Recommended
Recommended
More Related Content
Featured
Featured (20)
Ефективність біогазових станцій. Сировина для біогазу
- 1. ЕФЕКТИВНІСТЬ БІОГАЗОВИХ СТАНЦІЙ. СИРОВИНА ДЛЯ БІОГАЗУ AGRO POWER: БІОГАЗ - 2019 Київ, 2019 Петро Кучерук
- 2. Ефективність БГС В загальному вираженні ефективність уведеної в експлуатацію біогазової станції проектною потужністю N (ЕБГС ) це відношення отриманого прибутку до понесених витрат за визначений період часу: 1 1 n i i БГС n j j П E B Пі - статті прибутку від діяльності БГС: - прибуток від реалізації електричної енергії по ЗТ - прибуток від продажу/економії теплової енергії - прибуток/економія від утилізації дигестату - прибуток від утилізації димових газів від КГУ …. Вj - статті видатків: - сировина, з врахуванням втрати її потенціалу - витратні матеріали і запчастини для БГС, обслуговування - витратні матеріали і запчастини для КГУ, обслуговування - страхові виплати та вартість кредитних коштів - біологічний контроль (лабораторія + аутсорсинг) …..
- 3. Можливі причини неефективної роботи БГС Допущені помилки/прорахунки в бізнес-концепції проекту БГС Допущені помилки в технологічній концепції та прийнятому режимі роботи БГС Допущені помилки при виборі обладнання та матеріалів для БГС Неефективний менеджмент та управління роботою БГС Невідповідність обсягів та характеристик сировини закладеним в технологічній концепції та прийнятому режиму роботи БГС Відсутність належного контролю якості сировини Відсутність належного контролю біохімічних процесів, складу та властивостей використовуваної сировини на всіх етапах її перетворення, ефективності використання біогазового потенціалу сировини Форс-мажорні обставини (аварійні ситуації техногенного або природнього характеру, «політичне» регулювання ринку, тощо)
- 4. Помилки/прорахунки в бізнес- концепції проекту БГС Умова Приклад Обрати оптимальний за даних ринкових умов обʼєкт для впровадження БГС Підприємство, що активно розвивається, з чіткою стратегією розвитку бізнесу і усталеною практикою управління відходами, які доступні в значній кількості та сталій основі Обрати оптимальну потужність БГС з урахуванням інфраструктурних умов Питома вартість 1 кВт встановленої потужності КГУ на біогазі знижується зі збільшенням такої потужності, але укрупнення проекту потребує достатньої забезпеченості сировиною, землі під будівництво, пропускної здатності електромереж, тощо Обрати оптимальну бізнес-модель проекту На сьогоднішній день виробництво е/е з біогазу за ЗТ є найбільш раціональною альтернативою з економічної точки зору, у порівнянні з прямим заміщенням ПГ, виробництвом біометану та теплової енергії. Врахувати можливість економічно доцільної утилізації надлишкового тепла і збродженої маси Врахувати динаміку та прогноз розвитку ринку, в сферу якого входить обʼєкт впровадження БГС Падіння світових цін на цукор чи зниження попиту може призвести до повної чи періодичної зупинки роботи цукрового заводу Укласти довгострокові контракти з ключовими постачальниками сировини Раціонально мати пул постачальників сировини (напр. силосу кукурудзи), що диверсифікує ризики та убезпечить БГС від простою
- 5. Помилки в технологічній концепції та прийнятому режимі роботи БГС Умова Приклад Обґрунтований вибір технологічної схеми БГС 2-ох чи 3-ох стадійні процеси потребують збільшення капзатрат на будівництво та обладнання та є більш складними в обслуговуванні та біологічному регулюванні процесів. Спитайте Вашого постачальника чим саме обґрунтоване таке рішення і на скільки воно скоротить тривалість процесу чи ступінь біодеструкції сировини у порівнянні зі схемою меншої стадійності Відповідність прийнятої технологічної схеми типам та пропорції різних видів сировини Нераціональною може бути як присутність в технологічній схемі вузла розбавлення концентрованої сировини (напр. силосу кукурудзи) водою та/чи рециркулятом, так і його відсутність Відповідність прийнятого режиму подачі сировини кінетиці біохімічних процесів та найбільш повній біодеструкції сировини А. Надмірно велике завантаження сировини може призводити до недостатньо повної біодеструкції сировини або навіть до пригнічення та затухання процесів Б. Надмірно низьке завантаження сировиною веде до низької ефективності використання обʼєму реакторів, а отже необґрунтовано завищеної величини CAPEX проекту
