксплуатацию и все услуги по техническому обслуживанию. Компания Crowder Construction Co. также была вовлеченным партнером в этих проектах в качестве подрядчика по проектированию / строительству. По словам Марца, в результате этих проектов общее количество действующих проектов свалочного газа увеличилось до 71. Он говорит, что у Republic есть цель устойчивого развития — развивать по крайней мере два проекта свалочного газа в год до 2018 года.

Еще один проект свалочного газа на свалке округа Ориндж во Флориде объявил о планах удвоить его размер до номинальной пропускной способности 8000 стандартных кубических футов в минуту в 2016 году.Компания SCS Engineers была нанята Комиссией по коммунальным предприятиям Орландо для удвоения мощности, а очищенный свалочный газ поступает по трубопроводу в Stanton Energy Center и нагревается на угольной электростанции. По данным ABC, к концу 2015 года во Флориде было 63 действующих биогазовых проекта с потенциалом еще 230.

Северо-восток США
Северо-восточный регион США считается самым экономически развитым, густонаселенным и культурно разнообразным регионом страны, простираясь от северной оконечности юго-запада штата Мэн до Пенсильвании.Население региона стало движущим фактором, побудившим ряд штатов ввести законодательство по контролю за отходами, особенно на крупных предприятиях по производству и сборщиках отходов, таких как свалки, супермаркеты и фермы. Согласно данным ABC за август 2015 года, в Коннектикуте, Массачусетсе, Нью-Джерси, Нью-Йорке,

Пенсильвании, Род-Айленде и Вермонте насчитывается 542 биогазовых завода с потенциалом для более 1000 дополнительных биогазовых установок в зависимости от количества доступного органического материала.Из группы лидируют Нью-Йорк и Пенсильвания с 216 и 173 действующими биогазовыми установками, соответственно, и потенциалом для более 300 дополнительных заводов в каждом штате.

В течение 2016 года было реализовано множество проектов по биогазу. В середине апреля Stop & Shop Supermarket Co. LLC отпраздновала открытие своего предприятия во Фритауне, штат Массачусетс, которое будет перерабатывать около 34000 тонн несъедобных продуктов питания из всех 212 магазинов Stop & Shop Новой Англии в год, которые невозможно перерабатывать. проданы или переданы в дар региональным продовольственным банкам или местным фермам в 1.25 МВт электроэнергии. В июле анаэробный варочный котел (AD) Технического колледжа Вермонта под названием «Большая Берта» начал работать на полную мощность, преобразовав 16 000 галлонов коровьего навоза и органических веществ с ферм Вермонта и отходов пивоварения от Alchemist and Long Trail Brewing Co. в 8 800 кВтч электроэнергии. электричество посуточно. В следующем месяце компания American Organic Energy укрепила свою основную команду инженеров для строительства завода AD на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк. Louis Perry Group, компания CDM Smith Co., совместно с GE Power & Water, Eggersmann Group из Германии и Green Arrow Engineering внесут свой вклад в проект.После ввода в эксплуатацию предприятие будет перерабатывать пищевые отходы для производства автомобильного топлива, электричества, компоста и чистой воды.

Как уже отмечалось, предприятие Blue Sphere в Шарлотте начало работу, а его завод в Джонстоне, Род-Айленд, близится к завершению. Дочерняя компания Austep Group в США, Auspark LLC, в качестве подрядчика EPC, проходит этапы, необходимые для вывода объекта Johnston мощностью 3,2 МВт на этап испытаний и ввода в эксплуатацию, согласно ноябрьскому обновлению проекта компании. Объект стоимостью около 19 миллионов долларов будет продавать свою электроэнергию National Grid через 15-летний PPA после завершения.

Огайо имеет стандарт RPS, в котором будет участвовать объект LFGTE Rumpke Waste & Recycling and Energy Developments (EDL) на полигоне в округе Браун в Румпке. Американская муниципальная власть Огайо. Свалочный газ подается на поршневые двигатели Caterpillar 3520, каждый из которых может производить 1,6 МВт электроэнергии. По словам Денниса Боллинджера, вице-президента по коммерческим и регуляторным вопросам EDL, место для проекта было выбрано по ряду причин.Он говорит, что свалка была способна поддерживать генерирующие мощности, которые EDL необходимо было установить, чтобы соответствовать минимальным пороговым значениям, и Огайо является сильным центром развития энергетики компании. «Он берет ресурс, который в противном случае тратится впустую, и использует его с пользой», — говорит Боллинджер. «Если бы нас там не было, газ просто продолжал бы сжигать, и это не имело бы никакой ценности». Ожидается, что проект будет сдан в эксплуатацию к апрелю.

