Энергообеспечение жилых и общественных объектов на базе альтернативного топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Энергообеспечение жилых и общественных объектов на базе альтернативного топлива

В мировой практике проблема сокращения выбросов парниковых газов решается с помощью использования биоэнергоустановок с экологически замкнутым циклом конверсии газов - биогазовых установок. В настоящее время биогазовые технологии применяются во многих странах мира и стали стандартом переработки отходов и очистки сточных вод [1].

На показатель эффективности биогазовых установок оказывают влияние следующие факторы: выбор технологической схемы переработки биомассы, способа термостатирования и обогрева специальных емкостей, используемых для анаэробного сбраживания (метантанков). Наличие в составе биогаза вредных и балластных примесей для обеспечения функциональной и эксплуатационной безопасности требует проведения предварительной очистки газа перед использованием.

Производство биогаза из органических отходов дает возможность одновременно решить комплекс задач: энергетическую, агрохимическую (получение удобрений) и экологическую.

Основными достоинствами биогаза являются его возобновляемость, снижение парникового эффекта и экологического ущерба от систем сбора органических отходов, доступность местных источников сырья и обеспечение экологически замкнутой энергосистемы.

Среди основных недостатков биогазовых установок существенные материальные затраты. Биогазовые установки рационально возводить на крупных животноводческих комплексах и полигонах твердых бытовых отходов.

Применения биогаза в системах энергоснабжения жилых зданий весьма ограничено. Так, например, для семьи из 3ё4 человек, содержащей двух свиней и использующей фекальные и другие бытовые органические отходы, согласно, может быть получено в холодный период года 1.5ё1.8 м³ биогаза в сутки (13000 ё 17000 Вт/сут). В то же время, общая потребность в тепловой энергии энергосберегающего индивидуального жилого дома площадью 100 м² на семью из 3ё4 человек для этого периода года составит 115000 Вт/сут [2]. Отсюда следует, что биогазовое топливо в этом случае может обеспечить только 10ё15 % от общей потребности в тепловой энергии здания. К тому же, наличие вредных примесей в газе (аммиак, сероводород) ограничивают его использование в квартирных условиях по санитарно-гигиеническим соображениям.

В тоже время, при комплексной оптимизации энергопотребления жилыми зданиями (применение оптимальной теплозащиты ограждающих и световых конструкций, оптимальной конфигурации зданий, применение ветроэлекторогенераторов и солнечных коллекторов) позволит снизить годовое энергопотребление здания более чем в 2.1 раза [3].

Биоэнергетический комплекс на полигоне твердых бытовых отходов

Использование биоэнергетической установки для переработки отходов сельскохозяйственной деятельности и пищевого производства для выработки экологически безопасных органических удобрений, выработки энергии, выработки кормовых добавок, утилизации продуктов производства и жизнедеятельности для сохранения и защиты окружающей среды в агропромышленных зонах является хорошим аргументом для дальнейшего применения экологически безопасных замкнутых циклов активного сельскохозяйственного производства [3, 4].

Переработка отходов на станциях позволит избавить окружающую среду от загрязнения [5]. Утилизируя вредные органические отходы и превращая их в эффективную электрическую энергию, а также в полезные органические биоудабрения, возможно улучшить экологическую обстановку в стране. Главными преимуществами использования биоэнергетические установки является возобновляемость биогаза, обеспечение экологически замкнутой энергетической системы, снижение парникового эффекта, наличие местных источников сырья для получения топлива.

На территории Саратовской области было построено два мусороперерабатывающих комплекса в Балаково и Энгельсе, суммарно обслуживающих все левобережье. Правобережье до сих пор не обслуживается ни одним заводом, а потому строительство мусороперерабатывающего комплекса на данный момент является актуальным [6]. В состав комплекса предлагается включить энергоэффективную биогазовую установку для переработки твердых отходов. Такая установка рассчитывается на определенный объем бытовых отходов от населения. Поскольку для прибыльного функционирования завода требуется спроектированная схема перевозки мусора, следует изучить легитимную схему движения потоков потребления на объекты размещения отходов на территории Саратовской области.

Для определения оптимального местонахождения полигона и мусороперерабатывающего завода требуется решить транспортную задачу. Выявив оптимальное нахождения для построения завода, включающего в себя биоэнергетическую установку, возможен расчет вырабатываемой энергии для обеспечения населения. Отходы становятся исходным материалом для получения качественной новой продукции. На выходе получаемая продукция будет обладать таким качеством, как собственная ценность, которая применяется в последующих этапах всего процесса.

Введение биоэнергетических установок в состав производственного цикла делает возможным решение трёх задач:

1. Утилизация отходов в местах производства сельскохозяйственных продуктов и обеспечение безопасности окружающей среды вокруг.

2. Производство дополнительных энергетических ресурсов на базе собственного возобновляемого сырья.

3. Производство недорогих, экологически безопасных удобрений, обеспечение процесса регенерации и роста естественного плодородия почв.

Разработка биогазовой установки для частного дома

Для полного изучения режима работы установки по производству альтернативного источника энергии необходимо изготовление опытного образца, позволяющего произвести более точные расчеты по проведению ресурсоэнергосберегающих мероприятий и использованию альтернативного топлива. Планируется исследовать выработанное количество биогаза по месяцам, наглядно продемонстрировать снижение материальных и денежных затрат при использовании биогазовых установок на нужды энергоснабжения различных категорий потребителей. Идея заключается в построении биогазовой установки и анализ расчета эффективного использования биогаза в производстве и в домашних условиях. Представленная установка может быть использована для отопления частного дома.

