Энергетический комплекс для производства

электрической и тепловой энергии на

возобновляемом местном ресурсе

(на твердом топливе и

брикетированных отходах сельскохозяйственного производства)

Назначение

Получение электрической и (или) тепловой энергии с использованием силового генераторного газа, получаемого при газификации твердых углеводородных топлив:

- сухие брикетированные отходы растениеводства, животноводства и сельскохозяйственного производства;

- древесина и брикетированные древесные отходы;

- классическое твердое топливо (антрацит, уголь различных марок, кокс, горючие сланцы, торф);

Установка рассчитана для работы как в периодическом, так и непрерывном режимах.

Состав газогенераторной электростанции на твердом топливе

1 - газопоршневая электростанция

2 - фильтр-влагоотделитель

3 - фильтр тонкой очистки

4 - бойлер-охладитель газа

5 - вентилятор

6 - газификатор (газогенератор)

Газификатор топлива ЗАО «Перспектива» ОМЗ мощностью 300 кВт

Выход энергоресурсов при газификации

Твердое

топливо

Горячая вода Жидкое топливо (при наличии в газе смол)

Электрическая энергия: 1 кВт * Ч при сжигании от 2-х до 3-х кг исходного топлива (для древесины)

1 - газификатор (газогенератор)

2- бойлер-охладитель газа

3 - фильтр-влагоотделитель

4 - газопоршневая электростанция

Ориентировочные значения себестоимости электроэнергии для различных автономных

электростанций

Тип генерирующей

энергии

Вид и расход топлива на выработанный кВт * ч

Стоимость топлива, руб.

Себестоимость выработанной

электроэнергии, руб. / кВт * ч

Газогенераторные электростанции Дрова, чурки – 2,5 кг/

кВт.ч1,050-01,68 руб./кг

2,7 ÷ 4,9

Отходы древесины – 2,5 кг/ кВт.ч

0,2 – 0,37 руб./кг

0,63 – 1,7

Дерево (50%) + отходы (50%) – 2,5 кг/ кВт.ч

0,63 – 1,03 руб./кг

1,7 – 3,4

Пеллеты 2,5 кг/ кВт.ч2,7 – 3,7 руб./кг

6,88 – 10,02

Дизельные электростанции

0,25 ÷ 0,3 л/кВт.ч 16 руб./л 4 ÷ 4,8

Бензиновые электростанции

0,25 ÷ 0,5 л/кВт.ч 18 руб./л 4,5 ÷ 9

Себестоимость выработанной электроэнергии на электростанциях

Тип генерирующей

энергии

Расход топлива на выработанный кВт * ч

электроэнергии

Стоимость топлива, руб.

Себестоимость выработанной

электроэнергии,

Дизельные электростанции

0,25 – 0,3 л 16,0 руб./л 4 – 4,8

Бензиновые электростанции

0,25 – 0,5 л 18,0 руб./л 4,5 – 9,0

Сетевая электроэнергия - - 1,8

Газогенераторные электростанции

2,5 кг твердого топлива0,2 – 1,68

руб./кг0,6 – 4,9

Структурная схема переработки возобновляемой биомассы (ресурса)

Приготовление рабочей массы

Эл. энергия, пар

ПОТРЕБИТЕЛЮЭЛ. + ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ

Калийно – фосфорное удобрение

Получение эл. энергии

БИОГАЗ

Газификатор + ГПЭС

УДОБРЕНИЕ ЖИДКОЕ

Гранулятор

Комплекс сбраживания

Лагуна отстойника

Отжим влаги

Расчет экономической эффективности

№ п/п

Расчетный параметрОбозначение или

формулаРазмерность Влажность исходного сырья

1 Исходная влажность ресурса W1 0,8 0,7 0,6 0,5

2 Конечная влажность ресурса W2 0,25 0,25 0,25 0,25

3 Зольность 0,06 0,6 0,6 0,6

4Состав сырья на 1 т исходного ресурса:

