Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

Сравнительная оценка параметров работы газовой турбины на биоводороде и биогазе

https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.03.010-026

Аннотация

   Энергетическая отрасль является важнейшей отраслью, достижение целей развития в которой ведет к экономической независимости страны. Ископаемое топливо используется в качестве основного источника энергии. Сжигание традиционных топлив оказывает негативное влияние на окружающую среду. В настоящий момент использование альтернативных топлив в энергетике – перспективное направление. Использование биогаза и биоводорода является потенциальной заменой традиционных топлив в регионах с нехваткой электроэнергии. Альтернативное газообразное топливо можно получать из различного органического сырья (отходы животного и растительного происхождения, такие как коровий навоз, куриный помет, кукурузный силос, солома, лузга). Получение биотоплив позволит строить новые энергетические системы, которые будут генерировать электрическую и тепловую энергию из органических отходов. В данном исследовании рассмотрена работа ГТУ на различных биотопливах с оценкой показателей эффективности и выбросов в окружающую среду. Для моделирования работы газотурбинной установки была создана математическая модель газотурбинного двигателя в программном комплексе АС «ГРЭТ», проведена идентификация математической модели.

Об авторах

Г. Е. Марьин
Казанский государственный энергетический университет
Россия

Георгий Евгеньевич Марьин, канд. техн. наук., доцент

420066; ул. Красносельская, 51; Казань

Образование: Казанский государственный энергетический университет,
2011 г.; Область научных интересов: водородная энергетика; математическое моделирование турбомашин; энергетические системы на органическом топливе; Публикации: 125; Индекс Хирша: 18; Scopus Author ID: 57213835443; Research ID: AGS-9168-2022



Ю. В. Караева
Институт энергетики и перспективных технологий ФИЦ Казанский научный центр РАН
Россия

Юлия Викторовна Караева, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник

лаборатория энергетических систем и технологий

420111; ул. Лобачевского, д. 2/31, а/я 260; Казань

Образование: Казанский государственный энергетический университет, 2005 г.; Область научных интересов: энергоресурсосбережение и энергоэффективные технологии переработки органических отходов; исследования в области возобновляемых источников энергии; Публикации: 68; Индекс Хирша: 10; Scopus Author ID: 56856782800; Research ID: F-6917-2017



С. С. Тимофеева
Казанский государственный энергетический университет
Россия

Светлана Сергеевна Тимофеева, канд. техн. наук, доцент

420066; ул. Красносельская, 51; Казань

Образование: Казанский государственный архитектурно-строительный
университет, 2008 г.; Область научных интересов: возобновляемые источники энергии; термохимическая конверсия биомассы и торфа; Публикации: 42; Индекс Хирша: 6; Scopus Author ID: 56711352400; Research ID: AAZ-5531-2020



А. Р. Ахметшин
Казанский государственный энергетический университет
Россия

Азат Ринатович Ахметшин, канд. техн. наук, доцент

420066; ул. Красносельская, 51; Казань

Образование: Казанский государственный энергетический университет ,
2009 г.; Область научных интересов: водородная энергетика; математическое моделирование турбомашин; энергетические системы на органическом топливе; Публикации: 167; Индекс Хирша: 32; Scopus Author ID: 57211796456; Research ID: AGM-7165-2022



М. С. Новоселова
Казанский государственный энергетический университет
Россия

Марина Сергеевна Новоселова, инженер

420066; ул. Красносельская, 51; Казань

Образование: Казанский государственный энергетический университет,
2023 г.; Область научных интересов: математическое моделирование турбомашин; энергетические системы на органическом и альтернативном топливе; Публикации: 20; Индекс Хирша: 1; Scopus Author ID: 57739683300; Research ID: KUD-6205-2024



Список литературы

1. Karna Dahal, Selma Brynolf, Carlos Xisto, Julia Hansson, Maria Grahn, Tomas Grönstedt, Mariliis Lehtveer. Techno-economic review of alternative fuels and propulsion systems for the aviation sector // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2021. – Volume 151, 111564. doi: 10.1016/j.rser.2021.111564

2. Sangita Mahapatra, Dilip Kumar, Brajesh Singh, Pravin Kumar Sachan. Biofuels and their sources of production : A review on cleaner sustainable alternative against conventional fuel, in the framework of the food and energy nexus // Energy Nexus. – 2021. – Volume 4, 100036 doi: 10.1016/j.nexus.2021.100036

