Теп­ло­вую энер­гию от био­га­зо­вой уста­нов­ки, раз­ме­щен­ной в сак­сон­ском Кве­зи­це, исполь­зу­ют не толь­ко для удо­вле­тво­ре­ния соб­ствен­ных нужд, но и про­да­ют заказ­чи­кам. Достав­ля­ют же теп­ло кли­ен­там с помо­щью мобиль­ных накопителей.

Мобильные теплонакопители

Все иде­аль­но быть не может. Осо­бен­но там, где рас­по­ло­же­ны био­га­зо­вые уста­нов­ки. Юго-восточ­нее Лейп­ци­га на гра­ни­це феде­раль­ных земель Сак­со­ния и Сак­со­ния-Анхальт функ­ци­о­ни­ру­ю­щие сель­ско­хо­зяй­ствен­ные пред­при­я­тия при­ня­ли реше­ние сов­мест­но постро­ить био­энер­ге­ти­че­скую уста­нов­ку меж­ду частя­ми горо­да Мар­кран­штедт Кве­зиц и Тро­ниц. Опре­де­ля­ю­щим фак­то­ром при этом ста­ло про­ле­га­ние под­зем­ной газо­вой маги­стра­ли объ­еди­нен­ной энер­го­се­ти Gas AG. Изна­чаль­но пред­по­ла­га­лось из полу­чен­но­го био­га­за, исполь­зуя систе­му доочист­ки, полу­чать био­ме­тан и затем зака­чи­вать его в газо­рас­пре­де­ли­тель­ные сети. Одна­ко спу­стя год после запус­ка уста­нов­ки пла­ны пред­при­я­тия были нару­ше­ны, посколь­ку испан­ская ком­па­ния Ros Roca нача­ла стро­и­тель­ство газо­пе­ре­ра­ба­ты­ва­ю­ще­го заво­да неда­ле­ко от пред­при­я­тия, инве­сти­ро­вав в про­ект око­ло 15 млн евро. Кар­ди­наль­ные пре­об­ра­зо­ва­ния про­изо­шли и в сере­дине сле­ду­ю­ще­го 2013 года, когда ком­па­ния KTG Energie AG выку­пи­ла тер­ри­то­рию Квезица.

Заклю­че­ние дан­ной сдел­ки ока­за­ло дво­я­кое вли­я­ние на дея­тель­ность био­га­зо­вой уста­нов­ки. Сре­ди поло­жи­тель­ных момен­тов сто­ит отме­тить газо­снаб­же­ние отно­си­тель­но уда­лен­ных друг от дру­га завод­ских тер­ри­то­рий и предот­вра­ще­ние кон­флик­та с сосе­дя­ми. Нега­тив­ным послед­стви­ем ста­ло воз­ник­но­ве­ние труд­но­стей с исполь­зо­ва­ни­ем теп­ло­вой энер­гии, выде­ля­е­мой в про­цес­се про­из­вод­ства био­га­за. Но и эти слож­но­сти ком­па­ния пре­одо­ле­ла за счет при­об­ре­те­ния мобиль­ных нако­пи­те­лей теп­ло­вой энер­гии, пред­ло­жен­ных ком­па­ни­ей LaTherm Energie AG.

2000 кубометров биогаза в час

Био­га­зо­вая уста­нов­ка Кве­зиц осна­ще­на дву­мя фер­мен­те­ра­ми объ­е­мом 3300 кубо­мет­ров каж­дый, фер­мен­те­ром добра­жи­ва­ния объ­е­мом свы­ше 5000 кубо­мет­ров, четырь­мя двух­мем­бран­ны­ми воз­ду­хо­опор­ны­ми купо­ла­ми вме­сти­мо­стью 4000 кубо­мет­ров рас­ти­тель­ных отхо­дов каж­дый. Суб­стра­том для уста­нов­ки слу­жит исклю­чи­тель­но воз­об­нов­ля­е­мое рас­ти­тель­ное сырье, кото­рое постав­ля­ет сель­ско­хо­зяй­ствен­ное пред­при­я­тие Agrardienste Lutzen GmbH. «Тер­ри­то­рия, зани­ма­е­мая хозяй­ством, про­сти­ра­ет­ся с Бит­тер­фельд-Воль­фе­на и до гор­но­го Гар­ца и охва­ты­ва­ет око­ло 7000 га», – рас­ска­зы­ва­ет руко­во­ди­тель пред­при­я­тия док­тор Хайнц Херр­ман. Поми­мо сило­са из куку­ру­зы, зеле­ной ржи, кле­ве­ра, а так­же тра­вя­но­го и зер­но­во­го сило­са вре­ме­на­ми в каче­стве сырья высту­па­ет и сахар­ная свёкла.

Пода­ча 200 тонн био­мас­сы в уста­нов­ку в день осу­ществ­ля­ет­ся с помо­щью транс­пор­те­ра или шне­ко­во­го загруз­чи­ка. «Что­бы содер­жа­ние сухо­го веще­ства не пре­вы­ша­ло 11%, еже­днев­но мы зака­чи­ва­ем в каж­дый фер­мен­тер еще 150 кубо­мет­ров рецир­ку­ля­та, сепа­ра­ция кото­ро­го про­ис­хо­дит из бро­диль­но­го суб­стра­та в фер­мен­те­ре добра­жи­ва­ния», – гово­рит руко­во­ди­тель био­га­зо­вой уста­нов­ки Кри­сти­ан Бастиш.

