ENERGIFORSYNING AV BOLIGER OG OFFENTLIGE BYGG BASERT PÅ ALTERNATIVE DRIVSTOFF

Medvedeva N.D.
Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Sammendrag: Som et resultat av forskningen ble prosessene for biogassproduksjon og prosessene for rensing av biogass fra skadelige stoffer undersøkt. Artikkelen presenterer resultatene av forskning på de fremtidige bruksområdene for biogass som drivstoff i Saratov-regionen. En konstruksjon av biogassanlegg for private hus og muligheten for å bygge et biogasskompleks på en deponi for fast husholdningsavfall er foreslått. Effektiviteten av energisparende tiltak ved bruk av biogass som drivstoff er demonstrert.

Nøkkelord: biogass, biogassanlegg, gassforsyning, økonomi, økologi

Effektiviteten til biogassanlegg påvirkes av flere faktorer: valg av teknologisk prosess for bearbeiding av biomasse, oppvarmingsmetoder og varmebehandling av spesielle beholdere som brukes til anaerob fordøyelse (metan-tanker). Tilstedeværelsen av skadelige og ballastforurensninger i biogass krever forbehandling for å sikre funksjonell og operasjonell sikkerhet før gassen brukes.

En av de viktigste ulempene ved biogassanlegg er de betydelige materielle kostnadene. Biogassanlegg er fornuftig å bygge på store husdyrbruksanlegg og deponier for fast husholdningsavfall.

Bruken av biogass i energisystemer for boliger er ganske begrenset. For eksempel, for en familie på 3–4 personer som holder to griser og bruker fekalt og annet husholdningsorganisk avfall, kan det produseres 1,5–1,8 m³ biogass per dag (13 000–17 000 W/dag) i den kalde årstiden. På samme tid, det totale varmebehovet for en energieffektiv privat bolig på 100 m² for en familie på 3–4 personer i denne perioden er 115 000 W/dag [2]. Dermed kan biogass i dette tilfellet dekke bare 10–15 % av det totale varmebehovet i bygningen. I tillegg begrenser tilstedeværelsen av skadelige forurensninger i gassen (ammoniakk, hydrogensulfid) bruken i leiligheter av sanitær- og hygieniske grunner.

Bioenergisystem på deponi for fast husholdningsavfall
Bruken av en bioenergiinstallasjon for behandling av avfall fra landbruksaktivitet og matproduksjon for å produsere økologisk sikre organiske gjødselmidler, energi, fôrtilskudd og avfallsutnyttelse for bevaring og beskyttelse av miljøet i landbruksområder er et godt argument for videre bruk av økologisk sikre lukkede sykluser i aktivt landbruksproduksjon [3, 4].

Behandling av avfall på stasjoner vil hjelpe til med å redusere miljøforurensning [5]. Ved å utnytte skadelige organiske avfall og omdanne dem til effektiv elektrisk energi, samt nyttige organiske biogjødsel, kan vi forbedre den økologiske situasjonen i landet. De viktigste fordelene med å bruke bioenergiinstallasjoner er biogassens fornybarhet, opprettelse av et økologisk lukket energisystem, reduksjon av klimapåvirkning og tilgjengeligheten av lokale råstoffkilder for å produsere drivstoff.

I Saratov-regionen ble det bygget to avfallsbehandlingsanlegg i Balakovo og Engels, som sammen betjener hele venstre bredden. Høyre bredden har fremdeles ingen behandling, så bygging av et behandlingsanlegg på høyre bredden er for øyeblikket aktuelt [6]. Det foreslås å inkludere en energieffektiv biogassinstallasjon for behandling av fast avfall i anlegget. Et slikt anlegg er beregnet for et bestemt volum husholdningsavfall fra befolkningen. Siden et lønnsomt fungerende anlegg krever en utformet avfallstransportordning, bør man undersøke en legitim ordning for strømmen av forbruksavfall til deponiene i Saratov-regionen.

Innledning av bioenergiinstallasjoner i produksjonsprosessen gir muligheten til å løse tre oppgaver:

1. Avfallshåndtering på steder for produksjon av landbruksprodukter og sikring av miljøbeskyttelse rundt.

2. Produksjon av ekstra energikilder basert på eget fornybart råstoff.

3. Produksjon av rimelige, økologisk sikre gjødselmidler og sikring av regenereringsprosessen og vekst av naturlig jordfruktbarhet.

Utvikling av biogassanlegg for private hus
For fullstendig å studere arbeidsmodusen til et anlegg som produserer alternativ energi, er det nødvendig å lage en prototype som gjør det mulig å utføre mer nøyaktige beregninger for energisparende tiltak og bruk av alternativt drivstoff. Det er planlagt å undersøke den produserte mengden biogass per måned, og tydelig demonstrere reduksjon av materielle og økonomiske kostnader ved bruk av biogassanlegg for energiforsyning til ulike forbrukergrupper. Ideen er å bygge et biogassanlegg og analysere beregningen av effektiv bruk av biogass i produksjon og husholdninger. Det foreslåtte anlegget kan brukes til oppvarming av private hjem.

