ООО PRAGA-PLAST & K SAMOКHVALOV ANDREI ALEKSANDROVITS

Transkriptio

1 ООО PRAGA-PLAST & K SAMOКHVALOV ANDREI ALEKSANDROVITS Maailmalla meidän ympärillä on paljon lähde-energiaa ja ihmiset ovat oppineet käyttämään ja hyödyntämään sitä. Lähde-energiaa voidaan kuvata pysyvänä tai väliaikaisena energiana. Väliaikaisena energiana ovat: aurinko ja tuuli, vaikka niillä on melko paljon potentiaalia, mutta se on väliaikaista ja alueellisesta. Taloudellinen tehokkuus väliaikaisten lähteiden käyttö on kyseenalaistettu monien tekijöiden takia, jotka vaikuttavat lopullisesti tuotetun energian yksikköhintaan. Pysyvänä energiana voidaan katsoa luonnollisten prosessien käyttöä ja aineiden muodostumista luonnossa energiatuotantoa varten. Tässä tekniikassa haittoina ovat taloudelliset tekijät, jotka johtavat piilotettuun inflaatioon käyttämällä tätä tekniikkaa, ja epävakaus suunnittelussa laitteiden käyttöajassa, joka aiheuttaa jalostettuun raaka-aineen vaihtelevaa laatua. Valtava osa energialähteiden käytöstä koskee taloudellisia ja poliittisia ongelmia. Monet valtiot eivät voi riittävästi turvata omia tarpeitansa käyttämällä oman alueen resursseja. Näissä olosuhteissa valtion talous riippuu energian maailmanmarkkinahinnoista, joka johtaa inflaatioon näissä maissa. Lopuksi, näiden maiden riippuvuus ulkoisesta energiasta luo virheellistä maailmantaloutta, jossa lisäarvoa leijonanosa valmistetuista tuotteista menee kulutettuihin energianlähteiden maksamiseen, ruokkimalla muiden maiden taloutta. Mitä tapahtuu, jos tulee mahdollisuus saada energiaa näiden valtioiden alueelta? Kuinka myönteisesti tämä prosessi vaikuttaa talouteen, poliittisen riippumattomuuteen ja ihmisten hyvinvointiin? Itse asiassa uusi teollisuus tuo uusia työpaikkoja, uusia talous toimialoja ja kuluttajia maan sisällä, mikä lisää verorahaa, talousarvioon tuottoa ja hyvinvointia kansalaisille. Ja jos ehdotettu teknologia on vielä ympäristöystävällinen? Meidän vain täytyy katsoa luonnon prosesseihin eri näkökulmasta ja käyttää sitä energiaa, joka on luonnon aineiden kierrossa, säilyttäen tasapainon, jonka avulla voi vähentää haitallisia vaikutuksia ympäristöön, mikä johtaa aiemmin huonontuneen tasapainon palauttamiseen. Tällä hetkellä maailmalla on tarve energialähteistä, jonka tuotannolla: a) on myönteinen vaikutus ympäristöön, b) valmistetun energialähteen käyttö on mahdollista ilman kuluttavien laitteiden kokonaan uusimista, c) koko energian tuotanto aikana valmistetun hiilidioksidin määrä on pienempi tai määrä on yhtä suuri, kuin polttoaineen tuotannossa sen imeytymismäärä. Useimmin yhdenmukaistetaan edellä mainittuja edellytyksiä mikä on luonnollinen prosessi metaanin muodostumisessa luonnossa. Tämä prosessi on yleinen (kaikkialla esiintyy), ja metaanin käyttö on mahdollista ilman tuotannon kokonaan uudistamista. 1

