Технико-экономическая оценка перспектив модернизации сахарных заводов Республики Татарстан на основе использования биогазовых установок



The article carried out a feasibility assessment of the possible modernization of sugar factories through implementation of biogas technology. Beet pulp, which is obtained in large quantities in sugar beet processing, often cannot be fully used for feed and other purposes. At the same time saturation of beet pulp with methane is quite promising from the point of view of further use of the obtained biogas in the gas network of a sugar factory. The economic effect is achieved due to the substitution used in the technology of sugar production of natural gas by biogas. Detailed techno-economic analysis of the sugar factories of the Republic of Tatarstan showed economic prospects of practical consideration for the Buinsk sugar factory and Zainsk sugar plant.

Keywords: biogas, biogas plant, sugar beet pulp, bioenergy plants, sugar mills.

Современная технология производства сахара-песка из сахарной свеклы предусматривает получение большого количества свекловичного жома. Он представляет собой продукт переработки сахарной свеклы в свекловичную стружку толщиной не более 2 мм после удаления из нее сахара [1]. Сейчас свежий свекловичный жом используется на откорм КРС и свиней. Однако, его основным недостатком является большое содержание воды – до 95%. Поэтому его трудно транспортировать, особенно в зимних условиях. С целью повышения транспортабельности свекловичный жом прессуют и сушат перед отправкой потребителю. Чаще всего объем использования жома сахарных заводов на кормовые и другие цели не столь существенен. С одной стороны, это связано с не таким высоким уровнем объемов производства мяса КРС, свиней и молока в близлежащих к сахарным заводам районах. Это в свою очередь является следствием того, что рядом с заводами стараются возделывать сахарную свеклу, а не кормовые культуры. С другой стороны, рацион КРС и свиней не может содержать только свекловичный жом. Таким образом, большое количество свекловичного жома – порядка 80-90% от веса переработанной сахарной свеклы отправляется на длительное хранение в жомовую яму, где он постепенно теряет свои полезные кормовые свойства.

В тоже время зарубежный опыт [2], а также отечественные исследования [3] показывают, что свекловичный жом может хорошо использоваться в качестве сырья для биогазовых установок. Принципиальная технологическая схема завода, дополненная биогазовым комплексом, представлена на рис.1.

Рис.1. Принципиальная схема сахарного завода с биогазовым комплексом

Таким образом, свежий свекловичный жом с оптимальной для анаэробного сбраживания влажностью 90-95% поступает в приемный резервуар биогазовой станции. Там он доводится до температуры 37С, которая является оптимальной для сбраживания. Подогрев осуществляется через встроенную в стенки реактора сеть трубок за счет теплоносителя – горячей воды с ТЭЦ завода. Далее в блоке реактора происходит постепенное многоступенчатое анаэробное разложение жомовой массы. В результате разложения выделяется биогаз и высококачественные биологические удобрения. Далее биогаз очищается за счет отделения метана от углекислого газа. Технологии очистки, позволяющие доводить качество биогаза до уровня природного газа и направлять его в общую систему газоснабжения, в настоящее время разработаны. В качестве примера можно привести разработки немецкой компании MT-Energie [2]. Далее газ из газовой сети используется в известково-газовой печи сахарного завода, а также на ТЭЦ завода. При этом основной экономический эффект складывается из снижения объема используемого природного газа за счет его замещения очищенным биогазом. Кроме того, дополнительный доход сахарный завод может получать за счет реализации излишков тепловой и электрической энергии, произведенных из биогаза. В идеальном варианте ТЭЦ сахарного завода должна работать круглогодично для обеспечения оптимальных технико-экономических показателей выработки энергии.

Переходя к рассмотрению деятельности сахарных заводов Республики Татарстан, отметим, что в настоящее время действует три завода:

1. ОАО «Буинский сахарный завод» (далее БСЗ), расположенный в г. Буинск с установленной мощностью по переработке сахарной свеклы – 4500 тонн в сутки.
2. ЗАО «Нурлатский сахар» (далее НС), расположенный в г. Нурлат, с мощность по переработке сахарной свеклы – 1700 тонн в сутки.
3. ОАО «Заинский сахар» (далее ЗС), расположенный в г. Заинск с мощность по переработке - 7000 тонн в сутки.

Рассчитаем основные технико-экономические показатели деятельности данных заводов с учетом возможности их модернизации на основе использования биогазовых установок (табл. 1).

Таблица 1

Основные технико-экономические показатели деятельности сахарных заводов Республики Татарстан с учетом возможности их модернизации на основе использования биогазовых установок

Показатели	БСЗ	НС	ЗС
1	2	3	4
Установленная мощность по переработке сахарной свеклы, тонн в сутки	4500	1700	7000
Выход свекловичного жома, тонн в сутки	3825	1445	5950
Выход биогаза, тыс. м3 в сутки	459	173,4	714
Продолжительность сезона сахароварения, сут.	100
Годовой объем свекловичного жома, тыс. тонн	382,5	144,5	595,0
Годовой объем биогаза, тыс. м3	45900	17340	71400
Годовой объем биогаза за вычетом расхода на собственные нужды установки, тыс. м3	34425	130,05	53550
Возможный годовой объем производства электрической энергии из полученного объема биогаза, МВт*ч	110160	416,16	171360
Годовой экономический эффект от замещения природного газа биогазом, млн. руб.	200,4	0,757	311,7
Инвестиционные вложения на модернизацию сахарных заводов с использованием биогазового комплекса, млн. руб.	1920	725,3	2986,7
Срок окупаемости, лет	10	958,1	9,6

Установленная мощность по переработке сахарной свеклы в разрезе заводов была приведена ранее. Однако тут следует отметить, что в целях настоящего исследования принимается максимальная мощность и не учитывается фактор недозагрузки оборудования завода, например, в связи с отсутствием сырья – сахарной свеклы.

