WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

«XI Международная конференция «Российские регионы в фокусе перемен» УДК 556.013 + 581.1 Выгузова Мария Анатольевна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности», ...»

XI Международная конференция «Российские регионы в фокусе перемен»

УДК 556.013 + 581.1

Выгузова Мария Анатольевна,

кандидат технических наук

,

доцент кафедры «Безопасность жизнедеятельности»,

ФГБОУ ВО «Удмуртский государственный университет»

e-mail: mas5@mail.ru

г. Ижевск, Россия

Кудряшова Анастасия Геннадьевна,

кандидат технических наук,

заместитель заведующего кафедрой «Нефтегазовые технологии»,

ЧОУ ВО «Камский институт гуманитарных и инженерных технологий»

e-mail: offpost@bk.ru г. Ижевск, Россия

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОЭНЕРГЕТИКИ

ДЛЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ РЕГИОНА

НА ПРИМЕРЕ УДМУРТСКОЙ РЕСПУБЛИКИ

Аннотация:

В статье рассмотрены вопросы развития использования и перспективы биоэнергетики как одного из драйверов устойчивого развития как страны в целом, так и отдельного региона. Цель исследования – возможность внедрения разработанного замкнутого биоэнергетического комплекса в сельское хозяйство Удмуртcкой Республики. Для достижения цели был разработан энергоэффективный комплекс с двумя биоэнергетическими установками, посчитан технологический цикл биогазовой установки. Количество вырабатываемой тепловой энергии составит до 465 кВт/час. По проведенным исследованиям можно сделать вывод о необходимости развития возобновляемых источников энергии, в частности биоэнергетики, для перехода России из пятого в шестой технологический уклад и устойчивого развития экономики регионов.



Ключевые слова:

Возобновляемые источники энергии, биоэнергетика, устойчивое развитие, технологические уклады, биогазовые технологии.

Введение Зеленая экономика – это экономика, которая повышает благосостояние людей и обеспечивает социальную справедливость, при этом существенно снижает риски для окружающей среды и ее разрушения. Развитие зеленой экономики обусловлено актуальностью обсуждаемой проблематики и разработкой стратегии устойчивого развития в условиях экономической интеграУстойчивое развитие и зеленая (низкоуглеродная) экономика регионов: проблемы, возможности и перспективы ции. Вопросы экологии, ответственного природопользования, внедрения технологических инноваций и перехода на новые источники энергии, продовольственная безопасность должны стать основными вопросами устойчивого развития регионов.

Интерес к инвестициям в зеленую экономику, в частности в возобновляемые источники энергии (ВИЭ), не случаен.

В мировой электроэнергетике в 2011 г. был преодолен важный структурный рубеж: глобальные инвестиции в электростанции на ВИЭ достигли 237 млрд.долл.США (исключая крупные ГЭС), рост на 34% по сравнению с 2010 г., и впервые превысили инвестиции в генерацию на традиционном ископаемом топливе – 223 млрд.долл.США.

Глобальные инвестиции в ВИЭ достигли 279 млрд.долл.США в 2011 г.прирост на 23% по сравнению с 2010 г., это новый исторический рекорд.

Эта цифра почти в 7 раз превышает инвестиции в ВИЭ в 2004 г. – 40 млрд.долл.США [1].

Китай занимает первое место по общим инвестициям в ВИЭ с 2008 г. В 2011 г. инвестиции в ВИЭ в Китае достигли 54,7 млрд.долл.США (годовой прирост на 17%). В 2012 г. рост продолжился (плюс 22%), было инвестировано 66,6 млрд.долл.США – в основном в солнечную энергетику (63% от общего).

В развитии ВИЭ можно проследить следующие тенденции:





• Резкое увеличение инвестиций в ВИЭ произошло в 2005 г. в результате воздействия «нефтяного шока» второй половины 2004 г.

• Быстрорастущая доля ВИЭ на мировых энергетических рынках (и в энергобалансе стран) ставит ВИЭ выше привычного статуса отдельных рыночных ниш.

• Высокие капитальные издержки на объектах ВИЭ долгое время служили главным барьером для быстрого внедрения и освоения рынков. Но в пост-кризисный период избыточное предложение, снижение издержек производства и рост установленной мощности ВИЭ приводит к резкому снижению капиталоемкости.