К концу 2015 года Коннектикут поддерживал только 14 действующих биогазовых систем, 10 из которых находились на очистных сооружениях, но у штата есть потенциал для увеличения этого числа в четыре раза.Quantum Biopower — одна из компаний, которая помогает штату реализовать свой потенциал с помощью первой в штате системы AD для пищевых отходов из шести возможных оценок ABC, которые могут быть построены на основе имеющихся государственных ресурсов. Quantum решила построить свой варочный котел на 60 акрах земли в Саутингтоне, в одном из трех мест, где ее дочерняя компания, Supreme Forest Products, занимается переработкой зеленых отходов; сбор кустов, пней, листьев и переработка их в пригодные для продажи продукты, такие как мульча, компост и почва. «С учетом требований о переброске продуктов питания и близости к основным автомагистралям Саутингтон идеально расположен в центре Коннектикута.Кроме того, нас с распростертыми объятиями встретили жители Саутингтона, и мы с гордостью называем его своим домом, — говорит Брайан Паганини, вице-президент и управляющий директор Quantum Biopower.

По словам Паганини, у президента Quantum много лет назад было видение создания компостных смесей, содержащих органические питательные вещества. Он был готов оказать финансовую поддержку проекту, так как рассматривал пищеварение как способ ускорить процесс компостирования и создать уникальные органические компостные смеси из остаточных материалов.Основываясь на этом видении, этот проект стоимостью 14 миллионов долларов был обусловлен рядом факторов, в том числе успешными лоббистскими усилиями. «Мы очень много работали с комитетами по окружающей среде и энергетике в законодательном собрании штата, чтобы поддержать программы, ведущие к развитию варочного котла», — делится Паганини. Особо следует отметить, добавляет он, Quantum тесно сотрудничал с высокопоставленными членами комитета по окружающей среде генеральной ассамблеи, чтобы поддержать принятие программы Virtual Net Metering в Коннектикуте. Коннектикут был тринадцатым штатом, принявшим программу, которая позволила Quantum подписать 20-летний PPA с городом Саутингтон на энергоснабжение пяти своих правительственных зданий.Не говоря уже о том, что Министерство энергетики и охраны окружающей среды выступило партнером проекта, работая с Quantum, чтобы разрешить и построить этот первый объект. «Мы продолжим сотрудничать с ними, чтобы помочь разработать стандарты управления дигестатами в Коннектикуте и помочь им в оформлении сертификатов операторов для операций по переработке в штате», — говорит Паганини.

Quantum смогла преодолеть препятствия, связанные с получением разрешений, технологией, применением, строительством и отбором энергии, чтобы в этом году вывести свой первый объект на начальные стадии запуска и эксплуатации.При полном запуске завод будет принимать 40 000 тонн пищевых отходов в год — около 150 тонн в день — через варочный котел с низким содержанием твердых частиц. В системе AD используется двухэтапный процесс, а также процесс восстановления и удаления питательных веществ, что позволяет компании принимать широкий спектр пищевых отходов; упакованные, загрязненные, чистые пищевые отходы, органические потоки, отделенные от источника жидкости, и т. д. Среди клиентов, отправляющих отходы на завод, — Shop Rite, Aqua Turf, Farmington Club и Bozzuto’s, один из крупнейших частных дистрибьюторов продуктов питания в регионе.Паганини говорит, что было две причины, по которым компания уделяла большое внимание предварительной обработке органических веществ в процессе технологической экспертизы проекта. Во-первых, как торговое предприятие — первое в Коннектикуте — Quantum хотела создать гибкое сырье, чтобы предложить клиентам комплексное решение. Во-вторых, Quantum искал процесс, который удалял бы большую часть неорганического материала перед перевариванием, чтобы его последующий дигестат не содержал загрязнений. «Это гарантирует, что при производстве компоста мы ограничиваем количество загрязняющих материалов», — говорит Паганини.В рамках проекта будет производиться примерно 8000 тонн в год богатой питательными веществами органической компостной смеси, и компания планирует использовать существующие рыночные каналы для продвижения на рынок высококачественного компостного продукта для удовлетворения потребностей растущего движения органического компоста. , по словам Паганини.

Мощность электростанции составляет 1,2 МВт, что эквивалентно потреблению электроэнергии примерно 750 домами в течение одного года. Однако эта разрешенная мощность может быть проблемой для Quantum, продвигающейся вперед, поскольку Паганини отмечает, что они быстро заполняют свои мощности.Компания рассматривает второй этап плана по расширению территории предприятия, чтобы избежать каких-либо проблем в будущем, которые могут возникнуть из-за ограничения мощности.

Этот проект обеспечивает критическую инфраструктуру для соблюдения государственного продовольственного мандата, утверждает Паганини, что означает, что если крупный производитель продуктов питания (более 2 тонн в неделю или 104 тонны в год) находится в пределах 20 миль от предприятия Quantum, то они уполномочены вывести пищевые отходы из своего потока отходов. Кроме того, Коннектикут поставил цель к 2024 году сократить, повторно использовать и перерабатывать 60 процентов образующихся отходов.В настоящее время штат отклоняет 32 процента отходов, и, согласно отчету штата о характеристиках отходов за 2015 год, пищевые отходы составляют самую большую часть потока отходов Коннектикута (20 процентов, или 500 000 тонн) и меньше всего перерабатываются.

