Газопоршневая установка для теплиц

gazoporshnevaya-kogeneracionnaya-ustanovka-dlya-teplic

Эксплуатация теплиц в настоящее время является сложной задачей. Выращивание продукции более эффективным способом с использованием новейших технологий, которые используют подсветку и воздух. Основным фактором для экономичного снабжения теплиц является использование тепла и углекислого газа CO2 , которые вырабатывает газопоршневая когенерационная установка (мини-ТЭЦ). Неудивительно, что использование газовых станций для теплиц неуклонно растет во всем мире.

Основные преимущества использования мини-ТЭЦ

В традиционных схемах тепло- и электроснабжения мы используем энергию, выработанную раздельным образом – электрическую на электростанции и тепловую в котельной. Однако, как известно «раздельное производство» энергии имеет до 50% потерь. Такая схема имеет множество недостатков и альтернативное решение должно применяться, где это возможно. В местах, где электричество и тепловая мощность требуются одновременно, предпочтительнее рассматривать возможность применения когенерации, также известной, как комбинированное производство электрической и тепловой энергии (CHP). Принцип работы системы CHP достаточно прост: дизельный или газопоршневой двигатель приводит электрический генератор, который, в свою очередь, вырабатывает электроэнергию. Следует отметить, что тепловая энергия отбирается от четырех источников: рубашки охлаждения двигателя, моторного масла, промежуточного охладителя и выхлопных газов. В целом когенерация обычно позволяет использовать до 95% тепловой энергии, вырабатываемой двигателем, и эта энергия передается в состоящую из тепловых труб сеть посредством теплообменников.

Cummins_Greenhouse

Наряду с утилизацией тепла, правильно спроектированная и реализованная система когенерации способствует сохранению окружающей среды, поскольку благодаря этому снижается расход топлива и уменьшается количество вредных выбросов в атмосферу. Она особенно эффективна при применении газовых двигателей, работающих на обедненной смеси.  Расход топлива снижается значительно. Как показано на рисунке выше, выработка тепловой и электрической энергии на когенерационных установках может обеспечивать экономию топлива до 30% по сравнению с традиционным «раздельным производством».

Когенерационная установка на базе газопоршневого двигателя и производство углекислого газа (СО2) для теплиц.

 Рост растений интенсифицируется благодаря поглощению углекислого газа из воздуха и воды из грунта, которые  далее синтезируются в сложные углеводородные соединения такие, как глюкоза. Энергия солнечных лучей ускоряет синтез. В коммерческих теплицах применяется дополнительная подсветка, причем углы падения светового потока имеют научное обоснование. Для стимулирования роста растений используются светодиодные ламы, обеспечивающие освещение, идентичное естественному, с адаптированным световым спектром. Синтез углеводородов известен как фотосинтез. Базовое уравнение фотохимической реакции показано ниже: 6CO2 + 6H2O -> (солнечный свет)à C6H12O6 (глюкоза)+ 6O2 (кислород)

Дополнительный объем углекислого газа для теплицы получают несколькими способами, к которым относятся отработавшие газы из котла и реже закупка чистого СО2 у поставщиков. Однако, когенерационная установка обеспечивает возможность получения требуемого объема СО2 из выхлопных газов газопоршневого двигателя. Это становится возможным, после снижения содержания некоторых компонентов выхлопных газов ниже уровня, при котором они могут оказывать вредное воздействие на растения. К ним относятся углеводороды на неметановой основе (NMHC) и оксиды азота (NOx). Очистка выхлопных газов реализуется при помощи технологии выборочной каталитической нейтрализации (SCR), которая использует мочевину в качестве реагента для получения CO2 в три этапа. На первом этапе точное количество мочевины, пропорциональное уровню NOx, впрыскивается в поток горячих выхлопных газов. Происходит химическая реакция, которую называют пиролизом, и мочевина превращается в аммиак (NH3). В этой каталитической части процесса, оксиды азота вступают в реакцию с мочевиной, в результате которой образуются азот и вода. NOx + NH3  ->  N2 + nH2O.

