Одржлива употреба на топлинска енергија на постројките за биогас - PDF Бесплатно преземање
Одржливо користење на топлинска енергија во постројките за биогас
Признанија Овој прирачник е развиен како дел од проектот BiogasHeat (IEE/11/025), поддржан од Европската комисија преку интелигентна енергија за Европа (IEE), програма управувана од Извршната агенција за конкурентност и иновации (EACI). Авторите би сакале да и се заблагодарат на Европската комисија за поддршката на проектот BiogasHeat, како и на препораките и партнерите на BiogasHeat за нивниот придонес во прирачникот. За обезбедување на слики и графики, авторите им се заблагодаруваат на следниве компании: AgroEnergien (Буркхард Мајнерс), GE Energy (Роланд eneеневин), LaTherm GmbH (Michael Schönberg), SCHNELL Motoren AG (Susanne Kerezsy), STELA Laxhuber GmbH (Nadine Sahlmann), Thermaflex Isolierprodukte GmbH (Јана Танеберг-Кранц), TransHeat GmbH (Роналд Штрасер), Tranter Solarice GmbH (Волфганг Штурзебехер) и Verdesis Services UK LTD (Ник Шелдон). 2
3.4.1 CRC системи. 56 3.4.2 ORC системи. 57 3.4.3 Циклус Калина. 60 3.4.4 Стирлинг мотор. 61 3.4.5 Турбина на димни гасови. 62 4 Иновативни концепти за ефикасна конверзија на биогас. 63 4.1 Гасоводи за биогас и сателитски единици за ЦХП. 63 4.2 Климатизација на биогас и вбризгување на биометан во мрежата. 65 4.3 Транспорт на биометан во контејнери. 67 4.4 Употреба на биометан во транспортот. 68 4.5 Биогас за управување со оптоварување и стабилност на мрежата. 69 4.6 Биометан и електрична енергија во гас. 70 5 Упатства за опциите за употреба на топлина. 72 6 Заклучоци. 74 Речник и кратенки. 76 Општи единици за конверзија. 85 Библиографија. 88 5
Равенка 3 Равенка 4 Равенка 5 изгубена Q изгубена топлина низ површините на дигестирот (разликувана од загубите низ wallsидовите, подот и обложувањата) [kwh] Q операција Изгубена топлина низ површините на дигестирот и дигестирот што се испушта [kwh] варен Q топлината се губи со испуштениот дигестат [kwh] AUT thiha Површина на пренос на топлина [m²] Коефициент на пренос на топлина [W/m²K] Варијација на температурата (внатрешно-надворешно) [K] Време [часови] Коефициент на пренос на топлина со конвекција во дигестирот [W/m²K] Коефициент на пренос топлинска конвекција надвор од дигестирот [W/m²K] d 1 Дебелина на слој 1 d 2 Дебелина на слој 2 k 1 k 2 Топлинска спроводливост на првиот слој [W/mK] Топлинска спроводливост на вториот слој [W/mK ] Слика 5: Шематски график што го прикажува wallидот на дигестирот, вклучително и термички профил за студена зима (-18 C) (Извор: сопствени податоци; адаптиран од www.u-wert.net) 20
Слика 11: Опрема за поврзување (вклучително и разменувач на топлина) на краен потрошувач поврзан со систем за централно греење во Ахентал, Германија (Извор: Руц) Слика 12: Инсталација на топлинска цевка на земјоделски згради (Извор: ThermaflexIsolierprodukte GmbH) Основно снабдување со топлина Во овој концепт, операторот на биогасната централа го снабдува само расположивиот дел од топлината од постројката за биогас до потрошувачот на топлина. Операторот не гарантира целосно снабдување со топлинска енергија. Затоа е потребно потрошувачот на топлинска енергија да биде опремен со дополнителни грејачи што можат да се вклучат во случај на 29
Кривата на временските термички напони е слична на термичката оптовареност, но податоците за напонот се подредени по опаѓачки редослед и не хронолошки. Слика 17 покажува пример на крива на траење на стресот за систем за централно греење со средна големина. Покрај тоа, тоа покажува колку топлинска енергија може да се снабди на базално ниво, од страна на постројка за биогас со капацитет од 600 kw рок и приближно 7200 работни часа. Така, снабдувањето со топлина при врвно оптоварување треба да се обезбеди од друг систем. Доколку треба да се покрие целосното снабдување со топлинска енергија од постројката за биогас, во овој пример капацитетот треба да биде приближно 1800 kw. Слика 17: Пример на кривата на топлински стрес на системот за централно греење што интегрира ЦЕЦ единица од 600 kw 32