Строительство биогазовой установки заняло восемь месяцев, и Quantum извлекла выгоду из строительного опыта в своей группе компаний, чтобы построить ее, зная, что это будет одна из многих будущих. По словам Паганини, Quantum в настоящее время рассматривает пять проектов на восточном побережье для дальнейшего развития.«Нам больше не нужно смотреть на успехи наших европейских коллег, потому что реальный рост биогазовой промышленности происходит здесь, в США», — говорит Паганини. «По мере того, как все больше штатов реализуют программы по отвлечению пищевых продуктов и признают метан в качестве возобновляемого источника энергии при базовой нагрузке, взлетно-посадочная полоса становится длиннее и четче для будущего роста проекта. Это прекрасное время для того, чтобы стать частью такой захватывающей индустрии, поскольку она формируется прямо у нас на глазах ».

Автор: Анна Симет
Ответственный редактор журнала «Биомасса»
asimet @ bbiinternational.com
701-738-4961

Кэти Флетчер
Заместитель редактора журнала Biomass Magazine
701-738-4920
[email protected]

Биогаз — возобновляемый природный газ — Управление энергетической информации США (EIA)

Биогаз из биомассы

Биогаз — это богатый энергией газ, получаемый в результате анаэробного разложения или термохимического преобразования биомассы. Биогаз состоит в основном из метана (Ch5), того же соединения, что и природный газ, и диоксида углерода (CO2).Содержание метана в неочищенном (неочищенном) биогазе может варьироваться от 40% до 60%, при этом СО2 составляет большую часть остатка вместе с небольшими количествами водяного пара и других газов. Биогаз можно сжигать непосредственно в качестве топлива или обрабатывать для удаления CO2 и других газов для использования так же, как природный газ. Очищенный биогаз может называться возобновляемым природным газом или биометаном .

Анаэробное разложение биомассы происходит, когда анаэробные бактерии — бактерии, которые живут без свободного кислорода — поедают и расщепляют или переваривают биомассу и производят биогаз.Анаэробные бактерии естественным образом встречаются в почвах, в водоемах, таких как болота и озера, а также в пищеварительном тракте людей и животных. Биогаз образуется и может собираться на свалках твердых бытовых отходов и в прудах для хранения навоза. Биогаз также можно производить в контролируемых условиях в специальных резервуарах, которые называются анаэробными варочными котлами . Материал, оставшийся после завершения анаэробного переваривания, называется дигестатом, он богат питательными веществами и может использоваться в качестве удобрения.

Термохимическое преобразование биомассы в биогаз может быть достигнуто за счет газификации. Министерство энергетики США поддерживает исследования по газификации биомассы для производства водорода.

Биогаз может квалифицироваться как возобновляемое топливо для производства электроэнергии в государственных стандартах портфеля возобновляемых источников энергии. Он также подпадает под стандартную программу США по возобновляемым источникам топлива как передовое или целлюлозное биотопливо и по Калифорнийскому стандарту на низкоуглеродистое топливо как сырье для низкоуглеродного топлива.Почти весь биогаз, потребляемый в настоящее время в Соединенных Штатах, производится в результате анаэробного разложения и используется для производства электроэнергии.

Сбор и использование биогаза со свалок

Свалки твердых бытовых отходов являются источником биогаза. Биогаз вырабатывается естественным путем анаэробными бактериями на полигонах твердых бытовых отходов и называется свалочным газом . Свалочный газ с высоким содержанием метана может быть опасен для людей и окружающей среды, поскольку метан легко воспламеняется.Метан также является сильным парниковым газом. Биогаз содержит небольшое количество сероводорода, вредного и потенциально токсичного соединения в высоких концентрациях.

Источник: адаптировано из проекта Национального энергетического образования (общественное достояние)

В США нормы Закона о чистом воздухе требуют, чтобы на полигонах твердых бытовых отходов определенного размера была установлена ​​и эксплуатировалась система сбора и контроля свалочного газа.Некоторые свалки сокращают выбросы свалочного газа за счет улавливания и сжигания или сжигания свалочного газа. При сжигании метана в свалочном газе образуется CO2, но CO2 не является таким сильным парниковым газом, как метан. Многие свалки собирают и обрабатывают свалочный газ для удаления CO2, водяного пара и сероводорода и используют его для выработки электроэнергии или продажи в качестве заменителя природного газа.

По оценкам Управления энергетической информации США (EIA), в 2019 году около 257 миллиардов кубических футов (Bcf) свалочного газа было собрано на 336 U.S. свалки и сжигаются для выработки около 10,5 миллиардов киловатт-часов (кВтч) электроэнергии, или около 0,3% от общего объема выработки электроэнергии коммунальными предприятиями США в 2019 году.