Fig. 1. Diagram av biogassanlegg for private hus:
1 – gassbeholder; 2 – varmestrømningsapparat; 3 – bioreaktor; 4 – blandemaskin; 5 – fylling rør;
6 – lagringsbeholder for gjødsel; 7 – vannlås; 8 – kompressor; 9 – filter.

Biogassanlegget består av en reaktor og gassbeholder. Råmateriale legges i reaktoren (for hånd eller ved hjelp av en pumpe) og blandes (manuelt eller ved bruk av elektrisk mikser). Biogassanlegget begynner å virke etter noen dager når anaerobe bakterier dannes i maksimal mengde. Med anaerob bakteriell aktivitet begynner biogassen å dannes, og samles i toppen av reaktoren, deretter går den gjennom gasslangen til gassbeholderen. Isolasjon av reaktoren gjøres ved bruk av fleksible varmeisolasjonmaterialer, da reaktoren har en sylindrisk form. Det er mulig å bruke folierte materialer for å reflektere infrarød stråling inn i reaktoren. Den beste plasseringen av reaktoren til et lite biogassanlegg er et interiørrom som trenger oppvarming (for eksempel kjeller eller uthus), da varmetapet fra reaktoren vil varme rommet i stedet for å forsvinne ut i luften. Halvledertermostaten plasseres i reaktorens vegg. Gassrøret går ut fra toppen av reaktoren. På røret kan man installere en kjøler for å tørke biogassen ved å kondensere fuktighet på veggene i den kalde røret eller ved å plassere den oppadgående delen av røret slik at det blåses av vinden og ikke varmes opp av solen. Gassbeholderen kan være laget av armerte polymerposer eller en gassbeholder. For å regulere utgående trykk på biogassen kan man bruke en kompressor eller en mekanisk trykkregulator. Deretter går gassrøret gjennom en tilbakeslagsventil, et hydrogensulfidfilter, en gassmåler og videre til forbrukerne.

Det foreslåtte anlegget gjør det mulig å vise effektiviteten ved bruk av biogass i produksjon. Det har flere fordeler:

• Enkel produksjon av biogass hjemme på en økonomisk måte uten dyrt utstyr;

• Alternativ energikilde for hjemmet, selv i avsidesliggende områder, samt elektrisk uavhengighet fra staten;

• Tilgjengelighet av råmateriale ved bruk av tilgjengelig avfall: gjødsel, finmalt vegetasjon, kjøkkenavfall;

• Økologisk sikkerhet, forhindrer at gasser som forårsaker klimapåvirkning slipper ut i atmosfæren;

• Produksjon av økologisk rene gjødselmidler som et biprodukt av biogassproduksjonen, og mer.

I den kalde årstiden kan biogass brukes til å drive luftvarmeapparater i ventilasjonssystemer, samt for å skaffe varmt vann til tekniske formål, ved å hente varme fra biogassanleggets varmebærende krets. Den ubrukt delen av biogassen kan lagres i komprimerte tanker for senere bruk ved behov [4]. Dermed er biogassanlegg et effektivt verktøy for ressurssparing og energibesparelse.

BIBLIOGRAFI

1. Mogilat G.A., Chechko K.G. Bruken av biogasskomplekser // Innovasjoner. Utdanning. Energieffektivitet: materiale fra XI vitenskapelig-praktisk konferanse. Minsk: GAZ-INSTITUTT, 2017. s. 76-77.

2. Medvedeva O.N. Utvikling av effektive gassdistribusjonssystemer: dis. ... Tekn. vitenskaper 05.23.03 / Medvedeva Oksana Nikolaevna. Voronezh, 2000. 227 s.

3. Medvedeva O.N. Utvikling av effektive gassdistribusjonssystemer: dis. ... Dr. tekn. vitenskaper 05.23.03 / Medvedeva Oksana Nikolaevna. Voronezh, 2015. 447 s.

4. Shishkin N.A. Små energiøkonomiske komplekser og fornybare energikilder. M.: Gotika, 2000. 236 s.

5. Instruksjon for prosjektering, drift og rekultivering av deponier for fast husholdningsavfall: instruksjon // Institutt for menneskelig økologi og miljøhygiene oppkalt etter A.N. Sysin RAMH. Moskva, 1998. 225 s.

6. Om godkjenning av den territorielle ordningen for avfallshåndtering, inkludert fast husholdningsavfall i Saratov-regionen (med endringer per 28. september 2017) [Elektronisk ressurs]: Forskrift av 22. september 2016 N 70, revidert 28.09.2016. URL: http://docs.cntd.ru/document/467711267 (dato hentet 15.10.2018).

7. Kuritsyn B.N., Medvedeva O.N. Teknisk-økonomisk optimalisering av varmesystemer: lærebok. Saratov: SGTU, 2011. 60 s.

8. Medvedeva O.N., Ivanov A.I. Metode for valg av drivstoff // Forskning innen bygging, varmesystemer og energiforsyning: materiale fra den internasjonale vitenskapelige-praktiske konferansen. Saratov: SGAU oppkalt etter N.I. Vavilov, 2016. s. 209–213.

9. Medvedeva O.N., Frolov V.O. Backup system for gassdrift forbrukere // Vitenskapelig tidsskrift for bygging og arkitektur. Nr. 4(44). 2016. s. 38-47.