С 15 по 18 ноября 2022 года на выставке EnergyDecentral в Ганновере были представлены тенденции настоящего и концепции будущего энергоснабжения в рамках дальнейшего развития когенерационных технологий. Техническое внимание экспонентов было сосредоточено на оптимизированной интеграции систем накопления тепловой энергии, а также на инновационных технологиях преобразования энергии в тепло, таких как большие тепловые насосы или прямые нагреватели.
Эти технологии могут внести значительный вклад в объединение секторов производства и потребления электроэнергии, тепла и газа. Очень гибкие управляемые когенерационные установки предполагается использовать в качестве резервных систем на случай нехватки электроэнергии, когда ветер и солнце недоступны в качестве основных источников энергии. Двигатели, которые могут работать на биогазе с нейтральным выбросом CO2 или на топливе с высоким содержанием водорода, являются предшественниками энергетической революции в этом процессе.
Преимущества таких когенерационных электростанций включают не только очень быструю регулировку их электрической мощности, но и их гибкую работу с точки зрения спроса в подключенных местных и централизованных тепловых сетях. Децентрализованные когенерационые установки могут использовать топливо, оптимальное для региона, будь то биогаз, биометан, древесный газ или водород.
О перспективности данных технологий свидетельствует тот факт, что доля электроэнергии, производимой когенерационными установками в Германии, в последние годы постоянно увеличивается. В 2021 году с помощью когенерации в стране было произведено около 117 тераватт-часов электроэнергии, что соответствует примерно 21% чистой выработки электроэнергии.
Еще в 2019 году производитель ТЭЦ 2G Energy объявил о новаторском достижении, когда муниципальная электростанция Хасфурта, работающая на газе, была расширена за счет комбинированной теплоэлектростанции для преобразования в электричество водорода, произведенного из возобновляемых источников. Установленная ТЭЦ Agenitor 406 H2 может работать на чистом водороде без ископаемого топлива с мощностью 140 киловатт.
Все больше производителей двигателей, таких как, например, INNIO Jenbacher, объявляют о готовности к преобразованию водорода. Последнее поколение газовых четырехтактных двигателей от MAN Energy Solutions также разрабатываются по этому принципу и способны работать при содержании водорода в газовой смеси до 25% по объему. Адаптивная система управления сгоранием двигателей полностью автоматически реагирует на изменение содержания водорода и позволяет работать без потери эффективности. Концепции будущего предполагают обеспечить работу двигателей исключительно на водороде.
На выставке в Ганновере также были предложены многочисленные варианты переоборудования существующих установок, которые до сих пор работают исключительно на природном газе. Помимо пригодности двигателя внутреннего сгорания, система нейтрализации отработавших газов имеет решающее значение для использования водорода промышленными предприятиями.
Премия EnergyDecentral является ведущей наградой за инновации в области децентрализованного производства энергии, в том числе для отраслей АПК. Независимый экспертный комитет в этом году отобрал одну золотую и пять серебряных медалей.
Сегодня удовлетворяется только 1/5 спроса на сертификаты CO2 из-за того, что процесс сертификации очень сложный, дорогой и занимает много времени (данная сертификация является добровольной, но весьма желательной процедурой для производителей). Кроме того, многие сертификаты не соответствуют уже принятым стандартам качества в области охраны окружащей среды, зачастую они не поддаются научной проверке.
Компания BELOW2 разработала инновационный высококачественный стандарт «Проверенное углеродное воздействие» (VCI) для выдачи и проверки сертификатов CO2. Таким образом оптимизируются и оцифровываются сложные, трудозатратные и длительные процессы сертификации проектов по защите климата.
Со стандартом BELOW2 можно выдавать значительно больше сертификатов более высокого качества. Полученные сертификаты CO2 будут прозрачны, научно обоснованы и могут быть проверены в любое время. А потому их обладатели получают возможность противостоять любым обвинениям в гринвошинге (экологичное позиционирование компании или товара/услуги без достаточных для этого оснований).
