Сельское хозяйство
Экономическая эффективность от применения биогазовых установок в условиях Крайнего Севера
Лента новостей
В Москве подписана декларация о создании Международной модной федерации БРИКС
Уличные программы Центра национальных конных традиций на ВДНХ посетили 120 тысяч человек
ВЦИОМ: россияне уверены в компетентности нотариусов
Около тысячи экскурсий, мастер-классов и тренировок пройдет в столичных парках этой осенью
Более 20 мероприятий пройдет на ВДНХ в рамках Всемирной недели космоса
Разработка технологий для утилизации бесподстилочного навоза крупного рогатого скота, обеспечивающих не только соблюдение экологической безопасности, но и способствующих созданию энергосберегающего замкнутого производства с получением минерализованного органического удобрения, позволяющего повышать урожайность сельскохозяйственных культур, дополнительного источника топлива в виде биогаза в условиях Крайнего Севера является актуальной проблемой.
Нами разработана новая технология переработки бесподстилочного навоза крупного рогатого скота в малых биоэнергетических установках, которые работают без использования электрической энергии за счет адаптации мезофильных микроорганизмов к психрофильным условиям [11, 12].
С учетом условий функционирования крестьянско-фермерских хозяйств в условиях Крайнего Севера предложена концепция создания модульных биоэнергетических установок.
В сельской местности РС (Я) живет до 40 % населения, занятого животноводством и растениеводством. Сельское хозяйство в Якутии рассматривается, в первую очередь, как основа сохранения этноса. В сложных экономических условиях, последствиях финансового экономического кризиса, постоянного роста стоимости на минеральные удобрения и энергоносители, труднодоступности и отдаленности населенных пунктов и в связи с суровыми климатическими особенностями региона, необходимо развитие нетрадиционных подходов в производстве доступных удобрений, получении дополнительной энергии [13].
Кроме того, для реализации Федерального закона Российской Федерации от 23 ноября 2009 г. № 261 – ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные объекты Российской Федерации», наиболее актуальным и востребованным является применение биогазовой технологии. Как известно, использование данной технологии дает возможность получения не только биогаза – резервного источника энергии, но и значительно улучшить экологическую обстановку [1, 2, 3, 22, 24, 25]. Вырабатываемый биогаз после очистки и компрессии может использоваться для сжигания в конфорках, в бытовых целях [17]. Отходы, получаемые после метанового брожения биомассы, являются качественными экологически чистыми удобрениями и кормовыми биодобавками [5, 6, 7, 8, 23].
Таким образом, использование биогазовых установок обеспечивает фактически безотходное производство, что в условиях действия ФЗ-88 «О техническом регламенте на молоко и молочную продукцию», требующего строгого соблюдения санитарных требований, несомненно, может только положительно повлиять на развитие аграрного сектора республики в целом [27].
Конкретная схема установки для каждого фермерского хозяйства может быть различна и зависит от множества факторов, в т. ч. от количества поголовья крупного рогатого скота, возможности (объем рынка) реализации удобрений, стоимости существующих энергоносителей (электричество, тепловой энергии), отдаленности населенного пункта и т.д. [11, 12].
В процессе анаэробной утилизации в среднем 5…7% сбраживаемой массы навоза теряется за счет преобразования в биогаз. С учетом этого, с 1-го метантенка предлагаемой БЭУ можно получать 130…133 кг минерализированного удобрения (таблица 1) [14].
В Якутии на сегодняшний день содержится 199 229 гол. КРС [21]. Если считать, что с одной средней головы КРС в сутки выход навоза составляет 25 кг, то ежесуточно образуется 4 981 т навоза. Годовой объем производимого навоза КРС составит около 1 195 374 т. Этим навозом можно удобрить 29 884 га земли, что соответствует 28,5% от всей площади пахотных земель. С учетом этого, в общем возможно удобрить минеральными и органическими элементами 61,3% пахотных земель, т.е. большую половину.
Согласно данных Госкомстата РС (Якутия) за 2013 г средние урожайности по основным культурам в т/га следующие: зерновые – 1,24; картофель – 9,64; овощи – 20,15. По сравнению с 2000 г заготовка зерновых уменьшилась в 3,71 раз, а посевная площадь под них — в 5 раз [25].
