VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Большая часть проблем в энергетике может быть решена с помощью рационального использования топливных ресурсов. В настоящее время возрос интерес к нетрадиционным и возобновляемым источникам энергии и устройствам. Цель работы – рассмотреть и проанализировать биоэнергетический потенциал Таджикистана. В качестве возобновляемого источника энергии в статье рассмотрена биогазовая установка. Биогаз получается в результате брожения органических отходов посредством воздействия различных видов бактерий. Состав биогаза: 50—85 % метана, 15—50 % CO₂, незначительные примеси H₂ и H₂S. После очистки биогаза от СО₂ получается биометан. Биометан — полный аналог природного газа, отличие только в происхождении [1]. Принцип работы биогазовой станции схематично представлен на рисунке 1[4]:

Рис 1. Принцип работы биогазовой станции

Простейшая схема биогазовой установки представлена на рисунке 2. Объемы получаемого биогаза из различных видов исходного сырья приведены в таблице 1.

Рис 2. Простейшая схема биогазовой установки: 1 – реактор, 2 – бункер загрузки, 3 – перемешивающее устройство, 4 – водяной затвор, 5 – выгрузочная труба, 6 – отвод биогаза .Таблица 1. Объемы получаемого биогаза из различных видов исходного сырья [4]

Тип сырья	Выход газа,м3 на тонну сырья
Навоз КРС	38-52
Навоз свиной	52-88
Помет птичий	47-94
Отходы бойни	250-500
Жир	1300
Барда послеспиртовая	50-100
Зерно	400-500
Силос, ботва, трава, водоросли	200-400
Молочная сыворотка	50-80
Свекольный и фруктовый жом	40-70
Глицерин технический	400-600
Дробина пивная	130-150

Жизнедеятельность метанообразующих бактерий возможна только при отсутствии кислорода в реакторе биогазовой установки. Поэтому нужно следить за герметичностью реактора и отсутствием доступа в реактор кислорода. Поддержка оптимальной температуры является одним из важнейших факторов процесса сбраживания. Используют три температурных режима:

• психофильный режим определяется температурами до 20 – 25°С (время сбраживания составляет от 30 до 40 и более суток),

• мезофильный режим определяется температурами от 25°С до 40°С (время сбраживания составляет от 10 до 20 суток),

• термофильный режим определяется температурами свыше 40°С (время сбраживания составляет от 5 до 10 суток) [2].

В качестве примера приведем молочно-животноводческую ферму на 12 голов КРС, расположенную на территории Таджикистана. Температура Таджикистана наиболее оптимальна для получения биогаза, так как наибольшее количество дней в году имеют температуру в диапазоне от 27 до 38°С. Для биогазовых установок, работающих на навозе КРС, оптимальная температура составляет от 30 до 37°С. Средняя годовая температура в Таджикистане составляет 23°С [3].

Имеется 12 голов КРС. За сутки в среднем одна доильная корова дает 25-35кг навоза (среднее 30кг). Расход подстилочного материала - 2кг в день на животное. Суммарные отходы от одной коровы за сутки составляет 32 кг. Количество отходов по ферме (за сутки) составит:

(1)

где:

1 килограмм сухого вещества будет соответствовать 100:(100-85) = 6,667 килограмма свежего навоза. 360:6,667=54кг{С} сухого вещества за сутки. 1кг сухого вещества дает 0,31 биогаза. В реактор загружается суммарная масса за 15 суток, так как масса сбраживается за 15 суток. Необходимо поставить 2 реактора. Общая масса, загружаемая в реактор - 384*15=5760 кг. Объем реактора - 5760*1,5=8640 или 9

кг (2)

(3)

где

При сгорании биогаза с 55-85% содержанием метана получают 21-27,2 МДж [2]. Суточный расход воды для одной коровы 140 литров. Так как изначальная температура воды , а оптимальная температура воды для употребления , то для потребления воду необходимо побогреть

(4)

Расход теплоты на обогрев реактора до оптимальной температуры (в самый холодный период в декабре):

. (5)

Остаток биогаза преобразуем в электрическую энергию с помощью дизельного генератора. В продаже можно найти газопоршневые электрогенераторы резервного электропитания малой мощности. С помощью этого генератора можно преобразовать 1 биогаза на 2 кВт*ч электрической энергии

(6)

Суточный расход электрической энергии для рассматриваемой фермы: освещение -11,5 кВт*ч/сут.; доильный аппарат - 2,25 кВт*ч/сут.; навозосброщик - 1,6 кВт*ч/сут.;

танк охладитель молока - 12 кВт*ч/сут.; прочие расходы - 3 кВт*ч/сут.

=11,5+2,25+1,6+12+3=30.35 кВт*ч/сут. (7)

Суммарная суточная затрата электрической энергии равна 30,35 кВт*ч/сут, а энергия, производимая из БГУ равна 41,96 кВт*ч/сут. Расчеты сделаны для самого холодного периода. Данная схема энергообеспечения позволит значительно сократить расходы.

Литература

1 Громова Е.А., Салова Т.Ю. Разработка метода биоконверсии твердых отходов для получения возобновляемых энергетических ресурсов // Известия СПбГАУ, СПб, -№ 27, -2012.

2 Громова Е.А., Громова Н.Ю., Салова Т.Ю. Моделирование процесса биоконверсии твердых отходов и получения биогаза // Известия международной академии аграрного образования. СПб.: СПбГАУ, - № 1, -2013

3 http://hikersbay.com/climate/tajikistan?lang=ru

4 http://www.bio-energetics.ru

Код для цитирования: Скопировать