3. Timofeeva S. S., Karaeva J. V., Kovalev A. A., Kovalev D. A., Litti Yu. V. Steam gasification of digestate after anaerobic digestion and dark fermentation of lignocellulosic biomass to produce syngas with high hydrogen content // International Journal of Hydrogen Energy. – 2023. – Volume 48. – Issue 21. – Pр. 7559-7568. doi: 10.1016/j.ijhydene.2022.11.260

4. Marin G. E., Osipov B. M., Titov A. V., A. R. Akhmetshin. Gas turbine operating as part of a thermal power plant with hydrogen storages // International Journal of Hydrogen Energy. – 2023. – Volume 48. – Issue 86. – Pр. 33393-33400.

5. Marin G., Osipov B. and Akhmetshin A. Аnalysis of the Operation of a Gas Turbine Plant When Burning Hydrogen Fuel. 2022 International Russian Automation Conference (RusAutoCon). Sochi, Russian Federation. – 2022, pp. 961-965.

6. Karaeva J. V., Khalitova G. R., Kovalev D. A., Trakhunova I. A. Study of the Process of Hydraulic Mixing in Anaerobic Digester of Biogas Plant // Chemical and Process Engineering. – 2015. – Vol. 36, Is. 1, pp. 101-112.

7. Kumarasubramanian Ramar, Ganesan Subbiah, Hesham S. Almoallim. Ammonia-enriched biogas as an alternative fuel in diesel engines: Combustion, performance and emission analysis // Fuel. – 2024. – Volume 369, 131755.

8. Viviana Negro, Michel Noussan, David Chiaramonti. Alternative options for biogas-to-energy: A comparison of electricity and biomethane generation based on the real operation of a production site // Applied Energy. – 2025. – Volume 377, Part D, 124687.

9. Ilyushin P., Kulikov A., Suslov K. and Filippov S. Consideration of Distinguishing Design Features of Gas-Turbine and Gas-Reciprocating Units in Design of Emergency Control Systems // Machines. – 2021. – Vol. 9. – №. 47, pp. 1-18.

10. Jacob Alhassan Hamidu, Agnes Osie-Adjei, Akua Durowaa Oduro-Owusu. Poultry waste management-manure. Editor(s): Michael Dikeman. Encyclopedia of Meat Sciences (Third Edition) // Elsevier. – 2024, pp. 56-71.

11. Suslov K., Shushpanov I., Buryanina N. and Ilyushin P. Flexible Power Distribution Networks: New Opportunities and Applications // Proc. of the 9sup>th</sup> International Conference on Smart Cities and Green ICT Systems (SMARTGREENS). – 2020. – Vol. 1. – Pр. 57-64.

12. Kovalev A. A., Mikheeva E. R., Kovalev D. A., Katraeva I. V., Zueva S., Innocenzi V., Panchenko V. А., Zhuravleva E. A., Litti Yu. V. Feasibility Study of Anaerobic Codigestion of Municipal Organic Waste in Moderately Pressurized Digesters: A Case for the Russian Federation // Appl. Sci. – 2022; 12:2933.

13. Namsaraev Z., Gotovtsev P., Komova A., Vasilov R. G. Current Status and Potential of Bioenergy in the Russian Federation // Renew. Sustain. Energy Rev. – 2018; 81:625-634.

14. Karaeva J. V., Timofeeva S. S., Savina M. V., Sungatullin K. I., Kovalev A. A., Kovalev D. A., Panchenko V. A., Litti Yu. V. Generating energy from hydrogen-enriched biogas at low-power mini-thermal power plants // International Journal of Hydrogen Energy. – 2024. – Volume 93, pp. 513-519.

15. Yang Liu, Junnan Fang, Xinyu Tong, ChenChen Huan, Gaosheng Ji, Yong Zeng, Lishang Xu, Zhiying Yan. Change to biogas production in solid-state anaerobic digestion using rice straw as substrates at different temperatures // Bioresource Technology. – 2019. – Volume 293, p. 122066.

16. Roohallah Saberi Riseh, Mozhgan Gholizadeh Vazvani, Mohadeseh Hassanisaadi, Vijay Kumar Thakur. Agricultural wastes: A practical and potential source for the isolation and preparation of cellulose and application in agriculture and different industries // Industrial Crops and Products. – 2024. – Volume 208, p. 117904.