Коефициентот на побарувачка на топлина u е вредност за побарувачката на топлина кај различните видови на стаклена градина и варира од 4,6 за двојни застаклени оранжерии со мешан систем за греење, до 10 за единечни оранжерии, со фолии и топлински цевки подигнати погоре почвата. Мора да се смета дека најголемата побарувачка на топлина за оранжерии се јавува во студената сезона, имено во зима, како и во доцна есен и рана пролет. Исто така, топлината достапна од постројката за биогас е помала во студената сезона, бидејќи е потребно повеќе енергија за загревање на варењето на храната. Објектите за складирање на топлина можат да ги изедначат варијациите, но генерално се многу ограничувачки на трошоците. Потребни се детални пресметки за прецизно дизајнирање на побарувачката на топлина во стаклена градина. Конечно, треба да се разгледа и употребата на CO 2 од протокот на димни гасови во единицата CHP, бидејќи CO 2 го зголемува растот на растението. Слика 19: Аклиматизирани оранжерии во Германија (Извор: Руц) 36
од некои материјали е претставена во табела 6. Оваа табела исто така ги вклучува и максималните температури на сушење. Табела 6: Време и време на сушење на различни материјали Материјал Сушење сезона Максимална температура на сушење [C] Шумско огревно дрво и трупци Дневници за одржување шуми и трупци Насади за кратко ротација Зима 55 -150 Цела година 55-150 Зима 55-150 Ceитни култури Јули 30-65 август Медицински растенија и билки Варење и талог од канализација Јуни 25-50 октомври Цела година 55-95 Постојат неколку различни технологии на сушење. Соодветни технологии за релативно ниски температури на преостаната топлина од постројките за биогас вклучуваат групни сушари (преку премин), подвижни сушари, подвижни сушари за лопатки (Табела 7). 45
експанзија каде што нејзината температура и притисок нагло паѓаат. Амонијакот конечно повторно влегува во испарувачот, каде што произведува ефект на ладење. Така циклусот е затворен. Слика 29: Процес на типична апсорпциона постројка за ладење со ладење со амонијак-вода 3.3.2 Централно ладење Централното ладење е слично на централното греење, но дистрибуира разладена вода наместо топлина. Иако побарувачката за ладење постојано расте поради повисоките стандарди за удобност и повисоките температури поврзани со климатските промени, централизираното ладење не е толку ефикасно како централното греење. Неколку европски градови воведоа централизирани системи за ладење со цел да се намалат емисиите на стакленички гасови (Слика 30). 53
Слика 35 покажува пример на ORC модул за постројки за биогас. Во овој пример, единицата може да генерира до 125kW електрична енергија од извор на топлина со приближно 980kW рок. Минималната топлина е 121 C, додека најголемиот дел доаѓа од обновување на топлината од издувните гасови, а помал дел доаѓа од претходно загревање на течноста од колото за ладење на моторот. Табела 9: Карактеристики на различните течности за термодинамички процеси Течност Критична точка [C] Критична точка [MPa] Точка на вриење [C] (на 1 аtm) Температура на распаѓање [C] Вода 374,00 22,06 100,00 - Амонијак (NH 3) 132,30 11,33- 33,30 477,00 n-бутан C 4 H 10 152,20 3,80-0,40 - C 5 H 12 n-пентан 196,80 3,37 36,20 - C 6 H 6 289,20 4,90 80,00 327,00 C 7 H 8 5645,00 4,10 110,60 - R134a (HFC-134a) 101,20 4,06- 25.00 177.00 C 8 H 10 343.20 3.50 138.00 - R12 112.00 4.13-29.80 177.00 HFC-245fa 157.70 3.64 15.40 247.00 HFC-245ca 178.60 3.86 25.20 R11 (CFC-11) 198.00 4.41 23.20 147.00 HFE-245fa 171.00 3.73-273.00 - HFC-245fa 171.00 HFC-245fa 130,80 3,18-1,00 - R123 183,90 3,70 28,00 - CFC-114 145,90 3,26 3,70 - R113 214,30 3,41 47,40 177,00 n-перфлуоро- Пентан C 5 F 12 147,60 2,05 29,40-58
Слика 32: Систем ORC (со употреба на R245fa) на постројка за биогас во Дабловице, Чешка (извор: GE Energy) Слика 33: Систем ORC (со употреба на R245fa) (преден контејнер) и генератори на биогас (заден контејнер) на депонија во Ворингтон, Велика Британија (Извор: Verdesis Services UK Limited) Слика 34: Дијаграм на модул GE чист циклус 125kW ORC (адаптиран од GE Energy) 59