Выход жома при работе на периодической диффузионной батарее составляет 90% от веса переработанной сахарной свеклы, на непрерывно действующей батарее он составляет – 70-80% [1]. В настоящем исследовании примем среднее из приведенных – 85% и получим значения выхода жома в разрезе заводов.

По данным результатов исследований Дыгановой Р. Я. и Зайнашевой З. Р. [3] выход биогаза из 1 кг свекловичного жома составляет 0,12 м³. Исходя из этого, были рассчитаны значения выхода биогаза по заводам.

Далее с учетом рекомендуемого некоторыми исследователями [1, 4, 5] значения оптимальной продолжительности сезона сахароварения – 100 суток рассчитаем годовой объем свекловичного жома и биогаза. Расход биогаза на собственные нужды установки (на выработку тепловой и электрической энергии для работы установки) составляет около 25%.

Согласно данным отечественных исследований [3] из 1 м³ биогаза может быть получено 2,4 кВт*ч электрической энергии. Исходя из этого, оценим возможный годовой объем производства электрической энергии из полученного объема биогаза.

Как было показано выше основной экономический эффект от внедрения биогазовых технологий будет получен за счет замещения природного газа биогазом. С учетом того, что в настоящее время стоимость природного газа для промышленных потребителей составляет 4366 руб/1000м³ был рассчитан годовой экономический эффект по сахарным заводам республики.

Оценим требуемые инвестиционные вложения для модернизации сахарных заводов республики на основе использования биогазового комплекса. Анализ ряда предложений различных компаний, занимающихся производством и монтажом биогазовых установок [2, 6-8] показал, что готового решения под требуемые нами условия сейчас нет. Для этого требуется конкретная и детальная проработка проекта с проектно-изыскательскими работами. В целях нашего исследования, для предварительной оценки требуемых инвестиционных вложений, на основе анализа предложений производителей был выведен средний условный показатель: 4,2 тыс.руб. за 1м³ производства биогаза в сутки. Таким образом, для модернизации БСЗ потребуется 1920 млн. руб, НС – 725,3 млн. руб, ЗС – 2986,7 млн. руб. Сопоставим данные цифры с ранее рассчитанным экономическим эффектом получаем период окупаемости. Дисконтирование в данном случае осознанно не учитывается, чтобы не усложнять расчеты. Получается, что на БСЗ и ЗС данный проект может окупиться в пределах 10 лет. В тоже время на НС перспектив окупаемости данного проекта нет.

В заключении, подводя итог, отметим, что модернизация сахарных заводов с использованием биогазовых и биоэнергетических установок является очень перспективным направлением, дающим экологический, социальный и экономический эффекты. В тоже время, данная статья не претендует на полноту и безаппеляционность полученных выводов, а лишь обозначает основные контуры и направления дальнейших исследований и практической проработки данного вопроса.

Литература:

1. Сапронов А.А. Технология сахарного производства / Колос, М.: 1999г. 495с.
2. MT-Energie – один из ведущих производителей биогазовых установок // URL: http://www.bio-prom.net/fileadmin/BIO-PROM/CB/CB_RU/ 1_CB_RU_3_-_MT-Energie.pdf – Загл. с экрана. [дата обращения 02.03.2016]
3. Дыганова Р.Я., Зайнашева З.Р. Технология переработки свекловичного жома с использованием биоэнергетической установки // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э.Баумана. 2015. №1, том 221. С. 64-67.
4. Карамнова Н.В. Организационно-технологическая оценка деятельности предприятий сахарной промышленности // Технологии пищевой и перерабатывающей промышленности АПК – продукты здорового питания. 2014. №3. С. 82-88.
5. Апасов И.В. Основные направления повышения эффективности свеклосахарного комплекса России в современных условиях // Сахарная свекла. 2012. №3. С. 6-10.
6. Объем капитальных затрат на строительство Российских биогазовых установок производства ООО «Агробиогаз» // URL: http://www.agrobiogaz.ru/price.php. [дата обращения 02.03.2016]
7. Производство биогаза // URL: http://www.bioenergosila.ru/services/biogas/biogas/ – [дата обращения 02.03.2016]
8. Биогазовые установки для сельского хозяйства // URL: http://itk-energo.narod.ru/Predlogenie2.2.htm – [дата обращения 02.03.2016]

References:

1. Sapronov A.A. Technology of sugar production / Ear, M.: 1999. 495s.
2. MT-Energie – one of the leading manufacturers of biogas plants // URL: http://www.bio-prom.net/fileadmin/BIO-PROM/CB/CB_RU/ 1_CB_RU_3 _-_ MT-Energie.pdf - Caps. screen.
3. Dyganova R.J., Zaynasheva Z.R. Technology of sugar beet pulp using bioenergy installations // Scientific notes of the Kazan State Academy of Veterinary Medicine. Bauman. 2015. №1, including 221. pp. 64-67
4. Karamnova N.V. Organizational and technological evaluation of the sugar industry // Technology of food processing industry agro-industrial complex - healthy food. 2014. №3. pp. 82-88
5. Apasov IV Basic directions of increase of efficiency of Russian sugar beet industry in modern conditions // Sugar beet. 2012. №3. S. 6-10.
6. The volume of capital expenditure for the construction of biogas production plants Russian OOO "Agrobiogaz» // URL: http://www.agrobiogaz.ru/price.php.
7. Biogas // URL: http://www.bioenergosila.ru/services/biogas/biogas/
8. Biogas plants for agriculture // URL: http://itk-energo.narod.ru/Predlogenie2.2.htm