Разработка и исследование биоэнергетических установок для электро – и теплоснабжения сельскохозяйственных потребителей

Объект исследования, цель работы, методы исследования и аппаратура, теоретические и практические результаты и их новизна, степень и эффективность внедрения, область применения. Объектом исследований являются технологии преобразования энергии биомассы в виде органических отходов АПК посредством их анаэробной биоконверсии. Цель исследований – разработка принципов построения энергоэффективных биоэнергетических установок с использованием средств интенсификации анаэробной биоконверсии органических отходов АПК. Методологической основой являлись системный подход, физическое и математическое моделирование с использованием теории сложных систем, теории тепломассопереноса, законах сохранения массы и энергии, микробной кинетики, теоретических основ теплотехники и электротехники, методов планирования экспериментов, частных методик по определению показателей процесса метаногенеза, стандартных измерительных приборов, разработанных стендов, макетов и лабораторных биогазовых установок. Научная новизна. Впервые: - предложен и обоснован комбинированный способ интенсификации анаэробной биоконверсии органических отходов АПК для получения энергии; - применен аппарат вихревого слоя в качестве технического средства интенсификации анаэробной биоконверсии, который позволил увеличить скорость производства метана на 14%; - получен синергетический эффект от комплексного применения приоритетных способов интенсификации анаэробной биоконверсии, позволяющий увеличить скорость производства метана из биомассы в 2,05 раза. Получена функциональная зависимость коэффициента преобразования энергии биоэнергетической установки от применяемых способов интенсификации анаэробной биоконверсии и обоснованы параметры технологического процесса преобразования энергии биомассы. Разработана и экспериментально обоснована энерготехнологическая модель биоэнергетической установки для электро– и теплоснабжения сельскохозяйственных потребителей. Разработана методика оценки энергетической эффективности биоэнергетической установки для последующего использования на практике. Теоретическую и практическую значимость представляют: - принципы построения энергоэффективных биоэнергетических установок, обеспечивающих организацию стабильного производства энергии; - полученные параметры новых технических средств интенсификации исследуемых процессов, обеспечивающие возможность создания автономных энергокомплексов; - методика, основанная на энерготехнологической модели биоэнергетической установки, для расчета конструктивных параметров и режимов работы биоэнергетической установки; - лабораторные, пилотные и экспериментальные биогазовые установки, новизна которых защищена патентами, и внедренные в ряде сельскохозяйственных предприятий, академий и НИИ. Элементы биоэнергетической установки, разработанные в процессе выполнения диссертации, прошли апробацию и были внедрены: - при разработке и испытаниях технологической линии переработки навоза КРС в биогаз и удобрения в 2020 г (биогазовый комплекс «ЭВОБИОС», АО «Племенной завод «Первомайский») -в НИИ Химии ННГУ им. Н.Н. Лобачевского при выполнении грантов; - в ФГУ ФИЦ «Фундаментальные основы биотехнологии РАН» при выполнении грантов. Отдельные результаты исследований были использованы при разработке "Системы машин" на период до 2020 г. и на период до 2030 г. Полученные данные могут быть использованы при модернизации существующих и при проектировании новых биоэнергетических установок для переработки широкого спектра органических отходов АПК с получением теплоты и электроэнергии.