Превращение отходов птицефермы в энергию на ферме Дарлинг Даунс в Австралии

Превращение отходов птицефермы в энергию на ферме Дарлинг Даунс в Австралии

Дарлинг Даунс Фреш Эгс – первый австралийский производитель яиц и один из нескольких в мире, подкрепляющий свой бизнес использованием возобновляемой энергии, полученной из куриного помета. Компания ожидает сократить потребление электричества из сети на 60% в первый год, экономя около $250 000.

Ключевые факты

  • Компания доказала, что возобновляемая энергия может быть получена из отходов птицефермы при помощи анаэробной дигестации.
  • Возобновляемая энергия удовлетворит большую часть потребностей фермы в энергии в «несезонное время» и сократит потребление электричества из сети на 60% в первый год внедрения.
  • Нерасходумое тепло от генератора компания будет использовать для нагрева воды для отопления курятников и мытья яиц, таким образом сокращая использование сжиженного нефтяного газа вполовину.

О компании

В декабре 2014 Дарлинг Даунс Фреш Эгс стала первой австралийской птицефермой, использующей возобновляемую энергию, полученную из куриного помета, для поддержки своего бизнеса.
Анаэробный дигестатор превращает куриный помет в биогаз, а генератор превращает биогаз в электрическую энергию.
На момент написания данной статьи дигестатор был полностью рабочий и генерация электричества осуществлялась уже на протяжении двух недель.
Расположенная в Квинсленде, ферма Дарлинг Даунс производит около 6 млн дюжин яиц в год, поставляя продукцию как на внутренний рынок, так и на экспорт.
Семейный бизнес был основан около 40 лет назад — изначально это была ферма со свободным выгулом, но с 2000 года ферма специализируется на клеточном содержании куриц.
В работу фермы входит выращивание цыплят с первого дня жизни, отбор, упаковка и дистрибуция яиц, а также помол корма на месте.
Это современное, полностью автоматизированное предприятие. Технический менеджер Крис Адам может контролировать всё производство со своего мобильного телефона.

Проблема отходов

Когда-то 130 тонн куриного помета в неделю от 390 тысяч кур – ресурс, который сейчас является источником электричества для фермы, были проблемой для бизнеса. «Раньше мы складировали помет и продавали его соседским фермерам, которые распространяли его на свои плантации, но мы не очень много получали за это, и семья сомневалась во влиянии помета на окружающую среду, так что мы решили заняться поиском альтернатив», — говорит директор Геофф Содергельд.

Сточные воды из сортировочного цеха также требуют утилизации.Сортировочный цех — это место, где яйца сортируются по размеру, проверяются на наличие трещин, моются, штампуются и упаковываются в коробки. Ранее эти воды сливались во временные водоемы испарения совместно с водой, не пошедшей на переработку в фильтрационную установку на ферме.
Фильтрационная установка использует метод обратного осмоса для фильтрации местной воды из скважины для получения питьевой воды для куриц, потребляющих до 60 000 литров в день. Одна треть воды из скважины – до 24 000 литров в день – имеет высокое содержание соли и не идет на очистку.
Органические отходы, включая разбитые яйца и куриц, больше не накапливаются.
Все эти отходы теперь используются для производства электричества.

Увеличение затрат на электричество

Помимо отходов большое опасение у семьи, владеющей бизнесом и имеющей своей целью его развитие, вызывали растущие затраты на электричество.
Производство яиц является очень энергозатратным. Температура в курятниках длинною 100 метров, в которых разводят куриц, поддерживается постоянной зимой и летом. Цыплята должны содержаться при температуре 36 градусов до возраста 5 или 6 недель.
Производство потребляет почти мегаватт электричества, что обходится в много сотен тысяч долларов в год.
“В 2011 наши расходы на электричество возросли с 25% до 30% по сравнению с предыдущим годом», — говорит Геофф. – «Частично это из-за расширения, но другая часть – это просто чистая стоимость в центах за киловатт-час»
Семья знала, что у них есть источник топлива в курином помете. Им просто нужен был метод превращения его в газ, который они могли бы использовать для получения электричества.

Капитальные затраты и период окупаемости

  • Общая стоимость проекта: $2,86 млн
  • Предполагаемая экономия на электричестве и сжиженном нефтяном газе в год: более $250 000
  • Ожидаемый период окупаемости: 5–7 лет

Как работает система

«Это простой процесс», — говорит Крис, — «Вы смешиваете навоз с водой, чтобы сделать жидкую смесь. Вы помещаете эту смесь в дигестатор, где она находится до 30 дней и регулярно перемешивается. При этом получается метан. Метан улавливается и накачивается в двигатель, который по существу является газовым генератором, работающем на газе, и он производит электричество».

Простая система

Дигестатор представляет собой яму в земле размером 60 на 60 метров, расположенную в 100 метрах от загонов с птицей, имеет бетонное дно, стенки и верх покрыты полиэтиленом высокой плотности. Глубина составляет 6 метров ниже уровня воды, вместимость – около 10 млн литров жидкости.
Несмотря на простоту, полагает Крис, эта система одна из немногих подобных систем в мире, используемых на интенсивной птицеферме и, пожалуй, одна с таким типом дигестатора.

Транспортировка помета от курятников

Процесс начинается у семи курятников длиной 106 метров, в каждом из которых содержится около 50 000 куриц.
Помет падает через пол курятников на ленту, управляемую компьютером, которая движется в одном направлении, в то время как яйца аккуратно катятся по полу клеток на другую ленту, движущуюся в противоположном направлении.
В конце курятника помет отправляется на внешнюю конвейерную ленту и транспортируется на 200 метров к трем сточным бакам.

Получение жидкой смеси

Помет по конвейеру перемещается в сточный бак, где смешивается с водой для получения жидкой смеси. “С куриным пометом нужно довольно много воды, чтобы разбавить его перед поступлением в дигестатор», — объясняет Крис, – «в то время как свиной навоз уже жидкий. Они закачивают его прямо в дигестатор, и им не требуется много оборудования. То же самое с молочными фермами в Америке. Они моют свои загоны, так что вода уже есть в составе смеси. Нам приходится сначала помещать помет в баки и перемешивать его. Так что это более сложный процесс. И он довольно дорого обходится».
Соотношение воды и помета составляет приблизительно 1:1, говорит Крис, в зависимости от уровня содержания аммония в дигестаторе. И 90% воды, идущий в дигестатор – это сточная вода.
Около 180 000 литров помета и воды смешивается в сточном баке в течение 3-4 часов до закачки в эквализационный бак, где жидкая смесь хранится до поступления в дигестатор. За 3-4 дня по 50-70 тыс литров в день смесь закачивается в дигестатор.
В третьем баке мертвые или более не несущие курицы проходят пре-дигестационный процесс в течение 8 недель, после этого также проводится закачка в дигестатор.
Три бака имеют схожую конструкцию с вращающимися мешалками. Бак с курицами накрыт для улавливания газа, эквализационный бак частично накрыт для охлаждения и сдерживания распространения запахов.

Улавливание метана

После попадания жидкости в дигестатор проходит около 25 дней, пока бактерии разлагают ее, выпуская метан, природный газ. Метан улавливается под полиэтиленовым покрытием.
Для ускорения процесса, четыре мешалки вращают поток по 1,5 часа дважды в день.
Мы осуществляем перемешивание в ночное время, в темноте или рано утром, потому что в это время потребляется меньше всего электроэнергии.

Засевание дигетстатора бактериями

Процесс введения дигестатора в состояние полной эксплуатации занял около 6 месяцев, с мая по сентябрь 2014.
В отличие от свиного навоза куриный помет не содержит бактерии, необходимые для разложения помета, так что приходится добавлять их жидкую смесь. Этот одноразовый процесс известен как «засевание дигестатора».
«Мы начали с 10 млн литров сырой воды, так что нам пришлось закачать несколько сотен тысяч литров свиных стоков в дигестатор» — объясняет Крис.
«Затем это очень медленный процесс. Вы добавляете немного куриного помета, проверяете уровень pH. Если уровень pH падает слишком сильно, Вы ждете пока он снова поднимется, затем добавляете немного еще помета. Число бактерий удваивается ежедневно, так что как только у Вас 1 млн бактерий, у Вас и два, когда миллиард – есть и два миллиарда. Бактерии очень легко уничтожить, поэтому поначалу нужно быть очень осторожным»
Засев дигестатора в середине зимы также замедлил процесс. Дигестатору нужно тепло, чтобы функционировать лучше и быстрее, полагается что его рабочая температура составляет 36-40 градусов, а у нас она опустилась до 12 градусов. Но к лету температура повысилась и черная полиэтиленовая крышка прогрела разлагаемую смесь и экспоненциально увеличился рост бактерий. “
Шесть месяцев спустя Крис может заполнять дигестатор каждый день или через день и pH остается довольно стабильным.
“Он еще не зрелый – зрелым мог бы быть 2-х летний дигестатор. Но он достаточно зрелый для того, чтобы мы не беспокоились, если добавим чуть больше в один день. Это как желудок – если вы пересытите его, он заболит, если Вы поместите в него что-то неподходящее, он может заболеть».

Удаление серы и влаги из газа

Перед использованием в генераторе метан должен быть сначала промыт для удаления серы, которая может вызвать коррозию двигателя.
Метан из дигестатора закачивается в газопромыватель, где очищается от серы, а затем в устройство конденсации, где охлаждается для удаления лишней воды

Отходы дигестатора

После того, как бактерии выполнили свою работу, водянистая жидкость, которая остается после, в свободном токе подается в большой водоем, предназначенный для испарения до 50 000 литров в день.
Поскольку это только начало работы системы, точное соотношение твердого остатка, выходящего из дигестатора, подлежит установлению, но Крис называет цифру в 4-5% от входящих в дигестатор твердых веществ.
Производство электричества из метана

С дигестатором, созревавшим до сентября 2014, генератор впервые произвел электричество в декабре и, по словам Криса, еще обретает равновесие.
Метан из конденсатора подается в двигатель под давлением, что приводит в действие альтернатор или генератор для производства электричества.
Крис использует устройство, называемое «загрузочный модуль» для контроля степени нагрузки генератора. Он позволяет нам регулировать нагрузку, подаваемую на генератор, так что он работает на максимуме эффективности все время.

Балансирование электрической нагрузки

Цель компании – максимально удовлетворить собственные потребности в электричестве с помощью возобновляемой энергии. Это означает управление сезонными и дневными пиками и спадами энергопотребления.
«В летнее время наше потребление электричество в киловаттах в день возрастает в два-два с половиной раза по сравнению с зимним периодом», – говорит Геофф.
Это происходит по ряду причин:

  • Когда дни становятся жарче, больше охлаждающих систем работает в курятниках.
  • Цех сортировки и холодильные помещения для хранения яиц работают больше летом, чем зимой.
  • Когда мельница работает, потребление электричество на пике.

«Сложной задачей для нас является снижение пиковых колебаний потребления электричества. Этому нам предстоит научиться в ближайшие 12 месяцев по мере понимания вклада в энергопотребление каждой части нашей системы оборудования.
Размер генератора, максимальная мощность которого составляет 250 кВт, также является лимитирующим фактором. Всё что свыше импортируется в сеть».

Электричество, производимое из метана не может храниться, но дневная норма метана может храниться одну ночь под покрытием дигестатора. Электронные системы позволяют подсчитать сколько энергии производит генератор, общее ее использование и дифференциал, так что можно менять вещи для сокращения нехватки электричества летом.

Экспорт электричества в сеть

Хотя компания ожидает иметь излишки энергии зимой, экспорт в сеть пока не рассматривается как жизнеспособная опция. Крис объясняет это тем, что хотя они могут экспортировать 50% электричества зимой, реальная плата за него составит 10-15% от стоимости получения электричества. Другими словами, власти не заинтересованы в получении электричества, хотя оно могло бы сгладить пиковое потребление электричества, например, по утрам.
Геофф надеется, что ситуация изменится с ростом биоэнергетической промышленности.
Использование лишнего тепла от генератора

Когда генератор выйдет на полную рабочую мощность, излишки тепла планируется использовать для подогрева воды для мытья яиц и поддержания заданной температуры в инкубаторах. «Мы уменьшим потребление газа вдвое в результате использования излишек тепла» — говорит Геофф.

Мониторинг и обслуживание

Когда генератор полностью отдан на управление персоналу, Крис сможет использовать свой мобильный телефон, чтобы зайти и систему и проверить, сколько электричества они производят, и быть в состоянии начать и остановить процесс так же. как он делает это сечас, контролируя курятники, сбор яиц, конвейер помета, цех сортировки и мельницу.
Если возникает недостаток воды, электричества, корма, происходит повышение или понижение температуры, запускается сигнализация и высылается сообщение шестерым людям.
«Почти каждый процесс на ферме компьютеризирован и доступен через интернет, в том числе в мобильном телефоне, — говорит Крис – «Это очень хорошо для мониторинга “It’s very good for monitoring. We also have backup phone lines. Everything’s got to two or three redundancies when there’s bird welfare involved.
Компания также заключила контракт с местными электротехниками с целью установки оборудования, позволяющего управлять контроллерами через интернет и получать поддержку компании RCM International, базирующуюся в США.