alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2023.06.126-142alternative-2283Research ArticleIV. ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА 12. Водородная экономикаIV. HYDROGEN ECONOMY. 12. Hydrogen EconomyПерспективы производства водорода методом газификации ТКО на действующих ТЭСProspects of hydrogen production by the method of MSW gasification at existing CHP plantsКолбанцеваД. Л.KolbantsevaD. L.

Колбанцева Дарья Львовна - ассистент Высшей школы атомной и тепловой энергетики (аспирант)

Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251 тел.: +7(911)965 74 39

Kolbantseva Daria L. - assistant of the Higher School of Nuclear and Heat Power Engineering (postgraduate student)

kolbantseva_dl@spbstu.ruТрещёвД. А.TreshchevD. A.

Трещёв Дмитрий Алексеевич - старший преподаватель Высшей школы атомной и тепловой энергетики

Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251 тел.: +7(911)965 74 39

Treshchev Dmitriy A. - senior lecturer of the Higher School of Nuclear and Heat Power Engineering (postgraduate student)

КалмыковК. С.KalmykovK. S.

Калмыков Константин Сергеевич - ассистент Высшей школы атомной и тепловой энергетики (аспирант)

Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251 тел.: +7(911)965 74 39

Kalmykov Konstantin S. - assistant of the Higher School of Nuclear and Heat Power Engineering (postgraduate student).

АникинаИ. Д.AnikinaI. D.

Аникина Ирина Дмитриевна - доцент Высшей школы атомной и тепловой энергетики

Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251 тел.: +7(911)965 74 39

Anikina Irina D. - assistant professor of the Higher School of Nuclear and Heat Power Engineering

ТрещёваМ. А.TreshchevaM. A.

Трещёва Милана Алексеевна - доцент Высшей школы атомной и тепловой энергетики

Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251 тел.: +7(911)965 74 39

Treshcheva Milana A. - associate professor of the Higher School of Nuclear and Heat Power Engineering

КалютикА. А.KalyutikA. A.

Калютик Александр Антонович - директор Высшей школы атомной и тепловой энергетики

Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251 тел.: +7(911)965 74 39

Kalyutik Aleksandr A. - Director of the Higher School of Nuclear and Thermal Energy

ВладимировЯ. А.VladimirovI. A.

Владимиров Ярослав Александрович - доцент Высшей школы атомной и тепловой энергетики (ВШАиТЭ)

Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251 тел.: +7(911)965 74 39

Vladimirov Iaroslav V. - Associate professor of the Higher School of Nuclear and Heat Power Engineering

НайпакК. А.NaypakK. A.

Найпак Ксения Александровна

Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251 тел.: +7(911)965 74 39

Санкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian Federation20232401202406126142Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20232023Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2283

Работа посвящена оценке возможности перевода когенерационной электростанции на тригенерацию с производством водорода в качестве нового продукта.

Цель работы – оценка возможности и потенциала производства водорода из ТКО на действующих ТЭЦ г. Санкт-Петербурга.

Для достижения поставленной цели необходима разработка методики по выбору площадки действующейТЭС с целью интеграции комплекса по производству водорода методом газификации ТКО, а также методики оценки количества водорода, который потенциально можно получить из заданного количества ТКО. К методам исследования относятся имитационное моделирование тепловой схемы паросиловой электростанции в программе United Cycle.

В работе предложен алгоритм выбора площадки, действующей ТЭЦ для интеграции комплекса по производству водорода методом газификации ТКО. Алгоритм может быть применен к любым субъектам РФ, и его актуальность подтверждается стратегическими документами. Потенциальные места размещения новой ТЭЦ рассматриваются на территориях ТЭЦ-21 и ТЭЦ-22, обладающих необходимыми ресурсами и хорошей инфраструктурой. В результате исследования выбрана площадка ТЭЦ-22 как наиболее подходящая для размещения новых объектов.

