Использование биогаза как моторного топлива в условиях республики саха (якутия)

 

В сельской местности РС (Я) живет до 40 % населения, занятого животноводством и растениеводством. Сельское хозяйство в Якутии рассматривается, в первую очередь, как основа сохранения этноса. В условиях сложной экономической ситуации, последствий финансового экономического кризиса, постоянного роста стоимости энергоносителей, труднодоступности и отдаленности населенных пунктов, а также в связи с суровыми климатическими особенностями региона становится актуальной задача развития нетрадиционных подходов в получении возобновляемой, доступной и относительно дешевой тепловой и электрической энергии [23].

В свете реализации в РС (Я) Федерального закона Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» наиболее актуальным и востребованным является применение биогазовой технологии. Как известно, ее использование дает возможность не только получения биогаза – экологически чистого и возобновляемого источника энергии, но и улучшения экологической обстановки в регионе [23]. Вырабатываемый с помощью установки биогаз после очистки и сжатия может использоваться в качестве моторного топлива в двигателях внутреннего сгорания и для сжигания в бытовых газовых плитах.

Жители Республики Саха (Якутия) ежедневно совершают почти два миллиона поездок на автомобилях. В городах РС (Я) именно автомобиль является основным источником загрязнения воздуха. На долю автотранспорта приходится до 80 % от общих объемов выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в регионе [24].

В 2012 г., по данным ГИБДД МВД, в Республике Саха (Якутия) автомобильный парк РС (Я) составлял порядка 245694 тыс. единиц. Он состоял приблизительно на 30% из грузовых автомобилей, на 70% – из легковых автомобилей и автобусов. Каждый год в Республике Саха (Якутия) увеличивается количество автотранспортных средств. В среднем за год завозится 45000 автомобилей, причем порядка 25000 заменяют выводимые из эксплуатации транспортные средства, а 20000 составляют ежегодный прирост автомобильного парка Республики. Подсчитано, что в среднем один автомобиль потребляет 2,2 т бензина (дизтоплива) в год. Таким образом, весь республиканский автопарк потребляет порядка 550000 т нефтяного топлива в год [23].

В настоящее время в Республике Саха (Якутия) достаточно остро стоит проблема недостатка топлива, с каждым годом идет подорожание горюче-смазочных материалов. В республике данная тенденция усугубляется дефицитом ГСМ, недостаточным уровнем централизации топливоснабжения, обусловленным территориальной рассредоточенностью населения. Теплоснабжение животноводческих ферм, других производственных объектов и жилого сектора осуществляется от мелких котельных, работающих на привозном жидком и твердом топливе, доставка которых требует больших финансовых и энергетических затрат. Отсюда и вытекают все те негативные показатели, присущие для системы теплоснабжения в условиях Республики Саха (Якутия) [23].

В сельской местности проблема топливообеспечения потребителей стоит особенно остро. В первую очередь это касается 266 отдаленных сельских населенных пунктов, в которых проживает около четверти сельского населения. Транспортировка угля до таких пунктов сопровождается потерями, достигающими 30 % от завозимого количества, а также значительным расходом моторного топлива [23, 24, 25].

В РС (Я) образуется достаточно большое количество навоза. По статистическим данным на 1 января 2016 г., в республике содержалось 237051 единиц поголовья крупного рогатого скота (КРС). Если считать, что от 1 голов КРС в сутки выход навоза составляет в среднем 20 кг, то за стойловый период общий выход навоза составит 4741020 т. По результатам многочисленных исследований российских и зарубежных ученых, от 1 кг навоза можно получать в среднем 0,04 м³ биогаза. Тогда годовой объем производимого биогаза будет равен 189640 м³ [26,27].

В рассчитаны эквивалентные объемы энергоресурсов в сравнении с ожидаемым выходом биогаза от поголовья КРС Якутии. В таблице 1.5 даны расчеты по потенциальным объемам биогаза, которые могут вырабатываться на фермерских (крестьянских) хозяйствах РС(Я). По состоянию на 01.05.2016 г., на территории Республики Саха (Якутия) в 28 районах насчитывается 237051 единица поголовья крупного рогатого скота. При этом больше половины содержатся компактно, в количестве 15, 20 или 50 единиц. Наибольшее поголовье крупного рогатого скота имеется в центральных и Вилюйских группах улусов (районов). Например, в Чурапчинском районе насчитывается 27004 коров, а в Мегино-Кангаласском районе 26 408 коров [24].

