|
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ Биогаз из свалок
Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Альтернативные источники энергии За последние десятилетия значительно выросло количество твердых бытовых
отходов (ТБО). Ежегодно в биосферу поступает примерно 400 млн. т ТБО, причем это
количество ежегодно возрастает на 3-6%, что превышает скорость увеличения
населения планеты. Значительное количество ТБО составляют пищевые отходы,
бумага, картон, дерево. Часть органических фракций ТБО колеблется от 56% в
развитых странах и до 62% в развивающихся странах.
В мировой практике существуют три основных способа утилизации ТБО:
В некоторых развитых странах, особенно в тех, которые имеют большую плотность
населения (Швейцария, Япония и др.), ТБО и даже осадки сточных вод
преимущественно сжигают.
Сжигание ТБО требует использования сложных и дорогих технологий очистки
продуктов сгорания от тяжелых металлов, вредных газов. Проблема очистки дымовых
газов от диоксинов до сих пор не решена ни в одной стране.
Скорее всего, компостирование еще долго не будет использоваться, поскольку не
решена проблема очистки компоста от солей тяжелых металлов, миграция которых в
плодородную почву недопустима.
В настоящее время во многих странах мира захоронение ТБО на специальных
полигонах считается самым экономичным способом их утилизации. Количество ТБО,
которые вывозят на свалки или полигоны составляет в Нидерландах 45-55%, в США -
62-85%, в Канаде - 93-96%, в России - 97%.
Добыча и утилизация биогаза с полигонов ТБО в разных странах
В ТБО без доступа кислорода образуется биогаз. Под действием бактерий часть
органических веществ разлагается с образованием метана (50-70%) и углекислого
газа (30-50%), смесь которых и образует биогаз, кроме того в нем в небольших
количествах присутствуют азот, кислород и водород. Биогаз горючий и имеет
большую теплотворную способность более 18 МДж/м3.
Наиболее экономически оправданным является сбор и утилизация биогаза на больших
полигонах ТБО и свалках, где размещается более 1 млн. т отходов, слой которых
превышает 10 м. Желательно, чтобы большая часть отходов имела "возраст" не более
10 лет. Территория полигона должна быть рекультивирована: перекрыта слоем грунта
не менее 30-40 см.
Средний выход биогаза с такого полигона составит не менее 5 м3 на 1 т ТБО на
протяжении 20 лет. Большое значение имеет часть органических веществ
(строительный мусор не генерирует биогаз).
Общий потенциал биогаза в ЕС доходит до 9 млрд. м3/год, в США - до 13 млрд.
м3/год. При утилизации метана со всех полигонов ТБО в США его количество
составит 5% общего потребления природного газа в стране. В 1992 г. в мире
эксплуатировалась 481 система сбора биогаза (175 - в странах ЕС, 264 - в
Америке, по 4 в Азии и Австралии и 2 - в Африке). Но следует заметить, что в
коммерческих целях было использовано примерно 25-50% биогаза, остальное сгорало
в факелах.
Биогаз - один из основных парниковых газов
По степени нанесения вреда
окружающей среде метан считается вторым вредным газом после углекислого газа.
Концентрация метана в атмосфере растет примерно на 0,6% ежегодно и за последние
два столетия удвоилась (концентрация углекислого газа растет ежегодно на 0,4%).
У метана более короткий срок "жизни" в атмосфере (11 лет), в то время как у
углекислого газа -120 лет. Поэтому стабилизация или уменьшение выброса метана в
атмосферу приведет к быстрому положительному изменению климата.
Глобальный выброс метана в атмосферу - важный фактор изменения климата. В США
введен в действие закон, который обязал оборудовать все без исключения полигоны
ТБО системами добычи и утилизации биогаза. Еще в 1987 г. было определено, что
общий выброс метана на свалках Земли составляет 30-70 млн. т в год или 6-18% от
его общего выброса в атмосферу. Экспертная группа Межправительственной комиссии
по изменению климата включила метан свалок в список главных парниковых газов
планеты.
Распространение биогаза в окружающей среде вызывает цепь отрицательных явлений.
Его скопление может создавать взрыво- и пожароопасные условия в домах и
сооружениях, которые стоят неподалеку от свалок ТБО. Скопление биогаза в
замкнутом пространстве опасно и с токсикологической стороны. Зарегистрировано
много случаев отравления при техническом обслуживании углубленных инженерных
коммуникаций. Биогаз также пагубно влияет на растительный слой ("задыхается"
корневая система). Все это свидетельствует о необ- ходимости борьбы с его
выбросами в атмосферу. Основной метод, которым это можно осуществить - сбор и
утилизация биогаза.
