Використання біогазу як сировини і моторного палива в енергетиці і на транспорті

Abstract

В статті на підставі світових тенденцій, законодавчих стимулів для кліматично безпечного розвитку галузей економіки обґрунтовано місце біогазу як сировини і моторного палива в декарбонізації енергетики і транспорту України. Для зменшення викидів парникових газів більшість країн здійснюють перехід від викопних видів палива до відновлювальних джерел енергії. В країнах ЄС до енергії з відновлювальних джерел з "зеленим" маркуванням (Green Deal) прирівняли енергію отриману від спалювання природного газу. В Україні законодавчо біометан закріплено як альтернативне газове паливо аналогічне природному газу. Сировиною для біометану є біогаз. Біометан в Україні не виробляють у промислових масштабах через відсутність спеціальних технологій очистки і збагачення на біогазових станціях. В Україні необхідно почати виробляти біометан у промислових об'ємах і задіяти інфраструктуру природного газу для транспортування біометану. Існуюча кількість і якість очисних технологій на біогазових станціях дозволяють використовувати біогаз як самостійне паливо в когенераційних установках у безпосередній близькості від біогазових станцій. Розрахунок теплового балансу приводного газового двигуна 8Ч10/8,8 показав, що крім генерації 30 кВт електричної енергії можна отримати додатково до 162 МДж теплової енергії без залучення відбору теплоти від системи мащення. При генерації лише електричної енергії к.к.д. установки за номінального режиму становить близько 30 %, а при когенерації – збільшується до 75 %. Наступний крок – це використання біогазу як добавки до природного газу в поршневих ДВЗ на автомобілях, автобусах та спеціальній сільськогосподарській техніці місцевого або регіонального рівня. Результати досліджень газового ДВЗ 8Ч10/8,8 забезпечили перехід від кількісного до якісного регулювання паливної суміші природного газу з добавками біогазу. Для сумішевого палива розроблено алгоритм взаємозалежного регулювання. Із зростанням навантаження частка біогазу зменшується, суміш збагачується природним газом. При навантаженні 75 % і більше збагачення паливної суміші відбувається інтенсивніше.

In the article, based on existing global trends, legislative incentives for climate-friendly development of economic sectors, the place of biogas as a raw material and engine fuel in the decarbonization of energy and transport in Ukraine is substantiated. To reduce greenhouse gas emissions, most countries are making the transition from fossil fuels to renewable energy sources. In EU countries, renewable energy with a Green Deal label was equated with energy obtained from the combustion of natural gas. In Ukraine, biomethane is legislated as an alternative gas fuel similar to natural gas. The raw material for biomethane is biogas. In Ukraine, biomethane is not produced on an industrial scale due to the lack of special purification and enrichment technologies at biogas stations. In Ukraine, it is necessary to start producing biomethane on an industrial scale and use the natural gas infrastructure for transporting biomethane. An existing quantity and quality of treatment technologies of biogas plants allow the use of biogas as an independent fuel in cogeneration plants in the immediate vicinity of biogas plants. Calculation of the heat balance of the drive gas engine (8-cylinder, 100 mm cylinder diameter, 88 mm stroke) showed that in addition to generating 30 kW of electrical energy, it is possible to obtain additionally up to 162 MJ of thermal energy without taking heat from the lubrication system. When generating only electrical energy, the efficiency installation in nominal mode is about 30%, and with cogeneration – it increases to 75%. The next step is – the use of biogas as an additive to natural gas in reciprocating internal combustion engines on cars, buses and special agricultural machinery at the local or regional level. The results of research on the 8Ch10/8.8 gas combustion engine ensured the transition from quantitative to qualitative regulation of the fuel mixture of natural gas with biogas additives. An interdependent regulation algorithm has been developed for mixed fuel. With an increase in load, the share of biogas decreases, the mixture is enriched with natural gas. At a load of 75% or more, the enrichment of the fuel mixture occurs more intensively.