Як розрахувати потенціал біогазу для вашої ферми
Оцінка доцільності інвестицій у біогазову станцію завжди починається з одного — реалістичного розрахунку потенціалу сировини. Саме він визначає, скільки енергії може виробляти конкретна ферма, яку потужність матиме установка та чи буде проєкт економічно вигідним. Помилки на цьому етапі можуть суттєво вплинути на економіку проєкту: завищені очікування призводять до неправильного підбору обладнання та довшої окупності.
Pro-Energy — один із лідерів українського ринку біоенергетики, який спеціалізується на девелопменті біогазових проєктів: від оцінки потенціалу та ТЕО до запуску станції в експлуатацію.
У цій статті — практичні формули, таблиці та приклади, як розрахувати біогаз для різних типів ферм.
Базові поняття для розрахунку
Щоб правильно оцінити потенціал біогазу ферми, потрібно розуміти кілька ключових показників.
Вихід біогазу — кількість газу в м³, яку можна отримати з 1 тонни сировини. Він залежить від типу субстрату, вологості та умов зброджування. Вміст метану в біогазі становить 52–65% залежно від виду сировини. Решта — переважно CO₂ та домішки.
Енергетична цінність 1 м³ біогазу з гною чи іншого субстрату:
- еквівалент природного газу — 0,52–0,65 м³;
- електрична енергія — 2,2–2,7 кВт·год;
- теплова енергія — 2,2-2,8 кВт·год.
На вихід біогазу з гною впливають температура ферментації, час бродіння, склад субстрату та вміст сухої речовини (СР) у сировині.
Руслан Делідон, директор Pro-Energy, наголошує: «Від точного розрахунку потенціалу біогазу залежить правильний підбір потужності обладнання та реальна окупність проєкту. Помилка на цьому етапі коштує значно дорожче, ніж профільна консультація».
Вихід біогазу з різних субстратів
Нижче — довідникові показники виходу біогазу. Вони є розрахунковою базою, а реальні значення залежать від конкретних умов утримання тварин і способу збору відходів.
Тваринні відходи:
| Субстрат | Вихід біогазу, м³/т |
| Гній ВРХ свіжий | 20–75 |
| Гній ВРХ з підстилкою | 30–65 |
| Свинячий гній (рідкий) | 7-15 |
| Свинячий гній сепарований | 55-65 |
| Послід курей-несучок | 90–130 |
| Послід бройлерів | 170–200 |
Рослинні відходи та косубстрати:
| Субстрат | Вихід біогазу, м³/т |
| Кукурудзяний силос | 180–200 |
| Трав’яний силос | 120–160 |
| Солома зернових | 230–350 |
| Буряковий жом | 120–160 |
| Барда спиртових заводів | 60–90 |
| Харчові відходи | 100–150 |
| Жири та олії | 600–900 |
Такі таблиці варто використовувати як попередню оцінку для розрахунку біогазу. Для точної оцінки важливо враховувати вологість конкретної партії сировини та склад субстрату.
Розрахунок щоденного виходу гною та посліду
Поширена помилка під час розрахунку потенціалу біогазу — орієнтуватися лише на загальну кількість поголів’я без урахування вікових категорій. Наприклад, 1 000 свиней на фермі можуть давати різний обсяг відходів:
- 20 свиноматок — орієнтовно 25–35 кг/добу кожна;
- 700 свиней на відгодівлі — 6–8 кг/добу;
- до 300 поросят — 1–3 кг/добу.
Нижче — орієнтовні норми виходу відходів для розрахунку потенціалу біогазу з гною та посліду, за даними зоотехнічних довідників. Однак для кожної ферми ці показники виходу будуть відрізнятися, що залежить від кормової бази, способу утримання тварин та способу збору гною.
| Категорія тварин | Вихід гною / посліду, кг/голову / добу |
| Корови молочні (дійні) | 50–65 |
| ВРХ на відгодівлі | 35–45 |
| Телята до 6 місяців | 10–20 |
| Свиноматки з поросятами | 25–35 |
| Свині на відгодівлі | 6–8 |
| Поросята до 2 місяців | 1–3 |
| Кури-несучки | 0,15–0,20 |
| Бройлери | 0,10–0,15 |
| Індики | 0,25–0,35 |
Формула розрахунку добового обсягу сировини:
Сировина (т/добу) = Поголів’я × Норма виходу (кг/голову / добу) / 1000
Приклади розрахунків:
- 500 дійних корів × 55 кг/добу = 27,5 т гною / добу;
- 10 000 курей-несучок × 0,17 кг/добу = 1,7 т посліду / добу.
Розрахунок потенціалу біогазу
Перед запуском біогазового проєкту важливо зрозуміти, скільки енергії реально може дати наявна сировина. Розрахунок біогазу дає змогу визначити майбутню потужність установки, обсяг виробництва електроенергії та тепла, а також попередню економіку проєкту. Фактично, це базовий принцип, за яким працює калькулятор біогазу для попередньої оцінки проєкту.
Крок 1. Річна сировина.
Сировина (т/рік) = Сировина (т/добу) × 365
Крок 2. Виробництво біогазу з гною.
Біогаз (м³/рік) = Сировина (т/рік) × Вихід біогазу (м³/т)
Вихід залежить від вмісту СР, який визначається способом утримання. Гній в умовах рідкого утримання містить менше СР і дає нижчий вихід біогазу на тонну порівняно з твердим.