Неочищенный биогаз можно использовать только непосредственно на самой теплоэлектростанции. Чтобы иметь возможность хранить его в сети и использовать для получения энергии в другом месте, в биогазе следует отделить азот, водяной пар, сероводород и, прежде всего, большое количество двуокиси углерода. Для этой цели обычно используются мембранные системы или системы короткоцикловой адсорбции (PSA), а отделенный CO2 выбрасывается в окружающую среду. Из-за роста цен на сырье в настоящее время появился интерес к тому, чтобы использовать CO2 в качестве материала.
Система ETW SmartCool® Biomethan PSA впервые объединила процесс сжижения CО2 с существующей технологией очистки биогаза. При производительности 0,3 кВтч/Нм³ сырого биогаза система обеспечивает самое низкое энергопотребление среди всех технологий, доступных на рынке. При этом снижается выброс CO2 в окружающую среду.
Центробежные насосы и мешалки в настоящее время обычно проектируются таким образом, что рабочие колеса прикреплены к центральному вращающемуся валу. В связи с этим такие предметы, как веревки, проволока, сетки или фольга, могут намотаться на вращающийся вал и повредить машину.
В новом насосе RM принцип действия центробежного насоса или мешалки был изменен на противоположный, а транспортирующие лопасти прикреплены к внутренней части вращающейся трубы. В результате можно отказаться от центрального вала и создать открытый проход в середине трубы, в котором больше не могут запутаться различные предметы и вызвать повреждения или неисправности.
Благодаря использованию привода двигателя постоянного тока электрический КПД насоса RM был увеличен с менее чем 93% до более чем 95%, что превосходит как текущее поколение классических асинхронных электродвигателей IE3 для насосов, так и будущее поколение IE4.
Избыточная тепловая энергия промышленных процессов и теплоэлектроцентралей может быть преобразована в электричество в ограниченной степени и только благодаря системам с органическим циклом Ренкина (ORC). В них паровые турбины работают с органическими жидкостями с низкой температурой испарения. Однако предыдущие системы ORC могли достигать только эффективности, не представляющей интереса с точки зрения затрат и выгод.
Компании 2G удалось повысить эффективность своей системы ORC так, что общий КПД комбинированной теплоэлектроцентрали увеличился на 4%, а время амортизации может составить до 2 лет.
При дальнейшем повышении эффективности производства электроэнергии на биогазе нынешний дефицит энергоснабжения можно будет снизить за счет более высокой производительности без роста затрат и большей независимости от импортируемых ископаемых видов топлива.
В соответствии с действующими правилами внесения удобрений в ЕС, остатки ферментации и жидкий навоз должны храниться закрытыми не менее 9 месяцев, прежде чем их можно использовать в качестве удобрений. Кроме того, существуют строгие правила к их учету и технологиям внесения.
С Solution Green-Black жидкий навоз и остатки ферментации разделяются на твердую и жидкую фазы в чисто биологическом процессе. Благодаря скорости разложения аммония 85-95%, в жидкой фазе остаются только следы аммонийно-калийных и других растворенных солей, что позволяет применять навоз практически круглый год. Твердый остаток ферментации с питательными веществами карбонизируется и, таким образом, концентрируется до более чем 70% сухого вещества. Аммиак, фосфат и углерод преобразуются таким образом, что они стабилизируются как биоуголь и могут быть вымыты только в течение очень длительного периода времени. Кроме того, биоуголь имеет очень большую площадь поверхности, что означает, что в почве могут храниться дополнительные питательные вещества или вода.
Разделение может сократить маршруты транспортировки и области применения органических отходов производства более чем на 70%. Кроме того, снижаются затраты на хранение.
Резервуары биогазовых установок сегодня напоминают черный ящик. Можно только догадываться, как субстрат движется в контейнере, насколько оптимизировано смешивание и взаимодействие всех компонентов, через количество произведенного биогаза.
Компания SteRo Mixing Technologies GmbH представила модульную систему SensoStream, которая впервые благодаря интеллектуальному управлению позволяет контролировать весь процесс в биогазовой установке за счет сравнения заданных и фактических параметров, которые ранее были недоступны. Возможен удаленный контроль управления, что дополнительно повышает надежность работы всей системы.
Подготовлено по материалам, опубликованным в журнале «Наше сельское хозяйство» (2022 г., ноябрь, № 21), автор: Анна Кислякова.