Рекуперація тепла біогазу
1, Основне застосування утилізації відпрацьованого тепла в генераторних установках біогазу
Відпрацьоване тепло генераторних установок для біогазу в основному надходить із двох частин: вихлопу двигуна (температура 350-550 градусів, що становить 60%-70% від загального відпрацьованого тепла), а також гільзи циліндра двигуна та системи охолодження мастила (температура 80-120 градусів, що становить 30%-40% від загального відпрацьованого тепла). Завдяки цілеспрямованій системі переробки це відпрацьоване тепло можна широко застосовувати в багатьох сценаріях, утворюючи екологію замкнутого циклу «утилізації відпрацьованого тепла виробництва електроенергії»:
(1) Забезпечення виробництва біогазу: попередня обробка сировини та підігрів ферментації
Це найважливіше використання утилізації відпрацьованого тепла, особливо підходить для стабільної роботи велико-масштабних біогазових проектів.
Нагрівання ферментаційного резервуару: Оптимальною температурою для ферментації біогазу є середня температура (30-38 градусів) або висока температура (50-55 градусів). Низькі температури середовища (зима або північні регіони) можуть призвести до зниження ефективності бродіння і різкого скорочення газоутворення. Утилізоване відпрацьоване тепло використовується для нагріву ферментаційного бульйону через пластинчасті теплообмінники або для забезпечення постійного температурного захисту ферментаційного резервуару через систему циркуляції гарячої води, збільшуючи виробництво газу на 20% -30% і забезпечуючи стабільне постачання палива для зимової установки.
• Попередня обробка сировини: у деяких біогазових проектах використовується солома, гній худоби та інша сировина, яку необхідно нагріти для розкладання, гідролізу або стерилізації сировини. Відпрацьоване тепло гарячої води можна безпосередньо використовувати для процесу попередньої обробки сировини, зменшуючи додаткове споживання енергії.
(2) Промислові та комерційні сценарії: пряме постачання теплової енергії
Гаряча-температура води (80-95 градусів) або пари (низького тиску, 0,3-0,6 МПа), що утворюються в результаті рекуперації відпрацьованого тепла, можуть безпосередньо задовольнити потреби в тепловій енергії промислового виробництва та комерційних будівель:
Промислове тепло: процеси очищення, сушіння та нагрівання в таких галузях, як харчова промисловість, друк і фарбування текстилю, хіміко-фармацевтична промисловість тощо; Фекальна обробка в племінних господарствах (пастеризація) і вирощування при постійній температурі в теплицях (підігрів грунту, підігрів повітря).
Комерційне та будівельне опалення: зимове опалення промислових парків, офісних будівель, лікарень та шкіл; Гаряче водопостачання готелів і торгових центрів (для прання та кухні); Зимове утеплення дата-центрів (заміна електроопалення).
(3) Покращення енергетики: виробництво тепла відходів та охолодження
Для великомасштабних-проектів виробництва електроенергії з біогазу (встановлена потужність більше або дорівнює 1 МВт) покращення енергії можна досягти за допомогою високоякісних-систем рекуперації відпрацьованого тепла:
• Вироблення відпрацьованої теплової енергії: за допомогою технології органічного циклу Ренкіна (ORC) високо{0}}температурний вихлопний газ використовується для нагрівання органічних робочих рідин (наприклад, R245fa), приводячи в дію малі турбогенератори для виробництва електроенергії, підвищуючи загальний рівень використання енергії системою до понад 80%.
Абсорбційне охолодження: за допомогою абсорбційних холодильних установок на основі броміду літію відпрацьоване тепло перетворюється на потужність охолодження для охолодження промислового виробництва та охолодження систем кондиціонування повітря в будівлях, досягаючи багатоенергетичної взаємодоповнюваності «охолодження влітку, опалення взимку та-цілорічного водопостачання».
Технологія утилізації відпрацьованого тепла не тільки розширює межі застосування біогазової енергетики, але й демонструє численні переваги з точки зору економії, захисту навколишнього середовища та технології, стаючи «потужним інструментом» для проектів виробництва енергії з біогазу:
(1) Поліпшити повний рівень використання енергії та зменшити марну енергію
Традиційні проекти з виробництва електроенергії з біогазу зосереджені лише на виробництві електроенергії, з великою кількістю відпрацьованого тепла, що безпосередньо відводиться, і коефіцієнтом використання енергії менше 45%. Завдяки рекуперації відпрацьованого тепла загальний рівень використання енергії в системі може бути збільшений до 75% -90%, що еквівалентно більш ніж подвоєнню ефективної виробленої енергії на кубічний метр біогазу. Взявши для прикладу біогазовий генератор потужністю 1 МВт, середньодобове виробництво електроенергії становить близько 24000 кіловат-годин, а рекупероване відпрацьоване тепло може задовольнити потребу в 20000 квадратних метрів опалення будівлі або 500 тонн гарячої води для побутових потреб на день, повністю змінюючи єдиний режим «тільки генерувати електроенергію, витрачаючи тепло».
(2) Зменшити експлуатаційні витрати та підвищити прибутковість проекту
• Зменшення споживання палива: коли відпрацьоване тепло використовується для підігріву ферментаційних резервуарів, воно може замінити електричне опалення та котли, що працюють-на вугіллі/газі-, зменшуючи витрати на допоміжну енергію. Згідно з даними біогазового проекту потужністю 1,2 МВт у північному Китаї, нагрівання ферментаційного резервуару відпрацьованим теплом протягом зими може заощадити в середньому 300 кубічних метрів споживання природного газу на день і заощадити приблизно 600 000 юанів щорічних витрат.
• Збільшити джерела доходу: надлишок відпрацьованого тепла може постачатися ззовні (наприклад, опалення/гаряча вода для навколишніх підприємств і мешканців), формуючи подвійний дохід «електроенергія+тепло», скорочуючи термін окупності інвестицій проекту на 1-3 роки. Виручка від теплової енергії деяких проектів становить 30%-40% від загальної виручки, що значно підвищує здатність протистояти ризикам.