Біогазом називають газ, аналогічний природному за складом, але одержуваний методом водневого або метанового бродіння сировини органічного походження.
Складається він з метану, вуглекислого газу і водяної пари, також в ньому незначно присутні такі речовини, як азот, кисень, сірководень і аміак. Процентний вміст різних компонентів біогазу залежить від вихідного складу сировини і умов протікання хімічної реакції (температура, рівномірність складу сировини за обсягом, час перебування вихідної сировини в реакторі, тощо).
Установки для виробництва біогазу та газові генератори на біогазі особливо актуальні для заміських домоволодінь, які мають постійне джерело органічних відходів. Це може бути тваринницька ферма – в такому випадку забезпечується практично безвідходне виробництво, коли навіть відходи, які зазвичай підлягають утилізації, використовуються для отримання електричної або теплової енергії.
Можна також організувати біогазові енергопостачання там, де є можливість регулярно купувати потрібну сировину (наприклад, поблизу фермерського господарства, боєнь, садово-городнього господарства. – Скрізь, де весь час виробляються органічні відходи).
Як отримують біологічний газ?
Для отримання газу годиться як суха, так і волога (вміст сухої сировини – менше 15%) біомаса. У фермерських господарствах найбільшого поширення набули пристрої, що використовують вологу біомасу: такі біореактори простіше у виготовленні, експлуатації, ціна на них нижче, а сировину буквально валяється під ногами (гній, харчові відходи).
Процес виробництва досить простий. На першому етапі зброджування складні органічні речовини розкладаються до більш простих органічних сполук і газів, а на другому метаноформуючі бактерії сприяють перетворенню отриманих сполук в метан, вуглекислий газ і воду.
У біогазових установок є ще один суттєвий плюс. Вони не тільки виробляють необхідний для енергетики газ, але і переробляють відходи таким чином, що в залишку зберігається досить поживних речовин і його можна використовувати як добриво. Інакше кажучи, біогазова установка дозволяє організувати таке виробництво, у якому навіть відходи служать сировиною для отримання потрібних в господарстві ресурсів: електричної та теплової енергії, добрив.
Біогазовий генератор, нічим не відрізняється від звичайного газового генератора, адже у біогазу і природного газу складу аналогічний. Різниця лише в тому, що біогазова установка здатна забезпечити заміському домоволодіння повну автономію, так як вихідна сировина для отримання електричної або теплової енергії (газ) виробляється прямо в господарстві, а не купується і доставляється ззовні.
Безсумнівною перевагою біогазу є те, що завдяки йому можна забезпечити не тільки наявність електроенергії, але і теплопостачання, а також паливо для кухонної плити.
Якщо застосовувати газ за комбінованою схемою (отримання електричної та теплової енергій), то загальний ККД системи досягає 90%. При цьому для вироблення теплової енергії використовується відпрацьований гарячий газ, який і служить для підігріву води в опалювальній системі і системі гарячого водопостачання.
Однак перш, ніж організовувати на своїй ділянці виробництво біологічного газу, потрібно підрахувати: скільки біогазу потрібно для вашого господарства, якою має бути потужність біогазової установки і скільки буде потрібно сировини, щоб забезпечити необхідну кількість біогазу.
Слід зазначити, що в багатьох випадках біогазові енергопостачання фермерських господарств не в змозі повністю покрити потребу в електричній та тепловій енергії: не вистачає сировини для отримання потрібної кількості біогазу. У цій ситуації можливі два варіанти: або сировину купується (це можливо, якщо поблизу знаходиться його джерело, наприклад великий тваринницький комплекс, деревообробне виробництво ), або біогазовий генератор використовується поряд з іншими пристроями як частина загальної системи енергопостачання (наприклад , разом з вітрогенератором, сонячними батареями).
Пристрої для отримання біологічного газу
Розраховуючи потужність біогазової установки, треба знати, що обсяг виробленого біогазу залежить від безлічі факторів, у числі яких і температура реакції, і кількість вихідної речовини, та вид сировини, і його бактеріальний склад. З різних відходів виходить різна кількість біогазу.
Плануючи використовувати біогаз для організації автономного енергопостачання заміського будинку, необхідно знати, що:
- для опалення 1 м2 житлових приміщень потрібно близько 45 м2 газу;
- для отримання 1 кВт / год електроенергії потрібно 0,7-0,8 м2 газу.
Пристрої для отримання біогазу можна умовно розділити на чотири типи. Це установки:
- що працюють в «природному» режимі – без підігріву і перемішування біомаси в реакторі;
- з перемішуванням біомаси, але без підігріву;
- з перемішуванням і підігрівом біомаси;
- з перемішуванням і підігрівом біомаси, оснащені засобами контролю та приладами для управління процесом бродіння.
