УДК 62
Мухіна Катерина Євгенівна
к.т.н., доцент кафедри інформаційних систем
НУХТ, заступник генерального директора
НВВФ ТзОВ “ГЕОТЕХНОЛОГІЯ”
з інженерної екології та БЖД
(м. Київ, Україна) .
E-mail: mea.geotech@gmail.com
НОВІТНЯ УСТАНОВКА ДЛЯ АВТОНОМНОГО ЕНЕРГОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ КОМПЛЕКСУ З ПЕРЕРОБКИ ОРГАНІЧНИХ ВІДХОДІВ РОСЛИННОГО ПОХОДЖЕННЯ
Анотація. Стаття присвячена розгляду питання щодо автономного та екологічно-дружнього енергозабезпечення комплексу з переробки органічних твердих побутових відходів рослинного походження.
Для вибору прийнятного виду виробництва електричної енергії в роботі наведені результати порівняння собівартості виробництва різновидів електричної енергії.
Ключові слова: виробництво електричної енергії, органічні тверді побутові відходи рослинного походження.
Постановка проблеми та актуальність. Існуючі сьогодні у світі технології переробки та утилізації твердих побутових відходів, або відходів споживання рослинного походження потребують значних енергетичних витрат, а об’єкти з постачання електричною енергією знаходяться іноді на чималій відстані від конкретної населеної території. Питання постачання електричної енергії до місць здійснення переробки твердих побутових відходів, або відходів споживання рослинного походження є вельми актуальним. В роботі розглядаються питання автономного енергозабезпечення територій розташування установок для переробки відходів споживання. Для вибору відповідного виду енергозабезпечення пропонується застосувати порівняння собівартості виробництва електричної енергії різних видів.
Обґрунтування застосування автономного енергозабезпечення комплексу з переробки відходів споживання рослинного походження. Сьогодні електрична енергія виробляється на: атомних, водних, теплових, вітряних та сонячних електростанціях. До вибору виду енергозабезпечення території, де розташована установка для переробки відходів споживання рослинного походження було проведене порівняння собівартості виробництва різновидів електроенергії.
Отже, собівартість виробництва 1кВТ·год становить на: АЕС 0.14-0.15$=3.58-3.84 грн., ГЕС 0.23$=5.91 грн., ТЕС 0.07 $ = 1.80 грн.;,Вітряні ЕС 0.05-0.09$=1.28-2.31 грн., Сонячні ЕС 0.19-0.25$=4.88-6.42 грн., Геотермальні ЕС 0.13-0.16$=3.34-4.11 грн., Припливні ЕС 0.12-0.26 $=3.08-6.68 грн ., Електоренергія з біомаси 0.04-0.16 $ =1.03–4.11 грн. [1-4]. Запропонована установка-Інтегратор природних енергій вертикального типу ІПЕ «СМЕРЧ» 0.03-0.05$=0.77-1.28 грн. На підставі результатів проведеного порівняння собівартості виробництва різновидів електричної енергії пропонуємо до використання автономний мобільний інтегратор природних енергій вертикального типу ІПЕ «СМЕРЧ». ІПЕ вертикального типу виробляє електроенергію на висхідних газоповітряних потоках, в т.ч. нагрітих, у цілодобовому режимі за рахунок відновлюваної та нетрадиційної енергії природних явищ й низько потенціальних джерел енергії, включаючи їх спільні комбінації: вітрова; сонячна теплова; геотермальна; гравітаційна в т.ч. напір висхідних нагрітих газоповітряних потоків та пневмо-гідроенергія природних або техногенних гідропотоків з енергією припливних хвиль; використання теплового ефекту екзотермічних хімічних реакцій та роботи розширення газоподібних продуктів реакцій різних вуглецевмісних видів палива й органічних відходів у різних агрегатних станах й калорійності з допомогою відповідних вогневих, піроліз них, плазмових та хімічних теплогенеруючих систем; вторинна низькопотенційна енергія технологічних процесів й кліматичних систем будівель; теплова енергія радіаційно-ізотопного розпаду;
теплова енергія нетрадиційних джерел в режимі безпаливної електрогенерації, включаючи трансформатори теплового потенціалу навколишнього середовища – теплові насоси, кавітаційні теплогенератори, генератори тепла на принципі низькоенергетичних ядерних реакцій LENR (у випадку їх реальної працездатності та промислового виробництва). Виробництво електричної енергії відбувається за рахунок напору висхідного газо-повітряного потоку через внутрішній тракт установки. Прискорений вихровий висхідний потік енергоносія формується за рахунок спеціальної конструкції установки для передачі енергії турбо-електрогенератори стандартної конструкції. Вимоги до показників якості вироблюваної электроэнергити забезпечуються системою управління повітряним потоком і швидкості обертання вертикального вала з електрогенератором, а також стандартною комплектацією аналогічного електрообладнання, що застосовується у вітроенергетиці. Споживання електроенергії у ІПЕ «Смерч» для власних потреб не перевищує 500 Вт для системи управління повітряним потоком (заслінки, кермомашинки, повітрозабірник, магнітні муфти) і декількох кіловат при використанні теплових джерел з електроприводом. Нагрівання висхідних потоків повітря відбувається за рахунок теплообмінного обладнання, що розміщується в наземній кореневій частині установки. Теплові, в т. ч. низькопотенційні джерела енергії або відпрацьовані вторинні технологічні енергоносії повинні забезпечувати швидкість газоповітряного потоку через вертикальний тракт ІПЕ «Смерч» від 2,5 м/сек або температуру висхідних потоків 60 - 800 С. Максимальна частота обертання вала установки – 200 об./хв., потужності в межах від 10 кВт до 1 МВт.
