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.