От 10 дка площ нормално се прибират от 5 до 10 тона растителна маса. Ако приемем средна енергийнастойност на растителната маса 4 kWh/kg, това е равно на20 до 40 MWh. По-

нагледно е да си представим,че тези  декари са покрити с един слой 0,2 mm – 0,4mm дизелово гориво. Изглежда твърде малко,наистина,но на площот1000 m2 (10дка)това прави от 200 до 400 l.Тази енергия се съхранява и в хранителната, и в онази част от растенията, която обикновено приемаме за отпадъчна.Само една част от растителната маса се използва като храна на хората и на животните.Голяма част от растителната маса практически е неоползотворена. Това е  листната  маса на картофите,стеблата на домати,краставици и други зеленчуци, семената на плодовете,джибрите при производство на вина или кашата при производството на бира  и т.н.Онази част от растителната маса, която се използва за фураж,запазва голям енергиен ресурс и след превръщането и в екскременти. Това означава, че  успоредно  с  производството на хранителни средства всеки декар обработваема земя може да достави и значително количество енергия.Ключът към това се нарича БИОГАЗ

ОПОЛЗОТВОРЯВАНЕТО МУ

Биогазът е горивен газ, който се получава при ферментационни процеси в анаеробна  (без наличие на  кислород) среда на биологични продукти. Нека  да споменем, че в природата биогаз се получава по естествен начин (т.н. блатен газ).Съставътна биогаза зависи от редица фактори, като най- често е в границите:

При тези параметри енергийната стойност на биогаза е 4,5 до 7,5 kWh/m3. За сравнение енергийната стойност на дизеловото гориво е приблизително 12 kWh/kg, на дървата– 4,5 kWh/kg, на брикетите – 5,5 kWh/kg, на природния газ – 8,3kWh/m3. Първите биогазови инсталации са направени в Индия през

1859 г.В момента по приблизителни данни в Германия има 1000 инсталации, в Австрия - 200, в

Швейцария - 100, в Корея - 30000, в Индия - 500000 и в Китай -7 милиона. Биогазът е продукт, получен при ферментационни процеси в органичната маса  под действието на метановите бактерии. Тези микроорганизми  са строго анаеробни. Работният им диапазон е в границите от 0 до 70 °С. Скоростта на ферментационните процеси, а от там и количеството на получения газ,зависи силно от температурния режим. Основния елемент в една биогазова инсталация е ферментаторът. Използват се различни видове ферментатори - хоризонтални, вертикални, стоманобетонови,метални и др. При всички видове ферментатори трябва да се спазват определени условия - анаеробна среда, гарантиран температурен режим, леко отвеждане на

получения биогаз и на ферментиралата маса, поддържане на хомогенност на масата

при престоя и във ферментатора. 

СУРОВИНИ ЗА ПРОИЗВОДСТВО НА БИОГАЗ

Най-  често  като  суровина  за  производството  на  биогаз  се приемат екскрементите от селскостопанските животни и птици.Природата предлага обаче ощемного, някои дори неочаквани като ресурси.

В табл.1 са дадени характеристиките на различни видове субстрати, които са най- често използвани за производство на биогаз, както и количеството биогаз, което може да се получи от тези суровини.

Табл.1. Характеристики на някои основни суровини за производство на биогаз (За 1t суровина)

*** - средно за всички видове растителни отпадъци, свързани с производството в цветарството, градинарството, оранжерийното производство.

  Отпадъците, посочени в таблица 1 в никакъв случай не изчерпват цялата гама отпадна маса, от която може да се получи биогаз. Там са представени само онези отпадъци,  които  пряко  се  отнасят  към  земеделското  производство  и животновъдството.Когато  говорим  за  биогаз  обаче не може да пренебрегнем големия потенциал на следните видове органични отпадъци (Табл. 2.).

Табл.2. Средна газова продуктивност на някои биологични отпадъци

 

Всичко това показва, че ресурс за производство на биогаз има и винаги ще има, защото всичко, от което същият може да бъде получен, е свързано с основни производства, обуславящи не само благополучието, но исъществуването на човека.

  В практиката най- често за основна суровина при производството на биогаз се използват говежди или свински тор, като към тях се прибавят другите видове отпадъци.При такова  смесване  на  различни  материали  значително  нараства ефективността на биогазовото производство.

