Диссертация (1143334), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Исходный субстрат навоза КРС влажностью 80 % загружался в пластиковые контейнеры емкостью 1,5 литра (рис. 107).Всего в эксперименте использовалось 5 микро-контейнеров по 0,5 л субстрата в каждом.Рис. 107. Загрузка субстратаВ каждый контейнер добавлялось определенное количество воды, не содержащей хлора и других химических веществ, убивающих микрофлору.Объем добавляемой воды в каждый контейнер составлял 0; 0,15; 0,3; 0,5; 0,7 л.Влажность в каждом контейнере рассчитывалась по формуле:W =100.в + е.Wе(4.35)Вгде в – количество добавленной воды, л;е = 0,5л – количество исходного субстрата;Wе = 80% – влажность исходного субстрата;В в е – общий объем конечного субстрата, лИспользуя выражение 4.45 получим в исследуемых объемах контейнероввлажность соответственно: 80 %; 85 %; 88 %; 90 %; 92 %.Сверху на каждый контейнер «одевался» полиэтиленовый пакет, которыйгерметично крепился к горловине контейнера (рис.
108).207Все 5 контейнеров находились в идентичных условиях и обеспечивались небольшим подогревом с помощью газовой печи. Температура поддерживалась науровне 35 оС (мезофильный режим).Рис. 108. Емкость с герметично прикрепленным пакетомФотоиллюстрация качественного эксперимента представлена на рис. 109.Рис.109. Иллюстрация качественного опыта по скорости метангенерациив зависимости от влажности субстрата(Контейнер № 1 – влажность 80 %; № 2 – 85 %; № 3 – 88 %; № 4 – 90 %; № 5 – 92 %)В ходе проведенного опыта было установлено, что существенное газовыделение во всех контейнерах началось на 5-е сутки (начало вздутия), причем в первоевремя наиболее интенсивное газовыделение происходило в контейнере с наименьшей влажностью (контейнер № 1, рис.
109). На 10-е сутки резко возросло газовыделение в контейнере № 2, на 11-е сутки – в контейнере № 3. В контейнерах № 4и № 5 газовыделение было крайне слабым (на уровне ошибки эксперимента).208Начиная с 15-х суток изменения объема во всех контейнерах не наблюдалось,что свидетельствовало о значительном снижении газовыделения.Результаты эксперимента приведены на рисунке 110.23145Рис. 110. Зависимость выхода биогаза от влажности субстрата(1, 2, 3, 4, 5 – соответственно влажность 80 %, 85 %, 88 %, 90 %, 92 %)В ходе эксперимента было установлено, что наиболее интенсивное газоотделение при созданных условиях происходило в контейнере № 2 (влажность 85 %).Резкое выделение биогаза в контейнере № 1 в первое время объясняется высокой концентрацией органического вещества, а преждевременное замедление –недостаточным содержанием влаги – среды для размножения бактерий.Слабое газоотделение в контейнерах № 4 и № 5 объясняется низкой концентрацией органического вещества.Таким образом, были получены качественные результаты, подтверждающиеинстенсивность метангенерации в зависимости от влажности, температурного режима и концентрации органического вещества в субстрате.4.4.5.
Использование БГУ в составе мКС ВИЭБиогазовые установки экономически оправданы лишь при соблюдении определенных условий. Основным условием экономической эффективности БГУ является объем суточного выхода отходов (помета), который в свою очередь, зависитот поголовья животноводческого хозяйства.209С точки зрения рассмотренной в главе 2 математической модели, как уже отмечалось выше, БГУ является безрисковым источником энергии, т.к. наличие животноводческой фермы служит постоянным источником топлива в виде отходовжизнедеятельности животных. Поэтому какие-либо стохастические параметры вбазу данных для расчета мКС ВИЭ по БГУ не закладываются и используется детерминированный подход.В программе автоматизированного расчета «АРК-ВИЭ» для расчета оптимальной доли мощности БГУ от заказчика требуется задание вида и количества голов скота на ферме.
В алгоритме программы «прошиты» данные по количествуэнергии, образующейся в результате жизнедеятельности каждой головы КРС, свиней или птицы.Расчеты, выполненные в УрФУ, показали, что птицефабрика на 1 млн. головптицы обеспечивает функционирование газогенератора мощностью 250 кВт (э)[113]. Подобные хозяйства могут обеспечить покрытие энегетических собственныхнужд производства за счет отходов поголовья своих ферм.Небольшие фермерские животноводческие предприятия (менее 25 головКРС) в условиях высоких значений ГСОП не могут по критериям экономическойэффективности позволить себе приобретение и эксплуатацию БГУ без поддержкисо стороны государства. Последняя со временем может появиться в результате волевого административного решения при условии создания в стране рынка биореакторных удобрений, чего в настоящее время в России нет.Однако, мКС ВИЭ с использованием БГУ могут применяться уже сейчас.На рис.
