ФРГ, годовых амортизационных отчислениях, равных 18% от этой суммы, и годовой наработке трактора 500 ч дополнительные затраты на 1 м^ биогаза составляют 0,09 марки ФРГ. Применение газовых баллонов на меньшее номинальное давление, например баллонов для пропана, нецелесообразно, поскольку в этом варианте нельзя будет обеспечить запас газа, требуемый для бесперебойной работы трактора. Разумеется, баллоны для газа высокого давления подлежат строгому контролю и испытанию, что опять-таки обусловливает дополнительные затраты. Кроме того, приходится учитывать инструкции, касающиеся сжатого газа, так как они распространяются и на передвижные емкости, находящиеся под давлением.

По данным промышленности, сжатие биогаза под высоким давлением экономично только при очень высокой подаче и высокой годовой загрузке компрессорной установки. Самая малопроизводительная установка, которая уже считается неэкономичной в промышленности, стоит:

компрессор высокого давлеиия (50 м/ч при 20 МПа) — около 50 тыс. марок ФРГ

резервуар для хранения газа (30 м^, 4 МПа — 1,5...1,75 марки ФРГ на 1 л)

(в данном случае может не учитываться, поскольку исключает

необходимость в газгольдере) газонаполнительная установка для двух комплектов по 5 баллонов — около 30 тыс. марок ФРГ

земельный участок, строение, фундамент, средства техники безопасности, налог, трубопроводы, арматура, монтаж и др. — около 100 тыс. марок ФРГ

Всего около 180 тыс. марок ФРГ

При ЭТОМ не учитывались затраты на резервный компрессор в случае аварии, как это делают обычно в промышленности, чтобы избежать ущерба при отказе основного агрегата.

Компле.кт из 12 50-литровых баллонов стоит около 7,5 тыс. марок ФРГ

Комплект из 28 50-литровых баллонов стоит около 12.,,14 тыс. марок ФРГ

Ориентировочные годовые расходы на такую установку составляют:

— амортизационные отчисления, уплата процентов, страхование, ремонт, налог —около 18% стоимости установки ~32 тыс. марок ФРГ;

—оплата труда квалифицированного рабочего. Эту специализированную установку должен обслуживать только специалист! (он же может обслуживать и биогазовую установку) ~ 40 тыс. марок ФРГ;

—затраты на энергию — около 0,05 марки ФРГ на 1 м^ комприми-руемого газа;

—при полной загрузке компрессорной установки (около 375 тыс.

в год) стоимость 1 м^ компримнрованиого биогаза дополнительно возрастает примерно на 0,24 марки ФРГ

при частичной загрузке (200 тыс. м^ в год) на 0,41 марки ФРГ при частичной загрузке (100 тыс. м^ в год) на 0,77 марки ФРГ

Таким образом, компри.мирование биогаза из-за слпшко.м высоких затрат полностью нецелесообразно.

Другой альтернативой можно было бы считать сжижение биогаза при достижении им критического состояния (4,7 МПа,— 82,5°С) или при нормальном давлении _и температуре — 161 °С. Соответствующая комплектная установка для сжижения природного газа (небольшая установка) с производительностью 200 м^/ч, по данным промышленности, стоит 2,6 млн. марок ФРГ. При полной ее загрузке 1 газа обходится дороже на 0,35 марки ФРГ.

К недостаткам «собственной» (т. е. принадлежащей предприятию) компрессорной установки относятся также следующие:

—дополнительная потребность в площади;

—чужеродность по отношению к сельскохозяйственному производству;

—высокие расходы на предусмотренные законом испытания на безопасность — 500 марок ФРГ в сутки;

—необходимость в квалифицированном обслуживающем персонале;

—большие затраты на ремонт и запчасти;

—необходимость аварийного резервирования во избежание значительного возможного ущерба в случае выхода установки из строя;

—дополнительные виды страхования.

7. Использование биогаза

В связи с тем, что в дальнейшем изложении мы не будем приводить какие-либо данные по этому вопросу, примем следующие значения (л) среднего выхода биогаза из 1 кг органического сухого вещества:

навоза крупного рогатого скота свиного навоза . . птичьего помета .

200 300 400

и количество энергии в 1 биогаза (содержащего около 60 % метана), равное 22 МДж.

Поскольку речь идет о замене биогазом других энергоносителей, требуемое его количество не может быть просто рассчитано через приведенную величину удельной энергоемкости: в каждом конкретном случае применения газа необходимо учитывать различные коэффициенты полезного действия. Ниже приведены эти значения для типичных случаев использования газа (значительно совпадающие с данными Фельдмана [28]).

Таблица 11. Коэффициенты полезного действия

Фирма Иенбах дает для своих газовых двигателей значение Т1 = 0,35.

отнесенное к низшей теплоте сгорания Q

И-

Конечно, неполная загрузка потребителя существенно снижает общий коэффициент полезного действия. Аналогичные значения этого коэффициента для процессов нагрева или охлаждения будут рассмотрены позднее, но они не столь существенно различаются между собой при использовании электроэнергии или газа и могут быть положены в основу расчета чистого содержания энергии.

3 принципе газовые приборы с точки зрения использования первичного энергоносителя значительно экономичнее, чем электроприборы (это обусловлено высокими потерями преобразования при получении электрического тока). Кроме того, в настоящее время разрабатываются отопительные устройства, в которых выпускные газы конденсируются, в результате чего до-

полнительно получается теплота испарения содержащейся в них воды [47], и, следовательно, при расчете баланса энергии можно вместо подставляемой обычно низшей теплоты сгорания Qh использовать значение высшей теплоты сгорания Qb-

При получении электрического тока с помощью приводимого газовым двигателем генератора справедливо следующее соотношение: 1 м^ биогаза дает 1,6 кВт-ч электроэнергии. Теплоту воды из системы охлаждения и теплоту, отводимую с выпускными газами, можно в конкретных случаях дополнительно утилизировать (см. раздел 7.2).

7.1. Используемые аппаратура и машины

Средняя теплота сгорания биогаза, содержащего около 60% метана, равна 22 МДж/м^ Поскольку горючая часть биогаза состоит из метана, его можно причислить к семейству газов «П» (природные газы). И без того очень низкая скорость распространения пламени в ме-тано-воздушной смеси (примерно 43 см/с), характерная для природного газа, при использовании биогаза снижается еще больше из-за высокой доли СОг (эта скорость для смеси воздуха и светильного газа равна 65 см/с, для воздушно-водородной смеси —265 см/с). Метан имеет также самую высокую — около 645°С — температуру воспламенения по сравнению с другими горючими газами. Во всех сферах применения биогаз ведет себя аналогично природному газу, но дает несколько худшие показатели. В стандарте ФРГ DIN 3362 перечислены различные подвергаемые стандартным испытаниям газы, на которые ориентируется промышленность. Так, например, вся аппаратура, рассчитанная на применение любого газа, должна быть приспособлена к работе на перечисленных в стандарте газах или образцовых газовых смесях. Собственно биогаз не входит в этот перечень. Ближе всего он подходит к образцовой газовой смеси 627, состоящей из 82% метана и 18% инертного N2. Нижнее значение числа Воббе, которое служит для сравнения взаимозаменяемости газов, составляет для биогаза с теплотой сгорания 22 МДж/м^ около 24,5. Газы с таким же числом Воббе и равным давлением истечения обычно могут использоваться один вместо другого без замены горелки или форсунки. Правда, этот показатель не ох-

Таблица 12. Соотношение значений теплоты сгорания разных

:нергопоснте."1ь

Теплота сгорания (МДж на ед. отпуска)

Биогаз {на 1 м^) с содержанием СН,

56».

62 л

70%

Природный газ (на 1 м)

Свети-,-ьный

гиз (на 1м)

20 МДж/м^ 22,1 МДж/мЗ 25 МДж/мЗ 33,5 МДж/мЗ

Б]югаз 56% СН, То же, 62 %

» 70 °/о Природный

газ «Л» Светильный газ Пропан

Котельное топливо36 МДж/л То же42,3 МДж/кг

Дизельное топливо; 36 МДж/л Бензин Кокс

16,8 х\4Дж/мЗ 46 МДж/кг

Электрический ток

30,5 МДж/л 27,6 МДж/кг

j3,6-

МДж

кВт-ч

1

1,11 1,25 1,68

0,84

2,3

1,8

2,12

1,8

1,53

1,38

0,18

0,91 1

1,13 1,52

0,76 2,08 1,63 1,91 1,63 1,38 1,25

0,16

0,8

0,88

1

1,34

0,67 1,84 1,44 1,69 1,44 1,22 1,1

0,14

0,60 0,66 0,75 1

0,50 1,37 1,07 1,26 1,07 0,91 0,82

0,11

1,19 1,32 1,48 1,99

1

2,73 2,15 2,52 2,15 1,82 1,64

0,22

ватывает такой характеристики, как возможность обратного удара пламени. Наиболее исчерпывающие характеристики горючих газов можно найти в инструкции DVGW G 260.

В общем рабочее давление биогаза должно прибли-;каться к нижней границе минимального давления, необходимого для работы аппаратуры, т. е. примерно к 0,7... 1 кПа. Современные сети природного газа работают с давлением у газового прибора 2 кПа. Это означает, что биогаз по сравнению с природным газом обладает несколько худшей способностью к воспламенению, меньшей устойчивостью пламени и поэтому представляет большие трудности при регулировании последнего, например при установке крана на «малый огонь» в кухонных плитах. Пламя в это.м случае может срываться в сторону.

Все это соответствует также более ранним исследованиям по использованию бпогаза [45]. Теплоту сгорания и рабочее давление можно без особых трудностей поддерживать на относительно постоянном уровне, например с помощью балластного груза в газгольдере или при слишком большом предварительном давлении газа путем включения в магистраль промежуточного газового регулятора. Следовательно, при переходе на биогаз необходимы лишь незначительные изменения в аппаратуре.

энергоносителей (без учета коэффициента полезного действия)

чтобы приспособить ее к метану (например, замена форсунок), но в принципе не существует сколько-нибудь серьезных проблем при использовании биогаза в аппаратуре для природного газа. Первые переговоры с изготовителями газоаппаратуры подтвердили это мнение, несмотря даже на отсутствие опыта применения биогаза в традиционных газовых приборах. В ближайшее время несколько фирм собираются провести испытания в целях подтверждения гипотез о горючих свойствах биогаза. Поэтому цены на биогазовую аппаратуру в значительной мере будут аналогичны ценам на приборы для природного газа. Из-за небольших переналадок и отсутствия крупносерийного выпуска они могут быть даже несколько более высокими.

Для сравнения биогаза с другими видами топлива по нх теплоте сгорания и стоимости можно воспользоваться данными диаграммы (рис. 24) и таблицы 12[24]. Если стоимость производства биогаза относится к удельной стои.мости других энергоносителей так же, как соответствующие значения энергии в единицах, принятых при ее отпуске, то цену биогаза можно считать приемлемой с экономической точки зрения.

Коммуникации между газовыми приборами должны устанавливать квалифицированные специалисты с учетом «Технических правил монтажа газопроводов»