Биогаз от очистки сточных вод и промышленных сточных вод

Многие муниципальные очистные сооружения и производители, такие как бумажные фабрики и предприятия пищевой промышленности, используют анаэробные варочные котлы как часть своих процессов обработки отходов. Некоторые очистные сооружения и промышленные предприятия собирают и используют биогаз, произведенный в анаэробных варочных котлах, для нагрева варочных котлов, что усиливает анаэробный процесс сбраживания и уничтожает патогенные микроорганизмы, а некоторые используют его для выработки электроэнергии для использования на предприятии или для продажи.По оценкам EIA, в 2019 году 65 таких предприятий по переработке отходов в Соединенных Штатах произвели в общей сложности около 1 миллиарда кВтч электроэнергии.

Анаэробные варочные котлы на очистных сооружениях Линкольна, Небраска

Источник: Линкольн, правительство Небраски (защищено авторским правом)

Анаэробный варочный котел на молочной ферме

Источник: Университет штата Мичиган (защищен авторским правом)

Использование биогаза из отходов животноводства

Некоторые молочные фермы и животноводческие хозяйства используют анаэробные варочные котлы для производства биогаза из навоза и подстилки из коровников.Некоторые животноводы закрывают свои навозные пруды (также называемые навозными лагунами ), чтобы улавливать биогаз, который образуется в лагунах. Метан, содержащийся в биогазе, можно сжигать для обогрева воды и зданий, а также в качестве топлива в дизельных генераторах для выработки электроэнергии для фермы. По оценкам EIA, в 2019 году 25 крупных молочных и животноводческих предприятий в Соединенных Штатах произвели в общей сложности около 224 млн кВтч (или 0,2 млрд кВтч) электроэнергии из биогаза.

Последнее обновление: 4 ноября 2020 г.

Биогаз | ТЭЦ | Когенерация

Что такое биогаз?

Биогаз — это возобновляемый газ, производимый анаэробными микроорганизмами.Эти микробы питаются углеводами и жирами, производя метан и углекислый газ в качестве продуктов метаболизма. Человек может использовать этот газ в качестве источника устойчивой энергии.

Биогаз является возобновляемым топливом, поскольку он происходит из органического материала, который был создан из атмосферного углерода растениями, выращенными в последние вегетационные сезоны, и является частью краткосрочного углеродного цикла.

Преимущества анаэробного сбраживания и биогаза

• Производство возобновляемой энергии за счет комбинированного производства тепла и электроэнергии
• Удаление проблемных отходов
• Вывоз отходов со свалки
• Производство низкоуглеродных удобрений
• Предотвращение утечки свалочного газа и сокращение выбросов углерода

Образование биогаза

Создание биогаза еще называют биометанированием.Биологически полученные газы производятся в виде продуктов метаболизма двух групп микроорганизмов, называемых бактериями и архей и . Эти микроорганизмы питаются углеводами, жирами и белками, а затем посредством сложной серии реакций, включая гидролиз, ацетогенез, ацидогенез и метаногенез, производят биогаз, состоящий в основном из диоксида углерода и метана.

Завод анаэробного сбраживания / биогаза 3D Модель

Состав биогаза

Биогаз состоит в основном из метана (источник энергии в топливе) и двуокиси углерода.Он также может содержать небольшое количество азота или водорода. Загрязняющие вещества в биогазе могут включать серу или силоксаны, но это будет зависеть от сырья для варочного котла.

Относительное процентное содержание метана и углекислого газа в биогазе зависит от нескольких факторов, включая:

• Соотношение углеводов, белков и жиров в сырье
• Коэффициент разбавления в варочном котле (углекислый газ может абсорбироваться водой)

Анаэробное сбраживание

Анаэробное сбраживание — это искусственный процесс использования анаэробной ферментации отходов и других биоразлагаемых материалов.Анаэробные микробы можно использовать для обработки проблемных отходов и производства удобрений, которые можно использовать для замены химических удобрений с высоким уровнем выбросов углерода. Это также процесс, который приводит к производству биогаза, который можно использовать для производства возобновляемой энергии с использованием систем когенерации биогаза.

Анаэробное расщепление может происходить при мезофильных (35-45˚C) или термофильных температурах (50-60˚C). Оба типа пищеварения обычно требуют дополнительных источников тепла для достижения оптимальной температуры.Это тепло обычно вырабатывается биогазовой когенерационной установкой, работающей на биогазе и производящей как электроэнергию, так и тепло для этого процесса.

Часто биогазовые установки, которые перерабатывают отходы животного происхождения, также требуют обработки материала при высокой температуре для устранения любых болезнетворных бактерий в навозной жиже. Эти системы пастеризуют суспензию, как правило, при температуре 90 ° C в течение одного часа, чтобы уничтожить патогены и получить чистые высококачественные удобрения.

Биогазовые двигатели

Биогазовые двигатели

Jenbacher специально разработаны для работы на различных типах биогаза.Эти газовые двигатели связаны с генератором переменного тока, чтобы производить электричество с высоким КПД. Высокоэффективное производство электроэнергии позволяет конечному пользователю максимизировать электрическую мощность биогаза и, следовательно, оптимизировать экономические показатели установки для анаэробного сбраживания.

Электрическая мощность биогазового двигателя

Существует 4 «типа» газовых двигателей Jenbacher с разными уровнями выходной мощности и характеристиками электрического / теплового КПД.

