Використання біогазу в газових турбінах для виробництва теплової та електричної енергії
DOI:
https://doi.org/10.20998/2078-774X.2024.01.04Анотація
У сучасних розвинених країнах світу на вироблення електричної енергії та теплоти низького та середнього потенціалу витрачається основна частина видобутих паливно-енергетичних ресурсів. В Україні потенціал виробництва біометану оцінюється в 7,8 млрд м3/рік, що складає 25 % нинішнього споживання природного газу в країні. Інфраструктура України готова до транспортування і енергетичного використання біометана, оскільки біометан є повним аналогом природного газу. При зберіганні органічних відходів («біовідходів») – наприклад, органічної частини побутових відходів – виділяється біогаз, суміш метану та вуглекислого газу. Цей газ є високоякісним паливом для газових двигунів або газових турбін – так само, як метантенційний газ, що виробляється з біомаси на очисних спорудах. Біогаз може замінити викопне паливо, а також характеризується своєю нейтральністю CO2. Біогаз можна спалювати на місці, практично не переробляючи, щоб обігрівати будівлі та живити котли чи навіть сам реактор. Біогаз можна використовувати для комбінованого виробництва теплоти та електроенергії, можна просто перетворити на електроенергію за допомогою двигуна внутрішнього згоряння, паливних елементів або газової турбіни, при цьому отримана електроенергія використовується на місці або продається в електричну мережу. Врахувавши переваги використання біогазу, а також цінову політику на природній газ, в дослідженні проведено розрахунок теплової схеми державної районної електростанції. Як основне паливо використовується природний газ, для порівняння вибрано біогаз. Питома теплота згоряння біогазу майже вдвічі менша за природній газ. Працюючи на біогазі, коефіцієнт корисної дії газотурбінної установки менший на 8,5 %, парогазової установки – на 7,5 %, ніж на природному газі. Так як в еквіваленті 1000 м3 природного газу дорівнює 1500 м3 біогазу, введено коефіцієнт врахування на біогаз. На основі відповідного дослідження сформовано висновки щодо використання біогазу, як альтернативу природному газу. Актуальністю використанням біогазу для виробництва теплової та електричної енергії є забезпечення перспективного джерела електроенергії і зниження викидів вуглекислого газу.
Посилання
Tkachenko S., Vlasenko O. (2023), Biogazovi tehnologii'. Reguljarnyj teplovyj rezhym [Biogas technologies. Regular thermal regime], VNTU, Vinnytsia, 132 p., ISBN-e 978-966-641-937-1, ISBN 978-966-641-943-2, Access mode: https://press.vntu.edu.ua/index.php/vntu/catalog/book/782 (accessed 05 May 2024).
Tkachenko S., Vlasenko O., Resident, N., Stepanov D., Stepanova N. (2021), “Cooling and heating of the fluid in the cylindrical volume”, Acta Innovations, no. 42.2, pp. 15–26. https://doi.org/10.32933/ActaInnovations.42.2.
Geletukha G., Kucheruk P., Matveev Yu. (2014), “Pro-spects of Biomethane Production and Use in Ukraine”, UABio, no. 11, 42 p., Access mode: https://uabio.org/wp-content/uploads/2020/04/position-paper-uabio-11-en.pdf (accessed 05 May 2024).
Kaparaju P., Rintala J. (2013), “17 - Generation of heat and power from biogas for stationary applications: boilers, gas engines and turbines, combined heat and power (CHP) plants and fuel cells”, The Biogas Handbook : Science, Production and Applications : Woodhead Publishing Se-ries in Energy, pp. 404–427, https://doi.org/10.1533/9780857097415.3.404.
(2010), “Energy for a sustainable future”, The Secretary-General’s Advisory Group on Energy and Climate Change (AGECC) : Summary Report and Recommendations, 28 April 2010, New York, Access mode: URL: https://www.unido.org/sites/default/files/2010-05/AGECCsummaryreport_0.pdf (accessed 05 May 2024).
Bringezu S., Schütz H., Pengue W., O’Brien M., Garcia F., Sims R., Howarth R., Kauppi L., Swilling M., Herrick J. (2014), Assessing Global Land Use: Balancing Consump-tion with Sustainable Supply. A Report of the Working Group on Land and Soils of the International Resource Panel, United Nations Environment Programme, Nairobi, 131 p., ISBN 978-92-807-3330-3.
Kaltschmitt M., Hartmann H., Hofbauer H. (2009), Ener-gie aus Biomasse: Grundlagen, Techniken und Verfahren, Springer, Berlin, no. XXXI, 1030 p., ISBN 978-3-540-85094-6, https://doi.org/10.1007/978-3-540-85095-3.
Edenhofer O., Pichs-Madruga R., Sokona Y., Seyboth K., Matschoss P., Kadner S., Zwickel T., Eickemeier P., Han-sen G., Schlömer S., von Stechow C. (2012) Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation, Cam-bridge University Press, New York, ISBN 978-1-107-02340-6.
Faaij A., Junginger M., Goh C.S. (2014), “A General In-troduction to International Bioenergy Trade”, International Bioenergy Trade. Lecture Notes in Energy, vol. 17, pp. 1–15, ISBN 978-94-007-6982-3, https://doi.org/10.1007/978-94-007-6982-3_1.
BITECO (2013), Biogas, Access mode: https://biteco-energy.com/ua/info/biogas/ (accessed 05 May 2024).
Energy Systems-Ludger SC (2022), Biogas plants. Cogen-eration plants, mini CHP plant TESSARI Energia (Italy) on biogas, Access mode: http://www.esludger.com.ua/uk/Kogeneratsiyni-ustanovki/kogeneratsijni-ustanovki-mini-tets-na-biogazi-biogazovi-ustanovki.html (accessed 05 May 2024).
Neptune Oil and Gas Pte Ltd (2019), Turbine using biogas or gas or any liquid fuel, Access mode: https://neptune-og.com/turbine-using-biogas-or-gas-or-any-liquid-fuel/ (accessed 05 May 2024).
Vandeweyer H., Baert R., Ryckebosch E., Leenknegt J., Drouillon M., Vervaeren H. (2008), Biomethaan – opwerking van biogas tot aardgaskwaliteit, Departement PIH, Howest, 176 p., ISBN 9789081355209.
Luyben, W.L. (2023), “Dual steam turbines in biogas power processes”, Chemical Engineering and Processing – Process Intensification, vol. 190, https://doi.org/10.1016/j.cep.2023.109412.
European Biogas Association (2024), About biogas and biomethane, Access mode: https://www.europeanbiogas.eu/about-biogas-and-biomethane/ (accessed 05 May 2024).
DOOSAN (2024), Steam Turbines For Biomass Power Plants, Access mode: https://www.doosanskodapower.com/en/power-generation/power-generation/steam-turbines-for-biomass-power-plants/ (accessed 05 May 2024).
