Размещено на http://www.allbest.ru/

Дослідження рівня енергозабезпечення тваринницьких ферм за рахунок біогазу

Олександр Пилипенко, Студент 5 курсу; Ярошенко Л.В. к.т.н., доцент, кафедра Електроенергетики, електротехніки та електромеханіки, Інженерно-технологічний факультет, Вінницький національний аграрний університет

Level of energy supply of animal farms from using biogas

Currently in Ukraine, the generation of large amounts of waste on industrial farms is an environmental problem that needs to be addressed. Recycling livestock waste to generate biogas will partially solve environmental problems, as well as benefit from decentralized renewable energy production or fuel production. In the supply of primary energy, the share of renewable energy accounts for 13% worldwide. Of these, biomass accounts for 10%, or 258 million tons per year, ie in the world biomass provides the largest share of energy supply from renewable sources.

Biogas production is an efficient and attractive investment technology, due to the presence of significant raw material potential, favorable climatic and other. However, the level of introduction of this type of energy in the agro-industrial complex is insufficient, which is due to a number of issues, including insufficient level of practical recommendations for choosing power generators, their number, modes of operation taking into account daily energy consumption schedule, load and optimal efficiency. installations while providing autonomous power supply of the enterprise.

Key words: Biogas, generation level, research, farm, energy supply level, cogeneration, biomass, gas generator.

Вступ

Сучасна система державного електропостачання є досить розвиненою, але, не зважаючи на це, вітчизняні аграрні підприємства є значними споживачами паливно - енергетичних ресурсів, тому існує необхідність у використанні альтернативних джерел енергії, в тому числі біологічних видів палива та впровадження інноваційних енергозберігаючих технологій. Виробництво біогазу є ефективною та інвестиційно привабливою технологією, що зумовлюється наявністю значного сировинного потенціалу та сприятливими природно-кліматичними умовами[1].

Розгляд публікацій, інформації з інтернету, а також спілкування із підприємцями та енергетиками тваринницьких ферм показав, що рівень енергозабезпечення на комплексах не встановлено. Тому результати роботи є представницькими.

Метою є визначення рівня енергозабезпечення тваринницьких ферм в залежності від їх розміру за рахунок біогазу.

Виклад основного матеріалу

Аналіз розмірів ферм показав, що ферми із кількістю голів від 100 до 2200 охоплюють близько 90% від загальної кількості [2]. Ферми із кількістю голів від 2200 до 6000 займають всього 10% від усіх тваринних комплексів, вони потребують окремо розгляду.

За даними Української молочної компанії, що заснована у квітні 2006 року, встановлено одну із перших в Україні біогазову станцію потужністю 1 МВт, що переробляє гній корів у електричну та теплову енергію. Тваринницький комплекс підприємства розрахований на утримання 4000 дійних корів голштинської породи.

Споживання електричної енергії на фермі в літній період складає 7,5 - 8 тис. кВт, а в зимовий період 8,5 - 10,5 тис. кВт. Біогазовою станцією за останній рік було вироблено 2,655 млн. кВт, що складає 7273 кВт електричної енергії на добу, тобто 1,8 кВт/год на одну голову худоби. Теплову енергію, яку отримують із біогазу, за рахунок когенератора, використовують на потреби біогазової станції для підтримання необхідної температури в резервуарі біомаси, особливо в зимовий період. Інша частина теплової енергії виходить у повітря.

Аналіз статистичних даних про склад тваринницьких ферм наведений в [3] показує, що в середньому близько 30% тварин - це молодняк ВРХ. У зв'язку з цим приймаємо для кожної ферми 70% дорослих тварин і 30% молодняка. Це необхідно враховувати при визначенні кількості виходу гною та біогазу.

Рівень споживання на підприєстві УМК, та наведений у джерелах [4] досить неоднозначний, а наведений у довідникові надає досить застарілі дані [5]. В зв'язку із цим на основі типового графіку визначимо рівень споживання електроенергії фермами різних розмірів.

Пояснення до Рис. 1:

крива 1 (NG) - вихід метану із гною корів в залежності від їх кількості;

Рис 1. Вихід метану, кількість виробленої електроенергії та потрібної, покриття споживання електроенергії за рах. біогазу в залежності від кількості корів.

крива 2 (Е_вир) - Кількість електроенергії, яка залишається на потреби ферми (потреби метантенка враховано, до 25% від загального споживання [6]);

крива 3 (Е_потр) - потрібна кількість електроенергії для функціонування ферми;

крива 4 (?) - відсоток покриття електроенергії на фермі за рахунок біогазу.