• Доля НИОКР и общих инвестициях в ВИЭ составляет 4-5% и имеет тенденцию к снижению по мере увеличения масштабов внедрения и роста установленной мощности.

• Сектор ВИЭ легко преодолел общеэкономический кризис 2008 г., снижение на 2% инвестиций в 2009 г. и возвратился на траекторию быстрого роста с 2010 г.

• В пост-кризисный период происходит географический сдвиг в инвестициях в ВИЭ – развивающиеся страны приближаются по абсолютному уровню инвестиций в ВИЭ к группе развитых стран.

Объем технически доступных ресурсов возобновляемых источников энергии в Российской Федерации составляет не менее 24 млрд. тонн условXI Международная конференция «Российские регионы в фокусе перемен»

ного топлива. Доля электроэнергии, вырабатываемой в России с использованием возобновляемых источников, в 2013 году составила около 1% без учета ГЭС, а с учетом последних – свыше 17%. Удельный вес производства тепловой энергии, полученной на базе ВИЭ, был около 3%, или около 2000 млн. Гкал. В последние годы инвестиции в ВИЭ в РФ оцениваются в 200 млн.долл.США в год при годовом приросте установленной мощности ВИЭ порядка 100 МВт, что в 10 раз ниже заявленного уровня. Это не позволит увеличить долю генерации «зеленой» энергии в текущем энергобалансе до 2,5 % в планах к 2020 году [2].

В числе приоритетных технологий в энергобалансе: биоэнергетика, солнечная генерация (прежде всего солнечные батареи), ветровая генерация, системы улавливания и хранения углекислого газа (УХУ), устанавливаемые на тепловых станциях, «умные сети» и связанные с ними схемы участия потребителей в регулировании энергосистем, энергосбережение, различные технологии аккумулирования энергии, в ряду которых водородная энергетика и топливные элементы.

Если посмотреть на графическое изображение теории длинных волн Кондратьева, то можно увидеть, что переход к каждому следующему технологическому укладу (ТУ) происходит после какого-либо кризисного явления в мировой экономике. После Великой депрессии мы перешли к 4-му технологическому укладу, который характеризовался развитием нефтехимии и автомобилестроения. Переход к 5-му технологическому укладу состоялся после 1-го и 2-го нефтяных кризисов в 1974-1980 гг. В этом технологическом укладе происходит всплеск информационных и коммуникационных технологий. Финансовый кризис 2007-2009 гг. должен был вывести нас на 6-ой технологический уклад с развитием возобновляемых и альтернативных источников энергии, технологий окружающей среды, нано- и биотехнологий и здоровьесбережения [3].

Но парадокс развития в России альтернативной и возобновляемой энергетики как одного из компонентов шестого и седьмого технологических укладов состоит в том, что она должна развиваться в тандеме с традиционной энергетикой (компонент четвертого ТУ) из-за сильной финансовой зависимости от углеводородного топлива.

Устойчивое развитие страны и региона возможно при развитии следующих приоритетных направлений: рациональная модель потребления и производства; «озеленение» предприятий и рынков; устойчивая инфраструктура и «зеленая» налоговая и бюджетная реформы; инвестирование в природный капитал и показатели экологической эффективности.

Промышленные отходы наравне с выбросами парниковых газов представляют реальную угрозу экологической безопасности биосферы. Количество отходов год от года растет. Поэтому сейчас во всем мире возрастает интерес к программам устойчивого развития (Sustainable Development), учиУстойчивое развитие и зеленая (низкоуглеродная) экономика регионов: проблемы, возможности и перспективы тывающим экологические факторы при организации производственной деятельности. Они предусматривают удовлетворение потребностей человечества при сохранении окружающей среды. Благодаря тому, что многие компании уже реализуют подобные программы, сегодня перерабатывается около 25% промышленных отходов. Развитие биоэнергетического кластера поможет на пути к достижению основных показателей устойчивого развития.

Перспективы развития биоэнергетики как отрасли переработки отходов колоссальны. К биоэнергетическим технологиям относятся такие процессы, как: биогазовые технологии; производство этанола; получение биодизельных топлив, жирных кислот, растительных углеводородов; производство биоводорода, получение тепловой энергии.

По оценкам специалистов, объем органических отходов в России составляет 500 млн. тонн в год, запасы торфа как источника энергии составляют 175 миллиардов тонн, при этом объем возобновляемого торфа составляет 350 млн тонн в год.