2 Metaanin muodostuminen viljelyn luonnollisena prosessina, kuin energianlähde, jolla on melko syvät historialliset juuret. Tästä prosessista ensimmäinen maininta menee ensimmäiselle vuosisadalle ekr.. Niinä päivinä, alemánit (yksi saksalaisten heimoista) käyttivät suokaasua kodin valaistusta varten. Metaanin kulttuurin alku käyttöä voidaan katsoa kehittyneen 16-luvulla. Kiinassa, sitä on opittu saamaan, erikoisista rakennelmista jota on kutsuttu "kiinalaiseksi kupoliksi." Termi "biokaasu" tässä teknologiassa syntyi 20-luvulla. Taloudellista vaikutusta biokaasun käytöstä on laskettu vuonna viime vuosisadalla Kiinassa ja se on saanut korkeimman tehokkuus arvon. Tämä arvo osoittaa meille, miten biokaasuongelma voidaan ratkaista epätavallisella tavalla. Ensinnäkin on käytössä maan sisäinen voimavara, joka ei edellytä valtion tukea. Toiseksi, vähenee ostetun energian määrä kotimaan tarpeisiin kulutusta varten ja joka on noin 4 miljardia m3 kaasua vuodessa, mikä lopulta mahdollistaa Kiinan taloudelle olla itsenäisempi tietyillä aloilla riippumatta maailmanmarkkinoiden energian hinnoista sekä saavuttaa kotitalouksien hyvinvointia. Ja tämä on vain pieni osa mahdollisista säästöistä, joita saadaan vain fossiilisten energiavarojen ostosta. Tällä hetkellä kerätty ja analysoitu runsaasti tilastoaineistoa, jotta voidaan määrittää hyviä ja huonoja tämän teknologian puolia. Biokaasuteknologiaa ei voida pitää epäluotettavana, koska tämä teknologia tulee luonnon luonnollisista prosesseista. Samoin sitä ei voi kutsua innovatiiviseksi ja vaihtoehtoiseksi, koska on jo vuosisatoja vanha historia palokaasun käytöstä. Tilastotietojen analyysin avulla löytyi tehokkuutta lisääviä keinoja käyttämällä seuraavia tekniikkoja a:) paikallisen tuotannon sijainti lähellä raaka-ainelähteitä, b) vaihtuva biokaasun tuotanto useiden erilaisten raaka-aineiden monimutkaisen toiminnan vuoksi, c) käytetylle polttoaineelle on tarve jätehuollossa tai tulee kalliimmat tuotantokustannukset, d) ensimmäisen sukupolven toiminta biopolttoaineella, joka korvaa tavanomaisten viljelykasvit ja aiheuttaa piilotettua inflaatiota, e) epätäydellinen biokaasulaitteiden rakennelma johtaa toimintahäiriöihin, jotka merkittävästi vähentävät biokaasun tuotantoa, mikä aiheuttaa kuluttajien menettämistä e) teknologian mahdottomuus on tehdä laitoksista tehokas menettämättä taloudellista tehokkuutta. Oman projektin kehittämisessä olemme ottaneet huomioon edellä mainitut haitat ja tehneet muutoksia nykyiseen prosessiin kompensoidaksemme haittoja olemassa olevassa teknologiassa. Ensimmäinen asia, mitä me huomasimme, oli polttoaineen tuottaminen biokaasulaitosta varten. Tällä hetkellä polttoaineena ovat viljelykasvit, maatalouden jäämiä, kotitalouksien jätevedet ja lanta. Tilasto analyysien mukaan biokaasulaitteiden toiminnasta Saksassa on, että monet näistä komponenteista käytetään yhdessä muiden kanssa. On selvää, että on jotain, jota on käytettävä, kuten lantaa. Mutta toiminta pelkällä lannalla, kuin useammalla raaka-aineella aiheuttaa pitkän takaisinmaksuajan, joten taloudellisista syistä on järkevä ottaa käyttöön ylimääräinen polttoaine viljelykasvien muodossa. Kuitenkin biopolttoaineen jalostus teknologia alhaisissa lämpötiloissa, biokaasulaitoksessa mahdollistaa taudinaiheuttajien ja viruksien tarttumisen eläinten ulosteista. Eli, se edellyttää jatkojalostusta ja puhdistusta. Laitteiden toimintaa varten tarvittavan raakaaineen kysyntä lisää ravintokasvien kysyntää energiakasveina, mikä aiheuttaa niiden kallistumista. On tosiasia, että raaka-aineeseen vaikuttaa vuodenaika ja se taas biopolttoaineen laatuun, koska varastoinnin aikana vihreän biomassan laatu heikkenee ja osittain varastotiloissa tapahtuu 2