На графіку показано, що в залежності від кількості корів, кількість метану складає (крива 1); кількість виробленої електричної енергії, яка залишається на потреби ферми (крива 2), потрібна кількість електроенергії для функціонування ферми (крива 3), покриття споживання електричної енергії за рахунок біогазу (крива 4).

Із графіку видно, що від кількості тварин рівень покриття змінюється від 50 до 62%. Таким чином в діапазоні 100 - 2200 корів, покриття буде складати 50 - 62%.

На ряду використання електроенергії сучасні ферми використовують теплову енергію. Розглянемо можливість використання теплової енергії за рахунок когенерації.

Рис. 2. Виробництво та споживання електроенергії, і виробництво та споживання теплової енергії на тваринницьких фермах за рахунок біогаз в діапазоні 100 - 2200 корів

Пояснення до (Рис. 2.):

крива 1 (Q_вир) - Кількість споживання теплової енергії на тваринницьких фермах;

крива 2 (Q_сп) - кількість виробленої теплової енергії за рахунок біогазу;

крива 3 (Е_сп) - потрібна кількість споживання електроенергії для ферми;

крива 4 (Е_вир) - виробництво електроенергії за рахунок біогазу;

крива 5 (?_покр) - відсоток покриття споживання електроенергії на фермах в залежності від кількості корів.

Із графіку видно, що від кількості тварин рівень покриття електроенергії змінюється від 65 до 81%. Таким чином в діапазоні 100 - 2200 корів, покриття буде складати 65 - 81%.

Висновки

В даній роботі встановлено необхідну кількість електроенергії для функціонування тваринницьких ферм ВРХ та визначено відсоток покриття електроенергії за рахунок біогазу, який виробляється із гною ВРХ, на підставі порівнювання різних типів генераторів завдяки яким можна виробляти електроенергію використовуючи газ. Визначено, залежно від розміру тваринницьких ферм (100 - 2200 корів) відсоток покриття електроенергії за рахунок біогазу складає від 50% до 62%.

Використовуючи когенератор, для отримання електричної та теплової енергії на фермах можна досягти показника рівня енергозабезпечення за рахунок біогазу в діапазоні 100 - 2200 корів у 65 - 81%.

В даний час в Україні утворення великої кількості відходів на промислових фермах є екологічною проблемою, яку можна вирішити шляхом переробки відходів худоби для отримання біогазу, що частково вирішить екологічні проблеми, а також підприємство отримає вигоду від децентралізованого виробництва відновлюваних джерел енергії або виробництва палива. У постачанні первинної енергії частка відновлюваних джерел енергії становить 13% у всьому світі. З них на біомасу припадає 10%, або 258 млн. Тон на рік, тобто у світі біомаса забезпечує найбільшу частку енергопостачання з відновлюваних джерел.

Виробництво біогазу є ефективною та привабливою інвестиційною технологією завдяки наявності значного сировинного потенціалу, сприятливих кліматичних та інших. Однак рівень впровадження цього виду енергії в агропромисловий комплекс є недостатнім через недостатній рівень практичних рекомендацій щодо вибору генераторів, їх кількості, режимів роботи з урахуванням щоденних графіків споживання енергії, навантаження та оптимального ККД. установок. Як показано у роботі, використовуючи когенератор, для отримання електричної та теплової енергії на фермах з поголів'ям в діапазоні 100 - 2200 корів можна досягти показника рівня енергозабезпечення за рахунок біогазу у 65 - 81%.

електроенергія метан корова біогаз

Список використаних джерел

1. Калетнік Г.М. Біопаливо. Продовольча, енергетична та екологічна безпека України: монографія. Київ : Хай-Тек Прес, 2010. 516 с..

2. Ферми України. Milkua.info: веб-сайт.

3. Технологія виробництва продукції тваринництва / за ред. О.Т. Бусенко. Київ: «Агроосвіта», 2013. 492 с.

4. Тристан Р.В. Розрахунки щодо автономного енергозабезпечення фермерського господарства. Технічне забезпечення інноваційних технологій в агропромисловому комплексі: матеріали І Міжнар. наук.-практ. Інтернет-конференції 01- 24 квітня 2020 р. Мелітополь: ТДАТУ, 2020. - 465-467 с.

5. Павленко В.А., Сидоренко Я.Г., Фененко А.І. Технологічний процес молочних ферм і комплексів: довідник. Київ, 1977. 132 с.

6. Чернявський С.Є. Енергозабезпечення тваринницьких ферм за рахунок біогазу. Проблеми та шляхи інтенсифікації виробництва продукції тваринництва: матеріали міжнародної науково-практичної конф. Дніпро: Бюлетень Інституту сільського господарства степової зони НААН України, 2015. С. 128-133.

Размещено на Allbest.ru