GCB = GИСХ *(1-W1)5 вода кг 800,00 700,00 600,00 500,00

6 сухое вещество, в том числе кг 200,00 300,00 400,00 500,00

7 органических веществ (ОВ) кг 188,00 282,00 376,00 470,00

8 минеральных веществ (зола) кг 12,00 18,00 24,00 30,00

9

Удельный расход топлива на 1 кВт электрической мощности, вырабатываемой на газопоршневой электростанции

b кг/кВт*ч 1,30 1,30 1,30 1,30

10Электрическая энергия, вырабатываемая с 1 т исходного сырья

ЭВЫР = (1-W1)/b кВт*ч/т153,85 230,77 307,69 384,62

11Затраты электроэнергии на 1 т исходного сырья

12 - винтовой пресс (Экотон) ЭПР = 3,0 кВт*ч/т(исх) 3,00 3,00 3,00 3,00

13 - гранулятор (Эко-Ресурс) ЭГР = 200*(1-W1) кВт*ч/т(исх) 40,00 60,00 80,00 100,00

14 Всего: ЭЗАТР 43,00 63,00 83,00 103,00

15Полезный выход энергии на 1 т исходного сырья

ЭПОЛ = ЭВЫР - ЭЗАТР кВт*ч/т(исх) 110,85 167,77 224,69 281,62

16 Суточный расход ресурса GСУТ т/сут 30,0 30,0 30,0 30,0

17 Полезная выработка электроэнергии в сутки ЭСУТ кВт*ч 3325,0 5033,1 6740,8 8448,5

18 Полезная выработка электроэнергии в год ЭГОД кВт*ч1213765,4

18370,73

2460380,8

3083688,5

19 Средняя мощность электростанции N = ЭСУТ /24 кВт 138,56 209,71 280,87 352,02

20 Стоимость оборудования:

21 Система обезвоживания до 8 т/ч млн.руб 1,00 1,00 1,00 1,00

22 Участок производства гранул до 4 т/ч 4,00 4,00 4,00 4,00

23 Склады и другие сооружения 3,50 3,50 3,50 3,50

24Газогенераторный энергетический комплекс (ГЭК)

3,60 5,30 5,30 9,00

25 Итого без когенерации (Вариант 1): 12,10 13,80 13,80 17,50

26Годовая экономия эл.энергии при цене на эл.энергию 2,5 руб./кВт*ч

млн.руб 3,03 4,59 6,15 7,71

27Срок окупаемости капитальных вложений по варианту 1

лет 3,99 3,00 2,24 2,27

28 Вариант 2 (с когенерацией)

29 Доработка газопоршневой электростанции млн.руб 0,30 0,50 0,50 1,00

30 Итого по варианту 2 млн.руб 12,40 14,30 14,30 18,50

31 Годовая выработка тепловой энергии QВЫР = ЭВЫР Гкал 1448,77 2173,15 2897,54 3621,92

32 Экономия природного газа куб.м 201217,95 301826,92 402435,90 503044,87

33 Стоимость экономии по газу(Ц=2 руб./куб.м) млн.руб 0,40 0,60 0,80 1,01

34 Итого годовая экономия по варианту 2 млн.руб 3,44 5,20 6,96 8,72

35Срок окупаемости капитальных вложений по варианту 2

лет 3,61 2,75 2,06 2,12

Заключение

1. Процесс газификации твердого топлива является экологически чистым и позволяет вовлекать в процесс генерации тепловой и электрической энергии такие виды возобновляемых энергоресурсов , как древесина, отходы сельскохозяйственной промышленности, растениеводства и животноводства.

2. Себестоимость электроэнергии, получаемой на установках с газификацией отходов деревообработки и сельскохозяйственного производства соизмерима со стоимостью сетевой электроэнергии.

3. Современное соотношение цен на энергоносители и электроэнергию позволяют рекомендовать массовое внедрение газогенераторных электроагрегатов малой и средней мощности для обеспечения электроэнергией сельскохозяйственных и промышленных объектов, жилых зданий, а также уменьшения дефицита электроэнергии на селе, фермерских хозяйствах, малых предприятий сельского хозяйства.

4. Использование технологии газификации твердого топлива может позволить решить вопрос уменьшения чрезмерной зависимости теплогенерирующих установок от поставок газа и иметь в качестве основного и (или) резервного топлива для газовых котельных такие виды твердого топлива , как уголь, торф .сланцы.

5. В настоящее время создано и серийно выпускается практически все оборудование для комплектации энергетического комплекса по использованию возобновляемого местного топливного ресурса.

6. Созданы все предпосылки для создания комплекса для производства электрической и тепловой энергии с использованием местных возобновляемых и невозобновляемых местных топливно-энергетических ресурсов.

