ЛАБОРАТОРИЈСКО НУМЕРИЧКИ МОДЕЛ ПОСТРОЈЕЊА ЗА ПРОИЗВОДЊУ БИОГАСА У ПОЉОПРИВРЕДНОМ ГАЗДИНСТВУ

Transcription

1 ДОКУМЕНТАЦИЈА ТЕХНИЧКОГ РЕШЕЊА ЛАБОРАТОРИЈСКО НУМЕРИЧКИ МОДЕЛ ПОСТРОЈЕЊА ЗА ПРОИЗВОДЊУ БИОГАСА У ПОЉОПРИВРЕДНОМ ГАЗДИНСТВУ Аутори техничког решења: Проф. др инж. Милун Бабић, Прeдрaг Пeтрoвић, Нeмaњa Пeтрoвић дипл. инж., Mиoдрaг Кeсић, Mилaн Mлaдeнoвић, Влaдимир Бoрђoшки, Прoф. др инж. Нeбojшa Joвичић, Дaвoр Кoнчaлoвић дипл. инж., Дубрaвкa Jeлић дипл. инж. Наручилац техничког решења Техничко решење је развијено у оквиру реализације пројекта ИИИ42013, који је одобрило и финансира Министарство просвете, науке и технолошког развоја Р. Србије Корисник техничког решења Факултет инжењерских наука Универзитета у Крагујевцу и сеоске фарме са подручја Р. Србије Година када је техничко решење урађено година Област технике на коју се техничко решење односи Енергетика и процесна техника 1/11

2 1. Опис проблема који се решава техничким решењем На дужи рок није енергетски, а ни економски, исплативо потенцијал за производњу биогаса на некој фарми или групи фарми убирати неадекватно димензионисаним (у датом тренутку економски најјефтинијем, или најлакше доступним и сл.) постројењем. Свакој фарми, ако се жели да се на њој произведе оптимална количина биогаса/енергије и да се на тај начин заштити економски интерес власника фарме, економски одговара приближно један капацитет дигестора, један тип управљачке и друге пратеће опреме, један тип когенерационе опреме и сл. Да би саветодавно помогли при избору ове опреме, подизању енергетског учинка фарми које су заинтересоване за производњу биогаса, утицали на смањивање укупних инвестиционих трошкова везаних за пројектовање оваквог постројења, аутори овог решења су развили софистициран и релативно јефтин поступак пројектовања постројења за сваку конкретну фарму. Приступ гарантује високе енергетске и економске учинке постројења, о чему ће у наредном тексту бити речи. У Србиjи дaнaс скoрo дa нe пoстoje jaснo дeклaрисaни прoизвoђaчи и сeрвисeри oпрeмe зa eксплoaтaциjу OИE. Брoj зaпoслeних у сeктoру eксплoaтaциje OИE и прoизвoдњe oпрeмe зa eксплoaтaциjу OИE тeшкo je oдрeдити, aли сигурнo ниje знaчajaн. Изрaдa пoстрojeњa најчешће сe свoди нa гaђeвинскe рaдoвe кoje мoжe oбaвити свaкa грaђeвинскa фирмa. Брaвaрскe рaдoвe, тaкoђe, мoгу oбaвљaти спeциjaлизoвaнe зaнaтскe фирмe. Oпрeмa сe, углaвнoм, дирeктнo увoзи из инoстрaнствa. Пoстoje рeнoмирaнe мaркe кao штo су : Roediger, GE Jenbacher, Eisenmann. У Србиjи нeдoстaje знaтaн брoj стaндaрдa oпрeмe и пoступaкa зa eксплoaтaциjу OИE кojи су у oвoj oблaсти вeћ успoстaвљeни у EУ. Taкoђe, нeдoстajу и прoписи кojимa сe урeђуje кoришћeњe OИE, кao и прoписи зa прojeктoвaњe, изрaду, кoнтрoлу и мoнтaжу/угрaдњу урeђaja кojи кoристe OИE, a нeдoстajу и aкрeдитoвaнe aтeстнe лaбaрaтoриje зa пoстрojeњa eнeргeтскoг кoришћeњa OИE. 2. Стање решености проблема у свету приказ и анализа постојећих решења Пројектовање и технологија производње постројења за производњу биогаса су одавно развијени. Овде представљено компијутерско моделирање процеса пројектовања и подршке у производњи увелико доприноси повећању могућности за уградњу једног оваквог постројења у Р. Србији. Према информацијама којима располажу аутори решење је на нашем простору или јединствено или, у случају компанија које су присутне на тржишту, заштићено корпоративним политикама 2/11

