Тенденции развития биоэнергетики в Украине

М. Мельничук, В. Торгоня, Г. Гелетуха

 

Сельскохозяйственное производство из потребителя энергии превращается в ее производителя. Именно этим перспективным направлением развития сельского хозяйства сегодня занимаются в ведущих странах мира. Примеры реализации тенденций развития в новой технике позволяют эффективно решать энергетические задачи, а также существенно уменьшать влияние вредных веществ на окружающую среду.

 

Путь к энергообеспеченности

Анализ рынка аграрной продукции свидетельствует о необходимости перевода части сельскохозяйственной продукции в сырье энергетического назначения или в высококачественные удобрения органического происхождения.

В этом процессе прослеживается несколько тенденций, характерных для Украины.

Первая — перераспределение между методами обработки при выращивании популярных культур. За последний десяток лет использование новых типов обрабатывающих машин позволили хозяйственникам снизить затраты и достичь других позитивных результатов.

 

Рис.1. Альтернативные энергетические ресурсы в сельской местности

 

Вторая тенденция отражает увеличение использования возобновляемых источников энергии, которые получают преимущественно из биомассы в виде газообразных, жидких и твердых биотоплив (рис. 1). Производством биомассы занимаются прежде всего сельское и лесное хозяйства, их роль в энергообеспечении страны будет постоянно возрастать.

В прогнозах развития агропромышленного сектора Украины многие отечественные и зарубежные эксперты отмечают перспективность перевода до 50% посевных площадей под выращивание сельскохозяйственных культур для непищевого применения. Выращенный на безвирусной основе посадочный материал позволяет быстрее, иногда на целый сезон ранее, получить биомассу, которая по качеству и количеству значительно превосходит контрольное сырье.

Третья тенденция свидетельствует в пользу преимущественного использования твердых видов биотоплива (рис. 2).

 

Рис.2. Динамика изменения потребления биотоплив в сельской местности Польши

 

В целом, потенциал Украины в возобновляемых источниках энергии из биомассы оценивается в 7,4-12,3 млн. т условного топлива в год, по данным НПЦ «Биомасса».

Жидкое биотопливо. Сегодня наиболее актуальным вопросом является развитие технологий производства дизельного биотоплива. В Винницкой, Киевской, Луганской, Львовской, Николаевской, Хмельницкой и других областях появились пилотные установки фермерского типа по производству биодизеля. Их производительность составляет от 200 до 1500 л биотоплива в сутки. Подобное оборудование широко используется в соседних странах Восточной Европы (фото 1).

 

Фото 1. Установка для производства биодизеля

Фото 1. Установка для производства биодизеля производительностью 400 л/сутки, разработанная PIMR (Польша)

 

Безусловно, такие установки желательно совмещать с линией по производству растительного масла методом «холодного» прессования и его очистке на автоматических фильтрах, используя отечественное или импортное оборудование, чтобы контролировать качество масла, начиная с состояния сырья. С другой стороны, желательно такие установки дополнять оборудованием по комплексной очистке биодизеля от остатков метанола, глицерола, механических примесей и воды. Упомянутые системы очистки разработаны в Национальном аграрном университете (фото 2). Они позволяют избежать преждевременного износа деталей и узлов двигателей тракторов, обеспечивают необходимый уровень безопасности при обращении потребителей со смешанным топливом или чистым биодизелем.

 

Фото 2. Оборудование НАУ для получения и очистки биодизельного топлива

Фото 2. Оборудование НАУ для получения и очистки биодизельного топлива

 

Что касается установок районного и областного уровня, то следует иметь в виду, что они, как правило, имеют два цеха, которые производят масло и биодизельное топливо. Наличие сертифицированных технологий позволяет получать на таких линиях биодизель, который соответствует требованиям стандартов Европы.

Твердое биотопливо. Качество твердого биотоплива формируется на этапах выращивания, хранения и переработки биомассы, а эффективность его использования зависит еще и от технического совершенства тепловых генераторов. Характеристика биомассы при ее сжигании в бытовых котлах приведена в таблице 1.

 

Таблица 1. Характеристика различной биомассы

 

Последние разработки украинских ученых, выполненные совместно с чешскими коллегами, позволили освоить производство современных котлов-автоматов, которые работают как на традиционном угле, так и на твердых биотопливах (фото 3).

 

Фото 3. Бытовой котел-автомат, работающий на твердом топливе

Фото 3. Бытовой котел-автомат, работающий на твердом топливе

 

Фото 4. Зерносушильная камера, работающая на соломе

Фото 4. Зерносушильная камера, работающая на соломе

 

Для сушки зерна, в частности рапса для энергетических целей, целесообразно использовать теплогенераторы, работающие на рулонах соломы, в том числе рапсовой (фото 4). Такое оборудование уже производится в Украине и позволяет сельскохозяйственным производителям покрывать собственные бытовые и производственные энергетические нужды за счет ресурсов биомассы со своего поля.

Использование современных конструкций котлов дает возможность существенно повысить КПД (до 95%) возобновляемых источников энергии. При этом эмиссии вредных газов находятся в пределах допустимых значений, предписанных стандартами ЕС.

Газообразное биотопливо. Одной из причин низкой эффективности сельскохозяйственного производства является снижение плодородия почв в результате уменьшения в них содержания гумуса, а также использование упрощенных методов биологической конверсии имеющихся органических ресурсов в агроценозе. В частности, органическое сырье (солома, навоз, помет и другие) используется неэффективно. Для ведения органического земледелия и получения устойчивых уровней урожайности отсутствуют экономически обоснованные технологические приемы и технические средства, которые бы обеспечивали интенсификацию существующего естественного круговорота органического сырья в агроценозе и приемлемый уровень энергоавтономности сельскохозяйственного производства. Анаэробное сбраживание навоза и помета имеет значение в связи с возможностью получения из биогаза электрической и тепловой энергии, что позволит уменьшить энергетическую зависимость сельскохозяйственного производства от монопольных поставщиков энергоносителей. Несмотря на это, постоянно действующие промышленные биогазовые установки в Украине пока отсутствуют. В исследованиях, проведенных в Национальном аграрном университете, установлено, что помимо биогаза важное значение имеют и органические удобрения, которые после ферментации становятся более концентрированными (табл.2).

 

Таблица 2. Изменение состава жидких органических удобрений в результате анаэробного сбраживания

 

Европейская технология

В Европе биогаз широко используют не только при утилизации отходов животноводческих ферм, но и при анаэробном сбраживании зеленой массы с полей, стоков перерабатывающих предприятий агропромышленного комплекса, пищевых отходов и т.п. Начинают свою работу системы комплексной переработки биомассы и городских коммунальных отходов (рис. 5-8).

Таким образом, биогазовое производство является весьма привлекательным с точки зрения реального энергообеспечения при утилизации коммунальных отходов в смеси со сброженной биомассой.

 

Фото 5. Общий вид площади для хранения биомассы в рулонах

Фото 5. Общий вид площади для хранения биомассы в рулонах

Фото 6. Общий вид метантенка объемом 4000 м.куб.

Фото 6. Общий вид метантенка объемом 4000 м.куб.

Фото 7. Пульт управления процессами комплексной ферментации на промышленной биогазовой установке в Швеции

Фото 7. Пульт управления процессами комплексной ферментации на промышленной биогазовой установке в Швеции

Фото 8. Станция для заправки 100 городских автобусов биогазом

Фото 8. Станция для заправки 100 городских автобусов биогазом