При цьому для вироблення біогазу необхідна наявність біореактора (ємність, в якій здійснюється анаеробне зброджування біомаси) і газгольдера (пристрій для збору біогазу).
Всі інші компоненти є бажаними, але необов’язковими. Вони збільшують зручність користування установкою (засоби контролю, прилади для управління процесом бродіння) і підвищують її продуктивність (пристрої підігріву і перемішування біомаси), проте біогаз можна отримати і без них.
Нерідко вважається, що підігрів біомаси обов’язковий, так як це збільшує продуктивність реактора і швидкість отримання біогазу. Але слід враховувати, що одночасно зростає і витрата енергії на виробництво біогазу.
Коли мова йде про малопотужний генератор, призначений для забезпечення енергією одного господарства, такі перевитрати можуть привести до істотного подорожчання палива і нерентабельності установки. Тому в більшості випадків власники приватних будинків використовують біогазові установки або без підігріву, або з незначним підігрівом (максимум до 40 ° С).
До речі, при експлуатації установки в холодну пору року підігрів стає обов’язковим, оскільки при температурах нижче 8 ° С процес анаеробного розкладання біомаси зупиняється.
Установка
Дуже зручно розташовувати біореактор безпосередньо під приміщеннями, де утримуються тварини. Подібні варіанти поширені в фермерських господарствах Німеччини і США: гній з хліва надходить прямо в установку, в якій і виробляють біогаз. При цьому енерговитрати на підігрів знижуються, тому що в холодну пору року приміщення для тварин опалюється і можна обійтися без додаткового підігріву біореактора.
Перемішування біомаси в реакторі також не є обов’язковим, якщо це пов’язано зі значними енергетичними затратами. Перемішування забезпечує рівномірний склад суміші в реакторі, що покращує умови для зброджування, і усуває кірку, яка плаває на поверхні збродженої біомаси, перешкоджаючи виходу газу. Все це збільшує продуктивність установки, але без цього можна обійтися.
Відсутність в установці підігріву і / або пристроїв для перемішування біомаси призводить до більш тривалого циклу розкладання, тобто збільшується час отримання біологічного газу.
Принцип роботи вітрогенератора подібний функціонуванню турбін літака. Відмінність лише в тому, що лопаті вітряка обертаються на місці під впливом поривів вітру. Зважаючи на свої гігантські розміри, вони ефективно поглинають енергію вітру, яка потім перетворюється на електрику.
Перш ніж придбати подібний генератор, потрібно зважити всі плюси і мінуси покупки. Переваг у даних пристроїв більше, ніж недоліків.
Перш ніж придбати вітрогенератори, обов’язково узгодьте це з вашими сусідами. Це необхідно, тому що робота цих пристроїв може супроводжуватися телевізійними перешкодами і високим рівнем шуму.
Гірляндна ГЕС була розроблена радянським інженером Бліновим в середині XX століття. Вона складається з невеликих турбін, нанизаних у вигляді бус на тросі, який перекинутий через річку. Один кінець троса прикріплений до опорного підшипника, а другий – обертає вал генератора. Трос в даному агрегаті виконує завдання вала, чиє обертання передається до валу генератора. До мінусів гірляндної ГЕС можна віднести відносну дорожнечу, небезпеку для оточуючих (цілком ймовірно, такий проект доведеться узгоджувати з владою, сусідами) і невисоку вихідну потужність.
Ротор Дарьє є вертикальний ротор з лопатями спеціальної конструкції. Завдяки цьому потік води тисне на лопаті з різною силою, за рахунок чого і відбувається обертання. Даний ефект можна порівняти з підйомною силою крила літака, яка виникає внаслідок різниці тисків над і під крилом.
Наступним кроком є розрахунок та вимірювання швидкості потоку. Визначати її на око досить ризиковано – дуже легко помилитися, тому відміряйте вздовж берега 10-20 метрів, киньте у воду поплавок (тріску, невеликий м’ячик) і відміряйте час, за який тріска пропливе дистанцію. Ділимо дистанцію на час – отримуємо швидкість течії. Як показує практика, якщо вона менше 1 м / с – пристрій мікро-ГЕС в даному потоці може бути невиправданим. Якщо ми плануємо отримувати енергію за рахунок перепаду висот, то потужність можна приблизно розрахувати за наступною формулою: Потужність
Тепер нам необхідно змонтувати редуктор (мультиплікатор). Підійде як шестерний, так і ланцюговий. Який саме мультиплікатор застосувати, і який коефіцієнт редукування необхідний – залежить від потужності потоку, експлуатаційних характеристик колеса і генератора. Розрахувати коефіцієнт дуже просто – робочу кількість обертів генератора ділимо на кількість обертів колеса в хвилину. Іноді доводиться використовувати 2 редуктори різних типів. Для передачі обертання від колеса на редуктор або генератор використовується труба, карданний вал або інший схожий елемент. Як генератор підбирається будь-який відповідний двигун, при цьому бажано, щоб він був синхронним. Для асинхронного доведеться додавати конденсатори, що працюють за схемою «зірка» або «трикутник». Характеристики конденсаторів залежать від напруги мережі та параметрів двигуна. Основною проблемою при використанні асинхронного двигуна буде підтримка постійної кількості обертів. Якщо ж воно змінюється – доведеться міняти і конденсатори, що може бути досить важким.
Якщо ви придбали дешевий модуль, то будьте готові дуже скоро розчаруватися в його якості – це проявиться в зниженні ККД практично до нуля – за 3-4 роки експлуатації в умовах атмосферного впливу.
Тип встановленого скла теж має величезне значення – гладке скло як дзеркало, відбиває більшу частину випромінювання. Спеціальне текстурне скло, яке використовується для виробництва сонячних елементів виробляють на спеціальних заводах, які є тільки на території колишнього СРСР. Аналоги, завезені з-за кордону, і з того ж Китаю за якістю значно поступаються вітчизняним аналогам. Потужність опромінення крем’яних елементів підвищується на 10 -15% з застосуванням спеціального скла або спеціальною технологією ламінування. Завдяки цій технології підвищується ККД сонячних систем навіть у похмуру погоду.
За результатами численних статистичних досліджень, використання сонячних елементів в найближчі роки значно зросте. Це викликано стрімко наростаючим дефіцитом викопних джерел енергії і величезними загразняющімі викидами в атмосферу.
AALBORG CSP, в тісній співпраці з данськими тепловими мережами (Brønderslev Forsyning), провела необхідні техніко-економічні обгрунтування. Після позитивних результатів укладено контракт на будівництво і виробництво 16,6 МВт енергії на заводі, з можливістю отримувати як теплову, так і електричну енергію в одній системі без викидів вуглецю в навколишнє середовище.
Використовуючи окремі колектори, збирається теплової блок необхідної потужності. При збільшенні площі покриття можливий практично нескінченне зростання продуктивності таких сонячних батарей.
Використовуючи сонячні колектори і параболічні системи дзеркал великої площі, можна виробляти нагрів теплоносія до високої температури. Коли ця температура значно перевищує температуру кипіння води, виникають умови для роботи парової турбіни. Так працюють деякі сонячні теплові електростанції. Водяна пара під тиском виривається з котла і, потрапляючи в сопло турбіни, обертає ротор електрогенератора.
100% енергонезалежний Phi Suea House включає різноманітні споруди, від майстерні до готелю, але тільки п’ять будівель і два великих басейни для вирощування риби площею 400 квадратних метрів потребують електропостачанні. На кожній споруді встановлені сонячні панелі і інвертори. Все електрика подається в центральну систему зберігання енергії, яка збирає і потім розподіляє електрику в залежності від потреби.
Метод водневого акумулювання енергії має кілька переваг у порівнянні з типовими батареями, при його використанні збільшується термін зберігання, не утворюються небажані побічні продукти. Проте, проект Phi Suea House також оснащений двома 2,000-Ah, 48V свинцево-кислотними акумуляторами, що використовуються в якості дублюючих пристроїв, хоча вони, як правило, не розряджаються більш ніж на 10% за один цикл.
Родоначальником цього напрямку в архітектурі по праву, вважається канадсько-американський архітектор Френк Гері, який ще в 1980 році встановив дві жорстко скріплені сонячні батареї на даху свого «Spiller House» в Лос-Анджелесі.
І, якщо в разі «Spiller House» Френка Гері, модулі цілком можуть бути демонтовані, то демонтаж сонячних модулів з даху Heliotrop видається проблематичним, хоча досить складно назвати ці панелі інтегрованими з покрівлею. У Німеччині існують три таких будинки: перший, експериментальний, побудований в 1994 році, як будинок самого архітектора у Фрайбурзі, а два інших використовуються в якості виставкових будівель для компанії Hansgrohe в Оффенбурзі і стоматологічної лабораторії в Hilpoltstein в Баварії.
