Коровокиловатты: утилизация

Коровокиловатты: утилизация
    Шон Сейлор, фермер-молочник в четвертом поколении, человек и творческий, и практичный. В его безотходном хозяйстве просчитано все до мелочей. Ресивер — данный пузырь содержит восьмичасовой запас биогаза, и Сейлор может отключить генератор и трудиться только на нем
    Анаэробный реактор-метантанк. Десятки тысячь киллограм навоза и канализационных стоков расщепляются по мере прохождения по подковообразной трубе около разделительной стены биореактора (на фото — в стадии строительства).
    Круглая форма стала из-за прочности и герметичности.

Красивая женщина голштинской породы № 2699 неуверено выглядывает из-за плеча Шона Сейлора. Остальные 39 коров выстроились в стойлах из нержавеющей стали в доильном отделении молочной фермы Хиллкрест Сейлор. «Они у нас привередливые, — говорит Шон, фермер-молочник в четвертом поколении. — Тут все должно быть в полном порядке». № 2699 одаривает нас продолжительным прощальным взором, задирает хвост и извергает плотную струю жидкой бурой энергии — той самой, которая скоро отправится на обслуживание данной же фермы.

Людям тяжело обнаружить в навозе от 600 коров — а это 60 т каждый день — хоть какую-то материальную сокровище. По крайней мере соседям Сейлора в Роквуде, штат Пенсильвания, этого точно не осознать. Уже давно целый данный навоз откачивали в отстойник на краю усадьбы, а оттуда весной и в осеннюю пору развозили по полям.

Совершенно верно так же не каждый, глядя 200-литровую бочку отработанного кулинарного масла из-под жарочного автомата, заметит в нем практически готовое ДТ. В это же время кое-какие водители в далеком прошлом уже катаются на биодизеле, собирая отработанное масло по окрестным закусочным и преобразуя его в горючее для автомобилей, тракторов и мотоциклов.

35-летний Сейлор — человек одновременно и творческий, и практичный. Инструмент Leatherman на поясе, закатанные рукава поношенной рабочей рубахи, добрая ухмылка на лице. «Вот тут у меня совокупность утилизации», — говорит Сейлор, запуская помпу. Вода (само собой разумеется, не питьевая, а уже в один раз использованная для других работ) потоками льется по полу, смывает навоз, и он бурым ручьем течет по хлеву в приемный бак перед анаэробным реактором-метантанком.

Опираясь на здравый суть, инженерную смекалку и подручную технику, Сейлор смог перевоплотить проклятье и обузу собственной профессии в огромное преимущество. В этом биореакторе 30 000 т навоза и канализационных стоков каждый год преобразовывается в электричество, подстилку для скота, топливо и удобрение для обогрева. Экономятся приличные деньги, а заодно воздух избавляется от лишних выбросов метана и окиси азота — тех нежелательных добавок, каковые воздействуют на «парниковый эффект».

Главный инстинкт

Сама по себе мысль применять бактерии чтобы получить энергию, в неспециализированном-то, не нова. Первые метантанки для переработки отходов скотоводства строились в Соединенных Штатах еще в 1970-х. Но капиталовложения для этого требовались очень приличные, а позже, в то время, когда цены на энергию упали, мало кто из фермеров ухватился за эту разработку. Сейчас, с национальной кампанией дерегулирования в электроэнергетике, обстановка изменилась.

Таких фермеров, как Сейлор, делается все больше — тех, кто не отказывается от национальных грантов, а заодно и от растущего рынка частных кредитов под проекты, которые связаны с возобновляемыми источниками энергии. Департамент по охране внешней среды штата Пенсильвания выделил Сейлору грант в $600 000, а компания Native Energy, занимающаяся торговлей квотами на выбросы парниковых газов, показала решимость приобрести у Сейлора авансом квоты на «сэкономленные» посредством реактора выбросы за следующие 20 лет. Действительно, Сейлор не поленился объездить пара ферм в северо-восточных штатах, и ни одна из трех самых популярных моделей биореакторов его не удовлетворила.

