DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2014.26267

Technological system of production and consumption of biogas

Євгенія Євстафіївна Чайковська

Abstract


Known optimization methods of cogeneration systems using biogas based on static evaluation of process parameters are not always able to ensure the maintenance of the ratio of production of heat and electricity in difficult conditions of mismatch of their consumption and unstable output of biogas, which requires additional equipment due to additional volumes of gas-holders and complication of thermal schemes. For resource and energy saving, it was proposed to maintain a ratio of production and consumption of electricity and heat based on the technological system, which is based on the integrated dynamic subsystem, including a biogas plant, heat pump, cogeneration unit, storage battery and electric thermal accumulator. Based on the resulting information, obtained as a result of performance monitoring and state identification of a biogas plant, systems evaporator-compressor, compressor-condenser of the heat pump and performance monitoring and state identification of electric accumulators and electric heat accumulators using mathematical models of the dynamics of the biogas plant, evaporator, compressor, condenser of the heat pump of the electric accumulator and electric thermal accumulator, a method for integrated decision-making in conditions of mismatch of energy production and consumption was developed. Based on forecasting the changes in process parameters of production and consumption of biogas it is possible to make proactive decisions to maintain the fermentation process, which allows timely unloading of fermented raw and loading of fresh material. In conditions of ensuring the constant biogas yield and the absence of expenditure of generated heat for maintaining the fermentation process, it is possible to accumulate generated electricity not only for the operation of the heat pump compressor, but also in the hours of its wasteful production. This approach allows to increase the marketability of the biogas plant and reduce the cost of electricity production to (10-15) %. Biogas saving, for example, during fermentation of 60.2 t/day of raw material is 49.4 m3/year, which gives an annual reduction of carbon dioxide emission by 75.6 tons/year. Moreover, waste of anaerobic fermentation can be used not only as a low-grade energy source for the heat pump, but also as a fertilizer, corresponding to environmental protection conditions.


Keywords


cogeneration system; electricity; heat; heat pump system; electro-accumulation; decision-making

References


Geleznaia, T. A., Oleinic, E. N. , Geletuha, A. I. (2013). Prospects for the production of electricity from biomass in Ukraine. Industrial Heat, 35 (6), 67–75.

Ratuhniak, G. S., Dgedgula, V. V. (2006). Intensification of heat transfer and thermal stabilization of bioreactors. Bulletin of the Vinnytsia Polytechnical Institute, 2, 26–31.

Ratuhniak, G. S., Dgedgula, V. V. (2006). Automatic control systems bioconversion. Bulletin of the Vinnytsia Polytechnical Institute, 6, 116–121.

Ratuhniak, G. S., Dgedgula, V. V., Anohina, K. V. (2010). Simulation of un-steady heat transfer modes in biogas reactors. Bulletin of the Khmelnitsky National University, 2, 142–145.

Mazurenko, A. S., Denisova, A. E., Klimchuk, A. A., Ngo Min Hieu, Kotov, P. A. (2014). Exergetic characteristics of biogas plants. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1/8(67), 7–12.

Horobetc, V. G., Drahanov, B. H. (2010). Exergy efficiency analysis of power systems for integrated production of electricity and heat using renewable energy. Renewable Energy, 3 (22), 5–12.

Kolesnichenko, N. V., Vodolazkaya, M. U. (2011). The use of the heat accumulator to control load mini combined heat and power. Scientific works of Donetsk National Technical University, 10 (180), 67–72.

Chaikovskaya, E. E. (2013). Optimization of energy systems at the level of decision-making. Industrial Heat, 35 (7), 169–173.

Chaikovskaya, E. E. (2013). Integrated technological system for biogas production. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4/8(64), 31–34.

Chaikovskaya, E. E. (2013). Maintaining accumulation in decision-making level. Bulletin of the National Technical University “KHPI”. Series: Energy and thermal engineering processes and equipment, 14 (988), 127–133.


GOST Style Citations


1. Железная, Т. А. Перспективы производства электрической энергии из биомассы в Украине [Текст] / Т. А. Железная, Е. Н. Олейник, А. И. Гелетуха // Промышленная теплотехника. – 2013. – Т. 35, № 6. – С. 67–75.

2. Ратушняк, Г. С. Інтенсифікація теплообміну та термостабілізація біореакторів [Текст] / Г. С. Ратушняк, В. В. Джеджула // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – 2006. – № 2. – С. 26–31.

3. Ратушняк, Г. С. Автоматичне управління в системах біоконверсії [Текст] / Г. С. Ратушняк, В. В. Джеджула // Вісник Вінницького політехнічного інституту. – 2006. – № 6. – С. 116–121.

4. Ратушняк, Г. С. Моделювання нестаціонарних режимів теплообміну в біогазових реакторах [Текст] / Г. С. Ратушняк, В. В. Джеджула, К. В. Анохіна // Вісник Хмедьницького національного університету. – 2010. – № 2. – С. 142–145.

5. Мазуренко, А. С. Эксергетические характеристики биогазовых установок [Текст] / А. С. Мазуренко, А. Е. Денисова, А. А. Климчук, Нго Минь Хиеу, П. А. Котов // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2014. – Т. 1, № 8 (67). – С. 7–12.

6. Горобець, В. Г. Ексергетичний аналіз ефективності енергетичних систем для комплексного виробництва електричної та теплової енергії з використанням
поновлювальних джерел енергії [Текст] / В. Г. Горобець, Б. Х. Драганов // Відновлювальна енергетика. – 2010. – № 3 (22). – С. 5–12.

7. Колесниченко, Н. В. Использование бака-аккумулятора для регулирова-ния нагрузок мини-ТЭЦ [Текст] / Н. В. Колесниченко, М. Ю. Водолазская // Наукові праці Донецького національного технічного університету . – 2011. – № 10(180). – С. 67–72.

8. Чайковская, Е. Е. Оптимизация энергетических систем на уровне принятия решений [Текст] / Е. Е. Чайковская // Промышленная теплотехника. – 2013. – Т. 35, № 7. – С. 169–173.

9. Чайковська, Є. Є. Інтегрована технологічна система виробництва біогазу [Текст] / Є. Є. Чайковська // Восточно-Европейский журнал передовых техноло-гий. – 2013. – Т. 4, № 8 (64). – С. 31–34.

10. Чайковська, Є. Є. Підтримка акумулювання на рівні прийняття рі-шень[Текст] / Є. Є. Чайковська // Вісник НТУ “ХПІ”. Серія ” Енергетичні та теп-лотехнічні процеси й устаткування ”. – 2013. – № 14 (988). – С. 127–133.






Copyright (c) 2014 Євгенія Євстафіївна Чайковська

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

ISSN (print) 1729-3774, ISSN (on-line) 1729-4061