1.3 Методика оценки энергетического, ресурсосберегающего и экологического потенциалов

Исходной информацией для оценки электроэнергетического, теплоэнергетического, экологического потенциалов и потенциала ресурсосбережения энергии биоотходов является информация о топливном техническом потенциале в тоннах условного топлива. Виды отходов задаются множеством:

Было проведено два варианта оценки:

1. Потенциал отходов АПК в РФ с дифференциацией по видам отходов (для ).

2. Потенциал отходов животноводства с дифференциацией по субъектам РФ.

Топливный потенциал. Для пересчета массы условного топлива в количество электрической энергии , которое из него может быть получено, используется коэффициент перерасчета по угольному эквиваленту, принятый в отечественной статистике. В  России за тонну условного топлива (т.у.т.) принимается теплотворная способность 1 кг каменного угля, равная  29,3 МДж или 7000 ккал [9]. Для оценки потенциала в тоннах условного топлива используется значение коэффициента пересчета равное: т.у.т./тыс.кВт˖ч [10].

Тогда, исходя из известного топливного потенциала, расчет соответствующего электроэнергетического потенциала в тыс.кВт˖ч проводится для по формуле:

Теплоэнергетический потенциал. Теплоэнергетический потенциал оценивается на базе известного топливного потенциала с использованием коэффициента пересчета количества тепловой энергии в тонны условного топлива т.у.т./Гкал. Пересчет топливного потенциала в теплоэнергетический (Гкал) для :

Потенциал ресурсосбережения. Потенциал сбережения газа, каменного угля, мазута топочного в результате использования вместо них энергии возобновляемого источника можно определить, зная топливный потенциал и соответствующие коэффициенты пересчета натурального топлива в условное.

Натуральная оценка ресурсосбережения. Для пересчета используются коэффициенты средние по стране – т.у.т./тыс.м³, т.у.т./т, т.у.т./т. Количество сберегаемого топлива в натуральных единицах оценивается как:

• по природному газу (тыс.м³)

;

• по углю (т)

;

• по мазуту (т)

.

Стоимостная оценка ресурсосбережения. Для стоимостной оценки ресурсосбережения (в тыс. руб.) используются средние цены по стране:

• по природному газу

;

• по углю

;

• по мазуту

;

где:

- средняя планово-заготовительная цена тысячи кубических метров природного газа, тыс.руб./тыс.м³;

- средняя планово-заготовительная цена одной тонны каменного угля, тыс.руб./т;

- средняя планово-заготовительная цена одной тонны печного мазута, тыс.руб./т.

Экологический потенциал. Экологический потенциал характеризует величину предотвращенного негативного воздействия на окружающую среду в результате использования для получения тепловой и электрической энергии биоотходов вместо энергетического оборудования, работающего на природном газе, каменном угле, печном мазуте. В рамках данной работы оценка производилась на предотвращение загрязнения атмосферы, так как оно оказывает наиболее существенное воздействие на человека и окружающую среду.

Натуральная оценка предотвращенных выбросов в атмосферу. Предотвращаемые выбросы рассчитываются на основе средних удельных показателей при сжигании в топках единицы природного газа (т/тыс.м³) для , каменного угля (т/т) для , печного мазута (т/т) для

Тогда, экологические потенциалы в натуральном исчислении (объемы предотвращаемых выбросов) составят при сжигании:

• природного газа для

;

• каменного угля для

;

• печного мазута для

;

_где:

- множество видов загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу при сжигании природного газа;

- множество видов загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу при сжигании каменного угля;

- множество видов загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу при сжигании печного мазута.

Оценка предотвращенных выбросов в атмосферу в тоннах условного загрязняющего вещества. Размеры экологических потенциалов рассчитываются в тоннах условного загрязняющего вещества (приведенной предотвращенной массы выбросов) при замещении энергии p-го возобновляемого источника вместо:

• природного газа для

;

• каменного угля для

;

• печного мазута для

;

Коэффициент относительной агрессивности v -го вещества позволяет перейти от массы этого вещества к эквивалентной по воздействию на окружающую среду массе оксида углерода (СО).

Поправка на рассеивание газообразных веществ в атмосфере рассчитывается по формуле:

,

где:

- высота источника выброса загрязняющих веществ (дымовой трубы), м;

- поправка на факел выброса, зависящая от разности температуры отходящих газов и температуры атмосферного воздуха на уровне устья трубы

;

- средняя скорость ветра на уровне флюгера, м/с.

При оценке экологического потенциала в расчетах поправок на рассеивание используются:

• среднее значение высоты трубы теплоэнергетических станций равное h_ср=100 м; рh

• средние температуры атмосферного воздуха на соответствующих территориях с дифференциацией по месяцам и году в целом;

• средние скорости ветра на соответствующих территориях с дифференциацией по месяцам и году в целом или среднегодовую скорость ветра на территории страны равную 3 м/с.

Для расчета поправки на рассеивание твердых веществ принято среднее рассеивание с поправкой, определяемой по формуле:

.

Среднее значение коэффициента относительной опасности для зоны активного загрязнения при проведении ориентировочных расчетов может быть принято равным = 6. Такой выбор обусловлен среднестатистическим соотношением долей 0,4 и 0,6 на территории ЗАЗ площадей, занятых соответственно промышленными зонами и населенными пунктами, в которых размещаются энергетические объекты, а также средней плотностью населения в таких поселениях равной около 70 – 80 чел./га.

В состав веществ, выбросы которых используются для расчета приведенной массы не входит масса выбросов парникового газа - диоксида углерода (СО₂).

Оценка предотвращенного эколого-экономического ущерба от загрязнения атмосферы. Экологический потенциал, выраженный в стоимостной форме (руб./год), соответствует величине предотвращенного эколого-экономического ущерба от загрязнения атмосферы в результате использования энергии биоотходов вместо:

• природного газа для

;

• каменного угля для

;

• печного мазута для

.

где:

- удельный эколого-экономический ущерб от загрязнения атмосферы условным загрязняющим веществом (СО), руб./усл.т;

- коэффициент индексации экологических платежей и эколого-экономических ущербов в t-м году;

- цена квот в t-м году на выброс СО₂ (диоксида углерода) на основной площадке мирового углеродного рынка;

- масса выбросов диоксида углерода, образующегося при сжигании природного газа, замещаемого эквивалентным количеством энергии возобновляемого источника p-го вида;

- масса выбросов диоксида углерода, образующегося при сжигании природного каменного угля, замещаемого эквивалентным количеством энергии возобновляемого источника p-го вида;

- масса выбросов диоксида углерода, образующегося при сжигании печного мазута, замещаемого эквивалентным количеством энергии возобновляемого источника p-го вида.

1.4 Результаты оценки энергетического, ресурсосберегающего и экологического потенциалов энергии биологических отходов животного и растительного происхождения РФ

1.4.1 Потенциал энергии отходов агропромышленного комплекса в РФ

1.4.2 Расчет потенциала энергии отходов животноводства по федеральным округам РФ

1.4.3 Структура технического потенциала энергии отходов животноводства по субъектам РФ

1.4.4 Расчет энергетического, ресурсосберегающего и экологического потенциала энергии отходов животноводства на примере Приволжского федерального округа

ГЛАВА 2

АНАЛИЗ БИОГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

2.1 Основы метанового брожения

Метановое брожение – процесс превращения органических веществ (и других биоразлагаемых веществ) в результате жизнедеятельности микроорганизмов метанового сообщества в биогаз и клеточную массу в анаэробных условиях [11].

Процесс метанового брожения состоит из 4-х основных стадий:

1) стадия гидролиза: разложение высокомолекулярных соединений (углеводов, жиров, белковых веществ), под действием экзоферментов (амилаз, протеаз, липаз) аэробных бактерий, на низкомолекулярные органические соединения (сахар, аминокислоты, жирные кислоты);

2) стадия ферментации: при участии кислотообразующих бактерий происходит дальнейшее разложение субстрата с образованием неустойчивых карбоновых кислот: молочная, янтарная, масляная, пропионовая; низкомолекулярных спиртов (этанол) и газов CO₂ , H₂, H₂S и NH₃;

3) кислотообразующая стадия: под воздействием ацетогенных бактерий происходит превращение органических кислот в уксусную кислоту, CO₂ и H₂;

4) стадия метанообразования: образование конечного продукта деградации сложных органических веществ под действием метаногенных бактерий

• уксусная кислота разлагается на метан, углекислый газ и воду;

• водород и углекислый газ преобразуются в метан и воду [12, 13].

70% метана образуется из уксусной кислоты и 30% из водорода и углекислого газа в соответствии со следующим уравнениями реакций: