Оформление отчета

 В пояснительной записке необходимо:

1. Привести расчетные формулы, используемые при планировании природоохранных мероприятий.

2. На основе заданной преподавателем рабочей анкеты подсчитать суммы рангов по столбцам матрицы, коэффициент конкордации и статистический критерий.

3. Сделать вывод о согласованности мнений экспертов.

4. Построить диаграмму рангов, сделать вывод об очередности реализации различных природоохранных мероприятий.

5. Дать определение следующим понятиям:

-рациональное природопользование;

-природоохранное мероприятие;

-экологическое прогнозирование;

-деградация среды

-воспроизводство среды окружающей человека;

-управление охраной окружающей среды;

-оценка экспертная;

-оценка экологическая;

-план по охране природы.

Практическая работа № 13 Тема занятия: «Расчет биоэнергетических установок»

Цель работы - закрепление полученных теоретических знаний по дисциплине возобновляемые источники энергии¤, овладение методикой расчета биоэнергетических установок и определения возможности их использования на примере условий Кемеровской области. В методических указаниях по выполнению практических работ представлены варианты задач, методика расчета, приведены примеры решения. Данные, необходимые для решения задач, представлены в приложении.

Теоретическая часть

В последние годы значительно возросла заинтересованность к процессам производства биогаза. Это проявляется не только в возрастающем количестве планирующихся и строящихся биогазовых установок, но и в заинтересованности все большего числа фермеров, коммунальных хозяйств, предприятий, политиков и частных хозяйств, которые внимательно наблюдают за развитием этого сектора.

Энергетическая отрасль уже также не относится с такой осторожностью к децентрализации производства электроэнергии благодаря строительству биогазовых установок. Для пищевой промышленности, гастрономии, больших ресторанов, учреждений общественного питания и предприятий по переработке пищевых отходов технология производства биогаза предоставляет шанс дешевой утилизации органических отходов и остатков продуктов питания в биогазовых установках с пользой для сельского хозяйства. Эта технология завоевывает также все больше сторонников среди людей, лично убедившихся в ее пользе для окружающей среды.

Для фермеров биогазовые технологии приобретают все большее значение по следующим причинам: используя биогаз на своем предприятии можно не только сэкономить деньги, но и во многих случаях, можно также получить дополнительную прибыль на производстве электроэнергии и побочных продуктах¤ биогазовой технологии. В первую очередь здесь имеется в виду уменьшение эмиссии неприятных запахов от жидкого и твердого навоза, избежание потерь питательных веществ, экономя тем самым на минеральных удобрениях, уменьшение агрессивного влияния на растения при использовании навоза после биогазовой установки на полях, улучшение гомогенных свойств и возможность более легкого смешивания, перекачивания и распределения навоза.

Таким образом, возрастает спрос на информацию об этой старой и в то же время такой актуальной технологии производства биогаза. Тематические конференции, семинары, учебные поездки пользуются повышенным спросом, как и литература на эту тематику, и соответствующие специалисты. Вызвана эта ситуация следующими факторами:

– На биогазе могут работать двигатели мощностью от нескольких десятков до сотен киловатт. По сравнению с ними производство электроэнергии из древесины, соломы и других видов сухой биомассы имеет смысл лишь на мегаваттных (свыше 1000 кВт) установках с паровыми турбинами.

– Сегодня возможно строительство биогазовых установок дешевле и надежнее и таким образом рентабельнее, чем это было раньше. Здесь в первую очередь стоит назвать накопительные биогазовые установки с пленочным покрытием, но также улучшенные проточные и комбинированные установки. Значительное развитие пережили также комплектующие к установкам (мешалки, системы отопления, насосы, шнеки).

– Наличие наработок в отношении эксплуатации биогазовых

установок, а соответственно и большое количество специалистов, занимающихся планированием и строительством установок.

– Все чаще практикуется коферментация – это переработка органических веществ несельскохозяйственного происхождения с добавлением жидкого или твердого навоза.

Такая технология интересна как для фермеров, так и для пищевой промышленности и народного хозяйства. Это придает новые импульсы использованию технологии и улучшает рентабельность установок.

– Улучшение свойств удобрения как одного из побочных эффектов при производстве биогаза.

– Анаэробная переработка навоза в биогазовых установках

является практически реализованной и предотвращает выбросы метана и аммиака при переработке и хранении жидкого и твердого навоза. Фермеры, эксплуатирующие биогазовые установки, одновременно занимаются активной защитой окружающей среды и улучшают несколько подпортившийся в последнее время имидж сельского хозяйства.

Анаэробные процессы могут применяться для переработки ила, органических отходов, отходов от цехов по забою скота, отходов растительного происхождения и др.

Кроме обеззараживания, переработка органических отходов метановым сбраживанием обеспечивает получение локального энергоносителя – биогаза. Биогаз – это смесь 55...85 % метана и 20...45 % двуокиси углерода (табл. 29).

Таблица 29

Сравнение биогаза с природным газом

Компонент	Единица измерения	Природный газ	Биогаз
СН4	%	85-95	55 - 85
СО2	%	< 1,0	20 - 45
N2	%	4 - 12	
O2	%	< 0,5	
H2	%		<1,0
H2S	%	< 5	<3
NH3	мг/м3		< 450
Плотность	мг/м3	0,82	1,0 - 1,2
Калорийность	МДж/м3	32-35	21 - 28

По табл. 1 видно, что калорийность биогаза определяется

концентрацией метана и составляет от 21 до 28 тыс. кДж/м³. Поэтому при концентрации метана свыше 60 % биогаз считается ценным топливом.

Биогаз может использоваться для сжигания в водогрейных котлах, в бытовых приборах, работающих на газе, в двигателях внутреннего сгорания, его можно накапливать в емкостях высокого давления или поставлять в сети природного газа.

Технических вариантов реализации метаногенеза биомассы достаточно много, начиная с конструктивно простых и заканчивая технологически совершенными установками долговременного непрерывного действия с использованием прогрессивных и автоматизированных систем.

Схема биогазовой энергетической установки (БГЭУ) для животноводческих комплексов и птицефабрик, адаптированная к условиям Сибирского региона, представлена на рис. 1.

Рис. 2. Технологическая схема биогазовой установки

Работает БГЭУ следующим образом. Отходы жизнедеятельности животных (навоз, несъеденный корм, подстилка) в течение суток накапливаются в навозосборнике. Затем с помощью насоса закачиваются в метантенк. Навозная масса предварительно проходит через измельчитель, который перемалывает крупные фракции навоза, солому и другие волокнистые частицы, затем через теплообменник, где происходит подогрев навозной массы, и только потом попадает в метантенк (биореактор).

В метантенке навозная масса подвергается процессу метанового брожения, который может протекать при средних 33…37.С(мезофильное) или высоких 43…52 .С (термофильное) температурах. Наибольшая производительность достигается при термофильном метановом брожении.

При перемешивании сбраживаемая масса проходит через

теплообменник (рис. 1), где нагревается до необходимой температуры. Выбор такого способа нагрева обусловлен его эксплуатационной эффективностью.

Выделяющийся в процессе брожения газ по трубопроводу поступает в газгольдер для выравнивания колебаний в производительности БГЭУ (временные нарушения, аварии и т.п.) и для компенсации потребности газа в моменты пиковой нагрузки.

В качестве энергетической установки рекомендуется ис пользовать газопоршневой двигатель когенераторного типа. Эти установки являются альтернативой привычным теплоэлектростанциям, но преимущество когенератора состоит в том, что преобразование энергии здесь происходит с наибольшей эффективностью. На каждый киловатт выработанной электрической энергии в когенераторных газопоршневых установках производится 1,2…1,3 кВт тепловой энергии; потери тепла в таких установках не превышают 10 %.

В качестве источника электрической энергии рекомендуется использовать асинхронный генератор, обладающий рядом преимуществ по сравнению с синхронным, т.е. меньшей стоимостью, простотой обслуживания и ремонта, стабильной работой при несимметричной нагрузке; нет необходимости в установке устройства защитного отключения; возможность параллельной работы как между с собой, так и с синхронным генератором без дополнительных устройств и др.

Кроме этого, использование асинхронных генераторов в качестве источника электрической энергии дает возможность создавать установки БГЭУ для мелких фермерских хозяйств малой мощности 2,5…15 кВт.

Оценим эффективность использования БГЭУ в качестве резервного источника электрической энергии для животноводческих ферм КРС молочного направления на 480 голов.

Согласно представленной схеме БГЭУ на рис. 1 произведен расчет энергетического баланса системы автономного энергообеспечения животноводческой фермы крупного рогатого скота (КРС) за счет собственных энергетических ресурсов (табл. 30).

Таблица 30

Энергетический баланс животноводческого комплекса КРС

молочного направления при различном поголовье

Поголовье	120	240	480
Объем навоза, т/сут	6,6	13,2	26,4
Объем метантенка, м3	2х44	2х88	4х88
Температура сбраживания, °С	37	37	37
Объем биогаза, м3/сут	198	396	792
Электрическая мощность БГЭУ, кВт·ч/сут	600,6	1212	2400
Тепловая мощность БГЭУ, кВт·ч/сут	774,8	1564	3143
Мощность генератора, кВт	25	50	100
Количество тепла на нужды БГЭУ, кВт·ч/сут	94,5	150	242
Потребность фермы в тепловой энергии, кВт·ч/сут	902	1804	3608
Температура содержания КРС, °С	18	18	18
Температура окружающей среды, °С	-15	-150	-15
Баланс тепловой мощности, кВт·ч/сут	-248,9	-390	-707
Потребление электроэнергии БГЭУ, кВт·ч/сут	48	72	90
Потребление электроэнергии на КРС, кВт·ч/сут	255,4	535	1088
Баланс электрической мощности, кВт·ч/сут	297,2	605	1222
Суммарный энергетический баланс, кВт·ч/сут	48,3	215	515