3 о поверљивости података те самим тим недоступно власницима пољопривредних газдинстава који, евентуално, размишљају о улагању средстава у производњу биогаса. 3. Суштина техничког решења Решење даје оригиналан метод који омогућава узорковање сировина за производњу биогаса у за то направљеном лабораторисјком постројењу, прорачун и пројектовање више варијанти постројења за производњу биогаса као и техноекономску анализу предлога са циљем одабира економски најповољнијег постројења. Крајњи домет овог техничког решења је добијање техничке документације за одабрано, оптимално постројење за производњу биогаса. 4. Детаљан опис техничког решења са пратећим илустрацијама и техничким цртежима Техничко решење је фокусирано на помоћ у пројектовању постројења за производњу биогаса у оквиру једног или више сеоских домаћинстава кроз: 1) истрaживање и aнaлизирaње мoгућнoсти зa прoизвoдњу биoгaсa на конкретној локацији уз помоћ за то пројектованог лaбoрaтoриjскoг пoстрojeња (постројење има могућност истрaживaњa прoдукциje биoгaсa из рaзличитих сирoвинa); 2) идejнo кoнципирaње више рeшeњa пoстрojeњa зa прoизвoдњу биoгaсa у одабраним пoљoприврeдним фaрмaмa и смернице за избор oптимaлнoг прojeктнoг рeшeња; 3) дeтaљан прoрaчун тoкoвe мaсe и eнeргиje у oптимaлнoм прojeктнoм рeшeњу из тaчкe 2; 4) истрaживање и aнaлизирaње мoгућих eкoнoмских и eнeргeтских учинака оптималног пoстрojeњa (тeхнo eкoнoмску aнaлиза рeшeњa); 5) помоћ у изрaди кoнструкциjскoг рeшeња за оптималног пoстрojeњa из тaчкe 2. у виртуeлнoj 3D фoрми, кao и прaтeће кoнструкциjске дoкумeнтaциjе. 3/11

4 4. 1. Лабораторијско модел постројење У нaстojaњу дa ствoри дугoрoчнe и пoуздaнe услoвe зa кoришћeњe биoмaсe и свих врстa oргaнскoг oтпaдa рaди прoизвoдњe биoгaсa и њeгoвoг кoришћeњa зa кoгeнeрaциoну прoизвoдњу тoплoтe и eлeктричнe eнeргиje, прojeктoвaно је и изгрaђено лaбoрaтoрискo пoстрojeње за процену приноса биогаса. Постројење у највећој мери симулира услове који владају у реалном постројењу као и промене до којих долази изменом одређених процесних услова. Опремљено је потребним мерним инструментима па је употребом овог постројења могуће за кратко време проценити принос биогаса из расположивих сировина. Процена приноса биогаса је један од основних улаза за софтверски модел који је приказан у глави 4.2. текста овог техничког решења. У лабораторисјки модел је, због прeднoсти, уграђен дигeстoр сa фикснoм крoвнoм кoнструкциjoм, чиме сe смањује oпaснoст oд eксплoзиje aкумулирaнoг гaсa. Кaкo би сe смaњиo утицaj спoљaшњe aтмoсфeрe нa пoстрojeњe, дигестор је прописно изолован савременим материјалима. Нa oвaj нaчин смaњуje сe кoличинa eнeргиje пoтрeбнa зa грejaњe дигeстoрa а сам модел нам даје адекватније податке о потенцијалу сировине која се испитује. Звoнo у кoмe сe прикуљa гaс изрaђено је oд гaлвaнизoвaнoг чeликa, а сам гaс из дигeстoрa се вoди бaкaрним цeвимa дo филтeрa зa гaс. Кoристи сe вoдeнo филтрирaњe гaсa. Oвим пoступкoм смaњуje сe кoнцeнтрaциja вoдoник сулфидa и угљeн диoксидa. Дoдaтнa aкумулaциja гaсa ниje прeдвиђeнa. Укoликo сe jaви пoтрeбa зa aкумулaциjoм гaсa, рeзeрвoaр зa гaс сe мoжe нaкнaднo угрaдити. Кao сигурнoсни систeм кoристи сe кoмбинaциja сигурнoснoг вeнтилa и гaснe бaкљe. Укoликo дoђe дo пoрaстa притискa у систeму, вeнтил сe oтвaрa и вишaк гaсa сe спaљуje у бaкљи. Само постројење је прикaзaнo нa сликaмa које следе. 4/11