Таблица 1 – Эффект от применения БЭУ с одним метантенком
|
Показатели |
Значения |
1 |
Период работы БЭУ, сут |
24 -26 |
2 |
Масса утилизируемого свежего навоза с влажностью 93%, кг |
88 |
3 |
Масса в метантенке АМД для следующего запуска БЭУ, кг |
50 – 52 |
4 |
Ожидаемая масса получаемого удобрения, кг |
80 — 81 |
5 |
Стойловый период, дней |
240 |
6 |
Масса утилизируемого навоза КРС за стойловый период, кг |
704 |
7 |
Масса удобрения, прогнозируемого за стойловый период, кг |
655 – 669 |
8 |
Стоимость 1 кг биоудобрения, руб. |
5 |
9 |
Доход от реализации биоудобрения, руб. |
3275 — 3345 |
10 |
Увеличение урожайности с.-х. культур, % |
10 |
Ожидаемый прогноз повышения урожайности с.-х. культур от внесения биоудобрения будет иметь следующий вид (рисунок 1):
Таким образом, средняя производительность БЭУ по нашей технологии составляет 0, 3 м3
биогаза в сутки. Биогаз эквивалентен природному газу в соотношении 0,6:1. Исходя из этого, c БЭУ с 1-ним метантенком можно получать 0,18 м3/сут эквивалент природного газа.
В Республике Киргизия накоплен практический опыт по применению биогаза в быту и установлен норматив потребления биогаза на 1 чел. [4]:
Таблица 2 — Расход биогаза на бытовые нужды
|
Использование |
Объем биогаза, м3 |
1 |
Приготовление пищи для 1-го человека |
0,15 – 0,3 |
2 |
Кипячение воды |
0,03 – 0,05 |
На биогазе, вырабатываемом БЭУ с одним метантенком по предлагаемой технологии можно сэкономить следующий объем природного газа (таблица 3):
Таблица 3 — Применение биогаза, вырабатываемого БЭУ с одним метантенком
|
Показатели |
Значения |
1 |
Выход биогаза, эквивалентного природному газу, м3/сут |
0,18 |
2 |
Норма газа для приготовления пищи 1 чел., м3/чел |
0,15 – 0,3 |
3 |
Период работы БЭУ, дней |
24 |
4 |
Выход биогаза с 1 кг навоза, м3 |
0,14 |
5 |
Общий объем получаемого газа за стойловый период, м3 |
43,2 |
6 |
Стоимость 1 м3 |
3,14 |
7 |
Стоимость замещаемого газа за стойловый период, руб. |
135,42 |
По состоянию на 1.12.2013 г. на территории Республики Саха (Якутия) в 28 районах насчитывалось 199 229 гол крупного рогатого скота. Таким образом, при условии обеспечения всех фермерских (крестьянских) хозяйств БЭУ, можно ежесуточно получать в среднем 4 651, 8 т качественного органического удобрения и 16,9 тыс. м3 биогаза. Объемы за год приведены в таблице 4.
Таблица 4. — Объем производимого удобрения и биогаза от поголовья КРС фермерских (крестьянских) хозяйств
Всего хозяйств, ед. |
Всего поголовья скота, гол. |
Прогнозируемый объем производимого органического удобрения, т |
Ожидаемый ежегодный объем вырабатываемого биогаза, тыс. м3 |
||||
5 – 10 гол |
20 — 30 гол |
40 — 50 гол |
5 – 10 гол |
20 — 30 гол |
40 — 50 гол |
||
80 203 |
199 229 |
559 080 |
447 264 |
111 816 |
78 271 |
62 617 |
15 654 |
При стоимости 5 руб/кг, объем средств, получаемых в результате реализации органических удобрений, составит 1118,16 млн. руб. Но это идеальный случай. В действительности, если бы на практике реализовать хотя бы 10 % от теоретически возможного выхода удобрения, то это позволило бы производить ежегодно удобрения 112 млн.т. При норме внесения 3 т/га можно было бы удобрить 37 млн.га земли, когда как в республике всего сельскохозяйственных угодий 1 640 млн.га.
Экономический эффект от применения сброженного субстрата как органического биоудобрения (ЭУ) можно определить с учетом стоимости от повышения урожайности сельскохозяйственных культур и по выручке средств от продажи биоудобрения [20]:
где УДОП – прибавка урожая от использования биоудобрения, ц;
СУР
– стоимость единицы урожая, выращенного использованием биоудобрения, руб/ц;
МУ – масса произведенного БЭУ биоудобрения, ц;
СУ – цена единицы стоимости биоудобрения, руб/ц.