Биогазовые энергетические

установки

Основные технико-экономические показатели

Основные решаемые задачи 1. Утилизация отходов в зонах производства и переработки сельскохозяйственных продуктов и улучшения экологической обстановки.2. Получение дополнительныхэнергетических ресурсов на основеместного возобновляемого сырья. 3. Получение дешевых экологическичистых органических удобрении и обеспечить процесс восстановлениями увеличения естественного плодородия

Исходное сырье Любые органические отходы животноводческих ферм, птицефабрик, маслобоен, мясоперерабатывающих производств и т.п.

Наименование Размерность Величина

Технология переработки Процесс метанового сбраживания

Режим работы Термофильный и мезофильный

Конструктивные особенности

Непрерывный технологический

Система автоматикиКонтроль и оптимизация параметров работы установки, сигнализация аварийных ситуаций

Эксплуатационные особенности

Выход биогаза в 1,5 раза больше зарубежных аналогов

Выход полезного продукта:-выход биогаза

- органическое удобрение (кормовые добавки)

м3 / м3 рабочего объема реактора

до 5,0 (КРС) до 10,0 -птичий помет

Теплота сгорания биогаза ккал/ м3 5500 - 6500

Технологическая схема биоэнергетической установки

Типовой ряд Биогазовых энергетических установок (БЭУ) для переработки сельскохозяйственных отходов

1 Поголовье: Величина

КРС (голов) 10 20 50 100 200 400 800

Свиней (голов)100 200 500 1 000 2 000 4 000 8 000

Кур (тыс. голов)5 10 25 50 100 200 400

2 Объем биореактора, м3

5 10 25 50 100 200 400

3 Производительность по сырью, м3/сут. 1 2 5 10 20 40 80

4 Выход биогаза, м3 /сут.

20 -30 40 -60 100-150 200-300400 -600

800-1200 1 600-2 400

5 Эквивалентная тепловая мощность, кВт

5-8 10-15 25-37 40-60100 -150

200-300 400-600

6 Цена оборудования, тыс.руб.

4 500 5 640 7 650 11 400 15 800 21 760 31 000

Органическое удобрение

Сертифицированы и внесены в Государственный реестр разрешенных к применению агрохимикатов.

Сочетание микробиологической культуры и переработанной методом метанового сбраживания органики дает право говорить о биоорганическом удобрении нового поколения ( Патент РФ № 22 48 955), высокая эффективность которого связана с присутствием в нем биогенных стимуляторов естественного происхождения.

Применение таких удобрений позволяет повышать плодородие почв, получать сельхозпродукцию высокого качества без применения химических веществ.

Результаты лабораторного опыта по проращиванию семян клевера на 7 день после посадки семян

Слева - полив водой, справа - полив удобрением в разведении 1:20. Полив производился в 1-й и 4-й день проведения опыта.

Влияние удобрения «Урожай-С» на урожайность

Год Норма внесения удобренияУрожайность

ц/га

Сравнение (прибавка к

урожаю)

2000 Без удобрений (кукуруза) 80 100%

2000 «Урожай-С», 700кг/га (кукуруза) 290 360%

2001 Аммиачная селитра, 200кг/га (то же) 113 140%

2002 «Урожай-С», 600 кг/га ( то же) 200 250%

Пшеница яровая, сорт «Московская-35» +22%

Пшеница, сорт Ишеевская +15%

Гречиха +27%

Суданская трава +10%

Ячмень, сорт Эльф 14%

Вико-овсяная смесь +34%

Расчет эффективности и обоснование инвестиций

Параметр Величина Примечание

Производительность установки 20 т/сут Помет птиц

Стоимость оборудования 7 900 тыс.руб.

Производительность БЭУ: по биогазу по энергии по удобрениям

140 ООО м3/год 3 370 ГДж/год

7 300 т/год

Экономии по минеральным удобрениям 11 680 тыс. руб.Норма внесения мин.удобрений-400кг/га, цена 400Q руб./т

Экономия по энергоресурсам 504 тыс. руб.

Суммарная экономия 12 184 тыс. руб.

Срок окупаемости 0,7-0,8 года Только по удобрению

Экономия по экологическим платежам 1 814 000 руб.