111 представлен пример экранного меню с расчетом мКС ВИЭ приналичии в его составе БГУ.210Рис.111. Пример экранного меню и расчета оптимальной сикстет-s КС ВИЭ, включающей БГУ(ДГ+ВЭУ+ФЭП+СК+мГЭС+БГУ)Наличие животноводческой фермы может позволить отказаться от бензинового ДГ. Нарис. 112 представлен график экспериментальных данных и расчетных характеристикмКС ВИЭ с использованием БГУ при отсутствии ДГ.Рис. 112. Экспериментальные (с БГУ-1,5) и расчетное значение оптимальнй КС ВИЭс применением биогазовой установки .Из графика видно, что для эффективного использования БГУ в составе данного кватро-мКС ВИЭ необходим объем метангенерации, обеспечивающий мощность газогенератора на уровне 1,6 кВт (э).
Для этого фермерское хозяйство должноиметь 25–30 голов КРС и соответствующий объем метантенка.2114.5.Исследование эффективности теплового насосав составе энергокомплекса ВИЭ на автономном объектеТепловые насосы получают все большее распространение во многих странахмира [114].
Их преимущества по сравнению с классическими теплогенерирующими устройствами на оснеове органических топлив можно охарактеризоватькратко: безопасность, надежность, энергетическая эффективность [115].Теплонасосное обеспечение в России пока еще не имеет широкого распространения из-за относительно низких цен на первичные (органические) теплоносители и, зачастую, недостаточной конкурентоспособности ТН по сравнениюс газовыми централизованными котельными.Однако, для удаленных объектов, не имеющих централизованного отопления, применение ТН уже сейчас имеет широкие перспективы.Теплонасосное энергообеспечение в «Энергоэффективном доме» фактическибыло реализовано после поставки (2011 г.) и подключения (июль 2013 г.) тепловогонасоса (ТН) «Vaillant-5.5» в составе энергокомплексана основе ВИЭв квартире №1. Задержка по времени была обусловлена необходимостью устройства скважины низкопотенциального тепла (грунта, воды) и соответствуещего объема финансовых средств.Использование теплового насоса в составе КС ВИЭ, с учетом рассмотреннойматематической модели в главе 2, относится к безрисковому способу получениятепла ввиду отсутствия воздействия природных стохастических факторов при условии использования в качестве низко-потенциального источника тепла – грунта, имеющего на глубине 10 и более метров (до 100 м) постоянную температуру +70С.Цель данного раздела 4-й главы – рассмотреть возможность использованиянизкопотенциальных источников (НПИ) тепла и исследовать эффективность ТНв составе КС ВИЭ в условиях высоких значений ГСОП для удаленного децентрализованного объекта на примере «Энергоэффективного дома».В качестве НПИ для ТН могут выступать грунт, вода рек, морей или искусственных водоемов, воздух, отходы животноводческих ферм и сбросные сточныеводы [116].212При горизонтальной укладке коллектора НПИ теплосъем для грунтов зависит от качества почвы и находится в диапазоне от 10 до 40 Вт/м 2 при расстояниипрокладки от 0,5 до 1 м и глубине прокладки от 1,2 до 1,5 м.
Чтобы использоватьпочву в качестве источника тепла, в ней прокладываются пластиковые трубопроводы-змеевики (грунтовые коллекторы), по которым циркулирует теплоноситель.Используемый теплоноситель должен обладать достаточной стойкостью против замерзания. Кроме того, при возможной разгерметизации не должно возникать опасности для подземных вод. Например, теплоноситель Antifrogen N, который былспециально разработан для переноса тепла и защиты от коррозии в системах тепловых насосов.Известны разные схемы раскладки трубы: петля, змейка, зигзаг, плоскиеи винтовые спирали разных форм и т. п. Выбор определяется теплопроводностьюгрунта и геометрией участка.В среднем 1 кв.м грунта может обеспечить «поставку» 10-35 Вт мощности.Длину трубы в одной петле, причем цельной, без разъемов, стремятся ограничить(не более 600 м), иначе заметно увеличивается расход энергии на циркуляционномнасосе. Если нужна большая мощность, петель делают несколько.
Главное достоинство грунтовых коллекторов – универсальность и относительная простота монтажа.Недостаток - большая потребная площадь под коллектор – 25–50 м2 на 1 кВтмощности (причем площадку можно использовать только под газон или однолетние цветы). Температура слоя грунта вокруг труб постепенно снижается, и темсильнее, чем выше производительность теплового насоса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