  Повод за изграждането на една биогазова инсталация в никакъв случай не е самото изграждане. Произведеният биогаз е носител на енергия и крайната цел е нейното оползотворяване.

Най- общо оползотворяването на произведения биогаз може да стане по следните начини:

  а).директното му изгаряне, най- често за производство на топла вода;

  б). производство на електроенергия, като за целта се използва двигател,работещ с биогаз, към които е куплиран генератор за ток. При този начин успоредно

с произвежданата електроенергия се получават и големи количества топла вода.Електроенергията може да бъде реализирана по различни начини, част от които са:

•  произведената  електроенергия  се  продава  на  електропреносните предприятия. Законово няма проблем от реализацията на тази идея, но за производителя в момента тя не еикономически изгодна.

•  производство  на  електроенергия,  с  която  се  задоволяват  изцяло собствените нужди;

•  Производство на количество електроенергия,с която се покриват само собствените нужди през деня, а през нощта се ползва евтина външна енергия. В този случай към биогазовата инсталация се включва и резервоар от непропускливо фолио, в който се съхранява произведения през“мъртвия “ период биогаз.

 

ПРИНЦИП НА РАБОТА

  Принципът на работа на една биогазова инсталация е следният.В приемника за свежия отпадък 1 се извършва предварителната подготовка на суровината. От там същата се подава ежедневно с помпа 2 във ферментатора 3, където се поддържа хомогенността на ферментиращата маса. Във ферментатора има серпентина, по която се движи топла вода за поддържане на температурния режим. През отвеждащо

Фиг. 1 Принцип на работа на биогазова инсталация 

устройство  4  ежедневно  напуска ферментатора  еквивалентно  количество ферментирала  биомаса  (обеззаразена,  обезмирисена,  екологически  тор  за земеделието) и постъпва в торохранилище. Полученият биогаз може да се използва, като  след изгаряне  подгрява  вода в котел 5 и  тази топла вода след  това се оползотворява.  По-ефективно  е  обаче  получения  биогаз  да   преминава  през пречиствателно устройство (филтър) и от  там  постъпва в газовия  двигател 6. Последният задвижва генератора заток 7, който произвежда електрическа енергия.

Получената  електроенергия  задоволява  собствените  нужди  или се  включва  в националната енергийна система 8. Горещата вода от охлаждането на двигателя (с температура около 90°С, която  е носител  на много енергия), преминава  през топлообменник, където става подгряване на “промишлената”  вода. Посредством помпи тази  вода  се изпраща по  предназначение. Част  от нея се използва  за поддържане на температурния режим на ферментатора, а останалата, като източник на  топлина,  може  да  служи  за  отопление  на  помещения  (жилищни  или производствени, в т. ч. и на оранжерии), за производствени нужди, съдоподгряване (за което се използва също биогаз) за производство на пара и т. н. Сборният коефициент на полезно действие при такъв начин на оползотворяване на биогаза достига от 86 до 92%.

КАКВО НИ ДАВА ПРОИЗВОДСТВОТО НА БИОГАЗ

Производството на биогаз е един модерен начин за комплексно решаване на въпроси, свързани с опазване на околната среда, оползотворяване на биологичните отпадъци и производството на енергия. Реализирането на тази идея е свързано обаче със значителни инвестиции

Фиг.2 Цикъл на събиране на отпадните органични маси, тяхната преработка,

оползотворяването на получения биогаз и използването на преработената втор

суровина.

За да се оцени ефективността на производството на биогаз с отчитане на състоянието на стопанския живот и действащите норми в страната, е направен

анализ на различни варианти на производство и оползотворяване на енергията от биогазови инсталации. Анализът е направен на базата на конкретни обекти, където има предпоставки и желание да се реализират биогазови инсталации. За всеки конкретен случай анализът е на базата на предпроектни проучвания, направени съвместно с фирми от ЕС, имащи солиден опит в проектирането и изграждането на биогазови инсталации с различни технологически решения,в зависимост от вида на субстрата.

Табл.3. Ресурс за производство на биогаз в ЕБ НИИГО – Стара Загора

общо

*- с това количество биогаз кръглогодишно се захранва двигател с мощност280 kW(380 к.с.). Този двигател задвижва генератор100 kW.

