В ноябре 2009 г. в России была введена в эксплуатацию первая биогазовая станция промышленного масштаба (рис. 1), расположенная в дер. Дошино Медынского района Калужской области. Весь срок реализации проекта занял чуть более года. Станция построена в непосредственной близости к молочно-товарной ферме (рис. 2). Сырьем послужили органические отходы крупного рогатого скота, остатки кормов, силос. Станция ежедневно перерабатывает 120 м 3 отходов. В ближайшее время утилизации будут подвергаться и отходы бойни (после того, как цех заработает в полную силу).

Биогазовый комплекс (рис. 3) включает в себя оборудование для подготовки сырья, метантенки анаэробного сбраживания со встроенными газгольдерами, когенерационную установку (электрическая мощность - 320 кВт, тепловая - 400 кВт), оборудование по очистке газа, резервуары для хранения органического удобрения (рис. 4), а также системы контроля и управления.

Навоз поступает от фермы в пункт приема стоков, где установлен центробежный насос с измельчающим и перемешивающим устройством. Основная цель этого оборудования - измельчение, гомогенизация и подача сырья в метантенки. В герметичных метантенках при температуре сбраживания 38 ОС в бескислородной среде и периодическом щадящем перемешивании при участии метанобразующих бактерий происходит биохимический процесс сбраживания с образованием горючего биогаза (CH4 - 60-70%, СО 2 - 28-38%). Биогаз поступает в газгольдеры, а перебродившая биомасса через сливной трубопровод синхронно с подачей удаляется из реактора (в том же количестве, как и подается в него) в хранилище, откуда в дальнейшем берется для использования в качестве органического удобрения.

При утилизации различного субстрата может возникнуть проблема высокой концентрации сероводорода в составе биогаза. С целью недопущения токсичной концентрации сероводорода в биомассе метантенка и дополнительного снижения его содержания в составе биогаза могут использоваться различные варианты десульфурации, например: на первом этапе - добавление солей железа в емкость для смешивания и гидролиза; на втором этапе (после метантенка) - использование механического фильтра.

Для очистки газа на биогазовой станции в дер. Дошино применяется сероочистная установка для биологического обессеривания, обеспечивающая высокую степень очистки от серы без химических добавок и дополнительных затрат на утилизацию. Этот модуль позволяет снизить содержание сероводорода, образующегося в процессе деятельности микроорганизмов в биогазе, а следовательно, увеличить срок службы биогазовой установки. Затем используется конденсатор-сборник и фильтр очистки газа.

Состав биогаза на данной станции после очистки: CH4 - до 70%, СО 2 - около 30%, а теплота сгорания - 35-40 МДж/м 3.

Когенерационный энергоблок состоит из двух газопоршневых установок (рис. 5) на базе двигателей зарубежного производства и системы утилизации тепла охлаждающей жидкости и выхлопных газов двигателей. Энергоблок полностью обеспечивает биогазовую станцию и ферму электрической и тепловой энергией (для технологии, отопления, ГВС) как в летний, так и в зимний период.

Электрический КПД газопоршневой установки составляет 39%, а при комбинированной выработке тепловой и электрической энергии - 89%.

Когенерационный блок способен работать и на природном газе, также существует резервная линия подачи электроэнергии из общей сети на случай перебоев в подаче биогаза. Все это позволяет достичь максимальной надежности и бесперебойности электроснабжения объекта.

Опыт проектирования и эксплуатации

При проектировании теплоэлектростанции на биогазе за основу была взята европейская технология и адаптирована к российским условиям. Во-первых, были установлены мощные измельчители органических отходов, полностью изменена система автоматики. Во-вторых, пришлось вносить много изменений, чтобы приспособить работу станции к изменчивости характеристик химического состава навоза и, как следствие, колебаний метанового числа (характеризующего детонационную стойкость газообразного топлива - прим. ред.) - от 38 до 70. При низких значениях метанового числа станция просто отключалась. Сейчас же удалось добиться постоянного содержания более 70% метана в газе, что обеспечивает четкую устойчивую работу и постоянный выход электроэнергии и тепла.

Что касается энергетической и тепломеханической частей установки, то их пришлось переделывать полностью, т.к. изначальные параметры не адаптированы к российским нормативам и надзорные органы просто не допустили бы станцию к эксплуатации.

Испытанием для биогазовой станции стала суровая зима 2009 г., когда температура опускалась до -40 ОС: замерзал субстрат, шло расслоение газа. В результате пришлось провести работы по дополнительному утеплению трубопроводов и самих метантенков, установить электрические котлы для обеспечения более стабильной нагрузки на газопоршневые установки и снабжения потребителей дополнительной тепловой энергией при низком потреблении электроэнергии. Все это удалось сделать, не останавливая работу биоэнергостанции.

Летом 2010 г. температура достигала уже +43 ОС, но, благодаря усовершенствованию технических и технологических узлов, сбоев в работе станции не было. Надо отметить, что южноевропейские компании, эксплуатирующие биогазовые стации, легко справляются с жарой, но никак не с такими перепадами температуры. Станции, работающей в аналогичных климатических условиях (от -40 до + 40 ОС), в мире больше нет. На базе биогазовой станции в дер. Дошино планируется создание опытного полигона и научного центра, где будут производиться работы по повышению эффективности биогазового процесса.

В работе биогазового комплекса задействовано минимальное количество персонала: для выполнения необходимых ежедневных технологических операций одному оператору требуется не более 2-4 ч в день; техническое обслуживание и ремонтные работы проводит сервисная организация по договору.

Величина капитальных затрат на строительство биогазового комплекса зависит от варианта исполнения и комплектации комплекса, типа перерабатываемого сырья, требуемой мощности и выбранной технологии, а также месторасположения и климатических условий. Удельные капитальные затраты на подобные комплексы ("под ключ", включая мини-ТЭС на базе когенерационной установки) составляют 3,5-5 млн евро на 1 МВт установленной электрической мощности.

Источники выручки биогазового комплекса варьируются в зависимости от особенностей биогазовой установки и потребностей предприятия агропромышленного комплекса. В общем виде источники доходов биогазового комплекса - это прямые доходы от реализации биогаза и его производных и составляющих (метан, углекислый газ); доходы от вырабатываемой электро- и тепло- энергии для поставки в сеть или сторонним потребителям; доходы от применения/продажи высокоэффективных органических биоудобрений и кормовых добавок в рацион животных.

Кроме того, возможны дополнительные доходы за счет утилизации отходов предприятия (отсутствие платы и штрафов за хранение), сокращения затрат на покупку минеральных удобрений и гербицидов, реализации единиц сокращения выбросов парниковых газов, а также повышения стоимости конечной продукции предприятия агропромышленного комплекса за счет "экологического бонуса".

Строительство биогазовой установки в дер. Дошино - это пилотный инвестиционный проект. Средняя окупаемость подобного рода комплексов при условии реализации всех получаемых продуктов (электро- и теплоэнергии, биоудобрения) составляет около 4-5 лет. Однако в отсутствии надлежащей поддержки со стороны государства эти цифры увеличиваются.

Проблемы и перспективы биогазовых технологий в России