На втором этапе, углеводороды на неметановой основе (NMHC) преобразуются в угарный газ (CO). И, наконец, угарный газ (CO) и углеводороды на неметановой основе (NMHC) преобразуются в углекислый газ (CO2). Оборудование для очистки выхлопных газов устанавливается в месте, где их температура максимальна. До попадания в теплицу очищенные газы охлаждаются охладителем до температуры ниже 50°C. Наибольшее количество углекислого газа требуется для растений только в условиях, оптимальных для фотосинтеза. Другими словами, если есть свет, и растениям нужно минимальное количество тепла. Поскольку генераторная установка вырабатывает тепло и углекислый газ одновременно, вырабатываемое ею в течение дня тепло обычно хранится в баке- аккумуляторе и используется ночью.

Производство углекислого газа (СО2) при помощи когенерационной системы в сравнении с традиционной газовой горелкой Для преобразования энергии топлива в тепло, в теплицах традиционно используют газовые горелки. При сгорании газа в когенерационной установке, приблизительно 40% энергии, поступающей с топливом, преобразуется в электричество. Таким образом, чтобы на выходе получать количество тепла,  эквивалентное количеству тепла, поступающему с топливом, когенерационнная установка сжигает большее количество газа и вырабатывает в два раза больший объем углекислого газа. Существует два способа практического применения этой разницы: либо в теплицу будет подаваться больший объем углекислого газа, ускоряющий рост растений и увеличивающий объем производства с одного квадратного метра площади, либо когенерационная установка будет производить такое же количество углекислого газа, как газовая горелка, но в два раза меньшее количество тепла. Выбор того, какой из этих двух способов использовать, зависит от множества факторов таких, как время года, площадь поверхности в теплице или объем бака- аккумулятора.

Cummins_Green

Выводы

Когенерационная установка для производства тепла и CO2 для теплиц может окупаться в поразительно короткий срок, в благоприятных условиях составляющий от 1,5 до 3 лет. Газопоршневые генераторные установки наилучшим образом подходят под подобные условия, поскольку обладают отличными характеристиками по вредным выбросам и высоким КПД производства тепловой и электрической энергии. При реализации решения, проектировщик должен предусмотреть несколько факторов. Например, при выборе размеров оборудования для углекислого газа такого, как трубы и вентиляторы, важно учитывать коэффициент избытка воздуха, который определяется как отношение количества воздуха, поступающего в двигатель к количеству воздуха, требуемого для полного сгорания топлива. Количество воздуха, требуемое для полного сгорания топлива, зависит от его состава. Для сгорания 1 м³ природного газа при нормальной температуре и давлении (1 нм³) требуется приблизительно 8,5 нм³ воздуха. Чтобы удерживать содержание оксидов азота (NOx) в выхлопных газах на минимальном уровне, двигатели, работающие на обедненной смеси, имеют высокий коэффициент избытка воздуха (выше 1,5). Следовательно, когенерационная установка вырабатывает больший объем выхлопных газов, чем газовая горелка.

С точки зрения потери давления, очень важно точно подбирать компоненты, устанавливаемые в выхлопную систему, такие как каталитический нейтрализатор (SCR), теплообменник, охладитель и глушители. Повышенное сопротивление в выхлопной системе отрицательно сказывается на работе двигателя. При проектировании и монтаже когенерационной установки необходимо учитывать вышеперечисленные и другие факторы. При правильном подходе к проектированию, подобное применение когенерационной установки показало себя коммерчески целесообразным. Владельцы теплиц по всему миру узнают преимущества и встраивают когенерационную установку в другие системы, позволяющие ускорять рост растений и увеличивать рентабельность.

Автор Стефан Де Вит, Менеждер проектов Cummins Inc. www.cummins.com

Чтобы узнать больше напишите info@powerinc.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *