Биоэнергетические установки в сельском хозяйстве

9.Стоимость  биогазовых установок 

Стоимость биогазовых установок зависит от объема биореактора , и от комплектующего его дополнительного оборудования. Модульные установки состоят как минимум из двух метантеков (ферментеров), обеспечивающих оптимальные условия анаэробной ферментации и позволяющие при непредвиденных ситуациях ( вспышках инфекционных болезней, при ремонтно-профилактических работах и пр.) перейти с проточного режима на цикличный. Установки могут собираться из нескольких модулей, в зависимости от количества перерабатываемого сырья. Биогазовые установки рекомендуются крупным и средним предприятиям и хозяйствам.

10.Окупаемость  проекта.

Затраты на биогазовую установку образуются из :

- затрат на производство  или закупку субстрата, распределенных  на срок пользования инвестиционных  затрат (отчисления, выплаты процентов);

- затрат на подключение  к государственной сети электроэнергии;

- текущих затрат (обслуживание и ремонт, производственные  средства) и из оплаты труда (обслуживание  установки).

Затратам противостоят гарантированные доходы от продажи электрической и тепловой энергии, а также доходы от совмаестной переработки косубстратов в биоудобрения.

Пр предварительным оценкам окупаемость биоустановок в среднем не более трех лет.

11.ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ  БЕЗОПАСНОСТЬ.

Применение технологии анаэробного сбраживания позволяет решить проблему обеззараживания животноводческих отходов. По результатам исследований, проведенных ВНИИ ветеринарной санитарии и ВНИИ гельминтологии, при сбраживании навоза при термофильном процессе обеззараживание его от яиц гельминтов и возбудителей многих заразных заболеваний достигается через 3 дня, семена сорных трав теряют всхожесть, уничтожаются дурно пахнущие соединения, порог неприятного запаха снижается.

Перебродившая биомасса превращается в экологически чистые жидкие удобрения. Они не содержат патогенной флоры, содержат необходимые растениям микро- макроэлементы, биологически активные вещества, которые повышают урожайность растений .При внесении таких удобрений в почву значительно улучшают ее агрохимические свойства. Биоудобрения позволяют уменьшить объемы внесения минеральных и фосфатных удобрений, как правило, снижают содержание нитратов в продуктах сельского хозяйства.

Переработка и утилизация птичьего помета в биогазовых установках улучшает общую экологическую обстановку вокруг птицефабрики. Снижаются выбросы загрязняющих веществ в атмосферу. Снижается потребление воды на 68 %.Очищенные и обеззараженные сточные воды могут направляться на технологические нужды в своем хозяйстве. Снижается техногенное воздействие на структуру и микробиологию почвы за счет сокращения территорий , занятых отходами. Снижается опасность просачивания и загрязнения подземных водотоков.

Применение биогазовых установок практически исключает открытый сброс отходов птицеводства.

12. Обоснование  целесообразности внедрения и  использования 

Использование биогаза, биоудобрений даст снижение себестоимости животноводческой продукции примерно вдвое, а с учетом экологически безупречного качества превратит ее в конкурентоспособную с аналогичной продукцией на отечественном и мировом рынках.

Рыночная привлекательность проекта складывается из пяти главных аспектов :

• экономического;

• экологического;

• социального;

• энергетического;

• агрохимического.

В энергетическом :

-получение биогаза, производство экологически безопасной  энергии 

В агрохимическом :

-получение экологически  чистого органического удобрения 

В экономическом аспекте:

• затраты на утилизацию навоза и отходов включают только расходы хозяйства на переработку;

• возникает и формируется широкая сеть дешевой животноводческой продукции и сотрудничество на взаимовыгодных условиях;

• замена дорогих минеральных удобрений на более дешевые и эффективные органоминеральные удобрения и повышение качества почвы позволяет при тех же затратах получить больше продуктов растениеводства и сформировать дешевую кормовую базу;

• снизить затраты на производство кормов за счет уменьшения обработки почвы, закупки минеральных удобрений;

• уменьшение суммы штрафов за экологические нарушения, связанные с хранением и вывозкой навоза;

• снижение себестоимости продукции на животноводческих предприятиях.

