Помощь студентам в учебе
Анализ целесообразности повсеместного внедрения биогазовых станций в Прохоровском районе Белгородской области
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ТЕХНОЛОГИЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА БИОГАЗОВЫХ
СТАНЦИЯХ 10
1.1. Получение биогаза из органических отходов 12
1.2. Сырье для выработки топлива 14
1.3. Плюсы и минусы технологии 17
2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ СЫРЬЯ ДЛЯ БИОГАЗОВЫХ СТАНЦИЙ
В ПРОХОРОВСКОМ РАЙОНЕ БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ 20
2.1. Характеристика географических и климатических условий района 20
2.2. Биоэнергетика в Белгородской области 20
2.3. Энергетический потенциал Прохоровского района 23
2.4. Обзор биогазовых установок, представленных на Российском рынке, с
учетом возможности применения в Белгородской области 25
3. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПРОХОРОВСКОГО
РАЙОНА, РАСЧЁТ И АНАЛИЗ РЕЖИМА СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СЕТИ ПРИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАГРУЗКАХ 28
3.1. Характеристика электрической части Прохоровского района 28
3.2. Расчёт перспективных электрических нагрузок 29
3.3. Расчёт центра электрических нагрузок Прохоровского района 32
3.4. Создание математической модели электрической сети 34
3.5. Расчёт и анализ режимов существующей электрической сети 35 - 110 кВ
при перспективных нагрузках 38
4. СОЗДАНИЕ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПРОХОРОВСКОГО РАЙОНА БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ ПРИ ВНЕДРЕНИИ СЕТИ БИОГАЗОВЫХ
СТАНЦИЙ 50
4.1. Расчёт центра выработки биогаза Прохоровского района 50
4.2. Выбор и оптимизация расположения малых биогазовых станций 54
4.3. Расчет потерь электроэнергии 60
Расчет среднегодовых эквивалентных затрат 66
4.5. Расчет чистого дисконтированного дохода 75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 81
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 83
Приложение
1. ТЕХНОЛОГИЯ ВЫРАБОТКИ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ НА БИОГАЗОВЫХ
СТАНЦИЯХ 10
1.1. Получение биогаза из органических отходов 12
1.2. Сырье для выработки топлива 14
1.3. Плюсы и минусы технологии 17
2. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ СЫРЬЯ ДЛЯ БИОГАЗОВЫХ СТАНЦИЙ
В ПРОХОРОВСКОМ РАЙОНЕ БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ 20
2.1. Характеристика географических и климатических условий района 20
2.2. Биоэнергетика в Белгородской области 20
2.3. Энергетический потенциал Прохоровского района 23
2.4. Обзор биогазовых установок, представленных на Российском рынке, с
учетом возможности применения в Белгородской области 25
3. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПРОХОРОВСКОГО
РАЙОНА, РАСЧЁТ И АНАЛИЗ РЕЖИМА СУЩЕСТВУЮЩЕЙ СЕТИ ПРИ ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАГРУЗКАХ 28
3.1. Характеристика электрической части Прохоровского района 28
3.2. Расчёт перспективных электрических нагрузок 29
3.3. Расчёт центра электрических нагрузок Прохоровского района 32
3.4. Создание математической модели электрической сети 34
3.5. Расчёт и анализ режимов существующей электрической сети 35 - 110 кВ
при перспективных нагрузках 38
4. СОЗДАНИЕ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ ПРОХОРОВСКОГО РАЙОНА БЕЛГОРОДСКОЙ ОБЛАСТИ ПРИ ВНЕДРЕНИИ СЕТИ БИОГАЗОВЫХ
СТАНЦИЙ 50
4.1. Расчёт центра выработки биогаза Прохоровского района 50
4.2. Выбор и оптимизация расположения малых биогазовых станций 54
4.3. Расчет потерь электроэнергии 60
Расчет среднегодовых эквивалентных затрат 66
4.5. Расчет чистого дисконтированного дохода 75
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 81
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 83
Приложение
Инновационное проектирование промышленных и жилых объектов невозможно без повышения эффективности энергоснабжения. Энергетика является базовой составляющей в процессе улучшения работы любых видов промышленности.