Объ­ем про­из­вод­ства на уста­нов­ке Кве­зиц состав­ля­ет 2000 куб. мет­ров в час. В резуль­та­те очист­ки 1400 м³ газа мок­рым спо­соб под дав­ле­ни­ем полу­ча­ет­ся 700 Нм3 био­ме­та­на. Затем био­ме­тан пере­да­ет­ся в энер­го­сеть Gas AG, где очи­ща­ет­ся до био-при­род­но­го газа, сжи­ма­ет­ся до 16 бар и пода­ет­ся в рас­пре­де­ли­тель­ный газо­про­вод. Реа­ли­зо­вать био­ме­тан пред­при­я­тию помо­га­ет кон­церн BayWa.

Остав­ший­ся био­газ исполь­зу­ет­ся для рабо­ты блоч­ной теп­ло­элек­тро­стан­ции с элек­три­че­ской мощ­но­стью 800 кВт. Совсем неболь­шая часть выде­ля­е­мо­го теп­ла рас­хо­ду­ет­ся на обслу­жи­ва­ние фер­мен­те­ра (под­дер­жа­ние тем­пе­ра­ту­ры на уровне 43,5 °C). «Боль­шим недо­стат­ком для нас было отсут­ствие кон­цеп­ции реа­ли­за­ции теп­ло­вой энер­гии из‑за отно­си­тель­но уда­лен­но­го рас­по­ло­же­ния био­га­зо­вой уста­нов­ки Кве­зиц», – счи­та­ет Франк Лан­ген­штрасс, руко­во­ди­тель тех­ни­че­ско­го отде­ла KTG Energie. Одна­ко выхо­дом из сло­жив­шей­ся ситу­а­ции ста­ло исполь­зо­ва­ние мобиль­ных акку­му­ля­то­ров теп­ло­вой энергии.

Грелка в масштабе XXL

Еже­днев­но один или два уста­нов­лен­ных в полу­при­це­пе теп­ло­вых акку­му­ля­то­ра мощ­но­стью 2,5 МВт-ч каж­дый отправ­ля­ют­ся на рас­сто­я­ние око­ло 10 км, что­бы доста­вить заказ­чи­кам энер­гию для отоп­ле­ния и подо­гре­ва воды. Подоб­ную тех­но­ло­гию накоп­ле­ния теп­ло­вой энер­гии раз­ра­бо­та­ла ком­па­ния LaTherm, с 2013 года при­над­ле­жа­щая KTG Energie. «В каж­дом нако­пи­те­ле содер­жит­ся коли­че­ство теп­ло­вой энер­гии, экви­ва­лент­ное 250 лит­рам дизель­но­го топ­ли­ва», – акцен­ти­ру­ет Юзуф Кара­гёц, тех­ни­че­ский руко­во­ди­тель ком­па­нии LaTherm.

Нако­пи­те­ли содер­жат 17 кубо­мет­ров три­гид­ра­та аце­та­та натрия (теп­ло­ак­ку­му­ли­ру­ю­ще­го мате­ри­а­ла). Дан­ное веще­ство так­же широ­ко при­ме­ня­ет­ся в пище­вой про­мыш­лен­но­сти в виде кон­сер­ван­та Е 262 (натри­е­вая соль уксус­ной кислоты).

Прин­цип дей­ствия теп­ло­ак­ку­му­ля­то­ров ана­ло­ги­чен дей­ствию обыч­ной грел­ки, но в фор­ма­те XXL. Тем не менее неболь­шая раз­ни­ца все же име­ет­ся. «Рас­плав в акку­му­ля­то­ре не пере­охла­жда­ет­ся», – сооб­ща­ет Ю. Кара­гёц. Дру­ги­ми сло­ва­ми, разо­гре­тая и рас­плав­лен­ная при тем­пе­ра­ту­ре при­мер­но 90 °C соль в нако­пи­те­ле после достав­ки заказ­чи­ку отда­ет сохра­нен­ное теп­ло. По запа­тен­то­ван­ной тех­но­ло­гии сра­зу после дости­же­ния тем­пе­ра­ту­ры плав­ле­ния про­ис­хо­дит про­цесс кри­стал­ли­за­ции три­гид­ра­та аце­та­та натрия, и в тече­ние дли­тель­но­го пери­о­да вре­ме­ни осу­ществ­ля­ет­ся отда­ча выде­ля­е­мо­го в про­цес­се фазо­во­го пере­хо­да теп­ла ста­биль­ной тем­пе­ра­ту­ры на уровне 58 °C. «Чем ниже теп­ло­вой сток, или чем мень­ше раз­ность тем­пе­ра­тур меж­ду исхо­дя­щим теп­ло­вым пото­ком и обрат­ным, тем боль­ше сохра­нен­но­го теп­ла при­год­но для исполь­зо­ва­ния, а это, в свою оче­редь, дока­зы­ва­ет целе­со­об­раз­ность при­ме­не­ния теп­ло­на­ко­пи­те­ля», – обоб­щил Ю. Карагёц.