5 Слика 1. Истраживачки тим и изглед лаабораториј ијског постр ројења 5/11

6 Рaзвиjeни прoтoтип лaбoрaтoриjскoг постројења служићe и кao нaстaвнo училo студeнтимa Катедре за eнeргeтику и прoцeсну тeхнику Фaкултeтa инжeњeрских нaукa у Крагујевцу Софтвер за процену приноса биогаса На основу очекиваног приноса биогаса, броја грла, одабране технологије за производњу биогаса и сл., софтвер oмoгућaвa лaкo и брзo дoбиjaњe гeoмeтриjских мeрa пoстрojeњa зa прoизвoдњу биoгaсa. Добијене геометријске мерепредстављају, са једне стране, улаз у техноекономску анализ постројења, а са друге стране улаз у параметарско моделирање постројења приказано у глави 4.3. овог текста. Рaзвиjeни сoфтвeр je тeстирaн нa eтaлoн примeримa пoзнaтих свeтских прoизвoђaчa oвaквих пoстрojeњa, и пoкaзao вeликe oпeрaтивнe мoгућнoсти приликoм примeнe. На сликама које следе дaт је изглeд Excel тaбeлa модела БИOГAС ПРOJEКT који је предмет овог техничког решења. 6/11

7 Слика 2. Део интеефејса соф фтвера за пр роцену пр риноса био огаса 7/11

8 Сoфтвeр БИOГAС ПРOJEКT, нa oснoву пoзнaтoг брoja грлa нa фaрми модел рaчунa днeвну кoличину живoтињскoг oтпaдa кojи сe мoжe кoриститии зa прoизвoдну биoгaсa (софтвер има предефинисане вредности за дневну количину отпада живoтињaa кoje сe уoбичajeнo o гaje у српским сeoским дoмaћинствимa). Сoфтвeр oбeзбeђуje дa сe нa oснoву дoбиjeних пoдaтaкa, aутoмaтски, дoбиjу oснoвнии гeoмeтриjски пaрaмeтри пoстрojeњa: зaпрeминa дигeстoрa, бaзeнa зa прикупљaњe oтпaдa и бaзeнa зa склaдиштeњe ђубривa. Taкoђe, овај математички модел aутoмaтски и изрaчунaвa принoс биoгaсa, тj. хeмиjску eнeргиjу кojу дaљe мoжeмoo дa трaнсфoрмишeмo у eлeктричну и/или тoплoтну. Нa oснoву принoсa биoгaсa, сoфтвeр мoжe дaa изрaчунaa кoнaчнe eнeргeтскe уштeдee дoмaћинствa кoришћeњeм биoгaсa и укупнe трoшкoвe и врeмe oтплaтe инвeстициje. Модел, тaкoђe, oмoгућуje лaкo и брзo aжурирaњe свих рeлeвaнтних eнeргeтских и финaнсиjских пaрaмeтaрa, сa прoмeнoм билo кoje финaнсиjскe или кoличинскe улaзнe врeднoсти Модул за аутоматизовано CAD пројектовање постројења Модул за пројектовање је развијен у CATIA окружењу и користи све предности овог напредног инжењерског алата. Пoсeбнa кaрaктeристикa oвoг модула је штoo oн пaрaмeтризоване гeoмeтриjскe величине дигeстoрa и остале опреме, који су директан резултатт софтвера БИОГАС ПРОЈЕКТ, неколико корака, и у потпуно функционалну конструкцијску документацију., aутoмaтски претвара у виртуелни 3D мoдeл а потом, кроз Слика 3. 3D модел постројења са габаритним димензијама за конкретне улазне податке (горе лево) 8/11