В Белгородской области большое внимание уделяется модернизации и общему развитию электрических сетей из-за непрекращающегося роста мощности и количества промышленных, агропромышленных и сельскохозяйственных комплексов[56]. Область обладает благоприятными природно-климатическими условиями, черноземными плодородными почвами, которые сочетаются с месторождениями сырья для цементной промышленности, известняка, железной руды. Так же разведаны и выявлены залежи бокситов, апатитов, минеральных подземных вод. Имеются проявления золота, графита и редких металлов. Усложняющим фактором развития области в экономическом секторе является требование к сбалансированному развитию добывающей промышленности и сельского хозяйства, использующих большие территории. К тому же регион, не имеющий неисчерпаемых минеральных ресурсов, используемых в качестве топлива, испытывает дефицит электроэнергии. Основное потребление электроэнергии идет от Нововоронежской и Курской АЭС[60]. К поиску путей решения данных проблем привело отрицательное воздействие на окружающую среду используемой энергетики и отсутствие топливных ресурсов. Перспективным направлением развития энергетики в Белгородской области можно назвать применение альтернативных (нетрадиционных) источников.
Энергодефицитность является одной из главных проблем областных электрических сетей (основная часть топливно-энергетических ресурсов поставляется из-за границы региона). К тому же из-за превышения срока использования значительной части электрических сетей (около 80 % оборудования) осуществляется ежегодная работа по преобразованию, переустройству и обновлению имеющегося электроэнергетического оснащения[56].
Вероятным сценарием развития электрической сети является создание собственных объектов генерации.
Человечество научилось использовать в целях получения энергии солнце, воду, ветер, недра земли и иные виды топлива, отличные от традиционных ископаемых источников энергии. К таким альтернативным видам топлива относится биогаз, получаемый в специальных установках и используемый для получения тепла, электричества и топлива для автотранспорта. В связи с этим, нетрадиционные источники энергии все больше входят в современную жизнь человека.
Белгородская область является регионом-производителем мяса птицы и свинины. Деятельность предприятий животноводства и птицеводства приводит к образованию побочных продуктов (органических отходов). Возникает проблема утилизации или нейтрализации сельскохозяйственных отходов для обеспечения экологической безопасности окружающей среды.
Во всем мире предлагаются инноваторские схемы переработки отходов сельского хозяйства, которые опираются на принципы бережливого и экологичного производства. Биоэнергетические схемы позволяют утилизировать органические отходы, при этом получать энергию из биоотходов в значительных количествах децентрализовано, с помощью соответствующих технологических решений - биогазовых установок путем отходов в биогаз[56].
Около 14,5% выбросов парниковых газов в атмосферу происходит из-за развитого животноводства. С данными темпами роста этой сферы, этот показатель достигнет 49% от всех выбросов к 2030 году, чего достаточно для увеличения температуры поверхности Земли на 1,5 °C. С целью расширения площади выпаса фермеры вырубают леса, впитывающие углекислый газ из атмосферы, а овцы и коровы производят много метана и углекислого газа. Межправительственная группа экспертов по изменению климата обратилась к правительствам всех стран и призвала их установить срок, после которого поголовье скота перестанет расти - дату «пика животноводства». Авторы обращения уверены, что данные меры позволят выполнить условия Парижского соглашения и сдержать рост температуры.
По условиям Парижского соглашения по климату, ратифицированного 195 странами и Евросоюзом, весь объем выбросов углекислого газа до конца XXI века должен быть ограничен 420 млрд тонн, а из атмосферы должно быть удалено не менее 720 млрд тонн CO. Моделирование показывает, что такие меры дадут возможность ограничить рост глобальной температуры 1,5 °C к концу столетия с вероятностью 66%.
Ученые уверены, что восстановление лесов (естественного уловителя парниковых газов), является одним из самых результативных способов по удалению необходимого объема углекислого газа из атмосферы. При условии, что масштабное лесовосстановление начать выполнять прямо сейчас, то это даст возможность достичь нулевого баланса между выброшенным и поглощенным углекислым газом уже к 2050 году.
Крупнейшим препятствием для лесовосстановления является сельское хозяйство и животноводство. Исследователи из Межправительственной группы экспертов по изменению климата подсчитали, что производство мяса, молока и яиц увеличилось с 758 млн тонн (с первого доклада в 1990 году) до 1 247 млн тонн в 2017 году и продолжит свой рост, согласно прогнозам.
