Почему генераторные установки на биогазе выгодны для сельского хозяйства?

Производство электроэнергии непосредственно на ферме с помощью комплектов генераторов биогаза

Превращение навоза и растительных остатков в надёжную электроэнергию, вырабатываемую непосредственно на месте

Биогазовые генераторы перерабатывают различные виды фермерских отходов — от навоза животных до остатков урожая — и вырабатывают электроэнергию непосредственно на месте. Это означает, что фермеры всё меньше зависят от централизованной электросети, что особенно полезно для обеспечения постоянным электропитанием таких устройств, как доильные аппараты и холодильные установки. Когда фермы перерабатывают собственные отходы на месте, а не отправляют их на удалённые предприятия, они экономят средства на транспортировке и сокращают выбросы метана примерно на 90 % по сравнению с ситуацией, когда отходы просто складируются в открытых ямах. Двигатели, используемые в таких системах, позволяют извлечь около трёх четвертей — четырёх пятых энергии из биогаза, а большинство установок вырабатывают электроэнергию с КПД, составляющим примерно половину показателей традиционных электростанций, что делает их в целом весьма эффективными.

Эффективность и эксплуатационная надёжность комбинированных теплоэлектроцентрали (ТЭЦ)

Системы комбинированной выработки тепла и электроэнергии (ТЭЦ) значительно повышают эффективность, поскольку улавливают всё избыточное тепло — около 30–50 % от общего объёма вырабатываемой энергии — и используют его для таких задач, как обогрев фермерских построек, поддержание оптимального микроклимата в теплицах или поддержание заданной температуры в биореакторах. Согласно последним данным Министерства энергетики США из их доклада за 2023 год, КПД таких систем может достигать примерно 85 %. Это весьма впечатляющий показатель по сравнению с традиционными методами. В случае отключения централизованной электросети во время штормов или других аварийные ситуации системы ТЭЦ продолжают работать бесперебойно, поэтому многие фермы так сильно на них полагаются. Современные биогазовые генераторы, доступные сегодня, оснащены модульными компонентами, что упрощает ремонт, а фермеры сообщают о коэффициенте готовности свыше 95 % при надлежащем техническом обслуживании. Кроме того, поскольку двигатели испытывают меньшую нагрузку благодаря использованию рекуперированного тепла, большинство операторов отмечают увеличение срока службы двигателей на 15–20 лет по сравнению со стандартным оборудованием.

Экономические преимущества установки генераторной установки на биогазе

Снижение затрат на энергию и замещение дизельного топлива

Фермеры могут сэкономить деньги на энергоснабжении, превращая фермерские отходы в пригодную для использования энергию с помощью биогазовых генераторов. Это означает снижение зависимости от внешних источников электроэнергии и отказ от дорогостоящих резервных дизельных систем. Например, молочная ферма Fair Oaks Dairy перерабатывает навоз примерно 9000 коров. Согласно данным компании Greengas Inc., такая установка ежегодно замещает около 1,5 миллиона галлонов дизельного топлива. А при использовании таких систем в режиме комбинированной выработки тепла и электроэнергии фермы, как правило, снижают общие затраты на энергию на 30–50 процентов. Снижение расходов означает более быструю окупаемость инвестиций и улучшение финансовых показателей сельскохозяйственных предприятий, стремящихся к экологичности без ущерба для рентабельности.

Получение дохода от отходов и сокращение расходов на удобрения за счёт биоудобрения (дижестата)

Биогазовые системы приносят не только экономию на коммунальных платежах. Они также создают дополнительные источники дохода. Когда от этих систем остаётся избыточная электроэнергия, фермеры могут получать за неё оплату в рамках различных программ «зелёной» энергетики. В некоторых штатах им даже разрешено напрямую продавать эту электроэнергию энергоснабжающим компаниям по специальным договорам. Другой продукт, получаемый в результате работы таких систем, — это так называемый сброженный остаток (дигестат). Его можно рассматривать как натуральное удобрение, богатое питательными веществами. Большинство фермеров отмечают значительное снижение потребности в покупных минеральных удобрениях после внедрения этой технологии — иногда до 90 %. Такой эффект достигается потому, что растения легче усваивают азот из дигестата, а вероятность вредного стока в водоёмы существенно снижается. Практические данные показывают, что фермы, перешедшие на такую систему, обычно сокращают свои годовые расходы на 20–40 %. Однако речь идёт не только об экономии средств. Главное — это более гармоничное взаимодействие всех компонентов: удовлетворение энергетических потребностей и одновременное рациональное обращение с навозом и другими отходами животноводства.

Экологические преимущества генераторных установок на биогазе в фермерских хозяйствах

Улавливание метана, сокращение парниковых газов и климатически устойчивое ведение сельского хозяйства

Генераторы на биогазе предотвращают выброс метана в атмосферу из навозных прудов и других материалов органических отходов, подвергающихся разложению. Метан по своему воздействию на климат примерно в 28 раз опаснее углекислого газа. Когда фермы улавливают этот биогаз и сжигают его, они превращают серьёзную экологическую проблему в полезную энергию. В результате этого процесса выбросы парниковых газов на участвующих фермах могут сократиться примерно на 60 %. На каждую тонну навоза, перерабатываемую в системе, ежегодно предотвращается образование примерно 2,5 тонны эквивалента CO₂. Такие сокращения способствуют соблюдению различных стандартов экологически устойчивого ведения сельского хозяйства и облегчают выполнение требований нормативных актов, таких как программа AgSTAR Агентства по охране окружающей среды США (EPA).

Контроль запахов, снижение количества патогенов и перенаправление органических отходов

Анаэробное сбраживание естественным образом снижает неприятные запахи, поскольку разлагает вызывающие их жирные кислоты и соединения серы. Испытания показывают, что по сравнению с простым хранением отходов в открытых резервуарах этот процесс может сократить неприятные запахи примерно на 80 %. При поддержании повышенной температуры в течение продолжительного времени — в диапазоне примерно от 50 до 60 °C — большинство патогенных бактерий также погибает. Более 90 % опасных микроорганизмов, таких как кишечная палочка (E. coli) и сальмонелла, исчезают, а вместе с ними — и устойчивые яйца паразитов. Кроме того, вместо того чтобы направлять весь этот органический материал на свалки или допускать его попадание в водные системы с последующим загрязнением, анаэробное сбраживание превращает питательные вещества в форму, необходимую растениям. Это помогает предотвратить вымывание нитратов в наши источники воды и способствует общему улучшению состояния местных водосборных бассейнов.

Дигестат: устойчивый побочный продукт, повышающий плодородие почвы

То, что выходит из биогазовых генераторов, — это вовсе не просто отходы, а ценный органический удобритель, превращающий то, что иначе было бы выброшено, в полезное для почвы средство. Жидкий остаток этого процесса содержит от 60 до 80 процентов азота, усваиваемого растениями, а также значительные количества фосфора и калия. Фермеры, перешедшие на использование этого продукта вместо традиционных химических удобрений, зачастую наблюдают повышение урожайности культур на 10–30 процентов. Кроме того, со временем почва укрепляется: её способность удерживать воду возрастает, а общая структура улучшается. Одним из важнейших преимуществ является то, что процесс анаэробного сбраживания уничтожает все патогенные бактерии и неприятные запахи, характерные для сырого навоза, поэтому получаемый сброженный остаток (digestate) значительно безопаснее при внесении на поля и не вызывает опасений по поводу загрязнения. Большинство фермеров могут применять этот digestate с помощью уже имеющегося у них оборудования, что позволяет сократить расходы на дорогие коммерческие удобрения. После нескольких сезонов регулярного применения digestate содержание гумуса в почве возрастает, а её устойчивость к засушливым периодам повышается примерно на 70 процентов по сравнению с традиционными методами. Таким образом, digestate становится важной составляющей современных сельскохозяйственных практик, которые работают в гармонии с природой, а не против неё.