Биогазовая ТЭЦ

Биологически полученные газы могут использоваться в биогазовых двигателях для выработки возобновляемой энергии посредством когенерации в форме электричества и тепла.Электричество можно использовать для питания окружающего оборудования или экспортировать в национальную сеть.

Низкопотенциальное тепло от контуров охлаждения газового двигателя, обычно в виде горячей воды при подаче / возврате 70/90 ° C. Для установок по анаэробному сбраживанию, использующих двигатель ТЭЦ, существует два основных типа тепла:

• Высококачественное тепло выхлопных газов двигателя (обычно ~ 450 ° C)

Низкопотенциальное тепло обычно используется для нагрева резервуаров метантенка до оптимальной температуры для биологической системы.Мезофильные анаэробные варочные котлы обычно работают при температуре 35-40 ° C. Термофильные анаэробные варочные котлы обычно работают при более высокой температуре в диапазоне 49-60 ° C и, следовательно, имеют более высокие требования к нагреву.

Подробнее об эффективности биогазовых ТЭЦ можно узнать здесь.

Высокотемпературное тепло выхлопных газов можно использовать непосредственно в сушилке или котле-утилизаторе. В качестве альтернативы его можно преобразовать в горячую воду с помощью кожухотрубного теплообменника выхлопных газов для дополнения тепла от систем охлаждения двигателя.

Котлы-утилизаторы обычно производят пар под давлением 8-15 бар. Осушители могут быть полезны для снижения содержания влаги в дигестате, чтобы помочь снизить транспортные расходы.

В случае, если местное законодательство требует уничтожения патогенов в дигестате (например, Европейские правила по побочным продуктам животного происхождения), может потребоваться термическая обработка отходов путем пастеризации или стерилизации. Здесь избыточное тепло от газового двигателя можно использовать в установке пастеризации.

Тепло от двигателя ТЭЦ может также использоваться для привода абсорбционного чиллера, чтобы служить источником охлаждения, превращая систему в тригенерационную установку.

Минимальный расход

Минимальный расход газа для работы самого маленького биогазового двигателя Jenbacher при полной нагрузке (J208 @ 249 кВт, _e ) составляет 127 Нм ³ / час при 50% метана.

Приложения

Различные секторы, использующие технологию анаэробного сбраживания, имеют разные характеристики.

Бизнес-пример сектора биогазовых технологий

Различные биогазовые отрасли имеют разные характеристики бизнес-модели. Они кратко изложены в таблице ниже.

Потенциальные загрязнители

Биологически полученные газы могут включать загрязнители или примеси, включая воду, сероводород и силоксаны. Пожалуйста, обсудите ваши ожидания по качеству газа с местным офисом Clarke Energy. В технических инструкциях мы приводим конкретные рекомендации по качеству топливного газа.

Вода

Биологические газы содержат водяной пар из-за природы сырья, из которого они производятся. Количество воды зависит от температуры биологического газа и способа производства. Выше определенных пределов влажность биогаза становится проблемой для газовых двигателей.

Удалить воду из газа можно с помощью:

Сероводород

Сероводород (H ₂ S) образуется как побочный продукт процесса анаэробного сбраживания высокосернистого сырья, такого как аминокислоты и белки.При сжигании в газовом двигателе сероводород может конденсироваться с водой с образованием серной кислоты. Серная кислота вызывает коррозию элементов газовых двигателей, поэтому ее следует ограничивать, чтобы предотвратить неблагоприятное воздействие на двигатель ТЭЦ.

Процессы удаления сероводорода включают

• Фильтры с активированным углем
• Низкое дозирование кислорода в свободном пространстве варочного котла (обычно <1%)
• Внешние башни биологического скруббера
• Дозирование хлорида железа в метантенк

Силоксаны

В некоторых случаях биогаз содержит силоксаны.Силоксаны образуются в результате анаэробного разложения материалов, обычно содержащихся в мыле и моющих средствах. В процессе сгорания газа, содержащего силоксаны, выделяется кремний, который может соединяться со свободным кислородом или другими элементами в газе сгорания. Образуются отложения, содержащие в основном кремнезем (SiO ₂ ) или силикаты (Si _x O _y ). Эти белые минеральные отложения накапливаются и должны быть удалены химическими или механическими средствами.

Силоксаны часто вызывают проблемы на заводах по производству свалочного газа и сточных вод из-за загрязнения, которое часто обнаруживается в результате органических отходов.

На биоразлагаемых биоразлагаемых отходах и сельскохозяйственных биогазовых установках с разделением по источникам гораздо реже встречаются проблемы, связанные с силоксанами.

Внешние ссылки

биогаз | Описание, производство, использование и факты

Биогаз , природный газ, который образуется в результате разложения органических веществ анаэробными бактериями и используется в производстве энергии. Биогаз отличается от природного газа тем, что это возобновляемый источник энергии, получаемый биологическим путем путем анаэробного сбраживания, а не ископаемое топливо, производимое геологическими процессами.Биогаз в основном состоит из газообразного метана, диоксида углерода и следовых количеств азота, водорода и монооксида углерода. Это происходит естественным образом в компостных кучах в виде болотного газа и в результате кишечной ферментации у крупного рогатого скота и других жвачных животных. Биогаз также можно производить в анаэробных варочных котлах из растительных или животных отходов или собирать на свалках. Он сжигается для выработки тепла или используется в двигателях внутреннего сгорания для производства электроэнергии.

Британника исследует

Список дел Земли

Действия человека вызвали обширный каскад экологических проблем, которые теперь угрожают продолжающейся способности как естественных, так и человеческих систем процветать.Решение критических экологических проблем глобального потепления, нехватки воды, загрязнения и утраты биоразнообразия, возможно, является величайшей задачей 21 века. Мы встанем им навстречу?

Использование биогаза — это зеленая технология с экологическими преимуществами. Биогазовая технология позволяет эффективно использовать накопленные отходы животноводства от производства продуктов питания и твердые бытовые отходы от урбанизации.Преобразование органических отходов в биогаз снижает производство метана, вызывающего парниковый эффект, поскольку при эффективном сжигании метан заменяется диоксидом углерода. Учитывая, что метан почти в 21 раз более эффективен в улавливании тепла в атмосфере, чем углекислый газ, сжигание биогаза приводит к чистому сокращению выбросов парниковых газов. Кроме того, производство биогаза на фермах может уменьшить количество запахов, насекомых и патогенов, связанных с традиционными запасами навоза.

Отходы животных и растений могут использоваться для производства биогаза.Они перерабатываются в анаэробных варочных котлах в виде жидкости или суспензии, смешанной с водой. Анаэробные варочные котлы обычно состоят из держателя источника сырья, бака для разложения, блока регенерации биогаза и теплообменников для поддержания температуры, необходимой для бактериального разложения. Мелкие бытовые варочные котлы емкостью всего 757 литров (200 галлонов) могут использоваться для обеспечения топливом для приготовления пищи или электрического освещения в сельских домах. По оценкам, в миллионах домов в менее развитых регионах, включая Китай и некоторые части Африки, бытовые варочные котлы используются в качестве возобновляемого источника энергии.

Крупные фермы для хранения жидкого или жидкого навоза сельскохозяйственных животных. Основными типами варочных котлов на фермах являются варочные котлы с закрытой лагуной, варочные котлы для жидкого навоза, варочные котлы с поршневым потоком для молочного навоза и сухие варочные котлы для жидкого навоза и пожнивных остатков. Обычно в варочных котлах требуется тепло, чтобы поддерживать постоянную температуру около 35 ° C (95 ° F), чтобы бактерии разлагали органический материал в газ. Эффективный варочный котел может производить 200–400 кубических метров (7000–14000 кубических футов) биогаза, содержащего 50–75 процентов метана на тонну сухих входных отходов.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Естественное разложение органических веществ на свалке происходит в течение многих лет, и производимый биогаз (также известный как свалочный газ) можно собирать из ряда соединенных между собой труб, расположенных на разной глубине через свалку. Состав этого газа меняется в течение срока службы полигона. Обычно через год газ состоит примерно из 60 процентов метана и 40 процентов диоксида углерода.Сбор на свалках варьируется в зависимости от процента органических отходов и возраста объекта, средний энергетический потенциал составляет около 2 гигаджоулей (1 895 634 БТЕ) на тонну отходов.

Системы сбора свалочного газа все чаще внедряются для предотвращения взрывов из-за накопления метана внутри свалки или предотвращения утечки метана, парникового газа, в атмосферу. Собранный газ можно сжигать на объекте или рядом с ним в печах или котлах, но вместо этого он часто используется в двигателях внутреннего сгорания или газовых турбинах для выработки электроэнергии, учитывая ограниченную потребность в производстве тепла на большинстве удаленных полигонов.

Сырой биогаз

Определение

Термин «биогаз» используется как общий термин для энергетических газов, которые образуются микроорганизмами из биотических веществ в бескислородных условиях (канализационный газ, свалочный газ, ферментативный 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 основа

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: Технические условия на биометан 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.

Выводы из тематического исследования навоза животных в Северной Дакоте

Столкнувшись с растущей озабоченностью 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 в результате 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 агроостаточные продукты 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, домашней 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, разработка 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 от федеральных властей, властей штатов и местных властей не ограничиваться только экономическими показателями. 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 местоположения 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 неопределенности в расчетах изменения климата по-прежнему создают 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: Раздел 2 содержит 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. Регулирование выбросов углерода в США и цепочка поставок биомассы

