Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

ВЛИЯНИЕ ВИДА ТОПЛИВА МИНИ-ТЭЦ НА ЭМИССИЮ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ

Соснина Е.Н. 1 Маслеева О.В. 1 Пачурин Г.В. 1 Филатов Д.А. 1
1 ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева»
Одной из проблем устойчивого развития человечества является вопрос эмиссии парниковых газов, постоянный рост которых может привести к необратимым последствиям на планете. Основным источником парниковых газов является энергетика, а конкретно, процесс сжигания топлива. Для внедрения мероприятий по энергосбережению и экологической безопасности предусматривается использование мини-ТЭЦ с различными видами двигателей. Основными достоинствами мини-ТЭЦ являются низкая стоимость вырабатываемой электроэнергии, тепла и холода, возможность быстрого строительства, быстрая окупаемость, низкий расход топлива, длительный ресурс эксплуатации оборудования, экологическая безопасность. В работе рассмотрены мини-ТЭЦ с дизельными, газопоршневыми и газотурбинными двигателями. В качестве топлива используются дизельное топливо, природный газ и биогаз. Установлено, что эмиссии парниковых газов дизельных, газопоршневых и газотурбинных двигателей практически прямо пропорциональна их мощности. Газотурбинные двигатели при одинаковой мощности выбрасывают парниковых газов больше, чем остальные двигатели. Газопоршневые установки на биогазе выбрасывают парниковых газов больше, чем при работе на природном газе.
энергетика
дизельные двигатели
газопоршневые двигатели
газотурбинные двигатели
мини-ТЭЦ
парниковые газы
биогаз
природный газ
1. Маслеева О.В., Пачурин Г.В., Соснина Е.Н., Шалухо А.В. Оценка эмиссии парниковых газов при использовании биотоплива // Экология и промышленность России. – 2012. – № 9. – С. 36–40.
2. Маслеева О.В., Петров А.А., Пачурин Г.В. Оценка парникового эффекта мини-ТЭЦ с различными двигателями // Современные проблемы науки и образования. – 2009. – № 6 (Ч. 2). – С. 60–61.
3. Изменение климата, 2007 г. Обобщающий доклад. Доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата.
4. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации (Росгидромет, 2008).
5. Ефимов К.Л., Кащенко О.В., Косарикова Т.А. Меры по сокращению выбросов парниковых газов: опыт, возможности и проблемы на региональном уровне http://www.nice.nnov.ru/Ru/literat/J1_99/efim.htm (Дата обращения 02.13. 2013 г.).

Современный климат на нашей планете формировался в течение многих миллионов лет. Однако за последние десятилетия человечество в результате своей деятельности серьезнейшим образом повлияло на условия своего собственного существования на планете. Техническая революция, увеличение объемов добычи и сжигания угля, нефти и газа привели к резкому увеличению выбросов в атмосферу углекислого газа и других парниковых газов, которые накапливались в ее верхних слоях, поглощая инфракрасное излучение, постепенно увеличивали температуру в отдельных частях земного шара. Поэтому одной из проблем устойчивого развития человечества является вопрос эмиссии парниковых газов, постоянный рост которых может привести к необратимым последствиям на планете.

Основным источником парниковых газов является энергетика, а конкретно, процесс сжигания топлива.

Комбинированное производство тепла и электроэнергии (когенерация) рассматривается, как важнейшее мероприятие климатической политики. Для внедрения мероприятий по энергосбережению и экологической безопасности предусматривается использование мини-ТЭЦ с различными видами двигателей.

Основными достоинствами мини-ТЭЦ являются низкая стоимость вырабатываемой электроэнергии, тепла и холода, возможность быстрого строительства, быстрая окупаемость, низкий расход топлива, длительный ресурс эксплуатации оборудования, экологическая безопасность.

В данной работе были рассмотрены мини-ТЭЦ с дизельными, газопоршневыми и газотурбинными двигателями. В качестве топлива используется дизельное топливо, природный газ и биогаз.

Расчет парниковых газов был выполнен в соответствии с методикой «Пересмотренные Руководящие принципы национальных инвентаризаций парниковых газов МГЭИК», которые включают методологии по сжиганию топлива, индустриальным процессам, сельскохозяйственным почвам, изменению землепользования и лесному хозяйству, отходам. При расчете учитывались следующие парниковые газы: углекислый газ, закись азота и метан.

