4 поради для успішного запуску біогазового комплексу

Останніми роками українські фермерські господарства досить вдало опанували технології використання енергії біомаси у господарській діяльності. Здебільшого йдеться про застосування твердопаливних котлів — їх пристосовують для роботи навіть таких складних об’єктів, як зерносушарки, елеватори, переробні комплекси тощо. За низки наявних недоліків, які мають такі проєкти, їх очевидною перевагою є доступність і дешевина палива, на відміну від традиційного природного газу. А головним недоліком — недостатня теплотворна здатність пожнивних залишків у разі, коли йдеться про обробіток зерна з високою вологістю.

Більш перспективною нішею відновлюваної енергетики, окрім, звісно, фотовольтаїки, вважається встановлення біогазових установок та як поки що далека перспектива — заводів з повного очищення біогазу і подача газу до мереж загального користування. Фактично власник біогазової станції отримує біологічний аналог звичайного природного газу. Головною перешкодою для впровадження проєктів залишається висока вартість, але процес появи нових біогазових потужностей прискорюється.

Біогазова динаміка

Минулий рік можна вважати досить вдалим для вітчизняної біогазової галузі — за даними Біоенергетичної асоціації України, станом на початок 2019 року у країні налічувалося 18 діючих біогазових станцій. При цьому 12 з них отримали дозволи на використання «зеленого» тарифу. Сумарна встановлена потужність проєктів на кінець 2018 року сягала 27,3 МВт — потужність окремих проєктів становить від 0,125 до 5,7 МВт.

Як зазначають фахівці Асоціації, здебільшого проєкти біогазу в аграрному секторі орієнтовані на виробництво електричної енергії та подальший продаж її за «зеленим» тарифом. Наприклад, у 2017 році біогазові установки скинули у загальні мережі 53 ГВт·год електроенергії, а у 2018-­му, у міру введення нових потужностей в експлуатацію — вдвічі більше, близько 113 ГВт·год.

Більш поширена на європейських теренах корисна утилізація теплової енергії, виробленої за рахунок біогазу, в Україні представлена досі поодинокими проєктами. Найбільшим тут залишається Глобинський біоенергетичний комплекс, проєктна потужність якого — отримання 150 м ³ біогазу на добу, теплова енергія йде на виробничі потреби цукрового і соєвого заводів. Ще одним піонером розвитку теплоенергетичного напряму можна назвати комплекс птахофабрики «Оріль­Лідер».

Унікальність останнього полягає ще і в тому, що на комплексі птахофабрики встановлені когенераційні потужності, розраховані на отримання як теплової, так і електричної енергії.

Що робить комплекс успішним

Тому на останньому прикладі можна розглянути невеликий кейс досягнення ефективності роботи біогазового комплексу, матеріали для якого були надані Біоенергетичною асоціацією України.

Щоб правильно побудувати і запустити біогазовий комплекс, необхідно виконати низку передумов:

• спроєктувати та побудувати біогазовий комплекс, дотримуючись усіх вимог щодо якості матеріалів, ізоляції та технологічного обладнання;
• правильно організувати процес пусконалагоджувальних робіт до отримання першого біогазу;
• отриманий біогаз довести до належної якості перед подачею у когенераційну установку;
• вивести когенераційну установку на задану потужність та щоденно контролювати основні параметри стабільного функціонування біогазового комплексу.

Якщо врахувати, що на «Оріль­Лідер» протягом п’яти років було вироблено 100 млн м ³ біогазу і 200 млн кВт·год електроенергії, скорочено викид парникових газів на 700 000 т у еквіваленті СО2, утилізовано 300 000 т курячого посліду та очищено 700 000 м ³ стічних вод, до порад варто прислухатися.

Почнемо з початку: при проєктуванні комплексу важливо брати до уваги всі аспекти місця його розташування. Для того щоб максимально використовувати наявні ресурси, необхідно врахувати існуючі комунікації та мережі, як, наприклад, трубопровід для передачі виробленої теплової енергії віддаленим споживачам або паропровід для постачання виробленої пари. Логістичні особливості доставки, зберігання, складування та контролю кількості вхідної сировини відіграють не менш важливу роль. Логістика постачання сировини повинна бути мінімальною та відбуватися дуже швидко й ефективно. А оптимальне розміщення ферментаторів та іншого технологічного обладнання комплексу допоможе скоротити експлуатаційні витрати.

На етапі будівництва слід використовувати якісні матеріали відповідно до будівельних норм (якість бетону, товщина та якість утеплювача, якість трубопроводів тощо), а також передбачити встановлення вимірювального обладнання на всіх етапах виробництва для подальшої правильної експлуатації комплексу.

Пусконаладка і вихід на планову потужність — найскладніший етап у реалізації проєкту біогазового комплексу, який потребує кваліфікованих спеціалістів. Обслуговуючий персонал, біотехнологи та оператори повинні пройти попереднє навчання для ефективного управління і вчасного реагування та усунення проблем, що виникатимуть у роботі комплексу. Необхідною складовою є наявність лабораторного обладнання, яке дозволить щоденно оцінювати склад вхідної сировини, показники роботи ферментатора, якість газу, а також правильно і вчасно їх коригувати. На етапі пусконаладки важливо мати програму виходу на планову потужність та чітко її дотримуватися, забезпечивши постачання достатньою кількістю сировини.