«Кое-что в каждой модели мне понравились, но не нашлось ни одной компании, которая строила бы как раз то, что мне нужно», — говорит фермер. Исходя из этого он решил объединить все преимущества серийных агрегатов в новой конструкции, которая бы оптимальнее соответствовала потребностям его фермы. Заодно удалось сэкономить $200 000, сделав собственноручно все земляные и строительные работы, сделав всю слесарку, электрику и программирование.

Строительство заняло 2,5 года.

Биореактор-метантанк представляет собой цементную цистерну глубиной 21 и диаметром 5 м. Она накрыта цементной крышкой, поверх которой насыпана почва (со стороны и не поразмыслишь, что под лужайкой что-то имеется). Но приемную емкость реактора не спутаешь ни с чем. Она стоит в отдельной постройки, и над ней красуется желоб, загруженный коровьим навозом.

60-тонный бак с густым бульоном из канализации и данный желоб пахнут так, что приходится нечайно задерживать дыхание.

Дабы расширить энергоемкость навоза, Сейлор каждую семь дней подмешивает в данный коктейль высокоэнергетическую добавку — отходы с местной фабрики картофельных чипсов.

Из приемного бака раствор поступает в реактор, где начинает собственный 16-дневное путешествие около разделительной стены. За это время анаэробные бактерии разлагают органические вещества и создают биогаз, на 65% складывающийся из метана. «По сути, реактор действует как коровий желудок, — говорит Сейлор, — громадный и превосходно трудящийся желудок». Газ, что накапливается в 30-сантиметровом просвете под цементной крышкой реактора, перекачивают в соседнюю постройку.

В том месте его закачивают на хранение в обрезиненный баллон-ресивер диаметром 12 м. Из этого он идет на питание перестроенного под газ двигателя Caterpillar, а тот крутит 130-киловаттный генератор.

Ресивер компенсирует флуктуации при выработке газа. При отсутствии промежуточного резервуара генератор может трудиться с неполной загрузкой, а время от времени избыточный газ придется в воздух. Сейлор выбрал хранилище количеством около 500 м³, оно дает резерв на день-два работы генератора.

Замкнутый цикл

В прошедшем сезоне эта совокупность выдала 1,2 млн киловатт-часов электричества — этого хватило, дабы всецело обеспечить и ферму, и пара близлежащих домов, включая обеспечение и отопительные нужды тёплой водой. Было сэкономлено $60 000. «Энергии хватает на все а также чуть-чуть остается, — говорит Сейлор. — Излишки — а это в прошедшем сезоне были 100 000 кВт•ч — я реализовал местной электрической компании по цене 2,3 цента за 1 кВт•ч».

В текущем году Сейлор планирует установить второй 130-киловаттный генератор. Всю взятую в следствии электричество фермер собирается закачивать в локальную сеть.

Университет штата Техас в городе Остин сравнительно не так давно опубликовал расчеты, которые показывают, что 1 млрд тысячь киллограм навоза, каждый год образующийся в Соединенных Штатах, может стать источником 88 млрд киловатт-часов электричества (это 2,4% ежегодного потребления в масштабах всей страны). Помимо этого, такая утилизация навоза обязана не допустить выброс в воздух 99 млн тысячь киллограм парниковых газов.

И это еще не все преимущества аналогичной утилизации. Двигатель на ферме у Сейлора не только вращает генератор, но и производит тепло для обогрева доильного помещения, получения тёплой поддержания и воды температуры реактора в 40 °C.

В следствии процесса разложения органики в реакторе образуется жидкая взвесь, которая поступает на шнековый сепаратор. Жёсткая фракция — мягкий на ощупь порошок с землистым запахом — отправится в коровник на подстилка. Он помогает хорошей заменой опилок и к тому же более надёжен, потому, что содержит меньше вредных микробов, чем простые отходы с пилорамы.

В реакторе микробы преобразуют бoльшую часть летучих жирных кислот в не имеющий запаха метан, так что полученная в следствии процесса жидкость фактически нейтральна. Ее откачивают в пруд-отстойник, а позже развозят по полям в качестве удобрения. Содержащийся в жидкости азот в составе солей аммония усваивается растениями легче, чем азот органического происхождения из непереработанного навоза.