- 6. Помилки при виборі обладнання та матеріалів для БГС Умова Приклад Обраний тип та склад обладнання повинен відповідати фізико- хімічним характеристикам сировини в залежності від етапу її перетворення в процесі А. Обраний тип міксерів для метантенка, його продуктивність, а також просторове розташування не дозволяє забезпечити повне та ефективне змішування його обʼєму, внаслідок чого утворюються застійні зони та/або накопичується флотаційна «шапка» Б. Обраний тип насосу не здатен ефективно прокачувати сировину (не враховано фракційний склад суміші та її вʼязкість, що залежить від форми та розміру часток, а також від температури середовища) В. В схемі не передбачено устаткування для ефективного видалення небажаних включень (каміння, частин металів, ганчірʼя, тощо) перед чутливим до них обладнанням (насосами, подрібнювачами) Усі матеріали, використанні в критично важливих конструкціях та обладнанні повинні бути стійкими до руйнівного впливу рідкого та газового середовища А. Матеріал пропелера міксера в метантенку виконано зі швидкозношуваного під абразивною дією піску матеріалу і як наслідок виникає потреба заміни з розгерметизацією реактора Б. Матеріал не стійкий до дії аміаку та сірководню
- 7. Неефективний менеджмент та управління роботою БГС Умова Приклад Ефективний менеджмент персоналу, логістики, закупівель, контрактування, впровадження інноваційних рішень, звʼязків та діалогу з науковим співтовариством та громадськістю А. Недостатньо відкрита політика управління роботою БГС часто призводить до прийняття персоналом не виважених та недостатньо обґрунтованих рішень у спробах підвищити ефективність роботи станції Б. Постійний моніторинг тенденцій розвитку біогазових технологій та інновацій дає можливість заощадити на впровадженні в діючій БГС неефективних та застарілих рішень Відповідність кваліфікаційного рівня обслуговуючого персоналу Не розуміння технологом БГС основ біохімічних процесів та всієї глибини проблематики, спрощене уявлення про складність процесів метанового бродіння не дає можливості приймати обґрунтовані з науково-технічної точки зору рішення
- 8. Невідповідність обсягів та характеристик сировини Умова Приклад Обсяги та характеристики сировини повинні відповідати прийнятому технологічному режиму роботи БГК А. Обсяг сировини, що подається в біореактор відповідає прийнятому технологічному режиму, але вихід біогазу при цьому не відповідає розрахунковому. Дві причини – перша, при розрахунку прийнято усереднені табличні дані, друга – прийнята для подачі сировина не випробовувалась на фізико-хімічні показники та на біодоступний потенціал виходу біогазу. Вихід – провести випробовування сировини та скоригувати режими подачі у відповідності. Б. Заміна типу сировини. Потребує випробовування нового типу сировини та коригування технологічних режимів з урахуванням прийнятої технологічної схеми, обʼєму основних споруд, встановленого обладнання.
- 9. Відсутність належного контролю якості сировини Умова Приклад Контроль якості сировини необхідно виконувати на регулярній основі А. Силос кукурудзи, навіть одного і того ж сорту, зібраний в різні роки, може мати суттєво відмінні характеристики і потенціал виходу біогазу. Те ж стосується інших типів рослинної сировини. Б. Гноївка в різні сезони (внаслідок впливу температурних умов на гноївку на всьому ланцюгу доставки до біореактора) може мати суттєво відмінні характеристики. В. Різкі зміни в дієті тварин або типу та співвідношення різних груп тварин на фермах – може суттєво змінити характеристики гноївки. Г. Тваринницькі ферми періодично проводять протиепізоотичні заходи, що включають можливість потрапляння до екскрементів тварин антибіотиків. Бажано уникати потрапляння гноївки від тварин в біореактори в цей період.
- 10. Відсутність належного контролю біохімічних процесів Умова Приклад Наявність лабораторії з необхідним мінімумом обладнання для оперативного контролю біохімічних процесів (частина задач може бути виконана на аутсорсингу) та кваліфікованого персоналу. Регулярний контроль рідкої і газової фаз, контроль продуктивності. Методичне накопичення та скрупульозний аналіз та систематизація даних та їх залежностей А. Вміст ЛЖК в рідкій фазі виконується нерегулярно і з великими періодами. Натомість контроль процесів ведеться за показником рН. За рахунок достатньої буферної ємності в рідкій фазі показник рН залишається в нормі протягом певного періоду, але процес метанового бродіння розбалансовано, внаслідок чого йде накопичення ЛЖК. Вміст СО2 в біогазі поступово зростає, буферна ємність при цьому знижується і призводить до різкого падіння показника рН – процес виходу біогазу різко пригнічується та затухає. Регулярний контроль ЛЖК (в ідеалі і співвідношення різних ЛЖК) та показника FOS/TAC необхідний для вчасного реагування. При цьому для курячого посліду цей показник може виявитись недостатньо ефективним. Б. Нестача необхідних мікроелементів в сировині може призводити до розбалансування біохімічних процесів метанового бродіння за принципом «віддав – прийняв –віддав» через зниження швидкості каталітичних реакцій або обмеження швидкості приросту окремих популяцій бактерій.
