تكامل الغاز الحيوي من ثلاثة أجيال للمبنى الزراعية التجارية في منطقة فولغا

تحديد نقطة الألم

تعد منطقة فولغا الفيدرالية، التي تشمل مناطق مثل تتارستان، مركزًا رئيسيًا للزراعة التجارية المتقدمة واسعة النطاق، وخاصة مجمعات الدفيئة المغلقة. وتتعرض الجدوى الاقتصادية لهذه العمليات للتهديد الدائم بسبب ارتفاع تكلفة التدفئة في فصل الشتاء والكهرباء اللازمة للإضاءة الاصطناعية. علاوة على ذلك، لتعظيم إنتاجية المحاصيل، تتطلب هذه البيئات المغلقة ثاني أكسيد الكربون التكميلي المستمر (CO2) لعملية التمثيل الضوئي. إن الاعتماد على إمدادات الغاز الطبيعي الخارجية للتدفئة وشراء ثاني أكسيد الكربون المعبأ في زجاجات صناعية يؤدي إلى نفقات تشغيلية مرتفعة ومتقلبة.

تكامل السيناريو

تتطلب عملية الدفيئة التجارية الموسعة للطماطم والخيار في جمهورية تتارستان حملًا كهربائيًا أساسيًا ثابتًا لمصفوفات الإضاءة LED الإضافية، وكميات هائلة من الطاقة الحرارية للتدفئة المائية خلال فصل الشتاء الطويل، وإمدادات ثابتة من ثاني أكسيد الكربون النظيف. وينتج المرفق نفايات عضوية من زركشة النباتات والمنتجات غير القابلة للتسويق، والتي كانت تتطلب في السابق إزالة مدفوعة الأجر.

تأثير القرار

يوفر دمج الهاضم اللاهوائي إلى جانب وحدة الحرارة والطاقة المشتركة المتقدمة (CHP) ونظام تنقية العادم حلاً كاملاً ثلاثي التوليد (الطاقة والحرارة وثاني أكسيد الكربون). يتم استخدام الغاز الحيوي الناتج من النفايات الزراعية كمصدر وقود أساسي لمحركات الاحتراق الداخلي CHP.

لضمان موثوقية وطول عمر محرك CHP، يجب أن يخضع الغاز الحيوي الخام لتكييف صارم. يتم نشر وحدة إزالة الكبريت باستخدام وسائط الإسفنج الحديدي (Fe2O3)، مما يؤدي إلى تجريد تركيز H2S كيميائيًا إلى معايير صارمة تقل عن 50 جزء في المليون. بعد الاحتراق، يعمل محرك CHP بمعلمات ديناميكية حرارية محددة، مما يوفر كفاءة كهربائية تبلغ حوالي 40% وكفاءة حرارية تبلغ 45%. يتم التقاط الطاقة الحرارية عبر المبادلات الحرارية اللوحية وتوجيهها إلى شبكة الأنابيب المائية الخاصة بالدفيئة.

ومن الأمور الحاسمة بالنسبة لهذا التطبيق الزراعي، عدم تنفيس غاز العادم الناتج عن محرك CHP إلى الغلاف الجوي. ويتم توجيهه من خلال نظام محول حفاز متخصص مزود بتقنية Urea-SCR (التخفيض التحفيزي الانتقائي). يستخدم هذا النظام محفزًا قائمًا على الفاناديوم، مما يؤدي إلى خفض انبعاثات أكسيد النيتروجين (NOx) إلى أقل من 250 ملجم/نيوتن متر مكعب وتقليل أول أكسيد الكربون (CO) إلى مستويات لا تذكر. ويتم الآن تنقيته إلى غاز ثاني أكسيد الكربون عالي التركيز، ويتم ضخ تيار العادم الناتج بأمان عبر الأنابيب مباشرة إلى مظلة الدفيئة. ومن خلال الالتزام بهذه المعايير الصارمة لتنقية الغاز والاسترداد الحراري، يمكن لمشغلي الدفيئة في منطقة الفولغا تحقيق نظام بيئي مغلق للطاقة، مما يؤدي إلى استقرار تكاليف التشغيل من خلال توليد الموارد الداخلية.