В Белгородской области большое внимание уделяется модернизации и общему развитию электрических сетей из-за непрекращающегося роста мощности и количества промышленных, агропромышленных и сельскохозяйственных комплексов[56]. Область обладает благоприятными природно-климатическими условиями, черноземными плодородными почвами, которые сочетаются с месторождениями сырья для цементной промышленности, известняка, железной руды. Так же разведаны и выявлены залежи бокситов, апатитов, минеральных подземных вод. Имеются проявления золота, графита и редких металлов. Усложняющим фактором развития области в экономическом секторе является требование к сбалансированному развитию добывающей промышленности и сельского хозяйства, использующих большие территории. К тому же регион, не имеющий неисчерпаемых минеральных ресурсов, используемых в качестве топлива, испытывает дефицит электроэнергии. Основное потребление электроэнергии идет от Нововоронежской и Курской АЭС[60]. К поиску путей решения данных проблем привело отрицательное воздействие на окружающую среду используемой энергетики и отсутствие топливных ресурсов. Перспективным направлением развития энергетики в Белгородской области можно назвать применение альтернативных (нетрадиционных) источников.
Энергодефицитность является одной из главных проблем областных электрических сетей (основная часть топливно-энергетических ресурсов поставляется из-за границы региона). К тому же из-за превышения срока использования значительной части электрических сетей (около 80 % оборудования) осуществляется ежегодная работа по преобразованию, переустройству и обновлению имеющегося электроэнергетического оснащения[56].
Вероятным сценарием развития электрической сети является создание собственных объектов генерации.
Человечество научилось использовать в целях получения энергии солнце, воду, ветер, недра земли и иные виды топлива, отличные от традиционных ископаемых источников энергии. К таким альтернативным видам топлива относится биогаз, получаемый в специальных установках и используемый для получения тепла, электричества и топлива для автотранспорта. В связи с этим, нетрадиционные источники энергии все больше входят в современную жизнь человека.
Белгородская область является регионом-производителем мяса птицы и свинины. Деятельность предприятий животноводства и птицеводства приводит к образованию побочных продуктов (органических отходов). Возникает проблема утилизации или нейтрализации сельскохозяйственных отходов для обеспечения экологической безопасности окружающей среды.
Во всем мире предлагаются инноваторские схемы переработки отходов сельского хозяйства, которые опираются на принципы бережливого и экологичного производства. Биоэнергетические схемы позволяют утилизировать органические отходы, при этом получать энергию из биоотходов в значительных количествах децентрализовано, с помощью соответствующих технологических решений - биогазовых установок путем отходов в биогаз[56].
Около 14,5% выбросов парниковых газов в атмосферу происходит из-за развитого животноводства. С данными темпами роста этой сферы, этот показатель достигнет 49% от всех выбросов к 2030 году, чего достаточно для увеличения температуры поверхности Земли на 1,5 °C. С целью расширения площади выпаса фермеры вырубают леса, впитывающие углекислый газ из атмосферы, а овцы и коровы производят много метана и углекислого газа. Межправительственная группа экспертов по изменению климата обратилась к правительствам всех стран и призвала их установить срок, после которого поголовье скота перестанет расти - дату «пика животноводства». Авторы обращения уверены, что данные меры позволят выполнить условия Парижского соглашения и сдержать рост температуры.
По условиям Парижского соглашения по климату, ратифицированного 195 странами и Евросоюзом, весь объем выбросов углекислого газа до конца XXI века должен быть ограничен 420 млрд тонн, а из атмосферы должно быть удалено не менее 720 млрд тонн CO. Моделирование показывает, что такие меры дадут возможность ограничить рост глобальной температуры 1,5 °C к концу столетия с вероятностью 66%.
Ученые уверены, что восстановление лесов (естественного уловителя парниковых газов), является одним из самых результативных способов по удалению необходимого объема углекислого газа из атмосферы. При условии, что масштабное лесовосстановление начать выполнять прямо сейчас, то это даст возможность достичь нулевого баланса между выброшенным и поглощенным углекислым газом уже к 2050 году.
Крупнейшим препятствием для лесовосстановления является сельское хозяйство и животноводство. Исследователи из Межправительственной группы экспертов по изменению климата подсчитали, что производство мяса, молока и яиц увеличилось с 758 млн тонн (с первого доклада в 1990 году) до 1 247 млн тонн в 2017 году и продолжит свой рост, согласно прогнозам.