3 käymistä. Kylvetty alue voi tuottaa vain tietyn määrän biomassaa. Tuotettua biomassaa ei ole kannattavaa kuljettaa pitkiä matkoja siinä muodossa, jossa se toimitetaan biolaitoksille käytettäväksi. Lisäksi, nykyiset viljelykasvit, joita käytetään biokaasun tuotannossa ovat ensimmäinen sukupolven biopolttoaineena, ja joiden käytön lähitulevaisuudessa Euroopan unioni aikoo kieltää. Vastaavasti, hankkeen kehittämisessä, tulimme siihen tulokseen, että seuraavan biopolttoaineen pitäisi olla huomattavasti tuottavampi. Siinä pitää olla enemmän energia potentiaalia ja vähemmän viljely kustannuksia. Uuden energiakasviviljelyn käyttöön otto ja sopivuus prosessisiin testauksen jälkeen. Testit on toteutettu äärimmäisissä olosuhteissa, jossa oli tarkkailtu koko prosessia viljelystä käsittelyyn asti, niinpä me voimme sanoa varmuudella, että uusi toisen sukupolven biopolttoaine on löydetty. Testaamamme kasvi ylittää jopa pahimmissa olosuhteissa, maissin satoisuuden 3 kertaisesti, ja ihanteellisissa olosuhteissa 36 kertaisesti Tämä kasvi voidaan kasvattaa ilman maatalousmaan käyttöä, samoin sillä on suurempi energia potentiaali, kuin nykyisin käytössä olevissa kasveissa. Toisen sukupolven biopolttoaineen kehitysprosessissa, tulimme siihen tulokseen, että on taloudellisesti mahdollista jalostaa vihermassaa viljely alueella, jolloin biomassaa voisi kuljettaa pitkiäkin matkoja. Tuotantojärjestelmän osat, jotka liittyvät samaan klusteriin jakaa ne seuraaviin ryhmiin: a) kasvatus ja korjuu, b) biopolttoaineen valmistelu, c) biopolttoaineen jalostaminen metaanin kanssa ja d) biokaasulaitoksien ylläpito. Talousarviointiprosessia varten sovelletaan pessimistinen skenaario. Ensinnäkin aloitetaan viljelystä. Luonnon (villi) olosuhteissa tämä kasvi saa korkeat vihermassa arvot. Kasvien viljely väistämättä aiheuttaa joitakin kustannuksia sen viljelyssä ja keruussa. Olemme kehittäneet melko halvan viljely tavan keinotekoisissa olosuhteissa. Tutkittaessa viljellyn vihermassan peruskustannuksia (samanlainen viljely, kuin rehukasvituotannon). Viljely kustannukset (vihreän massan arvioitu kasvu on 10 tonnia per vuorokausi hehtaarilta, jos maatalouden jakso on 150/240 päivää): Siementen osto n / u Mekaaninen kastelu 1 ha minimi / maksimi per kausi, hinta 1 kw 1,2, 274 kw / 328 kw 329/657 Yhteensä tuotantokustannukset kauden minimi / maksimi per 1 ha 1929/3257 Kustannukset 1 tonni biomassan tuotettu vähimmäismäärä, 4,3 tonni Työvoimakustannukset 30 % 1,3 / t Tuotannon kannattavuus 20 % 0,9 / t Arvioitu myyntihinta 6,5 / t Maatalouden tuotto jakso minimi / maksimi kestoinen, t/ga/ t / ha kosteus 50 % 3