Економічна ефективність: порівняно з горизонтальними вітроустановками порівнянної потужності у 1 МВт 1 кВт встановленої потужності ІПЕ «Смерч» в режимі вітрогенератора буде у 2,5 рази менше. Наземне базування, простота доставки, монтажу, технічне обслуговування електростанції 100 МВт не більше двох осіб на зміну, тривалість експлуатації без ремонту, безпаливный режим електрогенерації забезпечують ІПЕ «Смерч» значні техніко-економічні переваги при порівнянні з будь якими електростанціями на вуглеводній енергетиці, гідроенергії та «зеленій» енергетиці на відновлюваних джерелах. У конструкції ІПЕ «Смерч» відсутня критична залежність від швидкості вітрових потоків й вітрових зон, що забезпечує стабільність вироблення електроенергії та незалежність вихідної потужності енергоустановок від часу доби й погодних умов. Енергоустановки на основі ІПЕ «Смерч» характеризуються високим коефіцієнтом використання площ, відведених під електростанцію. При збільшенні щільності розташування установок на одиницю площі, завдяки синергетичному ефекту спільного збільшення тяглових характеристик, буде зростати загальний ККД електростанції, який може збільшуватися у 1.3-2.4 рази порівняно з одиничною установкою. Електростанції на основі ІПЕ «Смерч» характеризуються: низькою вартістю 1 кВт встановленої потужності та мінімальними капітальними витратами; низькими експлуатаційними витратами завдяки виключенню будь яких видів органічного палива: газ, мазут, вугілля, біомаса та пов'язаних з цим витрат на придбання, доставку, зберігання, підключення до інфраструктури, екологічні платежі за викиди; незалежністю вихідної потужності установок «Смерч» від часу доби, сезонності та погодних умов; рівністю встановленої та такої, що віддається споживачеві, потужності. Додаткову комерційну цінність таким електростанціям створює її здатність, аналогічно гідроакумулюючим станціям, регулювати пікові навантаження у електромережах, балансувати небажані перетікання енергії й легко інтегруватися у регіональні «розумні мережі» (Smart Grid).
На рис. 1 наведені зовнішній вигляд дослідного зразка та конструкція запропонованої для автономного енергозабезпечення комплексу з переробки органічних твердих побутових відходів рослинного походження енергетичної установки вертикального типу - Інтегратора природних енергій “СМЕРЧ”.[5].
Рис. 1. Зовнішній вигляд дослідного зразка та конструкція енергетичної установки ІПЕ “СМЕРЧ”.
Висновки.
1. Існуючі технології переробки відходів споживання потребують великих енергетичних витрат та можуть знаходитися на значній відстані від місця розташування установок з переробки.
2. Проведене порівняння собівартості різновидів виробництва електроенергії засвідчило, що запропонована установка для енергозабезпечення комплексу з переробки відходів споживання рослинного походження э найбільш прийнятною до застосування.
3. Екологічність: мінімальний рівень шумів у всьому звуковому діапазоні, низьке наземне розташування та наявність конструкції огорожі рухомих частин установки виключає потрапляння птахів, не створює перешкод на радарах авіадиспетчерів.
4. Інноваційнність: у конструкції та принципах роботи ІПЕ «Смерч» використані 12 «ноу-хау», включаючи декілька аеродинамічних способів керування формою й швидкістю повітряних потоків у пневмотракті установки. ІПЕ «Смерч» є ефективною альтернативою турбінному або поршневому циклам виробництва електричної енергії з вуглецевомістких палив або перегрітої пари. Аналогів не має. У різноманітних конструктивних варіантах ІПЕ «Смерч» планується також використовувати нетрадиційні прискорювачі повітряного потоку та підвищення підйомної сили лопаток турбоагрегату на принципах іонного вітру с іонізацією молекул повітря на наноповерхнях.
5. Кліматологічні аспекти роботи ІПЕ «Смерч»: чим нижче температура навколишнього середовища, тим менше витрати теплової енергії яка вноситься для створення необхідного напору у в газоповітряному тракті установки й тим нижче вартість електричної енергії, що виробляється; ІПЕ «Смерч» у режимі вітрогенератора, завдяки конденсації атмосферної вологи на зовнішній оболонці установки яка охолоджується, внаслідок внутрішнього радіального температурного градієнта у повітряному потоці, одночасно з виробництвом електричної енергії забезпечує також збір атмосферної вологи та одержання питної води для територій з посушливим кліматом.
Список літератури
Себестоимость электроэнергии - [Электронный ресурс] –
http://www.chemfive.ru/news/sebestoimost_elektroenergii_elektrostancii_
budushhego /2016-01-02-635
Собівартість 1 кВт електроенергії - [Електронний ресурс] –
https://forum.pravda.com.ua/index.php? topic=908029.30 - 2016
Куда ветер дует - [Электронный ресурс] http://www.trust.ua/news/134159-kuda-veter-duet.html -2016.
Себестоимость солнечной энергии - [Электронный ресурс] -
http://abc.in.ua/v-ukraine-sebestoimost-solnechnoі-ye/2016
Интегратор природных энергий вертикального типа ИПЭ «СМЕРЧ»/ Бизнес-план / И.Г. Киула. – Харьков: ООО «Аурика» - 2015 - 16 с.