С развитием агропромышленного комплекса появились новые потребители электроэнергии (установки микроклимата, освещение помещений, установки для удаления органических отходов, системы подачи воды и корма). При появлении новых потребителей в сельском хозяйстве возрастает необходимость в обеспечении надежного электроснабжения. Для гарантированного электрообеспечения, необходимо менять устаревшее оборудование, внедрять новые технологии выработки электроэнергии, привлекать и обучать квалифицированные кадры.
Главной задачей выпускной квалификационной работы является разработка оптимальной схемы внедрения биогазовых станций для развития сети Прохоровского района Белгородской области. В процессе выполнения работы были определены потенциальные мощности объектов генерации, рассчитаны потери электроэнергии, капиталовложения в создание биогазовых станций и затраты на сооружения для каждого из вариантов сети.
На основе результатов расчетов можно сделать следующие выводы:
1. Создание крупной биогазовой станции для переработки отходов со всего района экономически более выгодно, несмотря на большие затраты на транспортировку отходов и оплату потерь ЭЭ, в сравнении со строительством множества малых станций.
2. Внедрение собственных объектов генерации положительно влияет на параметры режима работы электрической сети (за счет снижения падения напряжения и потерь мощности), особенно для энергодефицитного района, получающего питание от удаленных источников.
3. Установка использует возобновляемое биотопливо вместо ископаемого. Такой способ получения электроэнергии внесет вклад при решении проблем, связанных с истощением запасов ископаемого топлива. 4. Решается проблема с хранением и утилизацией отходов (не нужно оплачивать штрафы за неверное хранение отходов).
5. Установка положительно влияет на улучшение экологической ситуации на производстве и вблизи него (отсутствие вредных выбросов, прекращение загрязнения атмосферы, водоемов и почвы).
6. Существует возможность получать дополнительный доход от производства удобрений из отходов.
7. Минусом внедрения биогазовых станций является большие капитальные вложения на строительство, закупку оборудования.
Следовательно, у биогазовой установки имеются несомненные достоинства: снижение наносимого вреда экологии по причине уменьшения выбросов углекислого газа, экономия издержек на утилизацию отходов предприятий, возможность размещения практически во всех регионах государства, продуктом переработки биомассы выступают высококачественные удобрения. В целом можно сказать, что строительство биогазовых станций позволит сберечь энергетические ресурсы и в будущем станет источником дополнительного дохода.
Главной задачей выпускной квалификационной работы является разработка оптимальной схемы внедрения биогазовых станций для развития сети Прохоровского района Белгородской области. В процессе выполнения работы были определены потенциальные мощности объектов генерации, рассчитаны потери электроэнергии, капиталовложения в создание биогазовых станций и затраты на сооружения для каждого из вариантов сети.
На основе результатов расчетов можно сделать следующие выводы:
1. Создание крупной биогазовой станции для переработки отходов со всего района экономически более выгодно, несмотря на большие затраты на транспортировку отходов и оплату потерь ЭЭ, в сравнении со строительством множества малых станций.
2. Внедрение собственных объектов генерации положительно влияет на параметры режима работы электрической сети (за счет снижения падения напряжения и потерь мощности), особенно для энергодефицитного района, получающего питание от удаленных источников.
3. Установка использует возобновляемое биотопливо вместо ископаемого. Такой способ получения электроэнергии внесет вклад при решении проблем, связанных с истощением запасов ископаемого топлива. 4. Решается проблема с хранением и утилизацией отходов (не нужно оплачивать штрафы за неверное хранение отходов).
5. Установка положительно влияет на улучшение экологической ситуации на производстве и вблизи него (отсутствие вредных выбросов, прекращение загрязнения атмосферы, водоемов и почвы).
6. Существует возможность получать дополнительный доход от производства удобрений из отходов.
7. Минусом внедрения биогазовых станций является большие капитальные вложения на строительство, закупку оборудования.
Следовательно, у биогазовой установки имеются несомненные достоинства: снижение наносимого вреда экологии по причине уменьшения выбросов углекислого газа, экономия издержек на утилизацию отходов предприятий, возможность размещения практически во всех регионах государства, продуктом переработки биомассы выступают высококачественные удобрения. В целом можно сказать, что строительство биогазовых станций позволит сберечь энергетические ресурсы и в будущем станет источником дополнительного дохода.