4 Laskelmista on jätetty huomioimatta työkustannukset, joita tarvitaan materiaalin järjestelyyn tuotantolaitoksessa ja siementen hankintaa varten, koska niitä tarvitaan vain tuotantotoiminnan alku vaiheessa. Myöhemmin aiheutuu kustannuserä siementen säilyttämisestä. Toinen vaihe on biopolttoainetuotannossa vihermaan käsittely, luomalla tarvittavat ominaisuudet b- tuotanto prosessia varten. Vähentämällä lopputuotteen kosteuspitoisuutta jopa 10 12%, biopolttoaineen tiheys kasvaa kg per m3. se antaa biomassalle logistista houkuttelevuutta ja minimoi käytetyn polttoaineen kustannukset biopolttoaineen käyttämisessä yhdessä lantamassan kanssa ja täysin vältetään jätekustannuksia biokaasu tuotannossa tästä raaka-aineesta. Polttoaineen valmistamisessa voidaan käyttää kiinteitä ja liikkuvia laitteita, jotka toimivat pareittain, joista toinen tuottaa tarvittavan energian ja toinen - käsittelee raaka-aineita. Biomassaa muutetaan biopolttoaineeksi: Tuotantokustannukset 1 tonni biopolttoainetta kosteudella 10 %, jonka tiheys on kg/m3 raakaaineen kosteus 50 % Raaka-ainekustannukset 12 Lämpö- ja sähköenergian kollektiivisesti 1200kW 12 Veden hankinta teollisuus tarpeisiin * 1-9 tonnia hinnalla 4 / m Laitteistojen poistoja 12 euroa Henkilöstökulut 9,8 euroa Liiketoiminta kulut 6,08 euroa Raaka-aineen jalostus (teknologinen koostumus) 4,2 euroa Maksimaalinen tuotannon omakustannushinta 92, 38 euroa Tuotannon kannattavuus 20% 18,48 euroa Arvioitu myyntihinta 110,86 euroa Suorituskyky, minimi / maksimi laskemalla biopolttoaineen valmistus, kosteuspitoisuus 10% 247,5 t / ha / 495 t / ha. Laskelmat on esitetty, tuotantoresurssista jota varten raaka-aine ostetaan markkinoilta. Kustannukset määräytyvät viljelymaan etäisyydestä. Pääsääntöisesti, rahdin kuljetus kaksinkertaistaa raaka-aineen arvon. Polttoaineen hinnan ollessa noin 222 euroa tonnilta. Laskelmissa perhe tarvitsee lämmitykseen ja sähköön 100 m2 2-kerroksisessa talossa, jossa asukkaita on 3 henkilöä kw, perheessa on 1 auto, jonka vuosittainen ajokilometrimäärä on km. Esimerkki perheelle seuraava laskelma: Metaanilla alin lämpöarvo 35,6 MJ/m3 tai 9,8 kwh/m3 Metaani biokaasu-puhdistuksen jälkeen 95 %, pienin biokaasun palamislämpö 33,82 Mor/m3 Generaattoreiden tehokkuus 33-40% 3,1 kw/m3 (30% hyötysuhde) Kattila laitteiden hyötysuhde 90-95% 8,45 kw/m3 (90% hyötysuhde) Sähkölaitteiden käyttö kerroin 0.5 Kattila laitteiden käyttö kerroin 0,8 Metaanin käyttö polttoaineena muuntokerroin 0,88 Ulkoinen ja sisäinen laite kuormitus: Kompressorin kapasiteetti on 3 kw: sta 10 m3 kaasun paine 200 bar 0,03 kw / vrk, 0,9 kw / kk 4

5 Kompressorin kapasiteetti on 3 kw per 10 m3 kaasua 200 bar 0,03 kw / vrk, 0,9 kw / kk Lämmitys pumppu 0,1 kw / h 2,4 kw / vrk 72 kw / kk 1kW pumppu kuormitus ja sekoittaminen per päivä 3 kw / vrk 90 kw / kk Biomassan murskaaja 5 kw 1,3 kw / vrk 39 kw / kk Hiilidioksidia absorboiva kaasunpoisto 5 kw 1,3 kw 39 kw / kk Lämpöenergian korvaamista koskevan lämpöhäviöt fermentoria 1,73 kw / h 1245,6 kw / kk Lämpöenergian päivittäinen tarve lämmitykseen 5,8 kw 174 kw / kk Tarvittava määrä lämpöenergiaa (asunnossa tavallinen ikkunalasitus kylmänä aikana) 7,5 kw / h 5400 kw Tarvittavan sähköenergia määrä lämmitys prosessia varten 2,4 kw / vrk 72 kw / kk Tarvittava määrä lämpöenergiaa kuuman veden tuotantoon 697 kw / kk Sähkölaitoksen käyttöön 313,8 kw / kk Lämpöenergialaitoksen käyttöön 1419 kw / kk Liitetty sähköteho on 600 kw / kk Liitetty lämpökapasiteetti 