Признано, что возобновляемые источники энергии уже играют большую роль в сокращении выбросов в энергетическом секторе в 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 затраты 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 свести к минимуму 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 внедрение схемы выбросов углерода было рентабельным, что сводит к минимуму выбросы парниковых газов за счет повышения конкурентоспособности технологий 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. Таким образом, 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 конкретном районе [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 был 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.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 учитывается 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, потому что 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, использованные в формулировке модели, приведены в таблице 1, а полная формулировка модели представлена ​​в (1) — (15).Функция представляет собой общую стоимость цепочки поставок, которая включает в себя 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, индексированный (i = 1,2,…, I) J набор потенциальных мест расположения биогазовой установки, индексированный 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 j45 (долл. / М 3 9027) 0453 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 мокрые или сухие содержание навоза (%) Затраты на погрузку и выгрузку навоза ($ / тонну) навоза инвестиционная стоимость завода в месте j с уровнем мощности k годовой затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание установки в точке j с уровнем мощности k Срок службы биогазовой установки (лет) Штрафы 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 фактор (CO 2 -экв.тонна / сухая тонна) для сбора навоза Фактор CO 2 (CO 2 -экв. тонна-миля / загрузка грузовика) для транспортировки CO 2 Фактор (CO 2 -экв. М 3 / сухая тонна) для производства биогаза количество (тонны) CO 2 в точке 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 (м 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 участке k количество CO 2 , выбрасываемое в цепочку поставок

40002 Уравнение ) взимает плату за углерод, соответствующую количеству выбросов, произведенных в ситуации ценообразования на углерод.Добавляя ограничение на выбросы углерода в (5), в среде торговли углеродом, 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. Практический 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 животного происхождения.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 крупного рогатого скота варьируются в зависимости от региона. Информация обо всех откормочных площадках и инвентаризациях крупного рогатого скота собирается через базу данных государственных откормочных площадок Северной Дакоты из Исследовательского центра Дикинсона [35]. Ежегодный навоз крупного рогатого скота рассчитывается путем пересчета 1 голова крупного рогатого скота = 0,025 тонны навоза в день [36] и умножения на 365 и процент среднего содержания 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, посвященных анализу пригодности биогазовой установки в пределах нефтедобывающего района.Это предположение можно пересмотреть позже, посоветовавшись с мнением экспертов или фактическим опросом.

Фактор Критерии Дороги и железные дороги не более чем на сеть железных дорог Вода (река и поверхность водоносного горизонта) Чтобы 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 области, 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 области, которые содержат или находятся на расстоянии менее 200 м от Дикие животные Исключить области, которые содержат или находятся на расстоянии менее 150 м от территории дикой природы Колодцы и буровые установки Чтобы исключить области, которые содержат или меньше более 200 м от нефтяной скважины и буровой установки Городской Чтобы исключить территории, которые содержат или находятся на расстоянии менее 2 км

В данном исследовании предполагается, 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 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 затрат на транспортировку 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 произведено 23 м ³ биогаза.Поэтому (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 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 энергоносители без выбросов. Используя это правило, мы устанавливаем начальный предел выбросов углерода на уровне 21 миллиона метрических тонн выбросов углерода.

5.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 выбросов возникают при максимальных затратах.Результаты ясно показывают, что без действующего 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.

9044 Всего выбросов Выбросы 9045 1,317,440 9045 42 Оптимизация только затрат Оптимизация только выбросов (долл. США) (тонны) (долл. США) (тонны) Транспорт 12,859,893 647,8380 9452 647,8380 647,8380 8,000,000 584,000 7,160,000 522,680 Производство 1,656,000 1,472,000 1,482,120 1,317,440 Итого 310015893 2703880 370266650 2245564

(тонна) Стоимость -только оптимизация Оптимизация только по выбросам Количество AD 9 20 Общий размер AD (тонны) 690,000 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 оценивать эффективность схем по разным ценам на углерод. На рисунке 2 показано, что стоимость цепочки поставок постоянно и относительно линейно увеличивается по мере роста 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, покупаемого и продаваемого 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 выбросов 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 в округах Боуман и Фостер 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. В рамках ограничения и торговли 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.