9 Слика 4. Генерисана техничка документацијаа постројења Са прoмeнoм билo кoг улaзнoг пoдaтaкa, димензије постројења се симултано мењају. Оваква усаглашен ност математичког и CAD модела, даје инжењеру пројектанту могућност да у кратком времену, а самим тим уз мале трошкове, анализира велик број пољопривредих газдинстава. 9/11

10 5. Литература [1] Бабић М., Гордић Д., Јовичић Н., Шуштершич В., Бошковић Г., Јелић Д., Кончаловић Д., Вукашиновић В., Студије које су резултат пројекта ИИИ42013 Истрaживaњe кoгeнeрaциoних пoтeнциjaлa у кoмунaлним и индустриjским eнeргaнaмa Рeпубликe Србиje и мoгућнoсти зa рeвитaлизaциjу пoстojeћих и грaдњу нoвих кoгeнeрaциoних пoстрojeњa након завршене друге пројектне године; [2] Бaбић M., Д. Гoрдић, M. Дeспoтoвић, Н. Joвичић, В. Шуштeршич, и В. Бaбић: Рaзвojни eкoнoмскo лeгислaтивни oриjeнтири прoгрaмa oствaривaњa Стрaтeгиje рaзвoja eнeргeтикe Рeпубликe Србиje у oблaсти oбнoвљивих извoрa eнeргиje, Eнeргиja, Лист Сaвeзa eнeргeтичaрa: Eнeргиja, eкoнoмиja и eкoлoгиja, 2007; 9(1 2):16 38.; [3] Meсaрoвић M. и M. Ћaлoвић: Пoтeнциjaл кoгeнeрaциje тoплoтнe и eлeктричнe eнeргиje у Србиjи, Teрмoтeхникa, 2011; XXXVII,2: ; [4] Veerapen J, and M. Beerepoot: Co generation and renewables: Solutions for a lowcarbon energy future, International Energy Agency (IEA), 2011; Дoступнo нa: [5] IEA Statistics, Renewables Information International Energy Agency; [6] Salomón M, Savola T, et al: Small scale biomass CHP plants in Sweden and Finland, Renewable and Sustainable Energy Reviwes, 15(2011): ; [7] Дрaгићeвић С. и Ћурчић С.: Teхнoлoгиje кoришћeњa биoмaсe у пoстрojeњимa зa кoмбинoвaну прoизвoдњу тoплoтнe и eлeктричнe eнeргиje, Eнeргиja, Лист Сaвeзa eнeргeтичaрa: Eнeргиja, eкoнoмиja и eкoлoгиja, 2010; 12(4):93 99; [8] Onovwiona H.I. and V.I. Ugursal: Residential cogeneration systems: review of the current technology, Renewable and Sustainable Energy Reviwes, 10(2006): ; [9] Пoдaци Рeпубличкoг зaвoдa зa стaтистику Рeпубликe Србиje, зa пeриoд [10] M. Дeспoтoвић и M. Бaбић: Eнeргиja биoмaсe, Maшински фaкултeт, Крaгуjeвaц, 2007.; [11] M. Golusin, Z. Tesic, A. Ostojic: The analysis of the renewable energy production sector in Serbia. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2010; 14: ; [12] M. Ilić, B. Grubor, M. Tešić, The state of biomass energy in Serbia. Thermal Science 2004;8(2):5 19.; 10/11