17. Bhupendra Koul, Mohammad Yakoob, Maulin P. Shah. Agricultural waste management strategies for environmental sustainability // Environmental Research. – 2022. – Volume 206, p. 112285.

18. Upadhyay A., Kovalev A. A., Zhuravleva E. A., Kovalev D. A., Litti Yu. V., Masakapalli S. K., Pareek N., Vivekanand V. Recent Development in Physical, Chemical, Biological and Hybrid Biogas Upgradation Techniques // Sustainability. – 2023, 15:476.

19. Zueva S., Kovalev A. A., Litti Yu. V., Ippolito N. M., Innocenzi V., De Michelis I. Environmental and Economic Aspects of Biomethane Production from Organic Waste in Russia // Energies. – 2021; 14:5244.

20. Karaeva J. V., Timofeeva S. S., Bashkirov V. N., Bulygina K. S. Thermochemical processing of digestate from biogas plant for recycling dairy manure and biomass // Biomass Conversion and Biorefinery. – 13 (2):685-695.

21. Karaeva J. V., Timofeeva S. S., Savina M. V., Sungatullin K. I., Kovalev A. A., Kovalev D. A., Panchenko V. A., Litti Yu.V. Generating energy from hydrogen-enriched biogas at low-power mini-thermal power plants // International Journal of Hydrogen Energy. – Volume 93:2024:513-519.

22. Xiaolin Zhang, Yan Zhang, Dongdong Wu. Animal Husbandry is the key sector affecting nitrogen metabolism processes within and outside of Beijing with contribution more than 10 % // Journal of Cleaner Production. – 2024. – Volume 483, 144243.

23. Wen Liang, Tao Liu, Huanyu Bao, Vinay Kumar, Xinwei Sun, Raveendran Sindhu, Parameswaran Binod, Zengqiang Zhang, Ashok Pandey, Mukesh Kumar Awasthi. Chapter 10 – Novel animal waste management techniques / Editor(s): Ayon Tarafdar, Ashok Pandey, Gyanendra Kumar Gaur, Mukesh Singh, Hari Om Pandey // Engineering Applications in Livestock Production. Academic Press. – 2024, pp. 243-264.

24. Rama Sharma. Agro-industrial waste to energy – Sustainable management // Sustainable Materials and Technologies. – 2024. – Volume 41, e01117.

25. Sabrina Benaissa, Belkacem Adouane, S. M. Ali, Sherif S. Rashwan, Z. Aouachria. Investigation on combustion characteristics and emissions of biogas/hydrogen blends in gas turbine combustors // Thermal Science and Engineering Progress. – 2022. – Volume 27, 101178.

26. Timofeeva S. S., Karaeva J. V., Kovalev A. A., Kovalev D. A., Litti Yu. V. Steam gasification of digestate after anaerobic digestion and dark fermentation of lignocellulosic biomass to produce syngas with high hydrogen content // International Journal of Hydrogen Energy. – 2023. – Volume 48, Issue 21, рp. 7559-7568.

27. Litti Yu., Zhuravleva E., Kovalev A. Anaerobic Fermentation and High-Value Bioproducts : A Brief Overview of Recent Progress and Current Challenges // Fermentation. – 2024, 10:537.

28. Kovalev А. A., Kovalev D. A., Panchenko V. A., Zhuravleva E. A., Laikova A. A., Shekhurdina S. V., Ivanenko A. A., Litty Yu. V. Energy efficiency of hydrogen production during dark fermentation // International Journal of Hydrogen Energy. – 2024. – Volume 87, pp. 171-178.

29. Gadhe et al. Enhancement effect of hematite and nickel nanoparticles on biohydrogen production from dairy wastewater // International Journal of Hydrogen Energy. – 2015. – V. 40. – №. 13. – Pp. 4502-4511.

30. Mohammadpour M., Houshfar E., Ashjaee M., Mohammadpour A. Energy and exergy analysis of biogas fired regenerative gas turbine cycle with CO<sub>2</sub> recirculation for oxy-fuel combustion power generation // Energy. – 2021:119687.