6097 kw / kk Kokonaissähkön kulutus - 913,8 kw / kk ja 2952,9 kw lämpöenergiaa K = 0,5, tai 588 m3 biokaasua Kokonaislämpöenergian kulutus kw / kk K = 0,8 tai 750 m3 biokaasua Kokonaisbiokaasun kulutus m3 (kulutuksen laskeminen alkaen kylmimmästä kuukaudesta) Biopolttoaineen alin määrä tuotantoa varten 2,7 tonnia Kokonaismäärä biokaasua lämpimien kuukausien aikana m3 (käyttämätön lämpöenergia 1952,9 kw) Äärimmäisissä olosuhteissa tuotetun biokaasun määrä lämmitys- ja sähkö tarpeisiin on 9400 m3, jossa on huomioitu moottori polttoaine m3. Koko tuotantoa varten tarvitaan biokaasua 23,8 tonnia vuodessa. Polttoaineen hankintakustannukset ovat noin 5283 euroa vuodessa. Kustannukset on laskettu ilman poistokustannuksia. Karkeasti ottaen poistokustannukset tilastotietojen mukaan ovat noin 2,5 % vuodessa peruslaitteiden osalta. Keskimääräiset energiakustannukset Euroopassa: sähkö 0,225 euroa / kw (ilman perusmaksua), moottoripolttoaine 1625 euroa / l, lämpöenergian keskihinta 0,19 euroa / kw. Vuosi hyötytuottavuus on 7200 kwh sähköä, kw lämpöenergiaa, korvattiin 1650 litralla moottori polttoainetta, kokonaisostokustannukset ovat 12046,41 euroa ilman perusmaksua. Säästöä laitteen käytöstä on 6763,41 euroa. Generaattorilaitteen käyttämisellä voidaan saada laite toimimaan tehokkaammin Edellä mainittujen parametrien perusteella voidaan laskea tarvittavan alueen koko biomassan tuotantoa varten sekä tämän laitteen ympärivuotista toimintaa varten. Laskettaessa, minimi / maksimi kasvuajan kesto, sekä huomioiden 25 % lisä aluevaraus. Tarvitaan 661:sta m2 1330:een m2. Biokaasulaitoksen jälkilämpöä käytettäessä syntyy mahdollisuus kasvattaa biomassaa äärimmäisissä olosuhteissa sekä lähellä laitosta mikä huomattavasti vähentää kustannuksia. Vaihtamalla biomassan valmistusprosessia viljelyn osalta, jalostetun polttoaineen tarve pienenee 20 %, mutta työvoimakustannukset nousevat. Lopullisen tulos laitoksen toiminnasta äärimmäisessä olosuhteissa on positiivinen ja vähentää vuotuisia kustannuksia 20 % ja jopa enemmän. Biokaasulaitoksen toiminnan tase tehostaa klusterin toimintaa kokonaisuudessa, mikä antaa laajat mahdollisuudet valmistaa energiaa kansallista sekä teollisuuden kulutusta varten. 5

6 Alkuvaiheen markkinaolosuhteissa tavaran toimitus on täysin päällekkäin eli markkinoiden kehittyessä hinnat laskevat. Tällä hetkellä hinnan alentaminen on mahdotonta objektiivisista syistä. Samoin tällä hetkellä on vaikea arvioida aikaa, jossa tulee tarve luoda biokaasulaitoksiin erikoistuneita toimijoita. Tässä projektissa etsittiin kustannustehokasta energiavarojen tuotantoteknologiaa talvikauden olosuhteissa mahdollisuutta käyttää perinteisiä energialähteitä, joissa voidaan käyttää paikallisia polttoaineita. Merkittävänä tekijänä teknisissä ratkaisuissa sekä biokaasulaitoksen käyttämisessä olivat vaikeudet rakennustöissä ja laitoksien lyhyt elinkaari äärimmäisissä olosuhteissa. Projektin kehityksen aikana seuraavat ongelmat saatiin ratkaistua kokonaisuudessaan. Teknologiamme käyttää fermentori prosessia. Samoin olennaisesti on muuttunut polttoaineen tankkaus prosessi. On otettu käyttöön automatisoitu tapa murskata