- 11. Раптова зміна параметрів процесу Чинники Причини Наслідки Перевищення органічного навантаження біореактора Перевищення гідравлічного навантаження біореактора Накопичення токсичних елементів (NH3 +, д-ЛЖК, важкі метали) - ↑ % органіки в сировині - перевищення норми подачі сировини - перевищення балансу подачі- споживання субстрату для лімітуючої реації процесу - накопичення продуктів проміжних реакцій процесу та інтоксикація мікрофлори - зменшення робочого обʼєму реактора через недосконалу систему перемішування та закупорення піском - ↓ % органіки в сировині - перевищення гідравлічного навантаження над швидкістю росту критичної популяції бактерій - поступове вимивання - подача сировини з надмірним вмістом білку - подача сировини з надмірним вмістом жирів - потрапляння солей важких металів з сировиною - утворення токсичної концентрації NH3 + при розпаді білків - утворення токсичної концентрації д-ЛЖК - інтоксикація критичної популяції бактерій важкими металами →↑ ЛЖК - різке збільшення органічного навантаження - різка зміна температури та рН - різке збільшення концентрації NH3 + - різка зміна метаболічної активності біоценозу та накопичення метаболітів Розбалансування процесу метанового бродіння
- 12. Оптимізація Важливо: до початку будь-якої оптимізації – детальний аналіз факторів та причин незадовільної роботи, порівняльний аналіз з показниками роботи аналогів, вивчення технічних можливостей та обмежень діючої біогазової установки Не довіряйте персоналу експериментувати на діючій установці без відповідного науково-технологічного обґрунтування Будь-які зміни технологічного регламенту повинні узгоджуватись з технічними можливостями встановленого обладнання Введення нових альтернативних видів сировини повинно проводитись на основі детального аналізу складу, показника BMP, та моделювання розпаду в існуючих біореакторах Варто памʼятати: ефект від застосування різних методів інтенсифікації процесу розпаду органічної речовини потрібно обовʼязково узгоджувати з розрахунком допустимого органічного навантаження, з урахуванням існуючого робочого обʼєму біореакторів
- 13. Основні принципи вибору ефективної сировини (міксів) для виробництва біогазу ! Сировина для біогазу – питання №1 1. Сировина повинна бути доступною в потрібному обсязі протягом життєвого циклу БГС (чи принаймні суттєвої його частини) 2. Сировина повинна мати високу щільність потенціалу біогазу з розрахунку на одиницю маси в точці завантаження в біореактор (з урахуванням витрат енергії на заготівлю, транспортування, підготовку та подачу в біореактор, а також втрат потенціалу біогазу на усьому відрізку ланцюга логістики) 3. Сировина не повинна містити (або принаймні мінімізувати вміст) каміння, частин металів, піску, ганчірʼя, крупна фракція соломи (без попередньої підготовки), деревної тріски/тирси, тощо, а також речовин-інгібіторів біохімічного процесу 4. Сировинна складова вартості біогазу повинна бути якомога меншою 5. Сировина повинна бути збалансованою за хімічним складом (співвідношення C:N:P:S, концентрація макро- та мікроелементів: К, Сa, Fe, Ni, Co, Mn, Cu……) 6. Ступінь гомогенності підготовленої сировини повинен бути якнайбільший
- 14. Економічна ефективність використання соломи у порівнянні з силосом кукурудзи
- 15. Сировина для біогазу. Досвід Німеччини* * J. Daniel-Gromke* et al. Current Developments in Production and Utilization of Biogas and Biomethane in Germany / Chem. Ing. Tech. 2018, 90, No. 1–2, 1–20
- 16. 6 ознак біогазової станції майбутнього* Інтегральна складова кругової біоекономіки Приймає відходи/побічні продукти від інших виробничих систем та повертає їх в цикл обороту біомаси Домінуюча сировинна база – відходи та побічна продукція Сировинні мікси комбінуються переважно з відходів, роль енергетичних культур відходить на другий план, сировинна база розширюється за рахунок «складної» сировини Майбутня агро-БГС є гнучкою у відношенні до сировини, режимів роботи біореактора, мікробних спільнот та обсягів виробництва біогазу. Процес бродіння підтримується стабільним, схильність до порушень процесу низька Модульність конструктивних рішень Окремі вузли біогазової станції виготовляються незалежно і комбінуються в залежності від потреби Автоматизація контролю та управління роботою 1 2 Робота майбутньої агро-БГС ґрунтується на глибокому розумінні складних процесів. Сировина та біохімічний процес моніторяться на постійній основі на предмет фізичних, хімічних та мікробіологічних показників. Автоматизоване реагування на зміни процесу та розроблені алгоритми видачі рекомендацій оператору Висока ефективність та низька собівартість біогазу Майбутнє виробництво біогазу в сільському господарстві стає більш ефективним, досягає зниження витрат на виробництво і створює сприятливі бізнес-середовища Гнучкість та адаптивність 3 4 5 * За матеріалами: Susanne Theuerl, et al. The Future Agricultural Biogas Plant in Germany: A Vision / Energies 2019, 12, 396; doi:10.3390/en12030396 6
- 17. Дякую за увагу! Кучерук Петро Петрович Старший науковий співробітник ІТТФ НАН України, к.т.н. Старший консультант НТЦ Біомаса Член експертної ради БАУ з питань біогазу +380 97 917 7047 kucheruk@biomass.kiev.ua http://www.biomass.kiev.ua Біоенергетична асоціація України: www.uabio.org