Исследованиями зарубежных и российских ученых доказано, что получаемое органическое удобрение обеспечивает повышение урожайности культур минимум на 10%, снижает кислотность почвы [9, 21] . 1 л такого удобрения достаточно для обработки 2-15 м2почвы. Применяется не реже 3-4 раз в сезон [4].
Высушенный переработанный субстрат (эффлюент) биогазовых установок может использоваться и в качестве кормовой биодобавки, как источник белка и витаминов группы В12, что немаловажно для разведения животных в наших климатических условиях [15].
Сравнительный анализ способов использования биогаза, показывает, что оптимальным вариантом является его непосредственно сжигание. Это связано с тем, что КПД при преобразовании биогаза в электроэнергию в среднем равен 20%.
Рассчитаем стоимость специализированного оборудования. При производстве метантенков на территории г. Якутска, капитальные затраты на их изготовление с учетом стоимости комплектующих, составят 82450 руб. (цены установленные ООО «Дизельремонт») приведены по состоянию на 1.05.2013 г.). Стоимость метантенка местного производства в 3,5 — 6 раз ниже аналогичных российских биогазовых установок (таблица 5) [16].
Таблица 5 — Сравнительная оценка с российскими предприятиями –изготовителями биогазовых установок
№ |
Изготовители биогазовых установок |
Стоимость ед. руб. |
1 |
АО «Стройтехника-Тульский завод» (без транспортных расходов и монтажных работ) |
288 000 |
2 |
«КОУД» г. Вологда (без транспортных расходов и монтажных работ) |
500 000 |
3 |
Местное производство |
82 450 |
Для организации полной технологической цепочки, позволяющей полноценно получать удобрение и использовать биогаз, нужно будет приобрести дополнительное оборудование (таблица 6).
Таблица 6- Перечень технологического оборудования
№ |
Виды расходов |
Количество, шт. |
Стоимость единицы, руб. |
Сумма, руб. |
1 |
Метантенк |
1 |
82 450 |
82 450 |
2 |
Компрессор |
1 |
5000 |
5000 |
3 |
Расходный материал и монтажные работы |
|
30 000 |
30 000 |
4 |
Газгольдер |
1 |
20 000 |
20 000 |
|
Итого: |
|
|
137 450 |
Использование биогазовых установок для утилизации навоза КРС является однозначно выгодным производством и требующим пристального внимания со стороны сельских производителей. Сельское население, которое будет использовать биогазовую установку, приобретает большой потенциал для улучшения своего социально-экономического положения, и при соответствующей оптимизации и интенсификации производства может добиться высоких результатов, переходя на организацию замкнутого энергосберегающего производства [19].
Кроме этого, особенностью реализации проектов по энергосбережению на территории РС (Я) является то, что стоимость минеральных удобрений и энергоносителей значительно выше, чем в других регионах РФ — в среднем в 3 раза. А применение технологии анаэробного сбраживания утилизации навоза позволяет на каждый вложенный рубль приносить прибыль в размере двух-трех рублей .
Средний расход природного газа для обогрева частного дома в условиях Якутии составляет 1250 куб. м в месяц [25]. Как показали экспериментальные и производственные исследования, по разработанной энергосберегающей технологии с 1-го м3
метантенков получается весьма малый объем биогаза — 5,4 м3 в месяц. Поэтому, биогаз рекомендуется сжигать в конфорках при приготовлении пищи [18].
В условиях Якутии, естественное разложение навоза длится два-три года, а в метантенках протекает за месяц. Таким образом, основным предназначением БЭУ в Якутии является, на наш взгляд, производство качественных органических удобрений.
Органическое удобрение из БЭУ содержит азот, фосфор и калий в связанной форме. Химические компоненты находятся в следующем соотношении [10]: азот общий — 4,07,0,, в т.ч. аммонийный азот — 2.54.0; фосфор (Р205) — 7,012,0; калий (К20) — 1,03,0; микроэлементы, массовая концентрация мг/л — медь- 3,0 (микроэлементы, массовая концентрация мг/л); кобальт — 5,0; цинк — 23,0; вода — 8595.
В животноводческом секторе Якутии в настоящее время преобладают предприятия частной формы собственности. Процентное соотношение хозяйств в зависимости от содержащегося количества поголовья КРС следующее (рис.2):