Одними из самых востребованных направлений науки являются разработка энергосберегающих технологий, поиск возобновляемых источников энергии, рационального и эффективного использования уже имеющихся знаний в этой области, а также разработка технологий для улучшения экологии.
На данный момент развитие методов использования альтернативных видов топлива играет ведущую роль в энергетике. Это связано с ограниченностью запасов основных видов топлива, таких как газ и нефть, уголь и др., что приводит к ежемесячному удорожанию их использования. С другой стороны, их добыча и использование приводит к постоянному загрязнению окружающей среды.
Огромный экологический ущерб, связанный с парниковым эффектом, т.е. глобальным изменением климата наносят добыча, переработка, сжигание ископаемых видов топлива.
Биотопливо занимает одну из ведущих позиций в структуре возобновляемых источников энергии, которые позволяют улучшить экономическую составляющую и сократить выбросы парниковых газов.
Биогаз — общее название горючей газовой смеси, получаемой при разложении органических субстанций в результате анаэробного микробиологического процесса (метанового брожения). Его основные компоненты: метан (СН4) — 55-65% и углекислый газ (СО2) — 35-45%, а также в очень малых количествах, около 1%, другие газы, например -водород (H2) и сероводород (Н2Э). Средняя теплота сгорания биогаза, содержащего около 60% метана, равна 22 МДж/м3. Поскольку горючая часть биогаза состоит из метана (температура воспламенения метана около 645°С), его причисляют к семейству природных газов.
В зависимости от биомассы, используемой для производства биогаза, можно выделить следующие его виды:
- газ метантенков, получаемый на городских канализационных очистных сооружениях (БГ КОС);
- биогаз, получаемый в биогазовых установках при сбраживании отходов сельскохозяйственных производств (БГ СХП);
- биогаз, получаемый на полигонах отходов, содержащих органические компоненты (БГ ТБО) [1].
При рассмотрении возможности производства биогаза для котельных в Ульяновской области в качестве примера был взят рабочий посёлок Ишеевка с населением около 11 тыс. человек.
В качестве сырья предлагается использовать канализационные стоки из системы поселковой канализации. В стандартной схеме используются 5 канализационных насосных станций (КНС) для прокачки отходов в очистные сооружения. Центральной канализацией обеспечено около 50% домовладений.
При объеме канализационных сбросов, составляющем около 6500 м3 в сутки, и при пересчете его в биогаз выходит около 1 млн м3/год биогаза, что определяется по V = 365wykm.
- где V — годовой объем биогаза, м3; w — среднесуточный объем сбросов, м3/сут.; у — теоретический выход газа, м3/кг; m — масса биомассы, кг;
- k — процентное соотношение сухого остатка от общей массы.
По соотношению полученной теплоты при пересчете на природный газ мы можем получить объем эквивалентный 630 тыс. м3 в год.
Среднее значение низшей теплоты сгорания биогаза равно 20,6 МДж/м3, а у природного газа 32,7 МДж/м3, т.е. по теплоте сгорания 1 м3 биогаза эквивалентен 0,63 м3 природного газа [2].
По соотношению теплоты сгорания потенциальная экономия природного газа при замещении его биогазом составляет 630 тыс. м3, при стоимости 1 тыс. м3 природного газа 5990 руб. (в 2021 г.) ежегодная экономическая выгода составит около 3,8 млн. руб.
Расчеты показывают, что внедрение данной технологии на территории р.п. Ишеевка Ульяновского района Ульяновской области является перспективным и экономически оправданным решением.
Список литературы
- Баадер В. Биогаз: теория и практика. — М: Колос, 2011.
- Чадова Н.А., Чадов А.Ю. Технологии производства биогаза и перспективы его применения в России. URL: https://scienceforum.ru/2017/ article/2017033030. (Дата обращения 16.03.2022).
Автор: Ожогин С. Д. (студ. гр. ТГмд-21), руковод. Орлов М. Е. (к.т.н., доцент)
Источник: Новые технологии в теплоснабжении и строительстве: сборник работ студентов — сотрудников научно-исследовательской лаборатории «Теплоэнергетические системы и установки». Выпуск 20 [Электронный ресурс]. — Электронные данные. Ульяновск : УлГТУ, 2022. — 131 с.