Технологии сбора/добычи биогаза на полигонах ТБО
Самая распространенная система
сбора биогаза состоит из сети вертикальных скважин, соединенных между собой
горизонтальными трубами. Посредине вертикальной скважины диаметром 0,6-1,2 м
установлена пластиковая труба диаметром 12-25 см, перфорированная отверстиями
диаметром 3-6 мм. Глубина скважины составляет как минимум 7 м и соответствует
50-90% толщины слоя ТБО. Объем скважины вокруг перфорированной пластиковой трубы
заполнен гравием или галькой. Верхняя часть скважины (приблизительно 0,5 м от
верхнего края) уплотняется бетоном или глиной с целью устранения выхода биогаза
в атмосферу. Радиус действия скважины в среднем 30-35 м. Среднее количество
скважин - 2,5 на 1 гектар полигона. Сооружение газодренажной системы может
осуществляться как на всей территории полигона после окончания его эксплуатации,
так и на отдельных участках по мере заполнения. На рисунке показана
принципиальная схема добычи, сбора и утилизации биогаза.
Технологии утилизации/использования биогаза
Существуют два основных способа использования биогаза: использование его для
получения тепла на месте добычи и выработка электроэнергии и продажа ее в сеть.
Непосредственное использование биогаза в радиусе 3 км от полигона, - как
правило, наиболее рентабельный способ его использования.
Газ можно использовать как топливо для котлов сети централизованного
теплоснабжения, различных промышленных потребителей (производство цемента,
стекла, сушка кирпича). Если потребители находятся дальше 3 км, то
рентабельность падает.
Технико-экономическое обоснование и перспективы развития технологий добычи и
использования биогаза в Украине
Только города Украины генерируют ТБО около 40
млн. м3/год. Более 90% этого количества собирается и вывозится на 655 свалок,
расположенных в 10-20 км от городов. Более 500 свалок в Украине не имеют
элементарных средств для защиты против загрязнения подземных вод и атмосферного
воздуха. Около 140 свалок - полигоны ТБО, которые могут считаться пригодными для
добычи и использования биогаза. Из 140 полигонов 90 - очень большие, на них
размещается 30% всех ТБО Украины. Именно эти полигоны являются наиболее
рентабельными для добычи газа. Внедрение системы сбора и утилизации биогаза на
этих 90 полигонах приведет к снижению выбросов углекислого газа на 3,26 млн. т в
год.
При достаточно низких тарифах на электроэнергию на внутреннем рынке Украины
наиболее рентабельно использовать биогаз для нужд промышленных предприятий,
расположенных возле свалок. Если нет такой возможности, то рационально
вырабатывать электроэнергию в сеть. В этом случае могут быть использованы
электростанции на базе двигателей внутреннего сгорания украинского производства
мощностью 1 и 1,6 МВт (ГП завод имени Малышева, г. Харьков) или мощностью 0,40,8
МВт (АОО Первомайскдизельмаш, г. Первомайск).
В таблице приведено
технико-экономическое обоснование проекта добычи и использования биогаза для
производства электроэнергии на Луганском полигоне ТБО, где находится 1,6 млн. т
ТБО. Рассмотрены два варианта оборудования для мини-электростанции мощностью 2
МВт, работающей на биогазе, с двигателями производства Первомайскдизельмаш и с
двигателями американского производства Caterpillar. В расчетах использованы
такие параметры, как ежегодный выход биогаза 5 м3/т отходов и срок эксплуатации
установки - 20 лет.
![]() Себестоимость электроэнергии в обоих случаях ниже, чем оптовая стоимость
электроэнергии в Украине (0,021 долл. за 1 кВтч).
Приведенные выше экономические расчеты не учитывают потенциальной возможности
"продажи" выбросов углекислого газа, уменьшенных за счет выполнения этого
проекта. Количество сниженных выбросов парниковых газов будет "покупаться" по
цене от 4,5 до 9 EUR за 1 т. За счет этого экономические показатели
биоэнергетических проектов могут существенно улучшиться.
Первым шагом для распространения технологий добычи и использования биогаза в
Украине является выполнение хотя бы одного демонстрационного проекта, цель
которого - показать технические возможности, экономическую и технологическую
целесообразность использования таких технологий.
Выводы:
1. В настоящее время захоронение ТБО на свалках и полигонах остается основным
способом их обезвреживания в большинстве стран мира.
2. Выделение метана на свалках оценивается в 6-18% от его общего выброса в
атмосферу. Самым эффективным способом сокращения выброса метана является его
сбор и использование.
3. Энергетический потенциал биогаза в большинстве стран составляет около 1%
потребления энергоносителей.
4. В большинстве стран добыча и использование биогаза увеличивается.
5. Проекты добычи и использования биогаза довольно рентабельны, особенно при
наличии поблизости свалки промышленного потребителя газа.
6. Внедрение технологий добычи и использования биогаза очень перспективны в
Украине, как с экологической, так и с экономической точки зрения.
7. Имеет смысл финансировать за счет госбюджета или бюджета Министерства
экологии хотя бы один демонстрационный проект по добыче и использованию биогаза
в Украине.
Авторы: Г. Гелетуха, К. Копейкин, Институт технической теплофизики НАН Украины,
НТЦ "Биомасса"
журналы Сервисный центр (годовые архивы) книга Туннельные диоды в приемно-усилительных устройствах. Янчук Е.В., 1967 статья Где можно купить детские презервативы? статья Увеличение срока жизни батареи справочник Сервисные режимы телевизоров зарубежных телевизоров. Книга №3
|