Дизельные электростанции

В данной работе были проведены исследования влияния мини-ТЭЦ с дизельными двигателями мощностью от 10 до 1000 кВт различных российских заводов-производителей (Челябинский тракторный завод, Алтайский моторный завод, Уральский дизель-моторный завод) на парниковый эффект.

Исходными данными для расчета являлись паспортные данные двигателя, расход дизельного топлива. Паспортные данные дизельных двигателей приведены в табл. 1. Результаты расчета эмиссии парниковых газов представлены в табл. 2 и на рисунке.

Таблица 1

Паспортные данные дизельного двигателя

Производитель двигателей

Модель двигателя

Мощность, кВт

Частота вращения, об/мин

Расход топлива, т/год

Челябинский тракторный завод

В2Ч8,2/7,8

10,3

1500

23,1

Алтайский моторный завод

А-41-31

33

1500

63,8

А-41-33

55

1500

105,8

Д-440-33

73

1500

140,2

Уральский дизель-моторный завод

У1Д6-С5

139,7

1500

215,1

И2-С6

315

1500

630,7

6ДМ-21С

700

1500

1089,0

8ДМ-21С

1080

1500

1724,0

Таблица 2

Сводная таблица по эмиссии парниковых газов

Мощность, кВт

Эмиссия парниковых газов, т/год

Эмиссия парниковых газов в пересчете на СО2экв, т СО2/год

Эмиссия парниковых газов в пересчете на СО2экв

СО2

N2О

СН4

СО2

N2О

СН4

т СО2/год

10,3

73,4

0,001

0,002

73,4

0,2

0,04

74

33

172,5

0,002

0,006

172,5

0,5

0,12

173

55

302,7

0,003

0,009

302,7

0,9

0,19

304

73

423,1

0,004

0,012

423,1

1,1

0,25

424

139,7

682,9

0,006

0,019

682,9

1,7

0,39

685

315

2002,5

0,016

0,055

2002,5

5,1

1,15

2009

700

3457,6

0,028

0,094

3457,6

8,8

1,98

3468

1080

5473,7

0,045

0,149

5473,7

13,9

3,14

5491

pic_36.tif

Валовые выбросы парниковых газов в СО2-экв в зависимости от мощности дизельных, газопоршневых и газотурбинных двигателей

Газопоршневые электростанции

Расчеты выбросов парниковых газов были выполнены для мини-ТЭЦ с газопоршневыми двигателями Caterpillar мощностью от 70 до 1350 кВт.

Исходными данными для расчета являлись объем сжигаемого топлива, который указан в паспортных данных двигателей. Исходные данные для расчета приведены в табл. 3.

Результаты расчета эмиссии парниковых газов от мини-ТЭЦ с газопоршневыми двигателями представлены в табл. 4. На рисунке показаны графические зависимости выбросов парниковых газов от мощности двигателя.

Таблица 3

Паспортные данные мини-ТЭЦ с газопоршневыми двигателями Caterpillar

Модель

Мощность номинальная, кВт

Частота вращения, об/мин

Расход газа на 100 %-й нагрузке, м3/ч

Расход газа, тыс м3/год

G3306 NA

70

1500

27,3

239

G3306 ТА

125

1500

42,3

371

G3406

211

1500

64

561

G3408

285

1500

86

753

G3412

424

1500

121

1060

G3508

650

1500

160

1402

G3512

809

1500

219

1918

G3516

1350

1500

290

2540

Таблица 4

Сводная таблица по выбросам парниковых газов для мини-ТЭЦ

Мощность номинальная, кВт

Эмиссия парниковых газов, т/год

Эмиссия парниковых газов в пересчете на СО2 экв, т СО2/год

Валовые выбросы, т СО2

СО2

N2O

СН4

СО2

N2O

СН4

70

440,0

0,001

0,040

440,0

0,2

0,85

441

125

681,8

0,001

0,062

681,8

0,4

1,31

683

211

1031,5

0,002

0,094

1031,5

0,6

1,98

1034

285

1386,1

0,003

0,127

1386,1

0,8

2,67

1390

424

1950,2

0,004

0,179

1950,2

1,1

3,75

1955

650

2578,7

0,005

0,236

2578,7

1,5

4,96

2585

809

3529,7

0,006

0,323

3529,7

2,0

6,79

3538

1350

4674,0

0,009

0,428

4674,0

2,7

8,99

4686

Газотурбинные электростанции

Расчеты выбросов парниковых газов были выполнены для мини-ТЭЦ с газотурбинными двигателями Kawasaki Heavy Industries Ltd. мощностью от 200 до 1600 кВт. Исходными данными для расчета являлся объем сжигаемого топлива, который указан в паспортных данных двигателей.