Нарешті, біогаз, який отримується після запуску процесу, не відповідає якісним показникам, необхідним для роботи когенераційної установки. Біогаз повинен пройти процес десульфуризації для того, щоб знизити вміст сірководню, який, наприклад, для курячого посліду може становити близько 4000 ppm у ферментаторі, до рівня 100–200 ppm, рекомендованих виробниками когенераторів.

Втім, саме використання когенераційних модулів теж має свої нюанси. Зокрема, крім виходу на максимальний обсяг виробництва електроенергії необхідно також оптимізувати витрати електроенергії на власні потреби та врахувати можливості використання теплової енергії. Після завершення пусконаладки і проведення тестування когенераційних блоків із поступовим збільшенням потужності та виходом на стабільну генерацію необхідно в подальшому проводити постійний щоденний контроль за дотриманням встановлених параметрів роботи біогазового комплексу.

Стабільне функціонування біогазового комплексу залежить від вхідної сировини, кількість та якість якої повинні жорстко контролюватися. Для цього необхідне проведення щоденних лабораторних досліджень, за результатами яких вносяться відповідні зміни в технологічний процес для дотримання стабільного виробництва біогазу. Не менш важливим є створення складу запасних частин, що допоможе в організації вчасного технічного обслуговування основного обладнання та вимірювальних приладів, а також аварійних ремонтів.

Прогноз

За інформацією Біоенергетичної асоціації України, найближчими часом очікується як мінімум подвоєння електрогенеруючих потужностей на біогазі — йдеться про горизонт у два­три роки. Такі компанії, як «Миронівський хлібопродукт», «Теофіпольська енергетична компанія» та «Гудвеллі», отримавши досвід будівництва та експлуатації існуючих потужностей, прийняли рішення щодо будівництва нових біогазових комплексів.

Так, вже є попередня інформація про наміри МХП щодо будівництва комплексу біогазу потужністю 20 МВт у Вінницькій області, «Теофіпольської енергетичної компанії» (біогазова станція на 15 МВт у Хмельницькій області) та «Гудвеллі» — щодо введення в експлуатацію 1 МВт потужностей в Івано­Франківській області.

Поки що найбільшим фінансовим партнером і біогазових проєктів, і біоенергетичних проєктів взагалі виступає Європейський банк реконструкції та розвитку в Україні. Як зазначив заступник директора, регіональний координатор відділу енергоефективності та зміни клімату банку Сергій Масліченко, установа активно спонсорує проєкти у галузі біомаси та біогазу в АПК та вже підтримала 12 проєктів у цьому секторі. ЄБРР планує продовжувати підтримку сектора та вважає необхідним об’єднати постачальників біосировини та споживачів біосировини (відходів сільського господарства), сприяти створенню ринку сільгоспвідходів та налагодженню логістичних ланцюгів постачання біосировини від поля до станції, які повинні почати працювати та розвиватися на ринкових принципах. Ідея створення такого партнерства полягає у тому, щоб системно працювати в галузі використання відходів сільського господарства в АПК.

Європейський приклад

На відміну від України, де біогазовий напрям з огляду на високу інвестиційну вартість розвивають великі компанії, у країнах ЄС біогазові установки є майже невід’ємним атрибутом навіть невеликих фермерських господарств. Є оціночні дані Європейської біогазової асоціації про те, що щонайменше 50% фермерських господарств європейських країн мають такі установки різної потужності завдяки різним програмам державного стимулювання.

Наприклад, у Німеччині вважають, що мінімальна кількість вже діючих фермерських біогазових станцій становить приблизно 10 000. Здебільшого йдеться про установки малої потужності. Частка біогазу у поставках первинної енергії у Данії у 2017 році сягала 22%.

Фактично це та кількість, коли вже можна порушувати питання про можливість і перспективу повного заміщення природного газу біометаном (очищений біогаз).

На сьогодні біометан виробляють переважно шляхом очищення біогазу та подають у газорозподільчі мережі з подальшим використанням для виробництва електричної та/або теплової енергії або використовують як автомобільне паливо.

Згідно з даними Європейської біогазової асоціації, наприкінці 2016 року (на жаль, свіжішої інформації асоціація не наводить), у країнах ЄС–28, а також Ісландії, Норвегії, Сербії та Швейцарії налічувалося 17 662 біогазових комплекси, з яких 497 очищували отриманий біогаз до біометану. Для порівняння у 2011 році в Європі таких біогазових комплексів налічувалося лише 187.

При цьому, як підкреслюють у Європейській біогазовій асоціації, загалом рівень розвитку сектора біометану залишається недостанім і відстає від рівня розвитку сектора біогазу. Втім, за найближче десятиріччя прогнозується його стрімкий ріст: сценарій зеленої революції десятирічного плану розвитку передбачає, що у перспективі біометан буде становити третину європейського виробництва газу.

Зазначимо, що у Європейській біогазовій асоціації досить високо оцінюють потенціал виробництва біогазу і біометану в Україні. Навіть за наявної структури аграрного сектора Україна з відходів та побічної продукції агропромислового комплексу може отримувати близько 3,2 млрд м³ біометану на рік. Ще 3 млрд м³ біометану можна отримати при вирощуванні енергетичної кукурудзи або інших енергетичних культур на незадіяних сільськогосподарських землях, які становлять близько 3% від загальної площі орних земель України.

Текст: Михайло Дикаленко