Если же рассматривать развитие переработки органических отходов в регионах, в частности в Удмуртской Республике, то это является одной из актуальных задач, стоящих перед сельским хозяйством. Животноводство и птицеводство Удмуртии дает в год 150 млн. тонн отходов, растениеводство – 100 млн.тонн.

Это ведет к накоплению отходов и загрязнению окружающей среды.

Основная доля потенциала биомассы, пригодной для получения биогаза, приходится на навоз (до 80%). Потенциал производства биогаза с использованием отходов скотоводства на территории Удмуртской Республики представлен в таблице 1.

Анализ таблицы 1 показывает, что основным сырьем для выработки биогаза в республике является свиной и коровий навоз. Причем, потенциал выработки биогаза из отходов КРС в 4 раза превышает потенциал выхода газа из отходов свиноводства. Несмотря на то, что на территории Удмуртии развито птицеводство, выход газа из этой отрасли возможен, но существенно ниже, чем из остальных отраслей.

Получение биогаза при использовании отходов – это только первый шаг в создании биоэнергетической промышленности, а ее возможности, как показывают современные зарубежные разработки, безграничны. Указанное направление имеет несколько ракурсов. К числу важнейших задач относится создание технологических линий, работающих в интенсивном режиме для разнообразного по химическому составу сырья и климатических зон региона. В связи с этим применяемые в мировой практике биогазовые установки имеют разнообразные конструкции и технологические параметры. Однако, проведенный анализ позволил обозначить существующие проблемы в этой отрасли и разработать энергоэффективную технологию утилизации отходов.

XI Международная конференция «Российские регионы в фокусе перемен»

–  –  –

Постановка задачи В связи с актуальностью развития зеленой (низкоуглеродной) экономики не только в нашем регионе, но и во всей России, основной задачей данного исследования является разработка энергоэффективной технологии утилизации отходов с описанием принципа работы и расчет технологических параметров, входящего в комплекс оборудования.

Цель исследования В соответствии с задачей исследования, нашей целью является создание биоэнергетического комплекса замкнутого типа.

Методы исследования:

Для решения поставленной цели и задач, нами был разработан биоэнергетический экологически чистый энергоэффективный комплекс замкнутого типа (рис. 1).

Разработанный комплекс включает в себя 2 биоэнергетические установки: трехстадийный метантенк и пиролизная установка. Установка для вермикомпостирования служит для процесса доработки шлама после биогазовой установки, а также для переработки органических отходов из тепличного комплекса с помощью технологичных дождевых червей. На выходе из установки мы получаем биогумус, который используется в качестве ингредиента при приготовлении почвосмесей для тепличного комплекса, а также биомассу червей, которая может использоваться как внутри комплекса (наУстойчивое развитие и зеленая (низкоуглеродная) экономика регионов: проблемы, возможности и перспективы пример, для обогащения корма животных белковыми веществами), так и реализовываться оптовым и розничным покупателям [4].

Рассмотрим движение потоков отходов, энергии и сырья в разработанном комплексе.

С животноводческой фермы отходы (навоз, подстилка, остатки кормов и т.д.) поступают в трехстадийную биогазовую установку, где происходит процесс метанового сбраживания отходов с получением биогаза и шлама.

Шлам после биогазовой установки отправляется в вермиреактор для получения органического удобрения – биогумуса, который будет в дальнейшем использоваться для приготовления почвосмесей в тепличном хозяйстве [5].

Органические отходы перерабатывающих производств (молокоперерабатывающие и мясоперерабатывающие заводы) очень часто попадают в источники водоснабжения, в частности реки, тем самым загрязняя их. При разложении этих отходов образуются вредные вещества, отрицательно влияющие на здоровье человека и окружающую среду. В сумме капитальных затрат на строительство перерабатывающего предприятия значительную долю составляют затраты на канализационные очистные сооружения, в связи с этим экономически выгодно как можно больше отходов утилизировать внутри предприятия. В разработанном комплексе отходы молокопереработки (сыворотка и остатки молочных продуктов из аппаратов при их опорожнении, ополоски с технологического оборудования) идут в биогазовую установку. Суммарное количество ополосков, образующихся на молокоперерабатывающем заводе, зависит главным образом от его мощности и ассортимента продукции. Согласно теоретическим расчетам, ополоски составляют порядка 10 % от объема перерабатываемой продукции.

