боты двигателя мощностью 50 кВт требуется 32,5 м^ биогаза в час, а при средней загрузке — около 60 м^ на половину смены. 1 биогаза соответствует примерно 0,5 кг дизельного топлива. Чистота биогаза способствует существенному уменьшению износа двигателя по сравнению с работой по дизельному циклу. По имеющимся данным, ежегодные расходы на техническое обслуживание и ремонт газовых двигателей составляют около 1 % от их стоимости.

Получение электроэнергии с помощью стационарных газовых двигателей. Все чаще указывается на возможность использовать излишки биогаза из средних и малых устарювок для получения электроэнергии с помощью газовых двигателей. Для этой цели промышленность ФРГ (например, фирмы Йенбахер верке, Машиненверке-/\1анхейм) предлагает комплектные установки из газовых двигателей и генераторов на электрическую мощность 30...220 кВА. Насколько экономично такое получение электроэнергии, можно сказать, лишь проведя точный расчет затрат на производство 1 кВт-ч. В качестве нижней границы мощности агрегатов для рационального получения электроэнергии таким способом неоднократно называлась цифра 100 кВА. На рисунке 25 приведены значения средней удельной стоимости газовых двигателей и комплектных агрегатов, включающих в себя устройства для утилизации теплоты. С помощью этих данных можно проводить ориентировочные расчеты затрат.

Если допустить, что 1 м^ биогаза в зависимости от КПД дает 1,6... 1,9 кВт-ч электроэнергии, стоимость 1 кВт-ч сразу же возрастает на величину, равную 52 ...65% стоимости получения 1 м^ биогаза. Сюда прибавляется часть стоимости агрегата (газовый двигатель и электрогенератор), равная в зависимости от его годовой загрузки 0,02 ...0,07 марки ФРГ на 1 кВтЧ, а также часть расходов на оплату труда обслуживающего персонала и возможные расходы на резервный источник энергии, предоставляемый энергоснабжающей организацией. Использование Отбросной теплоты двигателя, позволяющее повысить общий КПД установки до 70%, несколько снижает затраты. (Более подробно об этом см. в разделе 7.2.) В каждом конкретном случае следует оговорить с энергоснабжающей организацией расход вырабатываемой

электроэнергии на собственные нужды и частичную отдачу ее в общественную энергосеть (параллельное использование энергии), а также виды и формы применения получаемой электроэнергии.

Возможны следующие варианты использования энергии.

1.Стопроцентная передача ее энергоснабжающей организации для питания общественной энергосети (аналогично гидроэлектростанции). Соответствующий тариф в настоящее время составляет 0,05 марки ФРГ за 1 кВт-ч. Собственные потребности хозяйства в электроэнергии полностью покрываются, как обычно, энергоснабжающей организацией. Такие небольшие поставщики электроэнергии не очень ценятся энерго-снабжающими организациями из-за трудностей регулирования сети.

2.Автономное производство. Полное обеспечение собственной электроэнергией. Никакого резервирования со стороны энергоснабжающей организации. При этом, однако, бывает трудно приспособиться к изменяющимся потребностям хозяйства в электроэнергии. При авариях или недостаточном выходе газа производство обесточивается.

3.Обеспечение собственной электроэнергией или частичное обеспечение своей энергией с аварийным резервированием за счет энергоснабжающей организации. В связи с необходимостью заключения специального контракта это резервирование должно обойтись относительно дорого.

Отсюда следует, что производство электроэнергии из биогаза если и может быть целесообразным, то лишь при продолжительной эксплуатации генераторной установки. Однако для этого необходимо располагать соответствующим количеством газа (табл. 13). Производство электроэнергии для собственных нужд при хуторской системе и отсутствии общественных энергосетей необходимо оценивать иным образом.

7.2. Объединенная выработка тепловой и механической энергии

Здесь речь идет об одновременном использовании механической энергии (например, вала турбины или двигателя) и возникающей при ее производстве тепловой

Таблица 13. Количество газа, необходимое для производства электроэнергии

энергии (отбросной теплоты), например, при выработке электроэнергии на электростанциях утилизации отбросней теплоты для отопительных целей. В промышленности этот принцип используется все более и и более широко, чтобы таким образом повысить КПД преобразования первичной энергии [3, 97].

