Разработка экологически чистых и ресурсосберегающих альтернативных систем энергоснабжения сельскохозяйственных предприятий Кабардино-Балкарской Республики

Раскрыты перспективы развития экологически чистых и ресурсосберегающих альтернативных систем энергоснабжения сельскохозяйственных предприятий. Обоснована конструктивно-технологическая схема и параметры биогазовой установки, отличающаяся от известных схем тем, что перемешивающее устройство одновременно является нагревательным элементом (новизна конструктивного решения подтверждена патентами на полезную модель №№ 152918, 174157). Такое конструктивное совмещение позволяет нагревать и поддерживать заданный температурный режим за счёт вращения теплообменника и передаче тепла биомассе (субстрату) по всему объему биореактора. Получены аналитические выражения для определения термического сопротивления теплопередачи в зависимости от геометрических размеров поверхности биореактора и расхода энергии на собственные нужды. Разработана математическая модель тепловых процессов, протекающих в биореакторе, которая позволяет проводить исследования при изменении геометрических параметров биореактора и режимов работы биогазовой установки. Разработана методика инженерного расчёта основных конструктивных и энергетических параметров биогазовой установки. Результаты расчётов позволяют сделать вывод о том что, суммарные затраты тепла на подогрев и поддержание заданной температуры при использовании совмещенного теплообменника и мешалки снижаются по сравнению с существующими способами на 25…30 %. Установлено, что максимальные значения выхода биогаза и биоудобрения достигаются при: температуре сбраживания 54,4…56,20С ; продолжительности перемешивания сбраживаемой массы 17…17,2 мин; числе оборотов теплообменника-мешалки 7,5…7,6 об/мин. В эксплуатационном режиме объем биогаза, выделяемого из биореактора объёмом 3,5 м3достигает максимума и составляет 15,1 м3/сут (составляет 0,72 м3/кг СВ). Проведенная оценка эффективности применения биоудобрений, переработанных из отходов птицеводства показала, что при влажности 65 % содержит N и Р2О5 – по 1,9 %, К2О – 0,9 %; при влажности 95 % – соответственно 0,2, 0,2 и 0,1 %, также богат микроэлементами: в 100 г сухого вещества содержится марганца 15…38 мг, цинка – 12…39, кобальта – 1…1,3, меди – 0,5, железа – 367…900 мг. Разработана технология переработки органических отходов с получением биогаза и биоудобрения и с последующим разделением биоудобрения на твердую и жидкую фракции. Обоснована конструктивно-технологическая схема и параметры солнечного коллектора для подогрева исходной биомассы и поддержания заданного температурного режима разработанной биогазовой установки, что позволяет отказаться от газового котла и перейти на полное обеспечение как биогазовой установки, так и сельскохозяйственных предприятий альтернативными видами энергоресурсов (новизна конструктивного решения подтверждена патентом на изобретение №№ 2520775). Используются комплектующие отечественного производства: термодатчики и системы автоматического контроля и управления фирмы «ОВЕН» и др. В результате экспериментальных исследований разработанного солнечного коллектора установлено, что с помощью твердых частиц в газовом потоке поглощение тепла возрастает в 3…4 раза. При этом плотность потока регулируется как за счет степени запыления потока, так и кратности его обмена. При незначительных световых потоках солнечных лучей для поддержания постоянной температуры у потребителя увеличивается степень запыленности, не изменяя кратность обмена. В случае интенсивного потока солнечных лучей и увеличения потребления тепла увеличивается кратность обмена рабочего потока. То есть, данная система даёт возможность гибко регулировать как отбор тепловой энергии, так и ее дозирование потребителям. Обоснована конструктивно-технологическая схема и параметры мини-ГЭС, который позволяет за счет использования энергии водоворота получить дешевую электрическую энергию для массовой электрификации сельскохозяйственных предприятий и быта сельского населения, находящихся у берегов горных рек (новизна конструктивного решения подтверждена патентом на изобретение № 2439364). Кроме того, в предлагаемой конструкции упрощаются технология изготовления и монтажа. Установлено, что при напоре 4,0…10,0 м и расходе 75…83 л/с обеспечивается мощность 0,5…4,0 кВт, выдаваемое напряжение 220 В, частота тока 50 Гц. Проведена оценка технико-экономической эффективности реализации предложенных экологически чистых и ресурсосберегающих альтернативных систем энергоснабжения сельскохозяйственных предприятий Кабардино-Балкарской Республики. Установлено, что: коэффициент воспроизводства энергии равен 1,22, что больше на 16% в сравнении с традиционными системами; капитальные вложения в модернизированную БГУ в сравнении с аналоговой установкой на 12,5 % ниже, а эксплуатационные затраты – на 13,8 %.