Вся электронная библиотека >>>

 Альтернативная энергетика. Топливо >>

 

Энергетика. Газообразное топливо

Биогаз


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

Часть II. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОГАЗА

 

 

7. Использование биогаза

7.2. Объединенная выработка тепловой и механической энергии

 

Здесь речь идет об одновременном использовании механической энергии (например, вала турбины или двигателя)   и  возникающей при  ее  производстве  тепловой энергии (отбросной теплоты), например, при выработке электроэнергии на электростанциях утилизации отбросней теплоты для отопительных целей. В промышленности этот принцип используется все более и более широко, чтобы таким образом повысить КПД преобразования первичной энергии.

В связи с использованием биогаза возникают возможности объединенной выработки тепловой и механической энергии там, где биогаз применяется для привода газовых двигателей. Двигатели используют эффективно в среднем около 30% энергии топлива, например, для привода вентиляторов, тепловых насосов, генераторов (производство электроэнергии). По меньшей мере около 70% отбросной теплоты, выделяемой в систему охлаждения, в виде излучения и с газообразными продуктами сгорания, можно снова использовать в различных полезных целях.

Относительно простое сочетание выработки различных видов энергии возможно в установках, состоящих из газовых двигателей и вентиляторов. Такое сочетание применяется для различных сельскохозяйственных сушилок.   При   очень   небольших   потерях  на   излучение (примерно 10%) остальная часть отбросной теплоты (60 % энергии топлива) может быть использована для подогрева воздушного потока — к нему можно примешивать воздух, охлаждающий двигатель, и отработавшие газы. Уже в наши дни эксплуатируются сушилки, использующие сжиженный газ для непосредственного подогрева воздуха без теплообменников. В соответствии с результатами новейших исследований и данными более ранних экспериментов при использовании для непосредственного подогрева воздуха котельного топлива оцениваемого ниже, чем газ, можно не опасаться вредных воздействий на объект сушки при условии, что будут приняты соответствующие меры предосторожности.

 

 

Эти возможности не очень велики даже при большой подаче воздуха, но они соответствуют обычным для сушки сена значениям температуры 3...4°С. Следует отметить, что таким способом биогаз можно использовать только в течение короткого отрезка времени (определяемого сезонностью), правда, с очень высоким КПД. Вопрос о возможности использования газового теплового насоса, который мог бы найти себе применение в зимний период для отопления жилищ, нуждается в более подробном исследовании.

Объединенная выработка тепловой и механической энергии при использовании тепловых насосов

Принцип действия теплового насоса известен очень давно. Он не производит теплоту, но поднимает содержащуюся в воздухе, воде и почве теплоту, а также самые различные формы отбросной теплоты на более высокий температурный уровень, так что ее можно использовать снова. Для привода теплового насоса необходима механическая (компрессионный тепловой насос) или тепловая (абсорбционный тепловой насос) энергия. В обоих случаях можно использовать биогаз.

Устройству и применению теплового насоса посвящены многочисленные работы. Принципиально возможные способы его применения в сельском хозяйстве подробно исследованы Ортом. Применение теплового насоса тем целесообразнее, чем выше коэффициент трансформации е. Последний зависит от разности температур предварительного нагрева (конденсатор) и окружающей среды (испаритель), уменьшаясь с увеличением этой разности, а также от конкретной системы теплового насоса.

Привод теплового насоса газовым двигателем благодаря возможности объединенной выработки тепловой и механической энергии, т. е. максимальной утилизации высокотемпературной отбросной теплоты двигателя, например в общем или раздельном цикле горячей воды, обеспечивает значительно лучшее использование первичной энергии, чем в обычном отопительном котле или электротепловом насосе. Максимально возможная величина использования первичной энергии зависит от достигнутого коэффициента трансформации. Бейер приводит для теплового насоса, работающего по схеме передачи тепла «воздух—вода», такие значения полезно используемой тепловой энергии.

Газокомпрессионный тепловой насос при объединенной выработке тепловой и механической энергии дает наивысшую экономию первичной энергии. По сравнению с электротепловым насосом он обладает следующими основными преимуществами:

—        дополнительное получение теплоты, составляющей

примерно 58% от теплоты двигателя;

—        возможность конденсации при более низких темпера-

турах и, как следствие, более высокие коэффициенты трансформации благодаря использованию отбросной теплоты;

—        возможность экономичной работы без дополнительного подогрева при наружной температуре воздуха ниже 0°С;

—        для получения того же количества полезно используемой теплоты требуется менее мощный тепловой насос (как правило, на 30 ...50%);

—        при работе с обычным безопасным хладагентом R 22 можно достичь температуры горячей воды 55°С, что пригодно только для панельного отопления полов. При использовании теплоты двигателя эту температуру можно поднять до 90°С, что позволяет применять обычные радиаторы;

