Integracja biogazu trójgeneracyjnego dla cieplarni komercyjnych w regionie Wołgi

Identyfikacja punktów bólowych

Okręg Federalny Wołgi, obejmujący regiony takie jak Tatarstan, jest głównym ośrodkiem zaawansowanego rolnictwa komercyjnego na dużą skalę, w szczególności zamkniętych kompleksów szklarniowych. Ekonomiczna opłacalność tej działalności jest stale zagrożona wysokimi kosztami ogrzewania zimą i energii elektrycznej potrzebnej do sztucznego oświetlenia. Co więcej, aby zmaksymalizować plony, te zamknięte środowiska wymagają ciągłego uzupełniania dwutlenku węgla (CO2) do fotosyntezy. Poleganie na zewnętrznych dostawach gazu ziemnego do ogrzewania i zakup przemysłowego CO2 w butlach powoduje wysokie i niestabilne wydatki operacyjne.

Integracja scenariuszy

Ekspansywna komercyjna szklarnia pomidorów i ogórków w Republice Tatarstanu wymaga stabilnego obciążenia podstawowego energii elektrycznej dla dodatkowych układów oświetlenia LED, ogromnych ilości energii cieplnej do ogrzewania wodnego podczas przedłużającej się zimy oraz stałego dostarczania czystego CO2. Obiekt wytwarza odpady organiczne pochodzące ze ścinków roślinnych i produktów nienadających się do sprzedaży, które dotychczas wymagały odpłatnego wywozu.

Efekt rozdzielczości

Integracja beztlenowej komory fermentacyjnej w połączeniu z zaawansowaną jednostką skojarzonego wytwarzania ciepła i energii (CHP) oraz systemem oczyszczania spalin zapewnia pełne rozwiązanie trójgeneracyjne (energia, ciepło, CO2). Biogaz powstający z odpadów rolniczych wykorzystywany jest jako podstawowe źródło paliwa do silników spalinowych w kogeneracjach.

Aby zapewnić niezawodność i trwałość silnika CHP, surowy biogaz musi zostać poddany rygorystycznej kondycjonowaniu. Zastosowano instalację odsiarczania wykorzystującą gąbkę żelazną (Fe2O3), która chemicznie usuwa stężenie H2S do rygorystycznych parametrów <50 ppm. Po spaleniu silnik CHP pracuje z określonymi parametrami termodynamicznymi, oferując sprawność elektryczną na poziomie około 40% i sprawność cieplną na poziomie 45%. Energia cieplna jest wychwytywana przez płytowe wymienniki ciepła i kierowana do sieci rurociągów wodnych szklarni.

Co najważniejsze w przypadku tego zastosowania w rolnictwie, spaliny z silnika CHP nie są odprowadzane do atmosfery. Jest kierowany przez specjalistyczny układ katalizatora wyposażony w technologię Urea-SCR (selektywna redukcja katalityczna). System ten wykorzystuje katalizator na bazie wanadu, który obniża emisję tlenku azotu (NOx) do poziomu poniżej 250 mg/Nm3 i redukcję tlenku węgla (CO) do poziomu znikomego. Powstały strumień spalin, teraz oczyszczony na gaz CO2 o wysokim stężeniu, jest bezpiecznie kierowany rurą bezpośrednio do baldachimu szklarni. Przestrzegając tych rygorystycznych parametrów oczyszczania gazu i odzyskiwania ciepła, operatorzy szklarni w regionie Wołgi mogą stworzyć ekosystem energetyczny o zamkniętym obiegu, stabilizując swoje koszty operacyjne poprzez wewnętrzne wytwarzanie zasobów.