Исходные данные для расчета приведены в табл. 5.

Таблица 5

Паспортные данные мини-ТЭЦ с газотурбинными двигателями Kawasaki

Модель

Мощность номинальная, кВт

Расход газа на 100 %-й нагрузке, кг/ч

Расход газа тыс. м3/год

S1A-02

200

120

1541

S1T-02

400

190

2440

S2A-O1

600

218

2800

M1A-01

1100

390

5009

M1A-13CC

1300

440

5652

Результаты расчета эмиссии парниковых газов от мини-ТЭЦ с газотурбинными двигателями представлены в табл. 6. На рисунке показаны графические зависимости выбросов парниковых газов от мощности двигателя.

Биогазовые установки

Расчеты выбросов парниковых газов были выполнены для мини-ТЭЦ с газопоршневыми двигателями Caterpillar, работающими на биотопливе, которое получают из навоза. Исходными данными для расчета являлся объем сжигаемого топлива, который указан в паспортных данных двигателей.

Был выполнен расчет следующих парниковых газов:

• СО2, N2O, СН4, которые образуются в процессе сжигания биотоплива,

• СО2, который является составной частью биогаза и без превращений выбрасывается в атмосферу.

Результаты расчета приведены в табл. 7 и на рисунке.

Таблица 6

Сводная таблица по выбросам парниковых газов для мини-ТЭЦ с газотурбинными двигателями Kawasaki

Мощность номинальная, кВт

Эмиссия парниковых газов, т/год

Эмиссия парниковых газов в пересчете на СО2экв, т СО2/год

Валовые выбросы, т СО2

СО2

N2O

СН4

СО2

N2O

СН4

200

2836

0,0052

0,26

2836

1,6

5,5

2843

400

4490

0,0082

0,41

4490

2,6

8,6

4501

600

5152

0,0094

0,47

5152

2,9

9,9

5165

1100

9217

0,0169

0,84

9217

5,2

17,7

9240

1300

10398

0,0191

0,95

10398

5,9

20,0

10424

Таблица 7

Эмиссия парниковых газов при сжигании биогаза на мини-ТЭЦ с газопоршневыми двигателями

Мощность номинальная, кВт

Эмиссия парниковых газов, т/год

Эмиссия парниковых газов в пересчете на СО2экв, т СО2/год

Эмиссия парниковых газов при сжигании биогаза в пересчете на СО2экв, т СО2/год

Эмиссия СО2 из биогаза, т

Валовые выбросы, т СО2

СО2

N2О

СН4

СО2

N2О

СН4

95

414,2

0,001

0,038

414,2

0,2

0,80

415

135,9

551

189

828,3

0,002

0,076

828,3

0,5

1,59

830

271,8

1102

378

1656,7

0,003

0,152

1656,7

0,9

3,19

1661

543,6

2204

583

2556,0

0,005

0,234

2556,0

1,5

4,92

2562

838,7

3401

756

3313,3

0,067

0,364

3313,3

20,8

8,01

3342

1087,2

4429

945

4141,7

0,008

0,379

4141,7

2,4

7,97

4152

2048,9

6200

Проведенные исследования показали:

• дизельные, газопоршневые и газотурбинные установки являются источником парниковых газов;

• эмиссия парниковых газов дизельных, газопоршневых и газотурбинных двигателей практически прямо пропорциональна их мощности;

• газотурбинные двигатели при одинаковой мощности выбрасывают парниковых газов больше, чем остальные двигатели;

• газопоршневые установки на биогазе выбрасывают парниковых газов больше, чем при работе на природном газе из-за различного состава газа.

Рецензенты:

Михаленко М.Г., д.т.н., профессор, декан ИФХФ, Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ), г. Нижний Новгород;

Лоскутов А.Б., д.т.н., профессор, зав. кафедрой «Электроснабжение и электроэнергетика» (ЭСиЭ), Волжская государственная академия водного транспорта (ВГАВТ), г. Нижний Новгород.

Работа поступила в редакцию 18.03.2012


Библиографическая ссылка

Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Пачурин Г.В., Филатов Д.А. ВЛИЯНИЕ ВИДА ТОПЛИВА МИНИ-ТЭЦ НА ЭМИССИЮ ПАРНИКОВЫХ ГАЗОВ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 6-1. – С. 72-75;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=31416 (дата обращения: 18.06.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252