Слика 39: Појдовна точка на цевководи за биогас на сателитска ЦЕЦ во Требон, Чешка (извор: Д. Руц) Слика 40: Гасовод на биогас на сателитски единици ЦЕХ (лево) и систем за микро греење ( десно) 64
Табела 10: Споредба помеѓу различните карактеристики на цевките за биогас и топлинска енергија Карактеристики Биогасни цевки Топлински цевки Локација на единиците за ЦХП Транспортиран агенс Обично една единица за ЦХП на локацијата на постројката за биогас (за загревање на дигестирот) и неколку сателитски единици за ЦХП на крајот од цевката на биогас Биогас Една или повеќе единици за ЦХП централизирани на локацијата на постројката за биогас Топла вода од компресор/дрво Компресор за гас Пумпа за циркулација на вода Број на цевки Загуба на цевки Мерки на подготовка Законски законски рамки услови Трошоци Рок на реализација Потребна е општа адекватност Гасоводи; отпорен на корозија; антикорозивни обложени челични или синтетички цевки Мали загуби на гас Сушење на гас, десулфуризација (95% CH 4. Ова ја зголемува густината на енергијата. Суштината на целиот процес е технологијата за прочистување, која може да се класифицира во четири категории. 65
SolarFuel-Alpha-Anlage, Stuttgart 250-kW-Power-to-Gas-Piloting, Stuttgart Audi-e-gas-Anlage, Werlte Demonstrations- und Innovationsprojekt RH2, Werder/Kessin/Altentreptow Слика 47: Концептот на електрична енергија - во - гас 71
има критична температура од 374 C (647 K), што е највисока температура на која може да постои течна вода. Во атмосферата на нормални температури, гасовитата вода (позната како водена пареа) ќе се кондензира во течноста ако нејзиниот парцијален притисок е доволно висок. Пареата може да коегзистираат со течност (или цврста). Водена пареа: Водена пареа е гасовита фаза на вода. Видете Ватна пареа (Ш): Стандардна мерна единица (во системот СИ) за стапката со која енергијата се троши од опремата или стапката со која се пренесува енергијата од една на друга локација. Ова е исто така стандардна единица за мерење на електрична енергија. Терминот "KW" потекнува од "киловат" или 1000 вати. Терминот MW "потекнува од" Мегават "или 1000000 вати. Зеолит: Микропорозни, алуминиоликатни минерали кои обично се користат како комерцијални абсорбенти. Т: видете Температурна разлика (Термичка гаранција) 84
Општи единици за конверзија Табела 11: Префикси за енергетски единици Префикс Кратенка Фактор Кол Дека Да 10 Десет Хекто H 10² Стоти Кило K 10³ Илјада Мега М 10 6 Милиони Гига Г 10 9 милијарди Тера Т 10 12 трилиони Пета П 10 15 Квадрилион Екса Е 10 18 Cvintilion 85
Табела 12: Конверзија на единици за енергија (кило-џул, кило-калорија, кило-вати час, тон еквивалент на јаглен - TCE, кубен метар природен гас, тон еквивалент на нафта - прст, барел, британска термичка единица - BTU) kj kcal kwh TCE CH 4 m³ прст барел 1 kj 1 0,2388 0,00 0278 3,4 0,00 10-8 0032 2,4 1,76 10-10 -8 7 1 kcal 4,1868 1 0,00 1163 14,3 0,00 10-8 013 7 1 10-7 7,35 10-1 kwh 3,600 860 1 0,00 0123 3 0,11 0,00 0086 3 0,00006 1 ТЦЕ 29,308,000 7,000,000 0 8,14 1,924 0,70 52 1 м³ CH 4 31,736 7,580 6 8,81 0,00 1082 1 0,00 0758 0,0056 1 прст 41,868,000 10,000,000 30 11,6 8 1,42 9 1, 31 1 7,4 1 барел 5.694. 048 1.360. 000 2 1.58 0.19 421 42 179. 6 0.13 1 1 BTU 1.055 Табела 13: Конверзија на енергетски единици (килокалории во секунда, киловати, коњски сили Англија - КС, Pferdestärke = коњски сили DIN - PS) kcal/s kw hp PS 1 kcal/s 1 4,1868 5,614 5,692 1 kw 0,238846 1 1,34102 1,35962 1 hp 0,17811 0,745700 1 1,01387 1 PS 0,1757 0,735499 0,98632 1 Табела 14: Конверзија единици Целзиусови Келвин Фаренхајтови Целзиусови Ц - Ц = К 273,15 Ц = (Ф 32) 1,8 Келвини КК = Ц + 273,15 - К = (Ф +459,67) 1,8 86
Фахр нехитет FF = C 1,8 + 32 F = K 1,8 459,67 - Табела 15: Конверзија на единици под притисок (Паскал, лента, техничка атмосфера, стандардна атмосфера, Тор, фунти по квадратен инч - psi) Па лента на атмосфера Torr psi 1 Pa 0,00001 0.000010 197 9.8692 0.00750 10 6 06 0.0001450 377 1 бар 100.0 00 1.0197 0.98692 750.06 14.50377 1 на 98.06 6.5 0.980665 0.967841 1 735.559 2 14.22334 1 атм 101.3 25 1.01325 1.0332 760 14.69595 1 Torr 133.3 224 0 789 0,0193367 8 1 psi 6894. 8 0,068948 0,070306 9 0,068046 51,7149 3 87