31. Sung T., Kim S., Kim K. C. Thermo economic analysis of a biogas-fueled micro-gas turbine with a bottoming organic Rankine cycle for a sewage sludge and food waste treatment plant in the Republic of Korea // Appl Therm Eng. – 2017; 127: 963-74.

32. Taehong Sung, Sunhee Kim, Kyung Chun Kim. Thermoeconomic analysis of a biogas-fueled micro-gas turbine with a bottoming organic Rankine cycle for a sewage sludge and food waste treatment plant in the Republic of Korea // Applied Thermal Engineering. – 2017. – Volume 127, рages 963-974.

33. Suslov K., Shushpanov I., Buryanina N. and Ilyushin P. Flexible Power Distribution Networks: New Opportunities and Applications. Proc. of the 9<sup>th</sup> International Conference on Smart Cities and Green ICT Systems (SMARTGREENS). – 2020. – Vol. 1. – Pp. 57-64.

34. Jalalatian N., Tabejamaat S., Kashir B., Eidi M. Attar Zadeh. An experimental study on the effect of swirl number on pollutant formation in propane bluff-body stabilized swirl diffusion flames // Phys Fluids. – 2019; 31:55105.

35. Abdolvahhab Fetanat, Mohsen Tayebi, Mehran Moteraghi. Technology evaluation for biogas production from animal waste in circular carbon economy: A complex spherical fuzzy set-based decision-making framework // Bioresource Technology Reports. – 2023. – Volume 23, 101521.

36. Kotb A., Saad H. Case study for co and counter swirling domestic burners // Case Stud. Thermal Eng. – 2018; 11:98-104.

37. Marin G., Osipov B., Titov A., Akhmetshin A., Shubina A. and Novoselova M. «Improving the Performance of Power Plants with Gas Turbine Units», 2022. 4<sup>th</sup> International Conference on Control Systems, Mathematical Modeling, Automation and Energy Efficiency (SUMMA). Lipetsk, Russian Federation. – 2022, pp. 832-836.

38. Islamova S., Karaeva J., Timofeeva S., Kadyirov A. An experimental study of sunflower husk pellets combustion (2021). BIO Web of Conferences, 37, art. no. 00070.

39. Fernando Zambrano-Mite L., Yanet Villasana, Lorena Bejarano M., Luciani Christian, Niebieskikwiat Dario, Willin Álvarez, Dario F. Cueva, Daniel Aguilera-Pesantes, Lourdes M. Orejuela-Escobar. Optimization of microfibrillated cellulose isolation from cocoa pod husk via mild oxalic acid hydrolysis: A response surface methodology approach // Heliyon. – 2023. – Volume 9, Issue 6, e17258.

40. Lihua Xie, Lingling Li, Junhong Xie, Jinbin Wang, Zechariah Effah, Setor Kwami Fudjoe, Muhammad Zahid Mumtaz. Suitable organic fertilizer substitution ration stabilizes rainfed maize yields and reduces gaseous nitrogen loss in the Loess Plateau, China // Journal of Integrative Agriculture. – 2024.

41. Federica Carraturo, Antonietta Siciliano, Andrea Giordano, Francesco Di Capua, Federica Barone, Elisa Casaletta, Flavia Cicotti, Marco Guida, Fabrizio Adani. Ecotoxicological assessment of waste-derived organic fertilizers and long-term monitoring of fertilized soils using a multi-matrix and multi-species approach // Science of The Total Environment. – 2024. – Volume 912, 169341.

42. Marin G. E., Mingaleeva G. R., Novoselova M. S., Akhmetshin A. R. Adding hydrogen fuel to the synthesis gas for the possibility of combustion in a gas turbine // International Journal of Hydrogen Energy. – 2024. – Volume 96, рages 378-384.


Рецензия

Для цитирования:


Марьин Г.Е., Караева Ю.В., Тимофеева С.С., Ахметшин А.Р., Новоселова М.С. Сравнительная оценка параметров работы газовой турбины на биоводороде и биогазе. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2025;(3):10-26. https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.03.010-026

For citation:


Marin G.E., Karaeva Yu.V., Timofeeva S.S., Akhmetshin A.R., Novoselova M.S. Comparative assessment of the parameters of the gas turbine on biohydrogen and biogaz. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2025;(3):10-26. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2025.03.010-026

Просмотров: 82


ISSN 1608-8298 (Print)