Купить (120 RUB)
сгенерировать QR код
Открытый доступ
Доступ платный или только для Подписчиков
Моделирование энергоснабжения биогазовой установки на основе солнечных модулей различной конструкции
https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.07.031-051
Аннотация
В статье проведён анализ мирового опыта по использованию солнечной энергии в системах анаэробной биоконверсии, определено необходимое тепло- и электроснабжение биогазовой установки, а также состав и расположение солнечных модулей различной конструкции для её энергоснабжения. Рассмотрено различное расположение солнечных модулей фотоэлектрической, тепловой и теплофотоэлектрической конструкции на поверхностях контейнера для расположения в нём биогазовой установки. Предложены различные режимы генерации энергии для энергоснабжения биогазовой установки - для обеспечения режима минимальной энергогенерации при параллельной работе с сетью и режима энергогенерации для суточного энергопотребления с аккумуляторными батареями, а также режим минимальной электрогенерации при параллельной работе с сетью для управления графиком электрогенерации.
Ключевые слова
солнечная энергия,
биогазовая установка,
анаэробное сбраживание,
энергоснабжение,
фотоэлектрический модуль,
солнечный коллектор,
теплофотоэлектрический модуль,
моделирование,
эффективность
При поддержке: Исследование выполнено за счёт средств гранта Российского научного фонда № 22-49-02002, https://rscf.ru/project/22-49-02002/.
Об авторах
В. А. Панченко
Российский университет транспорта
Россия
Россия
Панченко Владимир Анатольевич - кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры, старший научный сотрудник лаборатории
127994, Москва, ул. Образцова, д. 9
+79262752104
ResearcherID: P-8127-2017
Scopus Author ID: 57201922860
Web of Science ResearcherID: AAE-1758-2019
Ю. В. Даус
Кубанский государственный аграрный университет им. И. Т. Трубилина
Россия
Россия
Даус Юлия Владимировна - кандидат технических наук, доцент кафедры физики
350044, г. Краснодар, ул. Калинина, 13
Scopus Autor ID: 57191261343
Web of Science ResearcherID: U-9605-2018
А. А. Ковалёв
Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ
Россия
Россия
Ковалев Андрей Александрович - главный научный сотрудник лаборатории биоэнергетических технологий, доктор технических наук
109428, Москва, 1-й Институтский проезд, 5
Researcher ID: F-7045-2017
Scopus Author ID: 57205285134
Ю. В. Литти
Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук
Россия
Россия
Литти Юрий Владимирович - заведующий лабораторией микробиологии антропогенных мест обитания, кандидат биологических наук
119071, Москва, Ленинский пр-т, 33
Researcher ID: C-4945-2014
Scopus Author ID: 55251689800
И. В. Катраева
Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет
Россия
Россия
Катраева Инна Валентиновна - кандидат технических наук, доцент кафедры водоснабжения, водоотведения, инженерной экологии и химии, научный сотрудник лаборатории ресурсосберегающих биотехнологий НИИ химии
603000, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, д.65
Scopus Author ID: 57191839730
Список литературы
1. . Kovalev A.A., Kovalev D.A., Panchenko V., Kharchenko V. (2021). Intellectualized Control System for Anaerobic Bioconversion of Liquid Organic Waste. International Journal of Energy Optimization and Engineering, Volume 10, Issue 1, 56-81, DOI: 10.4018/IJEOE.2021010104.
2. . Andrey A. Kovalev, Dmitriy A. Kovalev, Victor S. Grigoriev, Vladimir Panchenko (2022). Heat Recovery of Low-Grade Energy Sources in the System of Preparation of Biogas Plant Substrates. International Journal of Energy Optimization and Engineering. Volume 11 Issue 1, 1-17, DOI: 10.4018/IJEOE.298693.
3. . Vladimir Panchenko, Andrey Izmailov, Valeriy Kharchenko, Yakov Lobachevskiy (2020). Photovoltaic Solar Modules of Different Types and Designs for Energy Supply. International Journal of Energy Optimization and Engineering, V. 9, I. 2, 74-94. DOI: 10.4018/IJEOE.2020040106.
4. . Vergil C. Weatherford, Zhiqiang (John) Zhai (2015). Affordable solar-assisted biogas digesters for cold climates: Experiment, model, verification and analysis. Applied Energy, V. 146, 209-216. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.01.111.
