В. Германович - Альтернативные источники энергии и энергосбережение

Примечание.

Если суточное количество стоков известно, нужный объем реактора можно определить, умножив это количество на 12 (поскольку 12 суток— минимальный срок выдержки навоза) и увеличив полученную величину на 10 % (так как реактор следует заполнять субстратом на 90 %).

Ориентировочная суточная производительность биореактора при загрузке навоза с содержанием сухого вещества 4–8 % — два объема газа на объем реактора: биореактор объемом 50 м 3будет давать в сутки 100 м 3биогаза.

Как правило, переработка бесподстилочного навоза от 10 голо. в крупного рогатого скота позволяет получить в сутки около 20 м 3биогаза, от 10 свиней — 1–3 м 3, от 10 овец — 1–1,2 м 3, от 10 кроликов — 0,4–0,6 м 3.

Тонна соломы дает 300 м 3биогаза, тонна коммунально-бытовых отходов — 130 м 3).

Примечание.

Потребность в газе односемейного дома, включая отопление и горячее водоснабжение, составляет в среднем 10 м 3в сутки, но может сильно колебаться в зависимости от качества теплоизоляции дома.

Определение.

Когенврация — это высокоэффективное использование первичного источника энергии (биогаза, газа или дизельного топлива) для получения двух форм полезной энергии — тепловой и электрической.

Определение.

Тригенерация — это выработка одновременно трех форм полезной энергии — электричества, тепла, горячей воды, холода и холодной воды.

Система когенерации (рис. 7.12) позволяет использовать то тепло, которое в других случаях просто теряется. При этом снижается потребность в покупной энергии, что способствует уменьшению производственных расходов. Главное преимущество состоит в том, что преобразование энергии здесь происходит с большей эффективностью.

Рис. 7.12. Распределение потоков энергии при работе когенерационной установки

Рассмотрим КПД. Любое производство электроэнергии, использующее технологию сжигания топлива, сопровождается выделением тепла. В газопоршневых агрегатах максимальный КПД по выработке электроэнергии составляет около 40 %.

Тепловой КПД таких установок составляет 40–45 %. То есть полезно используется только половина высвобождаемой энергии, а другая половина уходит с теплом в окружающую среду.

Ситуация меняется, если использовать технологию когенерациии тригенерации. Когенерационная установка, одновременно с производством электроэнергии полезно утилизирует теплоту двигателя, производя горячую воду или пар. Это резко повышает общий КПД установки. В некоторых случаях он достигает 90 %. Отношение электрической мощности к тепловой составляет 1:1,2. Тригенерация.Использование технологии тригенерации позволяет сохранить высокий КПД круглогодично. Например, летом отопление не требуется, но необходимо кондиционирование жилых помещений, офисов, больниц. В промышленности широко используется холодная вода и холод.

Недостатком когенераторов является только ограниченная мощность до 3 МВт для одной машины. Средний промышленный потребитель в России имеет установленную мощность в 1–2 МВт. При необходимости могут быть установлены несколько параллельно работающих когенераторов.

Когенераторы легко перевозить и устанавливать. Они позволяют решить острый вопрос неравномерного суточного потребления электроэнергии, неразрешимый для крупных генерирующих установок. Действительно, для когенератора, линейная зависимость потребления топлива имеет место, начиная с 15–20 % номинальной мощности… Секционируя (пакетируя) общую мощность на 4–8 блоков, работающих параллельно, появляется возможность работы с 1,5–4 % до 100 % номинальной нагрузки при расчетном удельном потреблении топлива.

При отсутствии нагрузки невостребованные когенераторы останавливаются, на этом в значительной степени экономится моторесурс первичных двигателей.

В качестве источника энергии в мини-ТЭЦ используются двигатели внутреннего сгорания (ДВС): дизельные, газовые и газотурбинные. Энергия, выделяющаяся при сгорании топлива, переходит в энергию электричества и утилизируюмую энергию тепла.

В газовых двигателях могут использоваться такие виды газов как: природный газ пропан, факельный газ, газ сточных вод, биогаз, газ мусорных свалок, коксовый газ, попутный газ, пиролизный газ, древесный газ, газ химической промышленности.

Примечание.

Наибольшей эффективностью, надежностью и универсальностью отличаются установки на основе газовых (газопоршневых) двигателей.

Это вызвано, прежде всего, современными требованиями к экологической чистоте окружающей среды, а также к снижению эксплуатационных расходов на органическое топливо и доступностью его использования.

Газовые двигатели используются для работы в составе генераторных установок, предназначенных для постоянной и периодической работы (снятие пиковых нагрузок) с комбинированной выработкой электроэнергии и тепла (когенерация).

Кроме того, установки могут использоваться для обеспечения работы абсорбционных холодильных установок (тригенерация) в системах кондиционирования.

Секционирование когенераторных установок из нескольких блоков, позволяет достичь эффективности такой же, как и у большой установки, при этом получая ряд значительных преимуществ.

Это точное управление мощностью. Максимальный КПД достигается при загрузке на 100 %. Это значит, что при секционировании, в минимальные часы энергопотребления, есть возможность нагрузить часть блоков, а часть — оставить в нерабочем состоянии. Это приводит к увеличению ресурса всей системы в целом.

В последнее время стремительно растет количество оборудования, которое использует для своей работы биогаз, свалочный газ, газ с водоочистных станций или другое альтернативное топливо как, например, метан. Принцип использования биогаза в когенерационных установках представлен на рис. 7.13.

Рис. 7.13. Принцип использования биогаза:

а— на очистных сооружений сточных вод; б— на свалке отходов; в— при использовании отходов животноводческих ферм

Биогазовая станция строится, прежде всего, возле очистных сооружений сточных вод, на свалках коммунальных отходов или в сельскохозяйственных предприятиях, занимающихся животноводством.

Поскольку биогаз обычно возникает как побочный продукт во время обработки органических отходов, эксплуатация когенерационных установок, работающих на этом виде топлива, является с экономической точки зрения очень выгодной.