Разработана новая тепловая схема тригенерационной электростанции, включающая установку генерации водорода методом газификации ТКО, которая позволяет осуществлять производство водорода параллельно с действующим производством электроэнергии и тепла. Критерием оценки эффективности мероприятия выбран коэффициент использования топлива и тепла (КИТТ). Предложенная в работе схема повышает эффективность работы существующего производства на ТЭЦ, независимо от морфологического состава твердых коммунальных отходов. Кроме того, вне зависимости от содержания водорода в генерируемом синтез-газе, интеграция охладителя синтез-газа в тепловую схему ТЭЦ приводит к повышению КИТТ и дополнительному энергетическому эффекту.

The work is devoted to the development of a thermal scheme for the conversion of a cogeneration power plant to threegeneration with the production of hydrogen as a new product.

The purpose of the work is to assess the possibility and potential of hydrogen production from MSW at the existing thermal power plants of St. Petersburg.

To achieve this goal, it is necessary to develop a methodology for selecting the site of an existing thermal power plant in order to integrate a hydrogen production complex by the MSW gasification method, as well as a methodology for estimating the amount of hydrogen that can potentially be obtained from a given amount of MSW. The research methods include simulation of the thermal circuit of a steam power plant in the United Cycle program.

The paper proposes an algorithm for selecting the site of an operating thermal power plant for the integration of a complex for the production of hydrogen by the method of MSW gasification. The algorithm can be applied to any subjects of the Russian Federation, and its relevance is confirmed by strategic documents. Potential locations for the new CHP are being considered in the territories of CHP-21 and CHP-22, which have the necessary resources and good infrastructure. Because of the study, the site of CHP-22 was selected as the most suitable for the placement of new facilities.

A new thermal scheme of a threegeneration power plant has been developed, including a hydrogen generation unit by the MSW gasification method. This allows the production of hydrogen in parallel with the production of electricity and heat. The efficiency evaluation criterion is the fuel and heat utilization coefficient (FHUC). Regardless of the hydrogen content in the generated synthesis gas, the integration of the synthesis gas cooler into the thermal circuit of the CHP leads to an increase in the FHUC and an additional energy effect. This scheme increases the efficiency of existing CHP plants, regardless of the morphological composition of municipal solid waste.