Зна­чи­тель­ным пре­иму­ще­ством исполь­зо­ва­ния мобиль­ных теп­ло­на­ко­пи­те­лей для потре­би­те­лей явля­ет­ся и то, что они могут при­об­ре­тать энер­гию в раз­лич­ных объ­е­мах или соглас­но сезон­ным потреб­но­стям. В каче­стве при­ме­ра тех­ни­че­ский руко­во­ди­тель ком­па­нии LaTherm назы­ва­ет исполь­зо­ва­ние теп­ло­ак­ку­му­ля­то­ров в кар­то­фе­ле­хра­ни­ли­ще в Пут­ли­це (феде­раль­ная зем­ля Бран­ден­бург) для под­дер­жа­ния в нем зимой посто­ян­ной тем­пе­ра­ту­ры на уровне 10 °C или же в откры­том бас­сейне в Юли­хе (Север­ный Рейн-Вест­фа­лия) для ста­биль­ной пода­чи охла­жден­ной воды летом.

Лими­ти­ру­ю­щим фак­то­ром в дея­тель­но­сти пред­при­я­тия явля­ют­ся транс­порт­ные рас­хо­ды. Мак­си­маль­ное рас­сто­я­ние достав­ки теп­ло­энер­гии не долж­но пре­вы­шать 20 кило­мет­ров. Что­бы снаб­жать энер­ги­ей потре­би­те­лей по всей Гер­ма­нии, нуж­но созда­вать теп­ло­энер­ге­ти­че­ские кла­сте­ры. Тем не менее, по сло­вам Ю. Кара­гё­ца, ком­па­ния раз­ви­ва­ет­ся и в насто­я­щее вре­мя актив­но зани­ма­ет­ся раз­ра­бот­кой мобиль­ных теп­ло­на­ко­пи­те­лей ново­го поко­ле­ния, с помо­щью кото­рых теп­ло­вую энер­гию тем­пе­ра­ту­рой свы­ше 100 °C и емко­стью хра­не­ния до 2,8 МВт мож­но достав­лять в более уда­лен­ные насе­лен­ные пункты.

Принцип действия теплонакопителя

Кто исполь­зу­ет грел­ки при низ­ких тем­пе­ра­ту­рах, тот поль­зу­ет­ся теп­ло­той фазо­во­го пере­хо­да. Мате­ри­а­лы выде­ля­ют не толь­ко явное теп­ло, как, напри­мер, жид­кое топ­ли­во, но и допол­ни­тель­ную энер­гию, кото­рая выра­ба­ты­ва­ет­ся в про­цес­се фазо­во­го пере­хо­да веще­ства, напри­мер, из твер­до­го состо­я­ния в жид­кое и наобо­рот. Неощу­ти­мое, а зна­чит, скры­тое коли­че­ство теп­ла зна­чи­тель­но повы­ша­ет нако­пи­тель­ную спо­соб­ность мате­ри­а­лов с фазо­вым пере­хо­дом. Так, что­бы рас­пла­вить лед при низ­ком тем­пе­ра­тур­ном диа­па­зоне фазо­во­го пере­хо­да, потре­бу­ет­ся столь­ко же энер­гии, сколь­ко и для нагре­ва тако­го же объ­е­ма воды на 80 кель­ви­нов. Подоб­ное явле­ние объ­яс­ня­ет, поче­му гор­ки сне­га так дол­го тают под воз­дей­стви­ем лучей весен­не­го солнца.

Мате­ри­а­лы с фазо­вым пере­хо­дом поз­во­ля­ют сохра­нять тер­ми­че­скую энер­гию без потерь в тече­ние дли­тель­но­го пери­о­да вре­ме­ни. Напри­мер, исполь­зу­ю­щий­ся в гре­ю­щих подуш­ках три­гид­рат аце­тат натрия может пода­вать теп­ло лишь нажа­ти­ем кноп­ки. При нагре­ве трехвод­ный уксус­но­кис­лый натрий рас­плав­ля­ет­ся (точ­ка плав­ле­ния – 58°C) и пере­хо­дит в вод­ный рас­твор аце­та­та натрия. При охла­жде­нии рас­тво­ра аце­та­та натрия он обра­зу­ет пере­на­сы­щен­ный рас­твор аце­та­та натрия в воде, кото­рый пре­крас­но пере­охла­жда­ет­ся до ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ры без обра­зо­ва­ния твер­дой фазы. За счет нажа­тия на метал­ли­че­ский диск в емко­сти обра­зу­ет­ся центр кри­стал­ли­за­ции, кото­рый, вырас­тая, застав­ля­ет пере­на­сы­щен­ный рас­твор пере­хо­дить назад в твер­дую фазу три­гид­ра­та аце­та­та натрия, сопро­вож­да­ясь при этом зна­чи­тель­ным выде­ле­ни­ем теп­ла. На такой же осно­ве рабо­та­ют теплоаккумуляторы.