Реализация объемов снижения выбросов парниковых газов

Около 20 000 евро

Замкнутые экологически чистые циклы сельскохозяйственного производства

Удобрения

МясопереработкаБЭУКормовые добавки

БЭУЗерновые культуры

Птицефабрика Отходы

Отходы

Внешний вид БЭУ производительностью 1 т/сут

Общий вид БЭУ Реактор

Презентация и конференция июль 2006 г. (Н.Новгород - Балахна)

Презентация в июле 2006 г (Балахнинская птицефабрика)

Газовая колонка и электрокотел

Пульт управления (силовая часть)

Автоматический пульт компьютерного управления объектом

Пневматические клапана Газовые клапана и датчики

Возобновляемые источники энергии

(ВИЭ)

Возобновляемые источники энергии — источники энергии, образующиеся на основе постоянно действующих или периодически возникающих процессов в природе, а также жизненном цикле растительного мира и жизнедеятельности человеческого общества.

Ресурс (потенциал) ВИЭ - объем

энергии, заключенной или извлекаемой при определенных условиях из возобновляемого источника энергии.

Валовой потенциал ВИЗ - средний годовой объем энергии, содержащийся в данном виде ВИЭ при ее полном превращении в полезно используемую энергию

Технический потенциал ВИЭ - часть валового потенциала, преобразование которого в полезно используемую энергию возможно при данном уровне развития технических средств, при соблюдении требований по охране окружающей среды

Экономический потенциал ВИЭ - часть технического потенциала, преобразование которого в полезно используемую энергию экономически целесообразно при данном уровне цен на ископаемое топливо, тепловую и электрическую энергию, оборудование, материалы и транспортные услуги, оплату труда т др.

Невозобновляемые (истощаемые) источникиэнергии — природные запасы вещества и материалов, которые могут быть использованы для производства энергии, например: нефть, уголь, природный газ, ядерное топливо

ВИЭ включает следующие формы энергии: -солнечная, геотермальная, ветровая, гидроэнергия, энергия биомассы, энергия морских волн, течений приливов и океана, низкопотенциальная тепловая энергия и другие «новые» виды возобновляемой энергии

Условно разделяют ВИЭ на две группы:

- традиционные: гидравлическая энергия, преобразуемая на ГЭС мощностью более 30 МВт, энергия биомассы, используемая для получения тепла традиционными способами сжигания (дрова, торф и другие виды печного топлива), геотермальная энергия

- нетрадиционные: солнечная; ветровая; гидравлическая энергия, преобразуемая в полезный вид энергии малыми и микроГЭС; энергия морских волн, течений, приливов и океана; энергия биомассы, не используемая для получения энергии традиционными методами; низкопотенциальная тепловая энергия; другие «новые» виды возобновляемой энергии

Солнечная энергия – часть солнечного излучения, приходящаяся на поверхность Земли.

Ветровая энергия - кинетическая энергия движущихся масс воздуха.

Гидравлическая энергия - потенциальная и кинетическая энергия воды.

Биомасса — часть растительного и животного мира, которая в естественном или превращенном виде может быть использована для производства электрической и (или) тепловой энергии, например: отходы лесозаготовки и лесопереработки, отходы... животноводства и растениеводства, твердые и жидкие бытовые отходы, отходы биомассы перерабатывающей промышленности и др.

Геотермальная энергия – часть тепловой энергии ядра Земли, выходящая в верхние слои поверхности Земли за счет теплопроводности твердых пород, а также в виде горячей воды или паро-газовой смеси

Энергия градиента температуры - энергия, получаемая за счет разности температуры, например, верхних и глубинных слоев морей и океанов.

Низкопотенциальная тепловая энергия - тепловая энергия, содержащаяся в воздухе, а также в вентиляционных выбросах, воде, в том числе в промышленных и бытовых стоках, и в верхнем слое Земли (до 150м), с температурой до 40 °С.

Волновая энергия - энергия волн океанов, морей и больших водоемов

Приливная энергия - потенциальная энергия водных масс морей и океанов, запасаемая в результате гравитационного воздействия луна, планет и Солнца

Литература

Ресурсы и эффективность использования возобновляемых источников энергии в России

П. Л.Безруких, Ю.Д.Арбузов, Г.А.Борисов, В. И. Виссарионов и др..-СПб.:Наука, 2002, 314 с.

Энергосбережение и энергетический менеджмент:

учебн.пособие / А. А. Андрижиевский, В.И.Володин.- Минск.: Выш.шк, 2005.-294 с.