biomassaa, joka huomattavasti lyhentää murskaamis aikaa sekä energiankulutusta. Alhainen polttoaineen kosteuspitoisuus ja sen käyttö pääaineena tai seospolttoaineena antoi mahdollisuuden tehostaa bioreaktoria. Laitteen automatisoinnin tarve johtui biokaasun määrän saamisesta sekä useimmissa tapauksissa kyvyttömyytenä palkata ammattitaitoista henkilöstöä. Kyky hallita (vähentää ja kasvattaa) biokaasun tuotantomääriä, käyttää vakiomoduuleja jotka antavat mahdollisuuden vähentää korkeita kustannuksia lähestytään 100 % fermentorin käyttöastetta. Metaanin varastointi on antanut toimintatehokkuutta biokaasu laitteistolle ja huomattavasti vähentänyt onnettomuusriskiä. Metaania varastoidaan hiilidioksidia ja rikkivetyä puhdistusprosessin jälkeen. Jatkuva metaanin varastointi auttaa huippukuormituksen aikana ja järkevästi jakaa resursseja. Tämä merkittävästi nostaa laitteiston kokonaistehokkuutta. Mahdollisuus käyttää vaihto vettä vähentää päivittäisiä lämmityskustannuksia jopa 80 %: Metaani on myös valmis käytettäväksi moottori polttoaineena. Tärkeimmät käytettävät tekniset ratkaisut biokaasulaitoksessa ovat viljely menetelmä ja biomassan valmistaminen. Ne ovat patenttihakemuksessa, jonka jätimme vuonna Tällä hetkellä osa tietoa on yhtiömme liikesalaisuutta, joiden paljastaminen on mahdollista vain tietyin edellytyksin. Paras suorituskyky vihreän massan lisäämisessä ja suuri energia potentiaali antavat mahdollisuuden käyttää biomassaa energialähteiden tuotannossa. Samoin käsitellyn polttoaineen käyttö merkittävästi lisää energiajärjestelmien luotettavuutta ja mahdollisuus käyttää laitteistoa pieneen tuotantoon ilman merkittävää kannattavuuden alenemista. Tämä puolestaan mahdollistaa tuottaa ja myydä pieniä erittäin kannattavia biokaasulaitoksia. Meidän ratkaisujen käyttäminen biokaasulaitoksessa merkittävästi vähentää käyttökustannuksia. Biokaasu jalostuksen ansiosta toiminnan huippukuormitukset ja suunnittelemattomat kuormitukset tasoittuvat, mikä antaa t aikaa kasvattaa biokaasulaitoksen kapasiteettia. Nykyaikana, kun energian hinta kasvaa jatkuvasti nousevat myös ympäristöverot, investointien vetovoima tällä alalle on suuri. Tuotantokustannukset käyttämällä teknologiaamme ovat selvästi alempia nykyisiin verrattuna. Mahdollinen markkinaosuus nykyisten energiatuotanto teknologioiden korvaamisessa on vähintään 25 %. Positiivisia ominaisuuksia projektissamme ovat sen korkeat sosiaaliset, ympäristölliset, taloudelliset ja strategiset linjaukset: - Uusien työpaikkojen luominen. - Fossiilisten polttoaineiden korvaaminen uudella fossiilisella polttoaineella. - Tuotannon kasvuvauhdin vähentäminen energiasäästö tarpeesta johtuen 6

7 - Autonomisilla alueilla on mahdollisuus olla riippumaton ulkopuolisesta energiasta - Inflaation vähentäminen ja kannattavuuden lisääminen maatalousalalla. - Budjetti kannattavuuden parantaminen kaikilla tasoilla. - Hiilivetypolttoaineen vähäinen vaikutus markkinahintojen heilahteluille kuluttajille. - Autonomisten alueiden hyvinvoinnin kasvu johtuu pääoman puutteesta. Tekstin kääntäjä (venäjä suomi): Irina Leppioja Projektisuunnittelija Barents Logistics 2 hanke Oulun yliopisto 7