В экологическом аспекте:

• полная утилизация отходов животноводства и растениеводства;

• уменьшается загрязнение окружающей среды и пахотных земель;

• оздоровление среды обитания в местах дислокации животноводческих предприятий;

• восстановление плодородия почвы до равновесного состояния экосистемы «Почва-Вода-Воздух»;

• внедрение щадящих технологий обработки почвы, отказ от использования химических средств повышения урожайности;

• вовлечение в хозяйственный оборот животноводческих и растительных отходов сельхозпроизводства.

В социальном аспекте:

• увеличение занятости сельского населения в производительном труде;

• производство дополнительных объемов животноводческой продукции для продовольственного обеспечения и реализации на сторону;

• появление дополнительного источника доходов;

• совершенствование инфраструктуры, связи, экономической грамотности и коллективного взаимодействия, вызванное реализацией проекта;

• частичное решение проблемы безработицы;

• участие населения в активной производственной деятельности, приносящей хорошие доходы, должно сформировать новый тип менталитета сельского населения.

9.

природным показателям;

• обеспечить снижение степени экологической опасности животновод-ческих производств;

• получить в сельском подворье экологически безопасную животноводческую продукцию.

• Снизить расходы на электроэнергию и тепло

• Резко повысить уровень экологической безопасности окружающей среды и как правило снизить заболеваемость среди людей.

 

 

 

                        Общая схема биоэнергетической  установки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вопрос 3.

                             Теплонасосные установки.

Теплонасосные установки и термот. Наиболее известны и распространены установки, производящие перекачку (по аналогии с гидродинамическими процессами) теплоты от потока с меньшей температурой к потоку с большей температурой. Такие установки называются теплонасосными (холодильными). Более сложные задачи могут решать установки, называемые термотрансформаторами. Кроме работы в режиме теплового насоса они могут повышать давление пара (повышающий термотрансформатор), расщеплять поток пара на потоки, имеющие большее и меньшее давление (расщепляющий термотрансформатор), получать электроэнергию, используя низкопотенциальное тепло, и даже электроэнергию и холод без подвода тепла.

При невозможности или нерациональности использования теплоты вторичного энергоресурса в связи с его низким температурным потенциалом необходимо рассматривать вопрос о преобразовании этого потенциала.

Парокомпрессионная установка – наиболее распространённый и простой вид ТНУ. При сжатии пара рабочего тела в компрессоре его температура и давление увеличиваются, и пар может быть сконденсирован на высоком температурном уровне. В дросселе температура и давление конденсата падают, и конденсат испаряется на низком температурном уровне. Таким образом, отнимается теплота у холодного объекта и передаётся горячему.

Парокомпрессионная теплонасосная установка (КТНУ)

В ряде случаев для повышения экономичности установки возможна организация теплообмена между потоком после испарителя и потоком после конденсатора.

При разработке ТНУ для конкретного технологического объекта должны быть заданы температура нагреваемой и охлаждаемой среды, после чего подбирается рабочее тело цикла и давления в высокой и низкой части контура. При разнице температур в испарителе и конденсаторе более 50 60 оС применяются двухступенчатые или каскадные технологические схемы.

Абсорбционная теплонасосная установка (АТНУ) с абсорбционной колонной

Достоинствами парокомпрессионной ТНУ по сравнению с другими видами являются: высокие холодильные коэффициенты, незначительные капитальные затраты (в простой схеме – компрессор и два теплообменника), простота конструкции и управления, возможность быстрого ввода в эксплуатацию. Недостатком является потребление более дорогой, по сравнению с тепловой, электрической энергии или энергии сжатого газа (как правило, водяного пара).

Приведённая схема абсорбционной ТНУ является классической. Её принцип действия основан на поглощении паров рабочего тела (РТ) каким-либо абсорбентом при невысоком давлении и последующем их выделении в десорбере при достаточно высоком давлении. Иными словами, сжатие паров РТ в компрессоре заменено выделением (десорбцией) и концентрированием паров РТ из смеси абсорбентом – с получением этих паров под избыточным давлением. В данной схеме охлаждение сред осуществляется в двух узлах (десорбере и испарителе) при высоком и низком температурном потенциале, нагрев также в двух узлах (конденсаторе и абсорбере) при среднем температурном потенциале. Установка рекуператоров не является обязательным, но, как правило рентабельна, т.к. они повышают эффективность установки.

Д – десорбер; А – абсорбер; Г – генератор (теплообменник); К – конденсатор; И – испаритель; Р1, Р2 – рекуператоры.

Наибольшее применение для получения холода на уровне -10 -30 °С находят водно-аммиачные абсорбционные установки, в которых рабочим телом служит аммиак и его растворы разной концентрации. Для холода уровня +5 +20 °С обычно используют установки с растворами бромистого лития или водных растворов ряда иных солей с рабочим телом – водяным паром.

При десорбции летучего компонента из раствора происходит поглощение теплоты на разрыв химических связей и испарение РТ, при абсорбции – выделение теплоты от образования химических связей и конденсации РТ. Высокие теплоты абсорбции/десорбции – очивидное требование к применяемой паре рабочих компонентов.

Данную схему можно сделать открытой по РТ. При вводе РТ при низком давлении в абсорбер и его выводе при высоком давлении после десорбера установка становится повышающим термохимическим трансформатором, т.е. повышает давление РТ, или термохимическим компрессором. При наличии любой пары РТ – абсорбент , её можно использовать для сжатия газов вместо механического компрессора, т.е. без затрат электрической или механической энергии.

Преимуществом АТНУ является утилизация теплоты невысокого потенциала, тогда как в КТНУ потребляется механическая или электрическая энергия. АТНУ отличается также лёгкостью регулирования параметров, возможностью достижения высоких степеней сжатия. Недостатками являются большие капитальные затраты (повышенная металлоёмкость) и более низкие холодильные коэффициенты. Использование АТНУ становится выгодным при наличии отбросных источников теплоты низкого температурного потенциала (отходящих газов печных и котельных установок, вторичного пара и т.п.)

Таким образом, классическая схема абсорбционной теплонасосной установки может работать либо полностью в режиме теплового насоса (холодильной установки), либо полностью в режиме повышающего термохимического трансформатора, либо в любом из промежуточных режимов. Переход из одного режима в другой осуществляется исключительно с помощью системы регулирования, что делает одну и ту же установку многофункциональной в зависимости от текущих требований потребителей.

Примерами использования установки (Д + А + Р1 + насос) как термохимического компрессора может служить её функционирование с системами водяной пар – водный раствор бромистого лития для сжатия водяного пара, аммиак – водоаммиачный раствор для сжатия аммиака, углекислый газ – раствор МЭА для сжатия углекислого газа.

Д – десорбер; А – абсорбер; Г – генератор (теплообменник); К – конденсатор; И – испаритель; Р1, Р2 – рекуператоры, Н – нагреватель.

Абсорбционная теплонасосная установка (АТНУ) со струйным абсорбером

Основной элемент схемы – абсорбер, являющийся фактически водоструйным компрессором. Из сопла абсорбера струя подогретого раствора вытекает с высокой скоростью, которая зависит от давления и температуры жидкости. Струя раствора и частично выделившееся РТ в камере смешения абсорбера создают разрежение и увлекают РТ, подведённое из испарителя. Тем самым в диффузоре образуется двухфазный поток, который тормозится. Кинетическая энергия потока преобразуется в потенциальную энергию давления, РТ переходит в раствор с выделением теплоты реакции растворения и конденсации.

Приведённая схема абсорбционной ТНУ отличается от классической иным способом абсорбции рабочего тела и, вследствие этого, изменением соотношения между давлениями в абсорбере и десорбере.

Недостатками данной схемы по сравнению со схемой с абсорбционной колонной являются повышенный расход энергии на циркуляцию абсорбента и большая мощность самого насоса. Применение струйного абсорбера даёт следующие преимущества:

Процесс растворения идёт при повышенном давлении, более высоком, чем в испарителе, температура раствора также повышается. Запас потенциальной энергии в слабом растворе создаётся за счёт подвода энергии к нему извне в насосе. Так как для повышения давления жидкости требуется работа, во много раз меньшая, чем для сжатия газа или пара, то процесс преобразования энергии в термохимическом трансформаторе протекает более экономично, чем в агрегатах типа парокомпрессионного теплового насоса.

Схема содержит гораздо меньшее количество обязательных элементов, что даёт возможность гибко подойти к её компоновке в зависимости от нужд конкретной технологии и значительно снизить капитальные затраты. Обязательными в схеме являются только абсорбер, десорбер и насос. Кроме того, необходимо наличие какого-либо из теплообменников-нагревателей (Н или К) и какого-либо из теплообменников-охладителей (Г или И). Также как и в схеме с колонной рекуператоры обязательными не являются.