Отходы мясного производства (шкуросырье, рогокопытное сырье) перерабатываются в пиролизной установке. Потери при обвалке туш составляют до 30 % у КРС.

Пиролизный газ и биогаз поступают в когенерационную установку, где вырабатывается электрическая и тепловая энергия, которая в дальнейшем используется для технологических нужд всего комплекса.

Отходы тепличного хозяйства представляют собой растительные остатки при выращивании овощей, загрязненные землей, отходы грунта, отходы стекла, резины от поливочных шлангов и т.д. Неорганическую часть отходов (стекло, резина) возможно утилизировать в пиролизной установке.

Органическая часть отходов вермикомпостируется. Согласно Нормам технологического проектирования теплиц и тепличных комбинатов для выращивания овощей и рассады (ОНТП-СХ.10-85), примерный выход растительных остатков с 1 га теплиц: огурца - партенокарпических гибридов - 60-70 т/га;

томата- 90-100 т/га, при продленной или переходной культуре - 120-130 т/га и при использовании шпалеры - 170-200 т/га.

XI Международная конференция «Российские регионы в фокусе перемен»

–  –  –

Пример: сельскохозяйственная ферма на 600 голов дойного стада КРС.

Годовой выход молока составляет 2377 т, мяса 81,8 т, навоза 2956 т.

Выход ополосков с технологического оборудования молокоперерабатывающего завода составляет 700 л/сут.

Потери мясного производства при обвалке туш составляют 24,6 т/год.

Отходы тепличного хозяйства (при выращивании огуречно-томатной продукции) составят ориентировочно 160 т. Исходя из теоретических и практических данных по выходу продукции после процесса вермикомпостирования, количество биогумуса составит примерно 104 т.

Проведенные расчеты позволяют оценить параметры биореактора, необходимого для переработки указанного количества отходов. Ниже приведены характеристики биогазовой установки и режим ее работы.

Полезные характеристики установки:

Средний общий объём сырья: 30 т/сут.

Общий объем получаемого биогаза: 1800 м3/сут.

Устойчивое развитие и зеленая (низкоуглеродная) экономика регионов: проблемы, возможности и перспективы Эквивалент возможной вырабатываемой электрической энергии, до 180 кВт/час Дополнительно вырабатываемая тепловая энергии, до 210 кВт/час.

Количество вырабатываемой только тепловой энергии, до 465 кВт/час.

Это примерно эквивалентно отоплению 4650 кв. м. при температуре на улице -35°С.

Технические характеристики установки:

Диаметр биореактора: 4.5 м.

Конструкция биореактора модульная, длина модуля: 12 м.

Полезный объем биореактора: 504 м3.

Количество модулей (может наращиваться или уменьшатся): 3 шт.

Режим брожения: психрофильно-мезофильно-термофильный.

Технологический процесс брожения: непрерывный.

Время брожения: от 12 до 18 суток.

Влажность загружаемого субстрата: до 95 %.

Избыточное давление биогаза: 2 кПа (200 мм. вод. ст.).

Температура брожения в психрофильной секции: от 8°С до 25°С.

Температура брожения в мезофильной секции: от 25°С до 40°С.

Температура брожения в в термофильной секции: от 45°С до 57°С.

Количество жидких удобрений на выходе: 39 т/сут.

Период перемешивания: 4 раза в сутки по 10 минут.

Таким образом, мы видим, что использование биоэнергетических установок в сельском хозяйстве поможет не только утилизировать различные виды отходов, но и получать энергию, которая может использоваться для обеспечения технологических процессов и реализовываться потребителям.

Заключение Традиционный финансовый анализ основан на расчете дисконтированного кеш-флоу. Но такого рода анализ не способен адекватно учесть будущие риски, связанные с ценами на топливо. Он также полностью игнорирует затраты на охрану окружающей среды и здравоохранение, связанные с эмиссиями на электростанциях сжигающих ископаемое топливо.

Если мы рассмотрим затраты на полный технический цикл, то некоторые возобновляемые источники уже сейчас могут конкурировать с традиционными энергетическими ресурсами. Несмотря на это, потенциал этих финансово жизнеспособных технологий ВИЭ не реализуется полностью из-за различных барьеров рынка, таких как государственное субсидирование традиционных топлив. По некоторым данным ежегодное государственное финансирование в России газовой промышленности составляет 25 млрд. долл.

США, а электроэнергетики – 15 млрд. долл. США.

XI Международная конференция «Российские регионы в фокусе перемен»

Выходом из сложившейся ситуации вполне может стать региональное развитие альтернативной энергетики. Так, например, внедрение разработанной технологий в Удмуртской Республике поможет создать благоприятную экономическую обстановку для устойчивого развития региона и повышения его конкурентноспособности.

Кроме того, социальная эффективность возобновляемой энергетики выражается наличием прямых и косвенных рабочих мест с высокой степенью устойчивости, т.к. эта отрасль менее всего подвержена кризисным влияниям. Отсутствие эмиссии CO2 и других вредных выбросов улучшает условия проживания населения. Установки небольшой мощности существенно влияют на комфортность проживания людей, не подключенных к сетям общего пользования.

Список использованных источников

1. Sonnenschein J., Mundaca L. Decarbonization under green growth strategies? The case of South Korea. Journal of Cleaner Production 123 (2016), pp. 180-193.

2. Биоэнергетика России в XXI веке. – ФГБУ РЭА Минэнерго РФ, Москва, 2012. – 37 с.

3. Mathews, J.A. The renewable energies technology surge: A new technoeconomic paradigm in the making? Futures 46, pp. 10-22.

4. Выгузова, М.А. Исследование технологии утилизации отходов в сельскохозяйственном производстве / М.А. Выгузова // Политематический сетевой электронный научный журнал Кубанского государственного аграрного университета. 2013. № 85. С. 338-348.

5. Кудряшова, А.Г. Научно-технические проблемы использования новых технологий в области возобновляемых источников энергии /

А.Г. Кудряшова, М.А. Выгузова // Возобновляемые источники энергии:

Материалы Всероссийской научной конференции с международным участием и IX научной молодежной школы. – М.: Университетская книга, 2014.

Устойчивое развитие и зеленая (низкоуглеродная) экономика регионов: проблемы, возможности и перспективы

Похожие работы:

«ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ КЕМЕРОВСКОЙ ОБЛАСТИ государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования "БЕЛОВСКИЙ ТЕХНИКУМ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА" Методические указани...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Институт физики вы...»

«ПЛАНИРОВЩИК ЭЛЕКТРОННЫЙ ПЭ-03-2-64 Руководство по эксплуатации Харьков 2012 СОДЕРЖАНИЕ 1. Описание и работа планировщика электронного. 3 1.1. Назначение изделия.. 3 1.2. Технические характеристики.. 3 1.3. Органы управления и подключения ПЭ. 4 2. Использование по назначению.. 7 2.1. Эксплуа...»

«Устройство оконечное объектовое Тандем IP-И Руководство по эксплуатации СПНК.425635.012 РЭ Версия 3.2 (октябрь 2011) СПНК.425635.012 РЭ Тандем IP-И Содержание 1 Назначение 2 Технические данные 3 Комплектность 4 Общие указания 5 Конструкция 6 По...»

«Аннотация к рабочей программе дисциплины "Философия" по направлению 270800.62 строительство (профиль Теплогазоснабжение и вентиляция). Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единиц. Форма контроля: экзамен. Предполагаемые семестры: 4. Целями освоения учебной дисциплины (...»

«НОВЫЕ ПОСТУПЛЕНИЯ ЭБС "ЛАНЬ" III квартал Тематические коллекции: • Информатика. Издательство "Лань" с. 3 • Лесное хозяйство и лесоинженерное дело. Издательство "Лань" с. 10 • Технологии пищевых производств. Издательство "Лань" с. 12 • Инженерно-технические науки. Из...»

«М.О. Костишин, И.О. Жаринов, О.О. Жаринов, В.А. Нечаев, В.Д. Суслов УДК 629.73.02; 629.73.05/.06 ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ВИЗУАЛИЗАЦИИ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА В ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ И СИСТЕМАХ ИНДИКАЦИИ НАВИГАЦИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ ПИЛОТИРУЕМЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ М.О. Костишина, b, И.О. Жаринова, b, О.О. Жариновc, В.А. Н...»

«ПРИНЯТО на педагогическом совете протокол № 5 от 30.06.2015г. Приказ № 377 от 25.06.2015г. Положение о письменной экзаменационной работев ГОУ СПО "Прокопьевский строительный техникум"1. Общие положения 1.1. Н...»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.