Использование свалочного газа в газотурбинных и газопоршневых установках: энергетические и экономические оценки

Рост современных мегаполисов сопровождается значительным увеличением ежегодно образующихся объемов твердых коммунальных отходов. В России в настоящее время основным способом утилизации отходов является вывоз на полигоны. Бесконтрольная эмиссия биогаза, образующегося в теле полигона в результате анаэробного брожения биомассы, приводит к выбросу в окружающую среду целого ряда газообразных компонентов, в том числе токсичных, а также к самовозгоранию полигонов. В то время как биогаз следует рассматривать в качестве ценного энергетического продукта, использование которого может сыграть существенную роль в локальной энергетике. Представлены результаты технико-экономического анализа работы энергоустановок на свалочном газе. Сделан расчет ежегодной эмиссии метана на полигоне «Ядрово». Проведен сравнительный анализ газотурбинных и газопоршневых установок при работе на газовом топливе с низким содержанием метана. Рассмотрены два потенциальных варианта решения проблемы с помощью традиционных энергетических установок. Описан принцип работы таких энергетических установок, а также их достоинства и недостатки. Для оценки экономической эффективности производились расчеты приведенной стоимости электрической энергии. Были получены данные по стоимости кВт·ч на разных электрогенерирующих агрегатах, а также стоимость установленного кВт мощности электростанции. Энергетический потенциал полигона «Ядрово» оценен в 365 МВт·ч в год, следовательно, в месяц такая электростанция может обеспечивать необходимой электроэнергией 100 человек, поскольку среднестатистический житель Москвы потребляет 250–300 кВт·ч в месяц. Изучен зарубежный опыт эксплуатации электростанций, работающих на свалочном газе. Перечислены основные проблемы использования свалочного газа, приведены достоинства и недостатки электростанций с газопоршневыми и микрогазотурбинными силовыми агрегатами, даны рекомендации по выбору энергетической установки. Кроме того, представлена информация по выходу свалочного газа на полигонах, находящихся в разных географических местах: Москва, Владивосток, Kamphaeng Saen (Провинция в Таиланде). Благодаря этим данным установлена четкая корреляция климатической зоны и населения ближайшего населенного пункта с выходом био- газа. За основной параметр оценки выхода свалочного газа был принят удельный выход биогаза, то есть количество свалочного газа, получаемого с одного квадратного метра полигона.

1. Власкин, М.С. Воздействие на окружающую среду при обращении с ТКО / М.С. Власкин, А.В. Григоренко // Журнал ТБО. – 2018. – № 9. – С. 2–8.

2. Территориальная схема обращения с отходами, в том числе с твердыми коммунальными отходами Московской области [Электронный ресурс]: Приложение к постановлению Правительства Московской области от 22.12.2017. №984/47, Красногорск, 2018 г. – С. 14–17. – Режим доступа: https://rsbormsk.ru. – (Дата обращения: 23.03.2019.).

3. Zietsman, J. Feasibility of landfill gas as a liquefied natural gas fuel source for refuse trucks / J. Zietsman [et al.]. // Journal of the Air and Waste Management Association. – 2008. – Vol. 58. – No. 5. – P. 613–619 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://doi.org/10.3155/1047-3289.58.5.613. – (Дата обращения: 19.03.2019).

4. Почему Московская область задыхается [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.vedomosti.ru. – Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 23.03.2019).

5. Нохов, Л.Г. Энергия из отходов как источник возобновляемой энергии – возможности в России / Л.Г. Нохов // Доклад на III Российском Международном энергетическом форуме 19–22 мая 2015 г.

6. Current Developments in Biotechnology and Bioengineering. Waste Treatment Processes for Energy Generation. 2019, Elsevier. – P. 93–117.

7. Разложение ТБО в местах захоронения [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ztbo.ru. – Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 23.03.2019).

8. Вайсман, Я.И. Управление отходами. Сточные воды и биогаз полигонов захоронения твердых бытовых отходов / Я.И. Вайсман [и др.]. – Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2012. – 258 с.

9. Рекомендации по расчету образования биогаза и выбору систем дегазации на полигонах захоронений твердых бытовых отходов. – Москва, 2003. – 19 с.

10. Методические указания по расчету выбросов парниковых газов в атмосферу от полигонов твердых бытовых отходов. – Алматы, 2010. – 10 с.

11. Мусорный полигон «Ядрово» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://tass.ru. – Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 23.03.2019).

12. Аналитическая записка. Энергетический потенциал свалочного газа на полигонах ТБО [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://fecsrfec.ru/upload/iblock/488/488126c7a984fc266 ebb2400c8257acb.pdf. – (Дата обращения: 17.03.2019).

13. Электронная библиотека. Список полигонов ТБО в Москве и Московской области [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/ Список_полигонов_ТБО_в_Москве_и_Московской_обла сти. – (Дата обращения 16.03.2019).

14. Pawananont, K. Feasibility analysis of power generation from landfill gas by using internal combustion engine, organic Rankine cycle and Stirling engine of pilot experiments in Thailand / Pawanarot K., Leephakpreeda T. // Energy Procedia. – 2017. – Vol. 128. – P. 575–579.

15. О ставках платы за негативное воздействие на окружающую среду и дополнительных коэффициентах: постановление Правительства РФ от 13.09.2016. – № 913.

16. Basrawi, F. Unit sizing of biogas-fuelled Micro Gas Turbine cogeneration systems in a sewage treatment plant / Basrawi F., Ibrahim H., Yamada T. // Energy Procedia. – 2015. – Vol. 75. – P. 1052–1058.

17. Микротурбины Capstone [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://powerquality.ru/oborudovanie/mikroturbiny/mikr oturbiny-capstone/. – Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 18.03.2019).

18. Цены на микротурбины Capstone без иллюзий [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://meteoenergetic.ru/ceny-na-mikroturbinycapstone/. – Заглавие с экрана – (Дата обращения: 12.03.2019).

19. Breeze, P. Chapter 5 – Piston Engine – Based Power Plants / P. Breeze. – Power Generation Technologies (Third Edition). – 2019. – P. 99–119

20. Buffi, M. Combustion of fast pyrolysis bio-oil and blends in a micro gas turbine / M. Buffi [et al.] // Biomass and Bioenergy. – 2018. – Vol. 115. – P. 174–185.

21. Мишланова, М.Ю. Интегральный эффект внедрения альтернативного энергоносителя – биогаза / М.Ю. Мишланова. – 2007. – С. 125.

22. Техобслуживание газопоршневой электростанции [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://meteoenergetic.ru/tehnicheskoe-obsluzhivaniegazoporshnevoj-elektrostancii/. – Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 14.03.2019).

23. Мутугуллина, И.А. Сравнительный анализ газопоршневой и газотурбинной установок в контексте решения проблем энергосбережения / И.А Мутугуллина // Вестник Казанского технологического университета. – 2014. – № 23. – С. 375.

24. Неприглядная сторона Владивостока: как и где утилизируется городской мусор [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://smitsmitty.livejournal.com/119157.html. – (Дата обращения: 27.03.2019).