5. . Nathan Curry, Pragasen Pillay (2015). Integrating solar energy into an urban small-scale anaerobic digester for improved performance. Renewable Energy, V. 83, 280-293. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.03.073.
6. . Md. M. Rahman, Mohammad Mahmodul Hasan, Jukka V. Paatero, Risto Lahdelma (2014). Hybrid application of biogas and solar resources to fulfill household energy needs: A potentially viable option in rural areas of developing countries. Renewable Energy, 68, 35-45. https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.01.030.
7. . Md. Yeamin Ali, Mehadi Hassan, Md. Atiqur Rahman, Abdulla-AI Kafy, Iffat Ara, Akib Javed, Md. Redwanur Rahman (2019). Life cycle energy and cost analysis of small scale biogas plant and solar PV system in rural areas of Bangladesh. Energy Procedia, V. 160, 277-284. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2019.02.147.
8. . Md. Mizanur Rahman, Mohammad Mahmodul Hasan, Jukka V. Paatero, Risto Lahdelma (2014). Hybrid application of biogas and solar resources to fulfill household energy needs: A potentially viable option in rural areas of developing countries. Renewable Energy, V. 68, 35-45. https://doi.org/10.1016/j.renene.2014.01.030.
9. . Muhammad Tamoor, M. Suleman Tahir, Muhammad Sagir, Muhammad Bilal Tahir, Shahid Iqbal, Tasmia Nawaz (2020). Design of 3 kW integrated power generation system from solar and biogas. International Journal of Hydrogen Energy, V. 45, I. 23, 12711-12720. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2020.02.207.
10. . Wiesław Gazda, Wojciech Stanek (2016). Energy and environmental assessment of integrated biogas trigeneration and photovoltaic plant as more sustainable industrial system. Applied Energy, V. 169, 138-149. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.02.037.
11. . P. Axaopoulos, P. Panagakis, A. Tsavdaris, D. Georgakakis (2001). Simulation and experimental performance of a solar-heated anaerobic digester. Solar Energy, V. 70, I. 2, 2001, 155-164. https://doi.org/10.1016/S0038-092X(00)00130-4.
12. . Hamed M. El-Mashad, Wilko K.P. van Loon, Grietje Zeeman, Gerard P.A. Bot, Gatze Lettinga (2004). Design of A Solar Thermophilic Anaerobic Reactor for Small Farms. Biosystems Engineering, V. 87, I. 3, 345-353. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2003.11.013.
13. . Badr Ouhammou, Aggour Mohammed, Smouh Sliman, Abdelmajid Jamil, Bakraoui Mohammed, Fadoua Karouach, Hassan El Bari, Tarik Kousksou (2022). Experimental conception and thermo-energetic analysis of a solar biogas production system. Case Studies in Thermal Engineering, V. 30, 101740. https://doi.org/10.1016/j.csite.2021.101740.
14. . M.R. Darwesh, M.S.Ghoname (2021). Experimental studies on the contribution of solar energy as a source for heating biogas digestion units. Energy Reports, V. 7, 1657-1671. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.03.014.
15. . B. Ouhammou, M. Naciri, M. Aggour, M. Bakraoui, F. Karouach, H. El Bari (2017). Design and Analysis of Integrating the Solar Thermal energy in Anaerobic Digester using TRNSYS: Application kenitra-Morocco. Energy Procedia, V. 141, 13-17. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.11.004.
16. . Rong Feng, Jinping Li, Ti Dong, Xiuzhen Li (2016). Performance of a novel household solar heating thermostatic biogas system. Applied Thermal Engineering, V. 96, 519-526. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.12.003.
17. . Yong Lu, Ye Tian, Haowei Lu, Lei Wu, Xianlin Li (2015). Study of solar heated biogas fermentation system with a phase change thermal storage device. Applied Thermal Engineering, V. 88, 418-424. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2014.12.065.
18. . Jinping Li, Shirong Jin, Dandan Wan, Hui Li, Shuyuan Gong, Vojislav Novakovic (2022). Feasibility of annual dry anaerobic digestion temperature-controlled by solar energy in cold and arid areas. Journal of Environmental Management, V. 318, 115626. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2022.115626.
19. . Yuan Zhong, Mauricio Bustamante Roman, Yingkui Zhong, Steve Archer, Rui Chen, Lauren Deitz, Dave Hochhalter, Katie Balaze, Miranda Sperry, Eric Werner, Dana Kirk, Wei Liao (2015). Using anaerobic digestion of organic wastes to biochemically store solar thermal energy. Energy, V. 83, 638-646. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.02.070.
20. . Eid S. Gaballah, Tarek Kh Abdelkader, Shuai Luo, Qiaoxia Yuan, Abd El-Fatah Abomohra (2020). Enhancement of biogas production by integrated solar heating system: A pilot study using tubular digester. Energy, V. 193, 116758. https://doi.org/10.1016/j.energy.2019.116758.
21. . A. Amo-Aidoo, O. Hensel, J.K. Korese, F. Abunde Neba, B. Sturm (2021). A framework for optimization of energy efficiency and integration of hybridized-solar energy in agro-industrial plants: Bioethanol production from cassava in Ghana. Energy Reports, V. 7, 1501-1519. https://doi.org/10.1016/j.egyr.2021.03.008.
22. . Vikram P. Rathod, Jotiprasad Shete, Purnanand V. Bhale (2016). Experimental investigation on biogas reforming to hydrogen rich syngas production using solar energy. International Journal of Hydrogen Energy, V. 41, I. 1, 132-138. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2015.09.158.
23. . Bosheng Su, Wei Han, Hongguang Jin (2017). Proposal and assessment of a novel integrated CCHP system with biogas steam reforming using solar energy. Applied Energy, V. 206, 1-11. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.08.028.
24. . Bosheng Su, Wei Han, Xiaosong Zhang, Yi Chen, Zefeng Wang, Hongguang Jin (2018) Assessment of a combined cooling, heating and power system by synthetic use of biogas and solar energy. Applied Energy, V. 229, 922-935. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2018.08.037.
25. . A.S. Mehr, M. Gandiglio, M. Mosaye Nezhad, A. Lanzini, S.M.S. Mahmoudi, M. Yari, M. Santarelli (2017). Solar-assisted integrated biogas solid oxide fuel cell (SOFC) installation in wastewater treatment plant: Energy and economic analysis. Applied Energy, V. 191, 620-638. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2017.01.070.
26. . G. Zhang, Y.Li, Y.J. Dai, R.Z. Wang (2016). Design and analysis of a biogas production system utilizing residual energy for a hybrid CSP and biogas power plant. Applied Thermal Engineering, V. 109, Part A, 423-431. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.08.092.
27. . Poulek V., Strebkov D.S., Persic I.S., Libra M. (2012). Towards 50 years lifetime of PV panels laminated with silicone gel technology. Solar Energy, V. 86, I. 10, 3103-3108. https://doi.org/10.1016/j.solener.2012.07.013.
28. . Minli Yu, Ke Wang, Harrie Vredenburg (2021). Insights into low-carbon hydrogen production methods: Green, blue and aqua hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy, 46(41). https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.04.016.
29. . Hermesmann M., Müller T.E. (2022). Green, Turquoise, Blue, or Grey? Environmentally friendly Hydrogen Production in Transforming Energy Systems. Progress in Energy and Combustion Science, 90, 100996. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2022.100996.
30. . Flora Biggins, Mohit Kataria, Diarmid Roberts, Dr Solomon Brown. Green hydrogen investments: Investigating the option to wait. Energy, 241, 122842. https://doi.org/10.1016/j.energy.2021.122842.
31. . Ying Zhou, Ruiying Li, Zexuan Lv, Jian Liu, Hongjun Zhou, Chunming Xu (2022). Green hydrogen: A promising way to the carbon-free society. Chinese Journal of Chemical Engineering, 43, 2-13. https://doi.org/10.1016/j.cjche.2022.02.001.
32. . Paolo Giuseppe Mura, Roberto Baccoli, Roberto Innamorati, Stefano Mariotti (2015). Solar Energy System in A Small Town Constituted of A Network of Photovoltaic Collectors to Produce Electricity for Homes and Hydrogen for Transport Services of Municipality. Energy Procedia, 78, 824-829. https://doi.org/10.1016/j.egypro.2015.11.002.