При реализации мероприятий по данной программе с обеспечением всех фермерских (крестьянских) хозяйств установками по выработке биогаза можно ежегодно получать 1444,5 тыс. м³ биогаза. Эквивалентные показатели энергоресурсов по сравнению с биогазом при внедрении предлагаемой технологии на территории РС (Я) приведены в таблице 1.6 [23].

Таблица 2.6 - Количество с поголовьем КРС на территории РС (Я)

Район	Кол-во населения, чел.	КРС, ед.	Количество хозяйств с поголовьем КРС			Ожидаемый ежегодный объем биогаза, тыс. м^3
			12 ед.	20 ед.	50 ед.	12 ед.	20 ед.	50 ед.
М-Кангаласский	33401	26408	352	293	88	77,4	64,4	19,3
Хангаласский	33594	12490	167	139	42	36,7	30,5	9,2
Вилюйский	26147	14051	187	156	47	41,1	34,3	10,3
Олекминский	25371	11098	148	123	37	32,5	27	8,1
Нюрбинский	25152	19441	259	216	65	56,9	47,5	14,3
Сунтарский	25143	17873	239	199	60	52,5	43,7	13,2
Намский	24077	12956	173	144	43	38	31,6	9,4
Усть-Алданский	23602	20329	271	226	68	59,6	49,7	14,9
В-Вилюйский	21747	14060	187	156	47	41,1	34,3	10,3
Чурапчинский	20831	27004	360	300	90	79,2	66	19,8
Таатинский	17282	19157	256	213	64	56,3	46,8	14
Амгинский	17588	14527	193	161	48	42,4	35,4	10,5
Томпонский	14712	309	4	3	1	0,8	0,6	0,2
Кобяйский	13158	6436	86	72	22	18,9	15,8	4,8
Оймяконский	12787	2302	31	26	8	6,8	5,7	1,7
Верхоянский	12715	4955	66	55	17	14,5	12,1	3,7
Горный	11190	6812	91	76	23	20	16,7	5
Усть-Майский	9228	1351	18	15	5	3,9	3,3	1,1
Булунский	9619	107	1	1	-	0.2	0,2	-
Усть-Янский	8744	107	1	1	-	0.2	0,2	-
Среднеколымский	7900	2179	29	24	7	6,3	5,2	1,5
Верхнеколымский	5147	353	5	4	1	1,1	0,8	0,2
Нижнеколымский	5118	17	-	-	-	-	-	-
Абыйский	4771	869	12	10	3	2,6	2,2
Продолжение таблицы 2.6
Анабарский	4118	-	-	-	-	-	-	-
Жиганский	4241	104	1	1	-	0,2	0,2	-
Момский	4760	784	11	9	3	2,4	1,9
Оленекский	4159	108	1	1	-	0,2	0,2	-
Э-Бытантайский	2741	845	11	9	3	2,4	1,9	0,6
Аллайховский	2719	19	-	-	-	-	-	-
Всего	431762	237051	3160	2633	792	694,2	578,2	172,1

Для загрузки биореактора свежим навозом должен применяться насос жижесборник НЖН-200 стоимостью около 150 тыс. руб. Но с учетом материального положения сельских жителей РС (Я) загрузка свежего навоза может проводиться и вручную. Метантенков на ферме может быть установлено любое количество, а насос НЖН-200 – только 1 шт. [23].

Таблица 2.7 - Эквивалентные показатели энергоресурсов по сравнению с биогазом при установке биогазовых реакторов на территории РС (Я)

Эквивалентный показатель		Объем эквивалентного топлива
Наименование	Коэффициент пересчета	Объем, кг	Стоимость, тыс. руб.
Дизельное топливо	0,85	1227400	39276,00
Бензин	0,74	1068560	29919,32
Сжиженный газ	0,55	794200	11913,00
Сжатый газ	0,59	851960	10223,52

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

Если сравнивать стоимость метантенка местного производства, то можно констатировать факт, что его стоимость в 3,5–6 раз ниже аналогичных серийных биогазовых установок (табл. 2.7) [28,26, 24,29].

Таким образом, современное состояние применения автомобильного топлива в РС (Я) требует обязательного и неотложного принятия мер по утилизации производимого бесподстилочного навоза и превращения его в биогаз.

Из приведенной информации видно, что утилизация навоза позволяет получать не только высококачественное удобрение, но и дополнительный источник энергии – биогаз, который после обогащения (до уровня содержания метана в газе 95%), очистки, осушки и компримирования с использованием цеолитовых фильтров можно использовать в виде моторного топлива в Республике Саха (Якутия).

Таблица 2.8 - Сравнительная оценка стоимости биогазовых установок