Крок 3. Електрична енергія (ККД КГУ — 0,422):
Електрика (кВт·год/рік) = Біогаз (м³/рік) × LHVBG×0,422 , де LHVBG=5,2 кВт — теплота згоряння біогазу (може бути і вище, залежить від вмісту метану в біогазі, або:
Електрика (кВт·год/рік) = Біогаз (м³/рік) × 2,19
Крок 4. Теплова енергія (ККД теплового контуру — 0,432):
Тепло (кВт·год/рік) = Біогаз (м³/рік) × LHVBG×0,432, або
Тепло (кВт·год/рік) = Біогаз (м³/рік) × 2,24
Приклад для ферми 500 голів ВРХ (молочний напрям):
- Гній: 27,5 т/добу × 365 = 10 037 т/рік;
- Біогаз: 10 037 × 55 = 552 000 м³/рік;
- Електрика: 552 000 × 2,19 ≈ 1 208 880 кВт·год/рік (≈138 кВт постійно);
- Тепло: 552 000 × 2,24 ≈ 1 236 480 кВт·год/рік (≈141 кВт постійно).
Коригувальні коефіцієнти для реального розрахунку
Розрахунковий потенціал може бути як вищим, так і нижчим за реальний. Причини такі:
- втрати потенціалу сировини в разі тривалого зберігання — від 2 до 10%;
- коливання складу та вологості субстрату — від 5 до 10%;
- недостатній об’єм ферментера, що скорочує час утримання сировини і зменшує вихід біогазу;
- технологічні втрати під час ферментації та газопідготовки — орієнтовно 2-3%.
Скоригований розрахунок може враховувати коефіцієнт від 0,75 до 0,95, але найточніше буде виконати аналіз сировини на потенціал біогазу і таким чином отримати більш точні результати по виходу біогазу та біометану (такі аналізи можна виконати як в Україні, так і за кордоном).
Оцінка економічної доцільності
Для класичних комерційних біогазових проєктів із продажем енергії зазвичай розглядають потужності від 1 МВт, однак за наявності власного споживання або локального збуту ефективними можуть бути й менші установки, особливо якщо порахувати вартість електроенергії, яку витрачає ферма. Водночас розвиток технологій та локального споживання енергії відкриває можливості й для менших біогазових установок. Невелика ферма може досягти потрібної потужності завдяки косубстратам: силосу кукурудзи, жому або соломи. Це дає змогу залучити до процесу господарства, які самостійно не виходять на рентабельний обсяг сировини.
Орієнтовний поріг за видами тваринництва:
- ВРХ: від 1000–1500 голів з додатковими субстратами або від 2000 голів лише на гної;
- свині: від 4000 голів відгодівлі + косубстрати (рекомендуємо завжди з гноївкою додавати косубстрати, щоб збільшити ефективність використання об’єму ферментера);
- птиця: від 30 000–50 000 голів, але є потреба у водних ресурсах, тому бажано додавати рідкі косубстрати, що зменшить використання води.
Коли біогаз із гною ВРХ або птиці зазвичай має кращі передумови для окупності:
- ВРХ молочний — від 2 000 голів;
- свині — від 8 000 голів;
- кури — від 100 000 голів.
Практичний приклад: мала та велика потужність
Молочна ферма: 300 та 2 000 голів ВРХ
| Показник | 300 ВРХ | 2 000 ВРХ |
| Сировина | 16 т/день | 110 т/день |
| Річна сировина | ≈5 840 т/рік | ≈40 150 т/рік |
| Вихід біогазу* | ≈320 тис. м³/рік | ≈2,2 млн м³/рік |
| Річне виробництво електроенергії | ≈700 тис. кВт·год | ≈4,8 млн кВт·год |
| Електрична потужність | ≈80 кВт | ≈550 кВт |
| Потужність БГУ | ≈80–150 кВт | ≈550–800 кВт |
| Окупність | 12-15 років, залежить від вартості косубстратів | 5–7 років |
* Розрахунок виконано із середнього показника 55 м³ біогазу/т гною. Фактичний вихід залежить від вмісту сухої речовини (СР), способу утримання тварин та технології збору гною.
Птахофабрика 50 000 курей та 100 000
| Показник | 50 000 курей | 100 000 курей |
| Послід | ≈7,5–8,5 т/добу | ≈15–17 т/добу |
| Річна сировина | ≈2 900 т/рік | ≈5 800 т/рік |
| Вихід біогазу* | ≈350–420 тис. м³/рік | ≈700–840 тис. м³/рік |
| Річне виробництво електроенергії | ≈770–920 тис. кВт·год | ≈1,53–1,84 млн кВт·год |
| Електрична потужність | ≈90–105 кВт | ≈175–210 кВт |
| Потужність БГУ | ≈100–200 кВт | ≈200–400 кВт |
| Окупність | залежить від збуту тепла та електрики | ≈4–6 років |
*Для розрахунку використано середній вихід 120–140 м³ біогазу/т курячого посліду.
За умови додавання косубстратів потужність біогазової установки може бути суттєво збільшена, але і висока вартість косубстратів може знизити показники окупності, тому завжди краще перевіряти все розрахунками.
Висновок
Розрахунок потенціалу біогазу — перший і найважливіший крок перед будь-якими інвестиційними рішеннями. Реалістична оцінка з урахуванням вікових категорій тварин, косубстратів та коригувальних коефіцієнтів запобігає дорогим помилкам. Те, скільки біогазу дає ферма, залежить не лише від поголів’я, а й від способу утримання, складу раціону та можливості залучення додаткової сировини.
Команда Pro-Energy проводить професійну оцінку потенціалу біогазу вашого господарства в межах ТЕО — із розрахунком реального виходу, підбором потужності та фінансовою моделлю окупності. Зверніться за консультацією, щоб отримати точні цифри для свого підприємства.