В связи с использованием биогаза возникают возможности объединенной выработки тепловой и механической энергии там, где биогаз применяется для привода газовых двигателей. Двигатели используют эффективно в среднем около 30% энергии топлива, например, для привода вентиляторов, тепловых насосов, генераторов (производство электроэнергии). По меньшей мере около 70% отбросной теплоты, выделяемой в систему охлаждения, в виде излучения и с газообразными продуктами сгорания, можно снова использовать в различных полезных целях.

Объединенная выработка

тепловой и механической энергии

в установках для привода вентиляторов

Относительно простое сочетание выработки различных видов энергии возможно в установках, состоящих из газовых двигателей и вентиляторов. Такое сочетание применяется для различных сельскохозяйственных сушилок. При очень небольших потерях на излучение

80

(примерно 10%) остальная часть отбросной теплоты (60 % энергии топлива) может быть использована для подогрева воздушного потока — к нему можно примешивать воздух, охлаждающий двигатель, и отработавшие газы. Уже в наши дни эксплуатируются сушилки, использующие сжиженный газ для непосредственного подогрева воздуха без теплообменников. В соответствии с результатами новейших исследований и данными более ранних экспериментов [43] при использовании для непосредственного подогрева воздуха котельного топлива, оцениваемого ниже, чем газ, можно не опасаться вредных воздействий на объект сушки при условии, что будут приняты соответствующие меры предосторожности.

Таблица 14. Потребность в биогазе для привода вентилятора с помощью газового двигателя и возможности подогрева воздуха за счет отбросной теплоты

Данные о возможностях подогрева воздуха путем использования отбросной теплоты приводного двигателя и вентилятора можно взять из таблицы 14. Эти возможности не очень велики даже при большой подаче воздуха, но они соответствуют обычным для сушки сена значениям температуры 3...4°С. Следует отметить,что таким способом биогаз можно использовать только в течение короткого отрезка времени (определяемого сезонностью), правда, с очень высоким КПД. Вопрос о возможности использования газового теплового насоса, который мог бы найти себе применение в зимний период для отопления жилищ, нуждается в более подробном исследовании.

6 Заказ 8706

81

Объединенная выработка тепловой и механической энергии при испюлшованип тепловых насосов

Принцип действия теплового насоса известен очень давно. Он не производит теплоту, но поднимает содержащуюся в воздухе, воде и почве теплоту, а также самые различные формы отбросной теплоты на более высокий температурный уровень, так что ее можно использовать снова. Для привода теплового насоса необходима механическая (компрессионный тепловой насос) или тепловая (абсорбционный тепловой насос) энергия. В обоих случаях можно использовать биогаз.

Устройству (рис. 26) и применению теплового насоса посвящены многочисленные работы [33, 96, 127, 128, 129], Принципиально возможные способы его применения в сельском хозяйстве подробно исследованы Ортом [81]. Применение теплового насоса тем целесообразнее, чем выше коэффициент трансформации е. Последний зависит от разности температур предварительного нагрева (конденсатор) и окружающей среды (испаритель), уменьшаясь с увеличением этой разности, а также от конкретной системы теплового насоса.

В качестве средних значений коэффициента тран-

Отопление

Вода

■ Высокая температура

Компрессор

Иазкал температура

Теплоноситель

Рабочее тело Высокое давление Дроссель

Низкое давление

Рис. 26. Схема циркуляционного контура теплового насоса [128].

n

Fuc. 27. Схема объединенной выработки тепловой и механической энергии при работе газового двигателя с тепловым насосом (Зуль-ц^р-Эшер Висе):

— конденсатор; 2 — компрессор; 3 — автоматическая регулировочная станция; 4 —испаритель для о.хлаждения воды; 5 — водяной насос испарителя; S — водяной насос конденсатора; 7 — газовый двигатель привода; S — котел-утилиза-тср; 9 — теплообменник: охлаждающая вода — горячая вода; /О — теп.лообмен-кпк: охлаждающая вода — свежая вода; " — насос горячей воды.

сформации тепловых насосов е можно привести следующие:

Привод теплового насоса газовым двигателем благодаря возможности объединенной выработки тепловой и механической энергии, т. е. максимальной утилизации высокотемпературной отбросной теплоты двигателя, например в общем или раздельном цикле горячей воды (рис. 27), обеспечивает значительно лучшее использование первичной энергии, чем в обычном отопительном котле или электротепловом насосе. Максимально возможная величина использования первичной энергии зависит от достигнутого коэффициента трансформации. Бейер [12] приводит для теплового насоса, работающего по схеме передачи тепла «воздух—вода», такие значения полезно используемой тепловой энергии (табл. 15).