Использование избытка тепла получаемого при выработке биогаза

Целью работы генератора, является не только получение электроэнергии, но и использовать как можно более эффективно избыток выделяемого тепла двигателя. Зимой с этим не возникает никаких проблем, особенно в небольших сельских хозяйствах, поскольку кроме ферментатора отопление еще требуется для дома и животноводческих помещений.

С возрастающими размерами биогазовых установок, не только летом, но и зимой возникает большой переизбыток тепла. Часть избытка тепла используется для поддержания температурного режима ферментатора, но часто большая его часть «утилизируется» при помощи аварийного охладителя.

В качестве аварийного охладителя используется пластинчатый теплообменник, соответствующий мощности двигателя (охладитель для легкового или грузового автомобиля) с вентилятором, работающим от сети и управляемым при помощи термостата, размещаемом вне технического помещения.

Доплата за объединенную выработку тепловой и электрической энергии

Чтобы стимулировать использование избытка тепла, Закон о энергетике ЕС от 2004 г. был дополнен положением о доплате за объединенную выработку тепловой и электрической энергии. Согласно ему использование избытка тепла по базовому тарифу (и возможной доплате за использование возобновляемых источников энергии) можно применить доплаты за совместное производство тепловой и электрической энергии в размере 2 центов/кВт*ч. Для этого однако принципиально важно учитывать, что

1. Оплачивается только полезное применение тепла от совместного производства тепловой и электрической энергии
2. Значение имеет индекс тока.

Полезное тепло – тепло, которое можно использовать в полезных целях. В этом случае не принимается во внимание обогрев ферментатора и избыток тепла, полученный от аварийного охладителя.

Основные характеристики тока – соотношение электрического и термического КПД. Если электрический КПД 35%, а термический КПД 50%, то коэффициент будет 0,7.

Расчет доплаты за объединенное производство тепловой и электрической энергии происходит следующим образом: полезное тепло х коэффициент тока х 2 цента/кВт*ч

Пример:

биогазовая установка с генератором, 100 кВт установленная электрическая мощность, электрический КПД 35%, термический КПД 50%, коэффициент тока 0,7;

Эффект сгорания (эквивалент мазуту: 0,45 Евро/1/10 кВт*ч/л =) 4,5 цент/кВт*ч

Произведенный электрический ток (7000 полных часов/год) = 700 000 кВт*ч/год

Выработанное тепло = 1050 000 кВт*ч/год

Полезное тепло (выработанное тепло – отопление ферментатора и т.д.) = 700 000 кВт*ч/год

Использование выработанного тока: 700 000 кВт*ч х 17,5 цент/кВт*ч = 122,500 Евро/год = 74,7%

Использование полезного тепла: 700 000 кВт*ч х 4,5 цент/кВт*ч = 31 500 Евро/год = 19,2%

Доплата за обединенную выработку тепловой и электрической энергии : 700 000 кВт*ч х 0,7 х 2 цента/кВт*ч = 9800 Евро/год = 5,9%

Общяя польза = 163 800 Евро/год = 100%

Расчет показывает, что доплата за объединенное дает в общей сложности лишь 6%. Таким образом, многое зависит от использования избытка тепла чтобы улучшить общие показатели. Возможные пути избыточного тепла приведены в Таблице 5.9.

В то время как для установок менее чем на 100 кВт коэффициэнт тока от 0,6 до 0,7 является правилом, для больших установок он может достигать до 1,0. Таким образом доплата за объединенную выработку тепловой и электрической энергии при одинаковом количестве полезного тепла может быть до 50% выше. Это также значит, что биогазовые установки больших размеров имеют преимущества при использовании избытка тепла от доплаты за объединенную выработку тепловой и электрической энергии.

Использование избытка тепла двигателей

При использовании избытка тепла двигателей (Изобр. 5.13) необходимо обратить внимание, чтобы разница в температуре в системе охлаждения не была слишком большой. Исходящяя температура в верхней части двигателя при помощи термостата задается как правило на уровне 85-95˚С.

Температура возвратного течения не должна понижаться менее чем до 60˚С. Однако это условие тяжело выполнить, если охлаждающая воде подается непосредственно в накопительный резервуар, который например в этот момент опорожняется на низкой температуре. Помочь может трехходовой смеситель отопления, установленный в водопроводе охлаждения между двигателем и накопителем.

Использование тепла отработанных газов целенаправленно происходит в два этапа при помощи теплообменника и колена, омываемого водой. Первое часто имеет устройство двойного кожуха или кожухотрубчатого теплообменника в котором вода протекает в противоположном направлении от движения отработанных газов; этот теплообменник устанавливается со сторны отработанных газов перед коленом, которое часто – преимущественно по причине стоимости – не конструируют под теплообменник.

У газожидкостных двигателей внутреннего сгорания на поверхности теплообменника образовываются наслоения сажи, которые со временем ухудшают теплообмен и увеличивают аэродинамическое сопротивление. Поэтому теплообменник отработанных газов должен легко открываться и чиститься, чего, к сожалению, невозможно делать с некоторыми моделями.

Через замерение температуры отработанных газов можно хорошо проверить исправность теплообменника отработанных газов. Если при эксплуатации на чистом природном газе или мазуте (почти не содержащий серы мазут) температуру отработанного газа можно понизить до 100˚С, то если в качестве топлива применяется биогаз, то она не должна быть ниже 180˚С с целью избежания коррозии теплообменника от серы. Если во время работы температура отработанных газов повышается, то это свидетельствует либо о загрязнении или о возрастании входящей температуры охлаждающей воды.

Дальнейшие практические рекомендации

Ниже приводятся наиболее важные рекомендации по биогазовой установке:

• Циркуляционного насоса с охлаждающей жидкостью на двигателе как правило не достаточно для преодоления гидродинамического сопротивления при использовании избыточного тепла; его необходимо заменить циркуляционным насосом системы отопления.
• Двигатель должен автоматически отключаться в случае, если давление масла слишком низкое, а температура слишком высокая.
• Чтобы увеличить интервалы смены масла и уменьшить потребление масла, можно установить фильтр сверхтонкой очистки для индуктивного тока.
• Отложения мела в системе охлаждения двигателя и теплообменниках можно предотвратить при помощи показанной на Изображении 5.13 открытой системе, когда дождевую воду используют для наполнения и пополнения накопителя.
• Круговорот охлаждающей жидкости должен не превышать давление свыше 1 бара. Если в процесс вовлечены накопители под давлением или работа ведется под более высоким давлением, то накопитель должен наполнятся после теплообменника.
• В системе круговорота охлаждения должны быть все переходы от двигателя к теплообменникам и проложенным зафиксированным трубопроводам с гибкими шлангами чтобы избежать передачи колебаний.
• Для звукоизоляции себя хорошо зарекомендовали тяжело воспламеняемые плиты из звукопоглощающего пенопласта, которыми облицовывают стены и перекрытие технического помещения.