Через тридцять років концепція колажу, яка полягає в комбінації здається несумісними речей, отримала продовження в проекті «Suncity» -Energy-Plus-Housing архітектора Ервіна Калтенеггера в м Вайц (Австрія). Цей проект був удостоєний премії Austrian Solar Prize, як приклад вдалого поєднання дерев’яної архітектури і сонячних модулів, що становить екологічно абсолютно чисту комбінацію. Варто відзначити, що в цьому проекті сонячні модулі, крім вироблення електроенергії, виконують так само функцію козирків над віконними і дверними отворами, підкреслюючи недоцільність їх демонтажу. Чудовим прикладом впровадження фотовольтаїки в архітектурний дизайн історичної будівлі, зробленим за принципом колажу, є проект реконструкції церкви Groenhof Castel у Фландрії (Бельгія), виконаний архітектурним бюро «Samyn & Partners» в 1996-99 роках.
Будівля церкви Groenhof Castel (1830р. Бельгія). Реконструкція проведена архітектурним бюро Samyn & Partners в 1996-99, I-премія на Belgian Architectural Awards 2000.
Житлові будинки Томаса Херцога в Мюнхені – початок «сонячної архітектури». Опрацьовані Томасом Герцогом майже 30 років тому питання BIPV проектування досі залишаються актуальними .
Родоначальником цього напрямку можна вважати Рольфа Дішан і іншого знаменитого представника Фрайбургской наукової школи – Маттіаса Готцев (Matthias Hotz), які разом спроектували першу в світі абсолютно екологічно чисту фабрику з нульовим викидом у Фрайбурзі та флагманський проект – сонячна село в околицях Фрайбурга. Обидва проекти були приурочені до міжнародної виставки EXPO World Exhibition 2000.
У французькому місті Alès (Департамент Gard), архітектори додали сонячний фасад, до старовинної церкви 11-ого століття, яка в даний час використовується в якості туристичного офісу. Модулі вписуються в загальну картину будівлі та адаптовані до кольору і структури історичного фасаду, але, тим не менш, явно відчувається їх протиставлення і домінування над старовинною архітектурою. Архітектор – Жан Франсуа Роже (Jean-François Rougé). Встановлена потужність 9,2 кВт. Фотоелектричні модулі були додані за допомогою прихованої системи кріплення. Чорні, матові модулі виробництва «Solarwatt» відмінно поєднуються з існуючою архітектурою, одночасно, злегка додаючи елемент хай-теку. Площа панелей: 160 м². Встановлена пікова потужність: 24 кВт. Вихід енергії: 21.000 кВтг / в рік.
Академія Mont Cenis – це державна установа з великою кількістю різних функцій: це коледж, бібліотека, офіси, готель, ресторан, зона відпочинку, спорт зал і т.д. Конструкція складається з дерев’яного каркаса, а основним огороджувальних матеріалом є скло в алюмінієвій рамі. Площа скла становить 20.000м². Приблизно половина заскленої площі – це інтегровані фотоелектричні модулі різної прозорості, що забезпечують оптимальне освітлення і затінення, і розташовані таким чином, що всередині будівлі протягом року забезпечується м’який середземноморський клімат.
Концепція неявної підпорядкованої інтеграції отримала нове дихання в проектах однією з провідних в області BIPV компанії Onyx Solar. Мабуть, найбільш показовим проектом, виконаним цією компанією в стилі «неявній інтеграції», є реконструкція покрівлі Традиційного ринку в м Бехар в провінції Саламанка в Іспанії. Цей світловий люк здатний виробляти 8 763 КВт / год запобігаючи викиду 2.95 тонн CO2 щороку.
Marche International Office – перша в історії офісна будівля з нульовим споживанням енергії. Такі приклади, як реконструкція приватного будинку 1960р. в м Тіфенбронн або офісна будівля Marche International Office недалеко від міста Вінтертур (Швейцарія), є яскравими прикладами того, якою оманливою і непомітною може бути сонячна архітектура майбутнього.
Елемент жалюзі експериментального будинку, спроектованого студентами Технічного Університету Дармштадта на «Solar Decathlon 2007″.
Нещодавно стало відомо, що Лас-Вегас може укласти договір з нью-йоркським стартапом на поставку вуличних ліхтарів з вбудованими сонячними батареями. Якщо місто почне використовувати поновлювані джерела енергії для освітлення вулиць, то воон буде економити неймовірну кількість грошей і стане офіційно значно зеленішим.
Вуличні ліхтарі EnGoPLANET крім сонячних батарей оснащені секретною зброєю – плитками, які виробляють кінетичну енергію. Таким чином, ліхтарі працюють не тільки від енергії сонця, але і запасають енергію завдяки ходінню пішоходів по вулицях.