твердые коммунальные отходытепловая электрическая станцияводородгазификациясинтез-газметодика выбора площадкиmunicipal solid wastethermal power planthydrogengasificationsynthesis gassite selection methodologyReferencesДиректива Совета Европейского Сообщества № 75/442/ЕЭС от 15 июля 1975 г. «Об отходах» Электронный ресурс URL: https://www.dokipedia.ru/document/5180846 (дата обращения 01.05.2023).Direktiva Soveta Evropeiskogo Soobshche-stva № 75/442/EEHS ot 15 iyulya 1975 g. «Ob otkhodaKH» [Ehlektronnyi resurs] URL: https://www.dokipedia.ru/document/5180846 (data obrashcheniya 01.05.2023).Стратегия развития промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов производства и потребления на период до 2030 года (Распоряжение Правительства РФ № 84-р от 25 января 2018 г.).Strategiya razvitiya promyshlennosti po obrabotke, utilizatsii i obezvrezhivaniyu otkhodov proizvodstva i potrebleniya na period do 2030 goda (Rasporyazhenie Pravitel'stva RF № 84-r ot 25 yanvarya 2018 g.).Энергетическая стратегия России на период до 2030 года (Распоряжение Правительства РФ № 1715-р от 13 ноября 2009 г.).Ehnergeticheskaya strategiya Rossii na period do 2030 goda (Rasporyazhenie Pravitel'stva RF № 1715- r ot 13 noyabrya 2009 g.).Основы государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на период до 2030 года (Распоряжение Правительства РФ №2423-р от 18 декабря 2012 г.).Osnovy gosudarstvennoi politiki v obla-sti ehkologicheskogo razvitiya Rossiiskoi Federatsii na period do 2030 goda (Rasporyazhenie Pravitel'-stva RF №2423-r ot 18 dekabrya 2012 g.).Стратегии экологической безопасности Российской Федерации на период до 2025 года (Указ Президента РФ № 176 от 19 апреля 2017 г.).Strategii ehkologicheskoi bezopasnosti Rossiiskoi Federatsii na period do 2025 goda (Ukaz Prezidenta RF № 176 ot 19 aprelya 2017 g.).Юлкин М.А. Глобальная декарбонизация и ее влияние на экономику России. АНО «Центр экологических инвестиций». - 2019. - 23 с. Электронный ресурс URL:http://downloads.igce.ru/news/Yulkin_M_A_ext_abstract_IGCE_06022019.pdf (дата обращения 05.05.2023).Yulkin M.A. Global'naya dekarbonizatsiya i ee vliyanie na ehkonomiku Rossii. ANO «Tsentr ehkologicheskikh investitsiI». - 2019. - 23 s. [Ehlektronnyi resurs] URL:http://downloads.igce.ru/news/Yulkin_M_A_ext_abstract_IGCE_06022019.pdf (data obrashcheniya 05.05.2023).Указ Президента РФ от 13.05.2017 г. № 208 об утверждении стратегии экономической безопасности РФ на период до 2030 года Электронный ресурс URL: http://www.kremlin.ru/acts/bank/41921 (дата обращения: 06.05.2023).Ukaz Prezidenta RF ot 13.05.2017 g. № 208 ob utverzhdenii strategii ehkonomicheskoi bezopas-nosti RF na period do 2030 goda [Ehlektronnyi re-surs] URL: http://www.kremlin.ru/acts/bank/41921 (data obrashcheniya: 06.05.2023).Распоряжение Правительства РФ от 9 июня 2020 г. № 1523-р Об утверждении Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2035 года Электронный ресурс URL: https://docs.cntd.ru/document/565068231 (дата обращения: 05.05.2023).Rasporyazhenie Pravitel'stva RF ot 9 iyunya 2020 g. № 1523-r Ob utverzhdenii Ehnergeticheskoi strategii Rossiiskoi Federatsii na period do 2035 goda [Ehlektronnyi resurs] URL: https://docs.cntd.ru/document/565068231 (data obrashcheniya: 05.05.2023).Указ Президента РФ от 19 апреля 2017 г. № 176 “О Стратегии экологической безопасности Российской Федерации на период до 2025 года” Электронный ресурс URL: http://government.ru/docs/all/111285/ (дата обращения: 06.05.2023).Ukaz Prezidenta RF ot 19 aprelya 2017 g. № 176 “O Strategii ehkologicheskoi bezopasnosti Rossiiskoi Federatsii na period do 2025 godA” [Ehlektronnyi resurs] URL: http://government.ru/docs/all/111285/ (data obrashcheniya: 06.05.2023).