—        бесступенчатое регулирование мощности путем изменения частоты вращения вала двигателя в интервале  900... 1500   мин-1.  Дополнительное  регулирование возможно путем  изменения открытия клапанов компрессора, в результате чего можно плавно регулировать мощность от 100 до 15%. Электротепловой насос можно регулировать только ступенчатым переключением, так как электродвигатели с плавным регулированием  частоты  вращения   (например, двигатели с фазным ротором) значительно дороже и вызывают дополнительные трудности при подсоединении. Несмотря на большую экономию первичной энергии, газокомпрессионный тепловой насос  может конкурировать с другими отопительными системами лишь тогда, когда обеспечивается как его рентабельность, так и надежность  в  эксплуатации.   На  рентабельность  существенно влияет соотношение стоимостей энергии   (например, электроэнергии, котельного топлива), а также первоначальные затраты. При возможном в будущем переходе на серийный выпуск этого теплового насоса следует ожидать дополнительного снижения затрат. При теоретическом   расчете   затрат   для   потребности   в   энергии 20  кВт наиболее благоприятным  представляется вариант с газовым тепловым насосом. Несколько отпугивают от него, возможно, довольно высокие первоначальные затраты.

Газокомпрессионные тепловые насосы с мощностью привода 30 кВт и соответственно тепловой мощностью 450 ...650 МДж/ч (125... 175 кВт) с доработанными конструктивно двигателями уже серийно выпускаются промышленностью: первые установки поступили в эксплуатацию. Полные годовые затраты на эти установки будут меньше, чем на обычные отопительные агрегаты (Бейер). Опыт показывает, что поступившие в эксплуатацию в ФРГ газовые двигатели обладают высокой надежностью. Для некоторых из них фирмы-изготовители дают гарантии на несколько лет. Расход биогаза при работе на полной мощности должен составлять около 20 м3/ч.

В принципе газокомпрессионные тепловые насосы тепловой мощностью свыше 175 кВт (мощность привода 30 кВт соответствует 150 тыс. ккал/ч) при нынешнем уровне техники можно конструировать из обычных компонентов. Установки тепловой мощностью до 4000 кВт (мощность привода 700 кВт) уже находятся в эксплуатации. Однако необходимы новые конструктивные разработки, если предполагается использовать для отопления одноквартирных домов небольшие газовые тепловые насосы, которые должны быть также просты в эксплуатации, как традиционные системы отопления, а по рентабельности превосходить их. В этом плане пока отсутствуют удовлетворительные технические решения (например, по таким параметрам, как бесшумность работы, отсутствие вибраций, компактность, простая регулировка, легкость в обслуживании, надежность в эксплуатации). В настоящее время фирмы Рургаз, Ауди НСУ и Фольксваген при поддержке правительства ФРГ ведут совместную работу по решению этих проблем, и можно ожидать, что в недалеком будущем им удастся найти ответы на поставленные вопросы. Фирма Рургаз эксплуатирует газовые тепловые насосы (воздух—вода) на серийных легковых автомобилях (Поло, Пассат), где например, два цилиндра используются для привода и два — в качестве компрессоров. Именно в сельском хозяйстве эти газовые тепловые насосы малой мощности могли бы найти себе применение. Допустимо также использование газового теплового насоса в системе рециркуляции воздуха сушилок для зерна и сена. Обычные зерновые сушилки порционного и непрерывного действия имеют производительность 1...2 т/ч при установленной тепловой мощности 80... 160 кВт. При хорошей загрузке их можно использовать в течение 800 ч за летний сезон.

Объединенная выработка тепловой и механической энергии при производстве электроэнергии

При производстве электроэнергии из биогаза в электрической ток преобразуется лишь около 30% его энергоресурса, а остальная часть представляет собой отбросную теплоту. 55...60% этого ресурса теоретически можно также использовать с помощью теплообменника и котла-утилизатора, конечно, с соответствующими техническими и финансовыми затратами. Средние значения финансовых затрат пока еще назвать нельзя. В таблице 13 приведены значения полезно используемой теплоты, которую можно дополнительно получить при эксплуатации электрогенераторов соответствующей мощности. Эту теплоту можно будет использовать в сельскохозяйственном производстве для следующих целей:

—        подогрева воды для бытовых нужд и содержания скота;

—        отопления жилых помещений;

—        подогрева воздуха для сушилок (см. Объединенное получение тепловой и механической энергии в установках для привода вентиляторов) или создания нужного микроклимата в животноводческих помещениях;

—        для создания необходимой температуры брожения в бногазовых реакторах;

—        отопления теплиц.

Как правило, поголовье скота в течение года остается постоянным, поэтому можно рассчитывать на постоянное количество получаемых из биогаза электроэнергии и дополнительной теплоты. Однако проблема всегда состоит в том, чтобы рационально и равномерно использовать как электроэнергию, так и теплоту, причем тем в большей степени, чем меньше установка. Даже небольшое количество неутилизированной энергии удорожает стоимость единицы полезно используемой энергии. В каждом конкретном случае предприятие должно иметь диаграмму предполагаемого выхода биогаза по месяцам года и соответствующее распределение потребностей в электроэнергии и теплоте, на. базе которых составляются рекомендации по утилизации получаемых в течение планируемого периода избытков энергии или покрытии возникающих за это же время дополнительных потребностей в ней.

Фирма Фиат разработала на базе двигателя «Фиат-27» работающую на природном газе или биогазе компактную теплосиловую установку «Тотем» [138], которая вырабатывает электроэнергию (переменный ток напряжением 380 В, 15 кВт) и горячую воду (145МДж/ч, или 35 тыс. ккал/ч). Часовая потребность ее в биогазе составляет около 10 м3, что соответствует затратам в 0,113 долл. Те же самые электроэнергия и теплота, полученные первая от энергоснабжающей организации, вторая — из системы с отопительным котлом, стоили бы 0,2 долл. Разница в этих цифрах и соответствует экономии энергии.

На рисунке 30 представлена схема энергетического баланса этой компактной установки, которая имеет хорошие шансы на использование в сельском хозяйстве.

 

 

К содержанию:  Биогаз

 

Смотрите также:

 

Биогаз. Биоконверсия солнечной энергии. Способы получения энергии ...

Другой способ производства энергии из биомассы состоит в получении биогаза.путем анаэробного перебраживания. Такой газ представляет собой смесь из 65% ...
bibliotekar.ru/alterEnergy/27.htm

 

 ТЕПЛОВЫЕ УСТАНОВКИ НА БИОТОПЛИВЕ. Биотопливо. Биогаз

Биогаз также может быть получен при анаэробном сбраживании биомассы, т.е. в процессе ее окисления без присутствия воздуха. Для получения биогаза (смеси СШ и ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-144-3/170.htm

 

 Гибридные станции. Биогаз. Биоконверсия солнечной ...

Гибридные солнечные станции. Рассмотрение основных методов преобразования солнечной энергии показывает, ...
bibliotekar.ru/alterEnergy/28.htm

 

 Биогаз. Биоконверсия ...

Солнечные печи. В принципе, используя достаточно большие концентраторы, можно получить в их фокусе...
bibliotekar.ru/alterEnergy/29.htm

 

 Источники энергии

Биогаз (биохимический газ) образуется при брожении растительных и животных отходов... Биогаз представляет собой смесь метана и углекислого газа. ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-28/37.htm

 

 АНАЭРОБНАЯ СТАБИЛИЗАЦИЯ ОСАДКОВ, метановое сбраживание

Образующийся биогаз, имеющий теплотворную способность около 21000 кДж/м3 (5000 ккал/м )...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-144-inzhenernoe-oborudovanie/32.htm

 

 Инженерное оборудование

газообразное топливо — природный газ, биогаз, попутный газ. Искусственное топливо; ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-23/17.htm

 

 НОВАЯ ЗЕЛАНДИЯ

13% — гидроэлектростанции; на долю остальных источников (ветер, биогаз и пр.) приходится 5%. ...
www.bibliotekar.ru/rGeo/31.htm

 

 «МОСТ» в ПОЛЕ

В результате получатся, во-первых, полноценное органическое удобрение и, во-вторых, биогаз, который пойдет на отопление комплекса. ...
bibliotekar.ru/evrika/7-12.htm

 

 МЕТАТЕНК. Метантенки служат для обеспечения свойств стабильности ...

Выделение газа (биогаза) является сопутствующим процессом, способствующим снижению...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-137-oborudovanie/62.htm

 

 Альтернативная энергетика. Солнечные батареи, ветрогенераторы. Азаров

Альтернативная энергетика. (аномальные источники "свободной энергии"). Микрокондиционер Азарова. Хотите получить рукотворный смерч? ...
www.bibliotekar.ru/2alterEnerg.htm

 

 Альтернативная энергетика. Нетрадиционные возобновляемые источники ...

Книга посвящена важной и актуальной проблеме - проблеме более разумного и эффективного использования человеком природных энергетических богатств. ...
www.bibliotekar.ru/alterEnergy/index.htm

 

 Проблемы энергетики. Альтернативная энергетика

Прогнозы относительно тенденций развития энергетики говорят о том, что доля солнечной энергетики в различных ее формах будет непрерывно возрастать. ...
bibliotekar.ru/alterEnergy/2.htm