9045 9044 9 0443 2,300,000 70,0002 9045 На рисунке 6 показано географическое положение биогазовых установок в Северной Дакоте для различного воздействия углерода.Представлено расположение биогазовых установок и их различные оптимальные уровни мощности. Как упоминалось ранее, отсутствие схемы 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 упор на более эффективные и экологически безопасные решения по транспортировке и размещению.Похоже, что модель размещает биогазовую установку рядом с округом, который производит наибольшее количество навоза крупного рогатого скота. Из результатов можно сделать вывод о том, что места размещения и производственная мощность завода сильно зависят от стоимости транспортировки навоза на единицу продукции. 5.1. Анализ чувствительности В нашей модели мы выполняем 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 рост стоимости биогаза по мере роста цены 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. Согласно 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 цены углерода 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 конструкцию системы и ее стоимость. Влияние влажного и сухого содержания навоза анализируется с помощью двух сценариев цен на углерод с присвоением 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. Графство Цена углерода Общая вместимость навоза (т / год) 9044 902 Производство биогаза (м м3) Bowman $ 0 100,000 2,300,000 $ 40 70,000 1,610,000 9045 9045 9045 9045 140,000 3,220,000 Sargent $ 0 — — $ 40 70,000 40 долл. США 100 000 Старк, Мортон, Маклин, Эммонс, Касс, Хеттингер $ 0 70,000 1,610,000 70,0002 9044 Цена 903 по 40 долларов 38452 38453 Типы навоза Мокрая основа Сухая основа 903 9044 Цена на углерод по цене 0 долларов Цена на углерод по цене 40 долларов Общая стоимость (в млн долларов) 464.5 579,2 45,5 348,1 Стоимость приобретения (в млн долл. США) 7,7 7,7 1,0 0,7 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 . долл. США9 0,8 0,3 0,3 Стоимость выбросов (в $ м) — 114,9 — 61,0 Углерод3 (в $ м) 8925,8 — 231,8 Стоимость биогаза (долл. / Куб.фут) 0,88 1,07 9,02 10,58 1Резюме 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, тогда 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 проведены 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 ее расположение 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 от 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 выводов 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. Финансируемая ЕБРР новая биогазовая установка в Беларуси для преобразования отходов в энергию Экономия энергии и затрат будет достигнута на новом современном предприятии Первая биогазовая установка в рамках рамочного соглашения между правительством Беларуси и ЕБРР в секторе муниципальной и экологической инфраструктуры начала работу в Барановичах, городе на западе Беларуси с населением более 170 000 человек. ЕБРР предоставил суверенный кредит в размере 2,9 млн евро на строительство объекта, который соответствует нормам ЕС и будет вырабатывать 4380 МВт / ч электроэнергии и 3 880 Гкал тепла в год из биогаза, извлекаемого из осадка сточных вод. Шведское агентство международного сотрудничества в целях развития (Sida) дополнило инвестиции дополнительным грантом в размере 1,4 млн евро на капитальные затраты и 0,8 млн евро на консультационные услуги по реализации проекта. Ожидается, что биогазовая электростанция обеспечит значительную экономию энергии и затрат, сократит выбросы парниковых газов и объем осадка, а также улучшит качество услуг.Барановичская компания водоснабжения и водоотведения как оператор объекта повысила свой потенциал в области корпоративного планирования развития, решения экологических и социальных вопросов и взаимодействия с заинтересованными сторонами в результате реализации проекта, сочетая местный и международный опыт. В церемонии открытия приняли участие первый заместитель премьер-министра Беларуси Анатолий Калинин, министр жилищно-коммунального хозяйства Беларуси Александр Терехов, губернатор Брестской области Анатолий Лис и мэр города Барановичи Юрий Громаковский от имени международного сообщества. В мероприятии приняли участие посол Швеции в Беларуси Кристина Йоханнессон и старший банкир ЕБРР Рената Иксар. Посол Йоханнессон сказал: «Строительство варочного котла в Барановичах — хороший пример международного сотрудничества в Беларуси. Это часть более широкой программы модернизации водоотведения в пяти городах Беларуси, в которой Швеция принимает активное участие. Целью данной программы является сокращение выбросов в Балтийское море и оказание поддержки белорусским городам в соблюдении требований HELCOM *. После успешного завершения первого проекта в Барановичах мы с нетерпением ждем завершения наших проектов в Слониме, Витебске, Бресте и Гродно.” Глава ЕБРР в Беларуси Александр Пивоварский добавил: «Барановичский проект стал первопроходцем в практической реализации муниципальных инвестиций в соответствии с нашими высокими экологическими и социальными стандартами и открывает путь для дальнейшего участия муниципалитетов в Беларуси». В общей сложности ЕБРР, СИДА и Экологическое партнерство Северного измерения выделяют 27,2 млн евро трем муниципальным образованиям: Барановичи, Витебску и Слониму на улучшение экологической инфраструктуры и водоотведения. Взаимодействие между ЕБРР и правительством Беларуси является примером более эффективного управления окружающей средой на муниципальном уровне и повышения стандартов качества для соответствия местным нормам и нормам ЕС. На сегодняшний день ЕБРР инвестировал 1,96 миллиарда евро в 95 проектов по всей Беларуси. Продвижение возобновляемых источников энергии в Беларуси важно для повышения энергетической безопасности страны. ЕБРР уделяет большое внимание инвестициям, которые приносят экологические выгоды, и реализует подход Банка к переходу к зеленой экономике, который направлен на увеличение общего объема зеленого финансирования до 40 процентов от ежегодных инвестиций ЕБРР в бизнес к 2020 году. * Комиссия по защите морской среды Балтийского моря, или Хельсинкская комиссия (ХЕЛКОМ), является международным руководящим органом Конвенции о защите морской среды района Балтийского моря. . No related posts. Последнее изменение: 16.07.2021 Предыдущая история: Трава фацелия: фото и виды, выращивание и уход за растением Следующая история: Что можно приготовить из бобов: Блюда из бобов — рецепты с фото на Повар.ру (30 рецептов бобов) Об авторе: alexxlab Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Поиск для: Рубрики © 2019 ПОЛНОЕ И ЧАСТИЧНОЕ КОПИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ ЗАПРЕЩЕНЫ. 9045 11 2 3 Средняя грузоподъемность (тонны) 70,000 70,000 70,000 70,000