Распоряжение Правительства РФ от 5 августа 2021 г. № 2162-р Об утверждении Концепции развития водородной энергетики в РФ Электронный ресурс URL: http://government.ru/docs/42971/ (дата обращения: 06.05.2023).Rasporyazhenie Pravitel'stva RF ot 5 avgu-sta 2021 g. № 2162-r Ob utverzhdenii Kontseptsii razvitiya vodorodnoi ehnergetiki v RF [Ehlektronnyi resurs] URL: http://government.ru/docs/42971/ (data obrashcheniya: 06.05.2023).Колбанцева, Д. Л. Перспективы производства водорода из отходов на действующих ТЭЦ Г. Санкт-Петербурга / Д. Л. Колбанцева, Д. А. Трещев, М. А. Трещева // Современные технологии и экономика в энергетике: Материалы Международной научно-практической конференции, СанктПетербург, 27 апреля 2022 года. – Санкт-Петербург: ПОЛИТЕХ-ПРЕСС, 2022. – С. 118-120. – EDN PLRGKB.Kolbantseva, D. L. Perspektivy proizvod-stva vodoroda iz otkhodov na deistvuyushchikh TEHTS G. Sankt-Peterburga / D. L. Kolbantseva, D. A. Treshchev, M. A. Treshcheva // Sovremennye tekhnologii i ehkonomika v ehnergetike: Materialy Mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, Sankt-Peterburg, 27 aprelya 2022 goda. – Sankt-Peterburg: POLITEKHPRESS, 2022. – S. 118-120. – EDN PLRGKB.Analysis of Technologies for Hydrogen Consumption, Transition and Storage at Operating Thermal Power Plants / D. Kolbantseva, D. Treschev, M. Trescheva et al. // Energies. – 2022. – Vol. 15, No. 10. – DOI 10.3390/en15103671. – EDN DDRHPN.Analysis of Technologies for Hydrogen Consumption, Transition and Storage at Operating Thermal Power Plants / D. Kolbantseva, D. Treschev, M. Tresche-va [et al.] // Energies. – 2022. – Vol. 15, No. 10. – DOI 10.3390/en15103671. – EDN DDRHPN.Власов, О. А. Анализ работы печей сжигания отходов / О. А. Власов, В. В. Мечев // Твердые бытовые отходы. – 2017. – № 8(134). – С. 40-43. – EDN ZMRDDT.Vlasov, O. A. Analiz raboty pechei szhiganiya otkhodov / O. A. Vlasov, V. V. Mechev // Tverdye bytovye otkhody. – 2017. – № 8(134). – S. 40-43. – EDN ZMRDDT.Ершов, А. Г. Термическое обезвреживание отходов: теория и практика, мифы и легенды / А. Г. Ершов, В. Л. Шубников // Твердые бытовые отходы. – 2014. – № 5(95). – С. 46-53. – EDN SCPFUT.Ershov, A. G. Termicheskoe obezvrezhivanie otkhodov: teoriya i praktika, mify i legendy / A. G. Ershov, V. L. Shubnikov // Tverdye bytovye otkhody. – 2014. – № 5(95). – S. 46-53. – EDN SCPFUT.Опыт газификации твердого топлива из ТКО и биомассы // Твердые бытовые отходы. – 2017. – № 8(134). – С. 51-53. – EDN ZMRDEX.Opyt gazifikatsii tverdogo topliva iz TKO i biomassy // Tverdye bytovye otkhody. – 2017. – № 8(134). – S. 51-53. – EDN ZMRDEX.Аболин, А. А. RDF-топливо - конечный продукт переработки ТБО / А. А. Аболин // Твердые бытовые отходы. – 2013. – № 7(85). – С. 28-29. – EDN QJETNN.[16]. Abolin, A. A. RDF-toplivo - konechnyi produkt pererabotki TBO / A. A. Abolin // Tverdye bytovye otkhody. – 2013. – № 7(85). – S. 28-29. – EDN QJETNN.Мещеряков, Г. В. Конверсия природного газа для совместных производств метанол-водород, метанол-аммиак / Г. В. Мещеряков, Ю. А. Комиссаров // Вестник МИТХТ им. М.В. Ломоносова. – 2011. – Т. 6, № 4. – С. 72-76.Meshcheryakov, G. V. Konversiya prirodnogo ga-za dlya sovmestnykh proizvodstv metanol-vodorod, metanol-ammiak / G. V. Meshcheryakov, YU. A. Komissa-rov // Vestnik MITKHT im. M.V. Lomonosova. – 2011. – T. 6, № 4. – S. 72-76.Приказ Минэнерго России от 22.08.2013 № 469 «Об утверждении порядка создания и использования тепловыми электростанциями запасов топлива, в том числе в отопительный период» Электронный ресурс URL:http://pravo.gov.ru/proxy/ips/?doc_itself=&backlink=1&nd=602167469&page=1&rdk=0 (дата обращения: 06.05.2023).Prikaz Minehnergo Rossii ot 22.08.2013 № 469 «Ob utverzhdenii poryadka sozdaniya i ispol'zo-vaniya teplovymi ehlektrostantsiyami zapasov topli-va, v tom chisle v otopitel'nyi perioD» [Ehlektron-nyi resurs] URL:http://pravo.gov.ru/proxy/ips/?doc_itself=&backlink=1&nd=602167469&page=1&rdk=0 (data obrashcheniya: 06.05.2023).СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 "Санитарнозащитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов".SaNPIN 2.2.1/2.1.1.1200-03 "Sanitarnozashchitnye zony i sanitarnaya klassifikatsiya predpriyatii, sooruzhenii i inykh ob"ektov".Калютик А.А., Трещев Д.А., Поздеева Д.Л. Утилизация твердых бытовых отходов на ТЭЦ г. Санкт-Петербурга // Научно-технические ведомости СПбПУ. Естественные и инженерные науки. 2019. Т. 25, № 3. С. 59–70. DOI: 10.18721/JEST.25304.Kalyutik A.A., Treshchev D.A., Pozdeeva D.L. Utilizatsiya tverdykh bytovykh otkhodov na TEHTS g. Sankt-Peterburga // Nauchno-tekhnicheskie vedomosti SPBPU. Estestvennye i inzhenernye nauki. 2019. T. 25, № 3. S. 59–70. DOI: 10.18721/JEST.25304.Патент № 2588223 C2 Российская Федерация, МПК C10K 1/06. Способ охлаждения и промывки синтез-газа из биомассы и система, предназначенная для реализации данного способа: № 2014131241/05: заявл. 26.10.2012: опубл. 27.06.2016 / Я. Чжан, В. Лю, М. Ся, Л. Чжан; заявитель УХАНЬ КАЙДИ ИНДЖИНИРИНГ ТЕКНОЛОДЖИ РИСЕРЧ ИНСТИТЬЮТ КО., ЛТД.. – EDN DQBBPB.Patent № 2588223 C2 Rossiiskaya Federa-tsiya, MPK C10K 1/06. Sposob okhlazhdeniya i promyv-ki sintez-gaza iz biomassy i sistema, prednazna-chennaya dlya realizatsii dannogo sposoba: № 2014131241/05: zayavl. 26.10.2012: opubl. 27.06.2016 / YA. Chzhan, V. Lyu, M. Sya, L. Chzhan; zayavitel' UKHAN' KAIDI INDZHINIRING TEKNOLODZHI RISERCH INSTIT'YUT KO., LTD.. – EDN DQBBPB.Амосова О.Л., Малых О.В., Тепляков В.В. Мембранно-адсорбционные методы выделения водорода из многокомпонентных газовых смесей биотехнологии и нефтехимии // Мембраны. –2008. –№ 2. –С. 26-39.Amosova O.L., Malykh O.V., Teplyakov V.V. Membranno-adsorbtsionnye metody vydeleniya vodoroda iz mnogokomponentnykh gazovykh smesei biotekhnologii i neftekhimii // Membrany. –2008. –№ 2. –S. 26-39.Romanov, S.N. Software “United Cycle” for Simulation of Static Operation Modes of Power Plants. In Proceedings of the International Society for Optical Engineering, St. Petersburg, Russia, 12–17 June 2001; pp. 306–309. – DOI: 10.1117/12.456288.Romanov, S.N. Software “United Cycle” for Simulation of Static Operation Modes of Power Plants. In Proceedings of the International Society for Optical Engineering, St. Petersburg, Russia, 12–17 June 2001; pp. 306–309. – DOI: 10.1117/12.456288.Romanov, S. “United Cycle” Software for Simulation of Flow Sheets of Power Plants. / S. Romanov et al. // In Proceeding of the “16th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation, and Environmental Impact of Energy Systems (ECOS-2003)”, Copenhagen, Denmark, 30 June–2 July 2003; pp. 1691–1696.Romanov, S. “United Cycle” Software for Simulation of Flow Sheets of Power Plants. / S. Romanov [et al.] // In Proceeding of the “16th International Conference on Efficiency, Cost, Optimization, Simulation, and Environmental Impact of Energy Systems (ECOS- 2003)”, Copenhagen, Denmark, 30 June–2 July 2003; pp. 1691–1696.Распоряжение Комитета по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности от 15.06.2022 № 361-р "Об утверждении Территориальной схемы обращения с отходами производства и потребления".Rasporyazhenie Komiteta po prirodopol'zovaniyu, okhrane okruzhayushchei sredy i obespecheniyu ehkologicheskoi bezopasnosti ot 15.06.2022 № 361-r "Ob utverzhdenii Territorial'noi skhemy obrashche-niya s otkhodami proizvodstva i potrebleniya".

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