alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2015.05.006alternative-113Research ArticleТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АЭЭTHERMODYNAMIC BASICS OF AEEАНАЛИЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ С РЕКУПЕРАЦИЕЙ ОТБРОСНОЙ ТЕПЛОТЫ ЭФФЛЮЕНТАENERGY EFFICIENCY ANALYSIS OF A BIOGAS PLANT WITH HEAT RECOVERY OF WASTE EFFLUENT HEATКовалевД. А.KovalevD. A.

канд. техн. наук, заве­дующий отделом биоэнергетики, охраны окру­жающей среды и нанотехнологий ФГБНУ ВИ­ЭСХ

PhD (technics), Head of the Department of Bio­energy, Environment and Nanotechnology of All-Russian Research Institute for Elec­trification of Agriculture (ARIEA)

kovalev_da80@mail.ruКовалевА. А.KovalevA. A.

канд. техн. наук, старший научный сотрудник лаборатории биоэнергетиче­ских установок ФГБНУ ВИЭСХ

PhD (technics), Senior Researcher of the Laboratory of Bioenergy Plants of All-Russian Research Institute for Electrification of Agriculture (ARIEA)

kovalev_da80@mail.ruКараеваЮ. В.KaraevaYu. V.

канд. техн. наук, старший научный сотрудник лаборатории энергосберегаю­щих технологий и перспективных источников энер­гии КазНЦ РАН

PhD (technics), Senior Researcher of the Laboratory of Energy-Saving Technologies and Advanced Energy Sources, KazanSC of RAS

julieenergy@list.ruТрахуноваИ. А.TrakhunovaI. A.

младший научный сотрудник лаборатории энергосберегающих технологий и перспективных источников энергии КазНЦ РАН

Junior Researcher of the Laboratory of Energy-Saving Technologies and Advanced Energy Sources, KazanSC of RAS

julieenergy@list.ruФГБНУ ВИЭСХРоссияAll-Russian Research Institute for Electrification of AgricultureRussian FederationКазНЦ РАНРоссияKazanSC of RASRussian Federation201512112015054554Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20152015Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/113

В данной работе рассмотрена технология метанового брожения биоотходов с рекуперацией отбросной теплоты эффлюента[1]. Для повышения энергетической эффективности биогазовой установки предложена технологическая схема с рекуперацией отбросной теплоты эффлюента, которая позволяет использовать биогазовые установки в регионах с низкой среднегодовой температурой окружающего воздуха. На основании методики теплового и термодинамического анализа проведена сравнительная оценка энергетической эффективности двух биогазовых установок: традиционной и с рекуперацией отбросной теплоты эффлюента. Ключевым аппаратом схемы является метантенк, поэтому представлен детальный расчет его теплового и эксергетического КПД. Применение теплового насоса в системе теплоснабжения БГУ позволит увеличить тепловой КПД схемы с 39 % до 46 %, а эксергетический КПД с 6 % до 31 %.

The paper considers methane fermentation technology of bio waste fermentation with heat recovery of waste effluent heat. In order to improve the energy efficiency of a biogas plant the authors propose technological scheme of waste heat recovery effluent, which allows using biogas plants in regions with low average annual temperature. Based on the technique of thermal and thermodynamic analysis it is comparatively assessed the energy efficiency of two biogas plants:  the traditional and the recovery of waste heat of the effluent. The paper presents a detailed calculation of digester thermal and energetic efficiency, because it is a key unit of the scheme of the apparatus. The use of heat pump in biogas plant heating system will increase the thermal efficiency of the scheme from 39% to 46%, and the exergy efficiency from 6% to 31%.

биогазовая установкаэнергетическая эффективностьрекуперация отбросной теплоты эффлюентаbiogas plantenergy efficiencyrecovery of waste heatReferencesАрбузова Е.В., Щеклеин С.Е. К проблеме энергетической эффективности биогазовых технологий в климатических условиях России // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2011. № 7. С. 129–134.Arbuzova E.V., Sheklein S.E. K probleme èner-getičeskoj èffektivnosti biogazovyh tehnologij v klimatičeskih usloviâh Rossii. International Scientific Journal for Alʹternativnaâ ènergetika i èkologiâ (IS-JAEE), 2011, no. 7, pp. 129–134 (in Russ.).Ковалев А.А. Повышение энергетической эффективности биогазовых установок: дис. … канд. техн. наук. М., 2014. 119 с.Kovalev A.A. Povyšenie ènergetičeskoj èffek-tivnosti biogazovyh ustanovok: PhD Summary. Moscow, 2014. 119 p. (in Russ.).Ковалев А.А., Ковалев Д.А., Харченко В.В. Система теплоснабжения биогазовой установки блочно-модульной конструкции с использованием рекуперации теплоты эффлюента для фермы на 400 голов КРС // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2013. № 5. С. 61–67.Ковалев А.А., Ковалев Д.А., Харченко В.В. Система теплоснабжения биогазовой установки блочно-модульной конструкции с использованием рекуперации теплоты эффлюента для фермы на 400 голов КРС // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). 2013. № 5. С. 61–67.Ковалев А.А., Харченко В.В. Показатели работы тепловых насосов компрессионного и абсорбционного типа в системе теплоснабжения биогазовой установки // Вестник ВИЭСХ. 2012. Т. 3, № 8. С. 30–33.Kovalev A.A., Kovalev D.A., Harchenko V.V. Sistema teplosnabženiâ biogazovoj ustanovki bločno- modulʹnoj konstrukcii s ispolʹzovanie rekuperacii teploty èfflûenta dlâ fermy na 400 golov KRS. International Scientific Journal “Alʹternativnaâ ènergetika i èkolo-giâ” (ISJAEE), 2013, no. 5, pp. 61–67 (in Russ.).Ковалев А.А. Энергонезависимая установка для переработки органических отходов животноводства // Вестник ВИЭСХ. 2013. № 2 (11). С. 66–70.Kovalev A.A., Harchenko V.V. Pokazateli raboty teplovyh nasosov kompressionnogo i absorbcionnogo tipa v sisteme teplosnabženiâ biogazovoj ustanovki. Vestnik VIÈSH, 2012, vol. 3, no. 8, pp. 30–33 (in Russ.).Basrawi F., Yamada T., Nakanishi K. Effect of ambient temperature on the energy balance of anaerobic digestion plants // Journal of environment and engineering. 2010. Vol. 5, № 3. P. 526–538.Kovalev A.A. Ènergonezavisimaâ ustanovka dlâ pererabotki organičeskih othodov životnovodstva. Vestnik VIÈSH, 2013, no. 2 (11), pp. 66–70 (in Russ.).Dikici A. Energy and Exergy Analysis of Bio¬gas Reactor Which Used Different Organic Manure Aided Solar Energy, Heat Controlling and Phase Change Mate-rial // Australian Journal of Basic and Applied Sciences. 2011. Vol. 5, №12. Р. 1909–1916.Basrawi F., Yamada T., Nakanishi K. Effect of ambient temperature on the energy balance of anaerobic digestion plants. Journal of environment and engineer-ing, 2010, vol. 5, no. 3, pp. 526–538 (in Eng.).Sallustio L., Sciubba E. Energy Recovery from Biomass: Process Simulation and Second Law Analysis of an Anaerobic Digester Coupled with an Internal Combustion Engine // International Journal of Thermo-dynamics. 2013. Vol. 16, Issue 3. P. 145–154.Dikici A. Energy and Exergy Analysis of Biogas Reactor Which Used Different Organic Manure Aided Solar Energy, Heat Controlling and Phase Change Material. Australian Journal of Basic and Applied Sci-ences, 2011, vol. 5, no. 12, pp. 1909–1916 (in Eng.).Агабабов В.С., Байдакова Ю.О., Захарова А.О., Смирнова У.И. О возможности применения разностного метода эксергетического анализа для определения эффективности внедрения энергосберегающего мероприятия // Энергосбережение и водоподготовка. 2009. № 5 (61). С. 63–65.Sallustio L., Sciubba E. Energy Recovery from Biomass: Process Simulation and Second Law Analysis of an Anaerobic Digester Coupled with an Internal Combustion Engine. International Journal of Thermody-namics, 2013, vol. 16, issue 3, pp. 145–154 (in Eng.).Мазуренко А.С., Денисова А.Е., Климчук А.А., Нго Минь Хиеу, Котов П.А. Эксергетические характеристики биогазовых установок // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. 2014. Т. 1, № 8 (67). С. 7–12.Agababov V.S., Baidakova Yu.O., Zaharova A.O., Smirnova U.I. O vozmožnosti primeneniâ raznostnogo metoda èksergetičeskogo analiza dlâ opre-deleniâ èffektivnosti vnedreniâ ènergosberegaûŝego meropriâtiâ. Ènergosbereženie i vodopodgotovka, 2009, vol. 5 (61), pp. 63–65 (in Russ.).Parsapour A. Biogas Production System as an “Upcycler”. Exergy Analysis and Economic Evaluation: M.sci. thesis. Linköping, Sweden, 2012. 52 р.Mazurenko A.S., Denisova A.E., Klimchuk A.A., Ngo Minʹ Hieu, Kotov P.A. Èksergetičeskie harakteristiki biogazovyh ustanovok. Vostočno-Evropejskij žurnal peredovyh tehnologij, 2014, vol. 1, no. 8(67). pp. 7-12 (in Eng.).Назмеев Ю.Г. Мазутные хозяйства ТЭС. М.: Издательство МЭИ, 2002. 612 с.Parsapour A. Biogas Production System as an “Upcycler”. Exergy Analysis and Economic Evaluation: M. sci. thesis. Linköping, Sweden, 2012, 52 p. (in Eng.).Nazmeev Yu.G. Mazutnye hozâjstva TÈS. Moscow: Izdatelʹstvo MÈI Publ., 2002, 612 p (in Russ.).Nazmeev Yu.G. Mazutnye hozâjstva TÈS. Moscow: Izdatelʹstvo MÈI Publ., 2002, 612 p (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.