Tích hợp khí sinh học ba thế hệ cho nhà kính thương mại vùng Volga

Xác định điểm đau

Quận Liên bang Volga, bao gồm các khu vực như Tatarstan, là trung tâm chính cho nền nông nghiệp thương mại quy mô lớn, tiên tiến, đặc biệt là các tổ hợp nhà kính khép kín. Khả năng tồn tại về mặt kinh tế của các hoạt động này thường xuyên bị đe dọa bởi chi phí sưởi ấm mùa đông và điện năng cao cần thiết cho chiếu sáng nhân tạo. Hơn nữa, để tối đa hóa năng suất cây trồng, những môi trường khép kín này đòi hỏi phải bổ sung liên tục Carbon Dioxide (CO2) để quang hợp. Việc dựa vào nguồn cung cấp khí đốt tự nhiên bên ngoài để sưởi ấm và mua CO2 đóng chai công nghiệp tạo ra chi phí hoạt động cao và không ổn định.

Tích hợp kịch bản

Hoạt động nhà kính trồng cà chua và dưa chuột thương mại mở rộng ở Cộng hòa Tatarstan cần nguồn điện nền ổn định cho các dãy đèn LED bổ sung, lượng nhiệt năng khổng lồ để sưởi ấm bằng hydronic trong mùa đông kéo dài và nguồn cung cấp CO2 sạch ổn định. Cơ sở này tạo ra chất thải hữu cơ từ việc cắt tỉa cây trồng và các sản phẩm không thể bán được mà trước đây phải trả phí loại bỏ.

Hiệu ứng phân giải

Việc tích hợp bể phân hủy kỵ khí kết hợp với thiết bị Kết hợp Nhiệt và Điện (CHP) tiên tiến và hệ thống lọc khí thải mang đến giải pháp ba thế hệ (điện, nhiệt, CO2) đầy đủ. Khí sinh học tạo ra từ chất thải nông nghiệp được sử dụng làm nguồn nhiên liệu chính cho động cơ đốt trong CHP.

Để đảm bảo độ tin cậy và tuổi thọ của động cơ CHP, khí sinh học thô phải trải qua quá trình điều hòa nghiêm ngặt. Một thiết bị khử lưu huỳnh sử dụng môi trường xốp sắt (Fe2O3) được triển khai, loại bỏ nồng độ H2S về mặt hóa học xuống các thông số nghiêm ngặt <50 ppm. Sau quá trình đốt cháy, động cơ CHP hoạt động với các thông số nhiệt động cụ thể, mang lại hiệu suất điện khoảng 40% và hiệu suất nhiệt khoảng 45%. Năng lượng nhiệt được thu giữ thông qua bộ trao đổi nhiệt dạng tấm và chuyển vào mạng lưới đường ống hydronic của nhà kính.

Điều quan trọng đối với ứng dụng nông nghiệp này là khí thải từ động cơ CHP không được thải vào khí quyển. Nó được chuyển qua hệ thống chuyển đổi xúc tác chuyên dụng được trang bị công nghệ Urea-SCR (Khử xúc tác chọn lọc). Hệ thống này sử dụng chất xúc tác gốc vanadi, giảm lượng khí thải Nitrogen Oxide (NOx) xuống dưới 250 mg/Nm³ và giảm Carbon Monoxide (CO) xuống mức không đáng kể. Dòng khí thải thu được bây giờ đã được tinh chế thành khí CO2 nồng độ cao, được dẫn trực tiếp vào tán nhà kính một cách an toàn. Bằng cách tuân thủ các thông số lọc khí và thu hồi nhiệt nghiêm ngặt này, các nhà vận hành nhà kính ở khu vực Volga có thể đạt được một hệ sinh thái năng lượng khép kín, ổn định chi phí vận hành thông qua việc tạo ra nguồn tài nguyên nội bộ.