В  табл. 3 са представени  подробно  изходните  условия  и  количеството получен биогаз за условията на Експерименталната база в НИИГО – Стара Загора.Балансът  на  приходите  и разходите  при  производство  на  биогаз  за  същото стопанство е представен на табл. 5. Прави впечатление ниската цена, която е заложена при реализиране на произведената електроенергия – 0,063 лева/kWh. Това се обуславя от условията в страната – цените, на които енергоразпределителната компания купува произведената от производителя електроенергия и цените, на които същата енергия се продавана консуматорите – юридически лица,са представени в табл.4.

Табл. 4. Цени на електроенергията в лева/kWh

Такова ценообразуване дава възможност,ако производителят на енергия от биогаз има производствена дейност със значителна консумация на електроенергия да реализира допълнителна изгода, като с  произведената електроенергия захранва собственото си производство. Ако производството е непрекъснато, през нощта може да се  купува евтината енергия, а  през  деня  да покрива консумацията  си със собствената произведена  енергия. Колкото по-  голяма част  от  консумираната електроенергия през периода с върхова тарифа е от собственото производство, толкова икономията от “неплащане” на скъпа електроенергия ще бъде по- голяма.При 16- часа  консумация  през  деня  за всеки  киловатчас  електроенергия  се

“икономисват” по 0,12425 лева и стойността на икономията нараства с увеличаване на дяла на върховата тарифа спрямо общото работно време. Това обаче е свързано с много рискове – неравномерност на консумацията в рамките на работното време, а оттам и неефективно използване на произвежданата енергия.Един вариант на решение може да бъде със собствена енергия да се покрие минималното натоварване на производството и всички стойности над него да се покриват с купена от НЕК енергия. Този вариант също носи своите рискове.

Табл.5. Баланс на приходите и разходите при използванена биогаз в ЕБ НИИГО – Стара Загора

  Доходите оттор са определени по същия начин – като неплащане за купуване на минерални торове. В България екологическото земеделие не носи допълнителен доход и по тази причина торът, получен при производство на биогаз, няма цена.

   Балансът, представен в табл. 5, при предлаганите отбанките условия за кредитиране,  не може да  послужи  като  аргумент  за изграждане  на  биогазова инсталация. При срок за възстановяване на кредита под 6,7 години чистият доход не може да покрие само вноските по главницата. Към това трябва да прибавим и високите стойности на лихвите по кредитите. Непременно трябва да отчетем и обстоятелството, че фермерът практически не разполага с такъв обем от имущество, което да бъде прието откредитна институция като обезпечение. И да имаме предвид, че гратисният период, дори и да трябва да се плаща само лихвата, е трудно преодолимо  бреме  при  лихви  от  порядъка  на 16%. Програмата  САПАРД  с възможността да покрие на 50% инвестиция за биогазово производство до 500 000 ЕВРО решава проблема след въвеждане наинсталацията в производство, но не облекчава ни най- малко нещата, свързани с изграждането на съоражението.

   Независимо от посочените недостатъци на споменатия по- горе вариант на оползотворяване на  получената  енергия  (покривайки  минимално  ниво на консумация  в  собствено  съпътстващо  производство),  си  заслужава  да  оценим ефективността на такъв подход. Технически това решение не представлява никакъв проблем. При такъв подход да приемем 100% оползотворяване на произведената електроенергия  в  рамките  на  дневната и  върховата  тарифи в  собственото производство. Тогава 2/3 от произведената електроенергия ще бъде остойностена като “некупена” при цена 0,12425 лв/kWh,а останалата 1/3 щеподадемна НЕК при цена на нощната тарифа 0,028 лв/kWh. Годишният доход от електроенергия ще нарастне на 74 250 лв. Общият доход от биогазовото производство нараства до 145 827 лв, а срокът за възстановяване на инвестицията намалява до 4 години.Това означава, че и в момента, когато държавата не стимулира производството на енергия  от  възобновяеми  енергийни  източници,  при  определени  условия  тази дейност може да бъде ефективна.

  Оценявайки икономическата ефективност на получаването на енергия от биогаз трябва да имаме предвид, че същата зависиот много фактори, най- важните откоито са вида на субстрата, вместимостта на ферментатора и работния режим. За да  оценим  обаче  икономическата  целесъобразност  на  това  производство,  ще направим  един  паралел  между различни по  капацитет и  вид на  използваната суровина биогазови инсталации и един традиционен производител на енергия – топлоелектрическа  централа.  За  база  е взет  проектът  за  изграждане  на  нова енергийна мощност ТЕЦ “Марица-изток 1”, според който за изграждането на мощност от 600 MW са необходими инвестиции от 850 млн. долара. За сравнение са използвани данните от предварителните анализи, които сме направили съвместно с фирми от Германия във връзка с изявени от страна на български фермери конкретни желания за изграждане на биогазови инсталации. Данните от този анализ са отразени на табл. 6., а на фиг. 3. са показани вместимостите на ферментаторите за различните видове биогазови инсталации и произведената енергия в kWh годишно за един лев направена инвестиция.