«В таком деле нельзя закрывать глаза на мельчайшие возможности оптимизировать целый процесс, — говорит Сейлор. — Жизнь фермера — это от начала до конца важная азартная игра с громадными ставками. Само собой разумеется, на данный момент за молоко хорошо платят, но цена многих нужных нам товаров взлетела до небес. Одни лишь удобрения подорожали на 300%.

Получай какие конкретно угодно деньги, и все они будут утекать между пальцев».

«В пересчете на год нам приходится брать уйму горючего, так что стоит поразмыслить о биодизеле. Возможно, к примеру, выращивать рапс и самим отжимать из него масло. И тогда, — рассуждает Сейлор вслух, — коровы будут перерабатывать рапсовый жмых в навоз, навоз отправится в реактор, а реактор будет давать энергию для поддержания всего этого круговорота».

И не смотря на то, что на фермах, делающих личный биодизель, появляется неприятность с утилизацией для того чтобы побочного продукта, как глицерин, Сейлора это не смущает, потому, что глицерин также возможно сливать в реактор. Либо скармливать коровам — он для них все равно что конфеты. А на выходе окажется тот же газ.

Малая энергетика

Маленькие независимые электростанции по большей части предназначены для электрификации объектов в труднодоступных районах (типа буровых), куда нереально протянуть линии электропередач. Но в связи со большим подорожанием электричества это стало выгодно и во в полной мере цивилизованных местах.

Производят электричество, в большинстве случаев, посредством генераторов, вращаемых газовыми турбинами (ГТУ) либо двигателями внутреннего сгорания (ДВС), в частности — газопоршневыми (ГПД). В случае если речь заходит о станциях мощностью более чем 10 МВт, то целесообразней применять турбины. При меньшей мощности возможно применять как турбины, так и ГПД: все зависит от загруженности станции (КПД турбины очень сильно падает при ее загрузке менее 70% от номинальной, ГПД нормально трудится без утраты мощности в диапазоне нагрузок от 50 до 100%), количества пусков (ГПД возможно запускать и останавливать неограниченное число раз, тогда как нередкие запуски турбины очень сильно уменьшают ее моторесурс), времени до принятия нагрузки (запуск турбины до выхода на номинальную мощность может занимать до 25 мин., ГПД — около 3 мин.).

«Газовое горючее для ГПД возможно любым: природный и попутный газ, биогазы и шахтный метан, приобретаемые в метантанках методом анаэробного сбраживания, и синтетические и пиролизные газы, имеющие низкую высокое содержание и теплотворную способность водорода, — говорит Олег Назаренко, начальник русского направления газовых двигателей для малой энергетики компании GE Jenbacher. — Необходимо только заблаговременно знать состав газа и произвести нужные настройки двигателя (коэффициент сжатия, расход воздуха, фазы газораспределения) в зависимости от метанового числа (антидетонационной свойстве) и теплотворной способности газа».

Малая энергетика стала широко распространена В первую очередь 1970-х в Европе — в Германии, Бельгии, Голландии. «Многие зарубежные компании, выстроившие фабрики в Российской Федерации, строят личные независимые мини-ТЭЦ, предпочитая быть свободными от локальных электросетей. Это и надежнее, и дешевле: в большинстве случаев, себестоимость электричества, приобретаемой посредством газопоршневых установок, в 3−4 раза меньше, чем отпускная цена на нее у местных энергетиков, — поясняет Олег Назаренко. — К тому же они снабжают собственные производства не только электроэнергией, но и теплом, применяя температуру выхлопных газов по принципу когенерации.

Время от времени на тракте выхлопных газов устанавливают паровой котел, снабжающий производство паром. В некоторых случаях к теплу додают еще и мороз, приобретаемый посредством адсорбционных холодильников, — таковой способ утилизации энергии сгорания газа именуется тригенерацией. В Голландии существуют блочные мини-ТЭЦ, трудящиеся в режиме кватрогенерации: к энергии, холоду и теплу добавляется еще и углекислый газ, что извлекают из выхлопных труб и подают в теплицы для выращивания цветов, овощей и фруктов».

Статья размещена в издании «Популярная механика» (№77, март 2009).

Перерабатка туш на мясо-костную муку


Темы которые будут Вам интересны: