Evaluation of biogas production and usage potential

Abstract

Метою дослідження є розробка теоретичних і методичних основ для визначення можливості вирощування рослинної сировини для подальшої біоконверсії енергоресурси і технологічні матеріали для максимізації прибутку від підприємницької діяльності. В ході дослідження використовувалися монографічний, статистичний, абстрактно-логічні методи і моделювання. Були розглянуті напрямки використання біогазу. Проаналізовано вихід біогазу з різних культур. Було встановлено, що високі виходи метану можуть бути отримані з коренеплодів, зернових культур і деяких кормових культур. Таким чином, кормовий буряк і кукурудза можуть забезпечити отримання більше 5500 м3 біогазу з одного гектара. Звертається увага на використання побічних продуктів роботи біогазових установок, особливо вуглекислого газу. Двоокис вуглецю є важливим товаром і може підвищити рентабельність роботи біогазової установки. Він може використовуватися для різних цілей (харчова промисловість, хімічна промисловість, медицина, фумігація тощо). Проаналізовано найбільш важливі параметри технологій збагачення біогазу. При продуктивності модуля збагачення понад 500 м3/год, інвестиційні витрати за різними технологіями практично рівні. На думку експертів, економічно доцільно використовувати біогазові системи анаеробного зброджування для збагачення біометану, за умови, що їх продуктивність є еквівалентною не менше 3000 літрів дизельного палива на добу. Запропоновано економіко-математичну модель для визначення доцільності вирощування рослинних матеріалів для максимізації валового прибутку. Її цільова функція - максимальний валовий дохід. Він має наступні обмеження: щорічне виробництво біогазу, споживання електроенергії, тепла і моторних палив. Математична модель враховує як покриття власних потреб, так і продаж надлишкових енергетичних ресурсів і побічних продуктів, включаючи вуглекислий газ. У разі заміни дизельного палива була врахована запальний доза дизельного палива. Запропоновано алгоритм прийняття рішення про будівництво біогазової установки.

Целью исследования является разработка теоретических и методических основ для определения возможности выращивания растительного сырья для дальнейшей биоконверсии в энергоресурсы и технологические материалы для максимизации прибыли от предпринимательской деятельности. В ходе исследования использовались монографический, статистический, абстрактно-логические методы и моделирование. Были рассмотрены направления использования биогаза. Проанализирован выход биогаза из разных культур. Было установлено, что высокие выходы метана могут быть получены из корнеплодов, зерновых культур и некоторых кормовых культур. Таким образом, кормовая свекла и кукуруза могут обеспечить получение более 5500 м3 биогаза с одного гектара. Обращается внимание на использование побочных продуктов работы биогазовых установок, особенно углекислого газа. Двуокись углерода является важным товаром и может повысить рентабельность работы биогазовой установки. Он может использоваться для различных целей (пищевая промышленность, химическая промышленность, медицина, фумигация и т.д.). Проанализированы наиболее важные параметры технологий обогащения биогаза. При производительности модуля обогащения более 500 нм3/ч, инвестиционные затраты по разным технологиям практически равны. По мнению экспертов, экономически целесообразно использовать биогазовые системы анаэробного сбраживания для обогащения биометана, при условии, что их производительность эквивалентна не менее 3000 литрам дизельного топлива в день. Предложена экономико-математическая модель для определения целесообразности выращивания растительных материалов для максимизации валовой прибыли. Ее целевая функция - максимальный валовой доход. Он имеет следующие ограничения: ежегодное производство биогаза, потребление электроэнергии, тепла и моторных топлив. Математическая модель учитывает как покрытие собственных потребностей, так и продажу избыточных энергетических ресурсов и побочных продуктов, включая углекислый газ. В случае замены дизельного топлива была учтена запальная доза дизельного топлива. Предложен алгоритм принятия решения о строительстве биогазовой установки.

The aim of the research is the development of theoretical and methodical bases for determining the feasibility of plant raw materials growing for its further bioconversion into energy resources and technological materials to maximize profit from business activities. Monograph, statistics, modelling and abstract logical methods have been used during the research. Directions of biogas usage have been examined. Biogas yields from different crops have been analyzed. It has been determined that high methane yields can be provided from root crops, grain crops, and several green forage plants. So, forage beet and maize can provide more than 5,500 m3 of biogas per hectare. Attention is paid to the use of by-products of biogas plants, especially carbon dioxide. Carbon dioxide is an important commodity and can increase profitability of biogas plant operating. It can be used for different purposes (food industry, chemical industry, medicine, fumigation, etc). The most important parameters of the biogas upgrading technologies have been analyzed. If output of an upgrade module is more than 500 nm3/h, investment costs of different available technologies are almost equal. According to experts, it is economically feasible to use anaerobic digestion biogas systems to upgrade biomethane provided their performance is equivalent to 3,000 litres of diesel fuel per day. The economic and mathematical models have been suggested to determine the feasibility of growing plant materials to maximize the gross profit. The target function is the maximum gross income from biogas utilization. It has the following limitations: annual production of biogas, consumption of electricity, heat and motor fuels. The mathematical model takes into account both meeting own requirement and selling surplus energy resources and co-products including carbon dioxide. In case of diesel fuel substitution, an ignition dose of diesel fuels has been considered. The algorithm for making a decision on construction of a biogas plant has been offered.