  При  биогазовите  инсталации  в  енергийния  баланс  е  включено оползотворяването на 50% от енергиятана топлата вода. Това е възможно, защото чрез  биогазовото  производство се реализира  принципа  на  децентрализация на производството на енергия и практически без допълнителни големи инвестиции тази енергия (илипоне голяма част от нея) може да бъде оползотворена.

  От данните е видно, че с увеличаване на вместимостта на ферментатора ефективносттана производството на биогаз нараства. Използването на Со-субстрати също води до увеличаването на производството наенергия отединица работен обем.При минимална разликавъв вместимостта на ферментаторите, означени условно с шифрите S2 и K&F-N, количеството на оползотворената енергия при K&F-N

нараства с близо 85% спрямо варианта за производство на биогаз само от говежди тор при S2.

   Преди 20 години се приемаше, че производството на биогаз е толкова скъпо, че може да бъде оправдано само в случай на енергиен глад. От данните е видно, че днес в икономически аспект производството на енергия от биогаз е съпоставимо с производството на енергия в ТЕЦ, а при определени условия дори инвестицията в биогазова инсталация може да се окаже по-изгодна. Както се вижда от фиг.3, при варианта K&F-N оползотворената от всеки лев инвестиция енергия е само със 17,3% по-малко от тази при ТЕЦ “Марица-изток 1”, а при варианта LRZ-2 спрямо същата база е дори с 26,4% по-вече. Тук не са отчетени допълнителните изгоди, които дава производството на биогаз.

Табл.6.Произведена енергия и ефективност на инвестициите при различнина производствона

енергия

Фиг. 3.Обем на ферментаторите и ефективност на направените инвестиции за различните варианти

на биогазови инсталации и на ТЕЦ “Марица-изток1”

Забележка: шифрите са идентични с тези от таблица 6.

ПО КОЙ ПЪТ ДА ВЪРВИМ

  С приетите през 2000 – та година в Германия промени в Закона за предимство на възобновяемите енергии се регламентират нови цени(определено преференциални) за електроенергията, произведена от такива източници, в т. ч.и от биогаз. Произведената по този начин и включена в националната енергийна система електроенергия се заплаща по 0,20 DM/кВч. До приемането на промените тази енергия се е заплащала по 0,1431 DM/кВч – също преференциална цена. Освен това от м. септември 2000 година правителството на Германия стартира програма за развитието на производството на възобновяема енергия, финансирана с 200 милиона DM. За изграждане на биогазови инсталации от тази сума сапредвидени кръгло 70 милиона DM. Срокът за възстановяване на кредита е 20 години с 3 годишен гратисен период. Условията за погасяване на този кредит са изключително изгодни. Всичко това се прави, защото правителството на Германия си е поставило задача през 2010 година произведената от възобновяеми енергийни източници енергия да се удвои и да покрие10% от енергопотреблението на страната.

  Според  общоевропейските критерии дялът на възобновяемите енергийни източници трябва да достигне 8 – 10% от енергопотреблението в страните от ЕО

  Държавите от ЕС обръщат толкова сериозно внимание на производството на възобновяема енергия не от суетност или от ексцентричност. Напротив, причината е, че обществата там са осъзнали жизнената необходимост от това. Основанията са много сериозни. Някои от най- важните, заради което обществото като цяло трябва да стане съпричастно (защитавайки правото си за оцеляване) към политиката за изграждане на биогазови инсталации, са следните:

   1. Производството на биогаз има изключително голям екологичен ефект.Енергията на биогазовите инсталации спада към възобновяемата (регенерираща) енергия. Биогазът може да се разглежда като продукт от трансформацията на слънчевата енергия. В резултат на ферментационните процеси преобразуваната и натрупана  в  растенията  слънчева  енергия  се  освобождава  като  нов  вид енергоносител – биогаз. Много важно е, че процесът е практически неутраленпо отношение на баланса на въглеродния двуокис в атмосферата. При изгарянето на изкопаемите  горивни  суровини  (въглища,  нефтопродукти,  природен  газ)  се освобождава въглероден двуокис, който в този момент не е включен в природния кръговрат и липсата на ресурс за неговото преработване го оставя в свободно състояние в атмосферата. Въглеродният  двуокис има силен парников ефект и увеличаването на концентрацията му води до промени в температурния режим на земята с всички отрицателни последици за природата и за човека. В противовес на това при изгарянето на получения биогаз в атмосферата се отделят само онези количества въглероден двуокис,които преди това, в резултат на фотосинтезата, са биле използвани от растенията за произвеждане на биомаса. Освободеният след изгарянето на биогаза въглероден двуокис е в такова количество, че отговаря на ресурса на възобновяващата се биомаса и може да бъде включен непосредствено във фотосинтезата на растенията.

    2. Чрез въвеждане на биогазовата технология се предотвратява увеличаването на  количествата  на  метан  в  атмосферата, получаван  така  или  иначе  при неконтролируемите  ферментационни процеси в отпадната биомаса.  Трябва  да имаме предвид, че при еднаква концентрация в атмосферата метанът има 30 пъти по- голям парников ефект,отколкото въглеродният двуокис.

    3. Чрез производството на възобновяващия се носител биогаз биогазовите инсталации дават своя дял в опитите да се съхранят ограничените в крайна сметка като количества изкопаеми енергоносители.

    4. Качествата на получения след ферментация в биогазовите инсталации тор се  повишават.  Редуцират  се  ароматните  емисии,  така  че  силно  миришещите вещества са обработени до много висока степен. Така получения тор практически не мирише.

    5. Полученият след производство на биогаз тор има по-добро хранително въздействие. Този тор може да се внася както предсеитбено, така същои по време на вегетация, защото щади растенията

6. Ферментационния процес редуцира броя на патогенните микроорганизми, а с това се намалява и възможността за разпространяване на болести в природата.

    7. Едно друго предимство е намаляване на разходите за минерални торове при торене на растенията, обусловено от комплексното действие на получения след ферментацията тор.Допълнителен ефект от това е опазването от замърсяване на питейната и на подпочвената вода.

    8. В получения тор кълняемостта на плевелните семена е сведена до нула.Това е солидна предпоставка за водене на земеделие без използване на пестициди.

    9. Вместо простото (на пръв поглед) отстраняване на органичните отпадъци се произвежда енергия и се  оползотворяват  хранителните вещества. При това биогазовата технология носи идеята за опазващ околната среда оборот на материята (преработка на отпадъците) и за децентрализираното реализиране на отпадъчните органични маси. Една такава възможност е съвместното реализиране на органичните отпадъци от общината, а това дава една нова политическа функция на кметството.

    10. Производството на биогаз има сериозно социално значение, защото чрез него селскостопанските райони придобиват значително по- различен  вид  и се повишава много тяхната икономическа значимост.

    11. На фона на всичко това се създават солидни предпоставкиза развитие на екологично земеделие и за организиране на селски туризъм– не затова, че ще има за показване един атрактивен експонат, а защото селският туризъм е немислим без чиста природа.

  Ако към всичко това прибавим и ефекта от производството на енергия – електрическа и топлинна, то като цяло се получават много сериозни аргументи, които  вероятно  са в основата  на взетото  от европейските  страни  решение  за стимулиране на изграждането на биогазови инсталации.Необходимо е и нашата, българска, политическа класа да намери достатъчно основания да последва примера на  европейските  си  колеги  и  да  се обърне  с  лице  към  използването  на възобновяемите енергийни източници и в частност биогазовите инсталации. Ползата от това е за цялото общество и не бива тежестите по реализиране на биогазовата технология да се прехвърлятсамо върху плещите на ентусиастите – фермери. Тук не става дума да се изсипват безотговорно пари – просто кредитирането на такава дейност да става по един нормален, щадящ фермера начин. Най-малкото, което може да се направи е да се приеме, че биогазовите инсталации решават енергийните проблеми на държавата и кредитирането на тяхното изграждане  да  става  по  начина  и  при  условията,  както  става кредитирането на целия енергиен отрасъл. Изгодата за обществото от тази дейност може да се отчете, като същата се стимулира чрез преференциални цени на произведената електроенергия.