Научно-технические основы создания автономных биоэнергетических установок для крестьянских хозяйств в горных районах Киргизии

• Автор: Осмонов, Орозмамат Мамасалиевич
• Шифр специальности: 05.20.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 251 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ПРЕДПОСЫЛКИ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
УСТАНОВОК. ПОСТАНОВКА ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1. Взаимосвязанные энергетические, экологические
и агрохимические проблемы в горных районах Киргизии
1.2. Анализ исследований процесса анаэробной переработки органических отходов животноводства
1.3. Классификация и анализ сельскохозяйственных биоэнергетических установок
1.4. Выводы, постановка цели и задач исследования
Глава 2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ
УСТАНОВКИ И МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМЫ СОЛНЕЧНОГО ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЯ МЕТАНТЕНКА
2.1. Основы моделирования автономной биоэнергетической установки
2.2. Обоснование потребного объема биогазового
реактора для крестьянского хозяйства
2.3. Математическое моделирование системы солнечного теплоснабжения метантенка
2.4. Характеристика фотоэлектрических преобразователей как
основы солнечной системы электроснабжения
2.5. Структурная схема фотоэлектрической
системы биоэнергетической установки
Глава 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ОБОСНОВАНИЮ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ В ГЕЛИОБИОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКЕ
3.1. Программа и методики экспериментальных исследований
3.2. Результаты исследований по обоснованию температурного
режима процесса анаэробного сбраживания биомассы
3.3. Исследования влияния дозы суточной загрузки на выход
биогаза при непрерывном режиме сбраживания
3.4. Исследования системы солнечного энергообеспечения биогазового реактора

Глава 4. ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО
УТИЛИЗАЦИИ ПРОДУКТОВ АНАЭРОБНОЙ КОНВЕРСИИ
4.1. Способы повышения энергетической эффективности анаэробной переработки отходов животноводства
4.2. Автономная биоэнергетическая установка с пространственным разделением стадий сбраживания
4.3. Утилизация биогаза в газосжигающих устройствах и характеристика процесса горения
4.3. Использование двигателя Стирлинга в технологической
схеме утилизации биогаза
Глава 5. МЕТОДИКА ИНЖЕНЕРНОГО РАСЧЕТА И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ОЦЕНКИ
БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК
5.1. Структурная схема включения биоэнергетической установки
в систему материального производства хозяйства
5.2. Эффективность сброженного субстрата для повышения плодородия сельскохозяйственных угодий
5.3. Технико-экономическая эффективность использования биоэнергетических установок
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ
Литература
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Быстрорастущие экологические проблемы и постоянно растущий дефицит традиционных топливно-энергетических ресурсов (нефтепродуктов, угля, природного газа и т.д.) делают актуальным использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в различных странах мира.
Ресурсы возобновляемой энергии огромны и доступны каждой стране. В сценарии Мирового Энергетического Агентства (1ЕА) к 2050 году предусматривается удвоение доли использования мировых возобновляемых источников энергии (с 20% до 40%) в общем производстве энергии [1,2]. Возобновляемые источники энергии будут замещать уголь, нефть, газ и уран в производстве электроэнергии, теплоты и жидкого топлива. При этом важное значение придается снижению выбросов вредных веществ в окружающую среду, приводящих к нарушению теплового баланса атмосферы и глобальным изменениям климата на планете [3].
С другой стороны, изменение структуры сельскохозяйственного производства постсоветских стран в связи с переходом на рыночные условия хозяйствования обусловило увеличение количества мелких частных крестьянских хозяйств. При решении вопросов энергообеспечения быта крестьянские хозяйства, рассредоточенные в отдаленных труднодоступных местностях, испытывают потребность в привозных топливных материалах. Для таких хозяйств, важнейшим направлением повышения устойчивости энергоснабжения и снижения зависимости от монополии дорогостоящего централизованного обеспечения топливом является использование систем и средств возобновляемой энергетики.
Относительно небольшая потребляемая мощность применяемого бытового технологического оборудования (потребности в энергии на хозяйственно-бытовые нужды семьи из 4...5 человек в сельской местности составляют около 100 МДж в сутки) предопределяет широкое использование ВИЭ, в том числе биогаза, получающегося в процессе

Схема трофических связей между различными группами микроорганизмов и их взаимные регуляции при анаэробной деградации органических веществ метановым биоценозом, предложенная Г.А.Заварзиным представлена на рис. 1.6. Она представляет собой математический граф, где ребра - потоки веществ, узлы - группы микроорганизмов, штриховыми линиями представлены обратные связи, имеющие регуляторное действие [26].
Рис. 1.6. Схема трофических связей между различными группами микроорганизмов при анаэробном сбраживании органических веществ [25] .
Из представленной схемы видно, что важнейшей особенностью метановых биоценозов является наличие множества симбиотических связей между различными микроорганизмами, когда продукты жизнедеятельности одних являются субстратами для других. Благодаря этому метановый биоценоз является очень «пластичным» микробным сообществом, способным менять используемые им пути ферментации и функционировать как саморегулирующаяся система, поддерживающая значения pH и других факторов среды [37]. Все это, несмотря на многостадийность