Технические науки/ 5.Энергетика.

Cт.преп. Янковская Е.М.

Национальный технический Университет «Киевский политехнический институт», Украина

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОГАЗА В ПРОИЗВОДСТВЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Какой станет наша планета, наша страна, город, улица через пару десятков лет. Превратится ли все это в облагороженный уголок земли или все расширяющаяся свалка доберется до наших дворов и подъездов? Переработка бытового мусора применяется в развитых странах уже более 40 лет, а для стран СНГ это до сих пор в новинку. Вопросы экологической безопасности становятся приоритетными для промышленных предприятий страны, для городских и муниципальных органов власти.

Любой полигон твердых бытовых отходов представляет собой большой биохимический реактор, в недрах которого в процессе эксплуатации, а также в течение нескольких десятилетий после закрытия в результате анаэробного разложения отходов растительного и животного происхождения образуется биогаз, или как его иногда называют, свалочный газ.

Биогаз — газ, получаемый водородным или метановым брожением биомассы. Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Свалочный газ — одна из разновидностей биогаза, который можно получить на свалках из муниципальных бытовых отходов. Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу.

бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид — бактерии гидролизные, второй — кислотообразующие, третий — метанообразующие. В производстве биогаза участвуют бактерии трех видов. Одной из разновидностей биогаза является биоводород, где конечным продуктом жизнедеятельности бактерий является не метан, а водород.

Производство энергии при использовании биогаза с полигонов ТБО эффективно, но его рыночное использование в качестве энергетического топлива в определенной мере ограничивается высокой стоимостью природоохранных устройств на энергогенерирующих установках.

Существуют два основных варианта производства электроэнергии на месте - с помощью двигателей внутреннего сгорания и газовых турбин. При использовании газа в двигателе внутреннего сгорания, необходима компрессия газа до ~33кРа, в газовой турбине 100 кРа. Необходимо учитывать при таком сжатии биогаз разогревается до температуры превышающей точку его самовоспламенения 82,5⁰С, поэтому его надо охлаждать и для чего также необходима энергия (тепловые сети, локальные отопительные котельные и т.п.).

По энергетическому потенциалу 1 м³ биогаза соответствует 0,5 м³ природного газа. Газо-энергетический потенциал полигона, на котором размещен 1 млн. тонн твёрдых бытовых отходов с влажностью 40%, можно рассматривать как техногенное месторождение с запасами 50-60 млн. м³ природного газа.

Теоретический энергетический потенциал биогаза при объемном содержании метана 50% составляет 5 кВт*ч/м³. При использовании всего добытого газа с КПД = 100%, теоретическая мощность газо-энергетической установки, работающей на биогазе, могла бы составить 600 кВт на 1 млн. м³/год утилизируемого биогаза.

Эффективность использования биогаза в большой степени зависит от сезонной и суточной неравномерности потребления энергии. Генерация и объемы добычи биогаза в течение года относительно стабильны, тогда как электрические нагрузки подвержены значительным колебаниям по сезонам и времени суток. Вследствие этого в отдельные периоды расход утилизируемого биогаза будет недостаточен для покрытия пиковых нагрузок, а при спаде потребляемых мощностей - избыточен. Избыточные объемы биогаза сбрасываются на факел и сжигаются.

Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза по относительным показателям принадлежит Дании — биогаз занимает до 18 % в её общем энергобалансе. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия.

Основным преимуществом метода гидросепарации твердых бытовых отходов по сравнению с методом плазменного пиролиза является значительная экономичность и быстрая окупаемость предприятия, экологичность и замкнутый цикл технологии. Для строительства завода требуется площадь в 2 га и относительно небольшие инвестиционные вложения, которые окупаются за пять лет.

На полигоне площадью 12,0 га с объемом захоронения 2,0 млн. м³ твердых бытовых отходов можно получить в год около 150-250 млн. м³ биогаза и произвести около 150-300 тыс. МВт электроэнергии. Такой полигон можно эксплуатировать в течение нескольких лет, на одном и том же оборудовании и без дополнительных инвестиций.

Из образующегося биогаза производится электроэнергия, часть которой удовлетворяет собственные нужды, а часть поступает в энергосистему.

Наиболее распространенным способом реализации избыточной энергии на существующих в мире газоэнергетических установках является поставка электроэнергии в общие электрические сети. Но для применения такого способа необходимо наличие нормативных актов (в рамках законодательства об охране окружающей среды и энергосбережении), которые обязывали бы сетевые компании покупать такую электроэнергию.

Комплекс по производству электроэнергии можно разместить на территории полигона твердых бытовых отходов. Комплекс состоит из сооружений дегазации полигона, сетей транспортирования биогаза до технологического оборудования, технологического оборудования очистки газа, технологического оборудования генерации электрической энергии, оборудования и сетей передачи электрической энергии. Проектная мощность генерации электроэнергии комплекса – 4425 кВт. Комплекс состоит из пяти одинаковых, самостоятельно работающих электрогенераторных установок, мощность каждой из которых составляет 825 МВт.

Биогаз по газопроводу от газовой насосной подается к электрогенераторной установке. На каждую систему двигатель-генератор выполнен отдельный ввод газопроводу. Газ сжигается в двигателе, который поворачивает электрический генератор. Дымовые газы выводятся через глушитель, который находится на крыше контейнера.

Предусматривается использование электрогенераторных установок Tedom 5xCento T180 (производитель Tedom, Чехия).

Электрогенераторная установка Tedom 5xCento T180 – это совокупность технологического оборудования, которое предназначено для преобразования энергии биогаза в электричекую энергию. Оборудование выполнено на базе газовых автомобильных двигателей и электрических генераторов.

Tedom 5xCento T180 – это отдельная система двигатель-генератор со вспомогательным технологическим оборудованием. Момент вращения поршневого двигателя передается на генератор, который является источником электрической энергии.

Основные технические показатели Tedom 5xCento T180

№	Наименование	Показатель
1	Номинальная електрическая мощность, кВт	885
2	Мощность топлива, которое подводится , кВт	2330
3	К.п.д. электрический	0,38
4	Напряжение, В	400
5	Частота, Гц	50
6	Расход газа при 100% мощности, нм3/час	358,5
7	Содержание метана (теплообразование 23,4 МДж / Нм3), %	65
8	Давление газа, кПа	5-10
9	Номинальный ток при cos=0,8, А	5x320
10	Длинна, мм	13500
11	Ширина, мм	4400
12	Высота, мм	5000
13	Масса, кг	34450
14	Аккустическое давление на расстоянии 10 м, дБ(А)	75

Каждая отдельная система двигатель-генератор Cento T180 оснащена газовым трактом, двигателем, синхронным генератором, комплектным электрическим шкафом, аварийным охладителем, газоходом.

Главным элементом силовой части является автомат перегрузки, который обеспечивает функции защиты от высокого напряжения и короткого замыкания, подключения синхронного генератора к сети. В параллельном режиме автомат перегрузки замыкается после того, как контроллер установить соответствие параметров генератора и сети. Силовая часть выполнена с учетом стойкости к токам короткого замыкания.

Для управления электрогенераторной установкой используется система ProCon Sight, предназначенная для полного управления, мониторинга состояний и защиту. Система контролирует электрические параметры: напряжение, ток, частоту генератора; напряжение, частоту сети. Фазирование осуществляется в автоматическом режиме.

Электрогенераторная установка генерирует электрическую энергию напряжением 400 В. Для передачи электроэнергии в Объединенную Энергосистему предусматривается строительство кабельной канализации для кабелей напряжением 0,4 кВ, повышающих комплектных трансформаторных подстанций типа КТПГС-1250 кВА, ячейки внешней установки типа ЯКНО-10, воздушной линии 10 кВ.

Схема комплексного сооружения с системой сбора биогаза, которая применяться на полигонах твердых бытовых отходов изображена на рис.1.

Рис.1. Схема комплексного сооружения с системой сбора биогаза

Литература:

1. Колобродов, В. Г., Хажмурадов, М. А., Карнацевич, Л. В. Способы повышения качества биогаза. / В.Г. Колобродов, М. А. Хажмурадов, Л. В. Карнацевич // ТБО. - 2006. - № 8. - С. 10-14.

2. Строители на страже экологии. //ТБО. - 2010. - № 2. - С. 39-41.

3. Загорская Е. Добыча и утилизация свалочного газа для выработки электроэнергии и сокращения выбросов парниковых газов [Электронный ресурс]: презентация компании Green Light Energy Solutions / Е. Загорская. - «электрон. текст. дан.». - Режим доступа: http://www.glesllc.com/.

4. Колганов Д. Является ли утилизация свалочного газа рентабельным проектом СО? [Электронный ресурс]: статья / Метан на рынки. - Д. Колганов. - Электрон. журн. - Русдем-Энергоэффект, 2007-2010. - Режим доступа: http://www.methanetomarkets.ru/goods/mater13.

5. Горбатюк О.В., Лифшиц А.Б., Минько О.И. Утилизация биогаза полигонов твердых отходов. Проблемы больших городов // Обзорная инф. МГЦНТИ.- М.: 1988.- 18 с.

6. Обоснование комплексных энергетических технологий на полигонах твердых бытовых отходов / Елистратов В.В, Кубышкин Л.И., Масликов В.И., Покровская Е.Р. // Энергетическая политика. Вып.3, 2001.- С.38-41.