33. . Piyali Chatterjee, Mounika Sai KrishnaAmbati, Amit K. Chakraborty, Sabyasachi Chakrabortty, Sajal Biring, Seeram Ramakrishna, Terence Kin Shun Wong, Avishek Kumar, Raghavendra Lawaniya, Goutam Kumar Dalapati (2022). Photovoltaic/photo-electrocatalysis integration for green hydrogen: A review. Energy Conversion and Management, 261, 115648. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2022.115648.
34. . International Renewable Energy Agency (IRENA) (2020). Green Hydrogen: A guide to policy making, International Renewable Energy Agency, Abu Dhabi, 52. https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2020/Nov/IRENA_Green_hydrogen_policy_2020.pdf.
35. . Friedman, S. J., Fan, Z., Tang, K. (2019). “Low-Carbon Heat Solutions for Heavy Industry: Sources, Options, and Costs Today.” New York: Columbia University, Center on Global Energy Policy. https://www.energypolicy.columbia.edu/sites/default/files/file-uploads/LowCarbonHeat-CGEP_Report_100219-2_0.pdf.
36. . Wood Mackenzie Power & Renewables (2019). “Green Hydrogen Production: Landscape, Projects and Costs.” https://www.woodmac.com/our-expertise/focus/transition/green-hydrogen-production-2019/.
37. . Chun-Yu Lai, Linjie Zhou, Zhiguo Yuan, Jianhua Guo (2021). Hydrogen-driven microbial biogas upgrading: Advances, challenges and solutions. Water Research, V. 197, 117120. https://doi.org/10.1016/j.watres.2021.117120.
38. . Irini Angelidaki, Laura Treu, Panagiotis Tsapekos, Gang Luo, Stefano Campanaro, Henrik Wenzel, Panagiotis G. Kougias (2018). Biogas upgrading and utilization: Current status and perspectives. Biotechnology Advances, V. 36, I. 2, 452-466. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2018.01.011.
39. . Diego Curto, Mariano Martín (2019). Renewable based biogas upgrading. Journal of Cleaner Production, V. 224, 50-59. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.03.176.
40. . Shanfei Fu, Irini Angelidaki, Yifeng Zhang (2021). In situ Biogas Upgrading by CO2-to-CH4 Bioconversion. Trends in Biotechnology, V. 39, I. 4, 336-347. https://doi.org/10.1016/j.tibtech.2020.08.006.
41. . Kovalev A.A., Kovalev D.A., Zhuravleva E.A., Katraeva I.V, Panchenko, V., Fiore U., Litti Y.V. (2022). Two-Stage Anaerobic Digestion with Direct Electric Stimulation of Methanogenesis: The Effect of a Physical Barrier to Retain Biomass on the Surface of a Carbon Cloth-Based Biocathode. Renewable Energy, 181, 966-977. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.renene.2021.09.097.
42. . Photovoltaic geographical information system. Интернет-сайт. Режим доступа: https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/tools.html#PVP от 10 ноября 2022 г.
43. . Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016615186 Российская Федерация. Поиск оптимального угла наклона приёмной площадки относительно горизонта в заданной точке Южного федерального округа: № 2016612303: заявл. 18.03.2016: опубл. 17.05.2016 / Ю.В. Даус, В.В. Харченко, И.В. Юдаев.
44. . Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2017615528 Российская Федерация. Определение геометрических параметров размещения и компоновки фотоэлектрических панелей на солнечной электростанции: № 2017610943: заявл. 06.02.2017: опубл. 25.05.2017 / Ю.В. Даус, В.В. Харченко, И.В. Юдаев.
Рецензия
Для цитирования:
Панченко В.А., Даус Ю.В., Ковалёв А.А., Литти Ю.В., Катраева И.В. Моделирование энергоснабжения биогазовой установки на основе солнечных модулей различной конструкции. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2023;(7):31-51. https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.07.031-051
For citation:
Panchenko V.A., Daus Yu.V., Kovalev A.A., Litty Yu.V., Katraeva I.V. Modeling the energy supply of a biogas plant based on solar modules of various designs. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2023;(7):31-51. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2023.07.031-051
Просмотров:
122
Послать статью по эл. почте 