Рис. 1. Схема биогазовой установки для частного дома:

1 - газгольдер; 2 -подогреватель; 3 - биореактор; 4 - мешалка; 5 - труба для загрузки;

6 - емкость для хранения удобрений; 7 - затвор водяной; 8 - компрессор; 9 - фильтр

Биогазовая установка состоит из реактора и газгольдера. В реактор помещается сырье (вручную или с помощью насоса) и перемешивается (вручную или с использованием электрического миксера). Установка биогаза начнет реально работать через несколько суток, когда анаэробные бактерии образуются в максимальном количестве. С жизнедеятельностью анаэробных бактерий начинает выделяться биогаз, собираясь вверху реактора, затем по газовому шлангу поступая в газгольдер. Для теплоизоляции реактора используют гибкие теплоизолирующие материалы, так как реактор обладает цилиндрической формой. Возможно применение фольгированных материалов для отражения внутрь реактора инфракрасного излучения. Наилучшем расположением реактора малой биогазовой установки является внутреннее помещение, которое нуждается в каком-либо обогреве (например, подвальное помещение или хоз. постройки), в таком случае тепловые потери реактора обогревают помещение, а не улетучиваются. Полупроводниковый термодатчик располагают в стенке реактора. Газовая труба выходит из верхней части реактора. На трубе, по возможности, ставят холодильник для осушки биогаза путем осаждения влаги на стенках холодной трубы или расположив поднимающийся вверх участок газовой трубы таким образом, чтобы он обдувался ветром и не нагревался солнцем. В качестве газгольдеров допускается использовать мешки из армированной полимерной пленки или газовый баллон. Для регулировки выходного давления биогаза можно использовать компрессор или механический регулятор давления. Затем газовая труба проходит через обратный клапан, фильтр сероводорода, счетчик газа и далее биогаз подается потребителям.

Эффективное развитие систем энергообеспечения потребителей обусловливает необходимость разработки и внедрения ресурсоэнергосберегающих мероприятий с целью сокращения потерь энергии при ее производстве, распределении и потреблении, снижения материальных и денежных затрат в сооружение и эксплуатацию. Выбор оптимального проектного решения реализуется путем сравнения возможных вариантов по приведенным затратам [7, 8].

Предлагаемая установка позволяет наглядно показать эффективность использования биогаза в производстве. Она обладает рядом преимуществ:

· легкое получение биогаза непосредственно у себя дома экономным способом без использования дорогостоящего оборудования;

· альтернативный источник энергии для дома, удаленного от жилого комплекса, а также электрическая независимость от государства;

· доступность сырья при использовании подручных отходов: навоз, измельченная растительность, кухонные отходы;

· экологическая безопасность, предотвращение подпадания в атмосферу газов, вызывающий парниковый эффект;

· выработка экологически чистых удобрений, получаемых при производстве биогаза и др.

В холодный период года биогаз может использоваться для работы воздухоподогревателей в системе приточной вентиляции, а также для получения горячей воды на технологические нужды с отбором из теплового контура биогазовой установки. Недоиспользованная часть биогаза может частично храниться в резервуарах в сжатом состоянии для последующего использования в необходимых случаях [4]. Таким образом, установки для производства биогаза являются средством ресурсо- и энергосбережения.

Техническая и экономическая целесообразность установки биогазового реактора должна оцениваться в каждом конкретном случае, в зависимости от целей переработки бытовых отходов и отходов животноводства (получение биогаза, удобрения, исключения загрязнений окружающей среды), вида и количества содержащихся животных, отдаленности от других источников энергии, стоимости конкурирующих энергоносителей [7, 9].

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

биогаз топливо установка

1. Могилат Г.А., Чечко К.Г. Использование биогазовых комплексов//Инновации. Образование. Энергоэффективность: материалы XI науч.- практ. конф. Минск: ГАЗ-ИНСТИТУТ, 2017. с. 76-77.

2. Медведева О.Н. Разработка эффективных газораспределительных систем: дис. ... к-та техн. наук 05.23.03/Медведева Оксана Николаевна. Воронеж, 2000. 227 с.

3. Медведева О.Н. Разработка эффективных газораспределительных систем: дис. ... д-ра техн. наук 05.23.03/Медведева Оксана Николаевна. Воронеж, 2015. 447 с.

4. Шишкин Н.А. Малые энергоэкономические комплексы и возобновляемые источники энергии. М.: Готика, 2000. 236с.

5. Инструкция по проектированию, эксплуатации и рекультивации полигонов для твердых бытовых отходов: инструкция// Институт экологии человека и гигиены окружающей среды им. А.Н. Сысина РАМН. Москва, 1998. 225 с.

6. Об утверждении территориальной схемы обращения с отходами, в том числе с твердыми коммунальными отходами, в Саратовской области (с изменениями на 28 сентября 2017 года) [Электронный ресурс]: приказ от 22 сентября 2016 года N 70, ред. от 28.09.2016.

URL: http://docs.cntd.ru/document/467711267 (дата обращения 15.10.2018).

7. Курицын Б.Н., Медведева О.Н. Технико-экономическая оптимизация систем теплоснабжения: учебное пособие. Саратов: СГТУ, 2011. 60 с.

8. Медведева О.Н., Иванов А.И. Методика выбора вида топлива//Исследования в строительстве, теплогазоснабжении и энергообеспечении: материалы международной научно-практической конференции. Саратов: СГАУ им. Н.И. Вавилова, 2016. С. 209-213.

Размещено на Allbest.ru