Энергетическая эффективность малого биореактора в различных климатических зонах

Предложенная модель оценки теплового баланса и энергоэффективности биореактора позволяет определить для реактора малого размера, работающего на относительно низкоэнергетическом субстрате, величину критического объема, при котором в данных климатических условиях возможна круглогодичная, полностью автономная работа метантенка, и оценить вероятную энергетическую эффективность подобного биореактора (выход товарной теплоты). Для численной характеристики климатической зоны предлагается использовать среднегодовую температуру и/или распространенный в строительной теплотехнике показатель градусо-суток отопительного периода (ГСОП), более полно характеризующего неравномерность среднемесячного распределения температур (степень континентальности климата). Величина критического объема биореактора, при котором возможна круглогодичная автономная работа метантенка на осадке городских сточных вод, изменяется от 7,5 (Владикавказ, ГСОП = 3410) до 17,0 м³ (Томск, ГСОП = 6938), т. е. увеличивается практически пропорционально значению градусо-суток отопительного периода. Следует отметить, что при использовании субстрата с большим выходом биогаза, например свиного навоза (выход 40 г/кг), величина критического объема во всех случаях менее 1 м³. Такие результаты актуальны только для относительно низкоэнергетического сырья. Характер изменения выхода товарной теплоты в зависимости от объема биореактора и климатических условий вполне ожидаем – количество полезно используемой в интересах бизнеса теплоты тем выше, чем больше объем реактора и мягче климат. Однако при объеме реактора менее 5 м³ нелинейность графиков намного выше. Поэтому для проектировщиков особо малых биореакторов проведение подобных расчетов обязательно. Полученные численные значения могут быть полезны как для проектировщика биореакторов, так и для заказчика проекта при оценке экономической эффективности планируемых нововведений.

1. Хрусталев, Б. М. Твердое топливо из углеводородсодержащих, древесных и сельскохозяйственных отходов для локальных систем теплоснабжения / Б. М. Хрусталев, А. Н. Пехота // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2017. Т. 60. № 2. С. 147–158. DOI:10.21122/1029-7448-2017-60-2-147-158.

2. Осипов, С. Н. Повышение эффективности получения тепловой энергии из бытовых стоков / С. Н. Осипов, А. В. Захаренко // Энергетика. Изв. высш. учеб. заведений и энерг. объединений СНГ. 2019. Т. 62, № 5. С. 482–498. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-5-482-498.

3. Тыршу, М. Комплексная биоэнергетическая установка / М. Тыршу, Н. Константинов, М. Узун // Проблемы региональной энергетики. 2008. № 3. C. 78–85.

4. Тепловой баланс и энергоэффективность биореактора в условиях сурового климата / В. Г. Исаков [и др.] // Интеллектуальные системы в производстве. 2018. Т. 16, № 4. С. 154–162.

5. Кононова, Е. А. Математическое моделирование процесса перемешивания субстрата при анаэробном сбраживании в биореакторе / Е. А. Кононова, М. В. Свалова, А. М. Непогодин // Интеллектуальные системы в производстве. 2015. Т. 25, № 1. С. 15–18.

6. Возможность внедрения на птицефабрике инновационной технологии получения энергии и тепла. Биогазовая установка [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://stud books.net/1233496/agropromyshlennost/biogazovaya_ustanovka. Дата доступа: 14.09.2018.

7. Тепловая защита зданий: СНиП 23-02–2003. Введ. в действие 01.10.2003. М.: Госстрой России, ФГУП ЦПП, 2004. 31 с.

8. Строительная климатология. Актуализированная редакция СНиП 23-01–99* (с Изменениями № 1, 2): СП 131.13330.2012. Введ. в действие 01.01.2013. М.: Минстрой, 2015. 124 с.

9. Северилов, П. Биогаз для чайников [Электронный ресурс] / П. Северилов // ООО «Строй-комфортсервис 2000». Режим доступа: http://www.betontrans.ru/construction/biogas_1.htm. Дата доступа: 12.10.2018.

10. Производство биогаза из отходов лесной и перерабатывающей промышленности [Электронный ресурс] / Министерство экономического развития Кировской области. Режим доступа: https://invest.kirovreg.ru/investments/innovatsionnaya-politika/innovatsionnye-proekty/proizvodstvo-biogaza.php?special=Y. Дата доступа: 20.09.2018.

11. Баадер, В. Биогаз: теория и практика / В. Баадер, Е. Доне, М. Бренндерфер; пер. с нем. и предисловие М. И. Серебряного. М.: Колос, 1982. 148 с.

12. Игнатов, Д. В. Математическое моделирование периодического процесса анаэробного сбраживания субстратов: на примере спиртового брожения / Д. В. Игнатов. Воронеж: Воронеж. гос. технол. акад., 2002. 22 с.