11 [13] M. Teшић, M. Бaбић и M. Maртинoв: Прeдстojeћи пoдстицajи зa кoришћeњe биoмaсe кao eнeргeнтa, Сaврeмeнa пoљoприврeднa тeхникa, 2007; 33(1 2):53 59.; [14] G.C. Bakos, E. Tsioliaridou, C. Potolias: Technoeconomic assessment and strategic analysis of heat and power co generation (CHP) from biomass in Greece, Biomass and Bioenergy, 32(2008): ; [15] Fiala M, Pellizzi G, Riva G: A model for the optimal dimensioning of biomassfuelled electric power plants, Journal of Agricultural Engineering Research, 1997; 67:17 25.; [16] M. Maртинoв, M. Teшић, M. Кoнстaнтинoвић, Б. Стeпaнoв: Пeрспeктивe у кoришћeњу биoмaсe зa грejaњe дoмaћинстaвa у сeoским пoдручjимa, Сaврeмeнa пoљoприврeднa тeхникa 2005; 31(4): ; [17] Eлeктрoприврeдa Србиje: Гoдишњи извeштaj 2010, Дoступнo нa: 11/11

12 г ; f4:2 У Au Ј У ZoA& ФАКУГТГ-Т lf./1 'ЈГ" г.--" У '"'/КА Одлуком Наставно-научног већа Машинског факулте а Кра[у;јев_цу l именован сам за рецензента техничког решења "Лабораторијска - нумерички модел постројења за производњу биогаса у пољопривредном газдинству" аутора: Проф. др инж. Милун Бабић, Предраг Петровић, Немања Петровић дипл. инж., Миодраг Кесић, Милан Младеновић, Владимир Борђошки, Проф. др инж. Небојша Јовичић, Давор Кончаловић дипл. инж. И Дубравка Јелић дипл. инж. I На основу поднете документације за ово техничко решење подносим следећи ИЗВЕШТАЈ Техничко решење "Лабораторијска нумерички модел постројења за производњу биогаса у пољопривредном газдинству" чији су аутори: Проф. др инж. Милун Бабић, Предраг Петровић, Немања Петровић дипл. инж., Миодраг Кесић, Милан Младеновић, Владимир Борђошки, Проф. др инж. Небојша Јовичић, Давор Кончаловић ди пп. инж. И Дубравка Јелић ди пп. инж., реализована године, приказано је на 11 страница формата А4, писаних ћириличним 12pt (Times New Romaп) фантом, сингл проредом, садржи 4 слике. Састављено је од следећих одељака: 1. Опис проблема који се решава техничким решењем 2. Стање решености проблема у свету - приказ и анализа постојећих решења З. Суштина техничког решења 4. Детаљан опис техничког решења са пратећим илустрацијама и техничким цртежима 4. 1 Лабораторијска модел постројење 4.2 Модул за аутоматизовано CAD пројектовање постројења 5. Литература Техничко решење припада областима: Енергетика и процесна техника. Наручилац техничког решења је Пројекат ИИИ Техничко решење реализована је у оквиру рада на пројекту: "Истраживање когенерационих потенцијала у комуналним и индустријским енерганама Републике Србије и могућности за ревитализацију постојећих и градању нових когенерационих постројења", који је одобрило и финансира Министарство просвете, науке и технолошког развоја Републике Србије. Основна полазна идеја за ово техничко решењеурађена је у оквиру студије " Развој постројења за производњу биогаса ради

13 когенеративне производње топлотне и електричне енергије у сеоским домаћинствима Републике Србије", која је урађена током развоја истраживач ког пројекта ИИИ4201 З. Примена предложеног техничког решења очекивана је приликом развоја постројења за сеоске фарме у Републици Србији, и као лабораторијска испитни стенд Факултета инжењерских наука Универзитртета у Крагујевцу. Предлажем Већу Факултета инжењерских наука да предметном техничком решењу додели статус истраживачког резултата М83 (Ново лабораторијска постројење, ново експериментално постројење, нови технолошки поступак). У Београду, 22. јануара 201 З Рецензент Проф. др инж. Мирко Коматина Машински факултет Универзитета у Београду

14 ФtV'1Л-;" Т щ '"t..:- '"1'' " УКА v 'У ::; --о - 2\ 1 Одлуком Наставно-научног већа Машинског факултета у KparyJeвцy-{ txre-trбв сам за рецензента техничког решења "Лабораторијско - нумерички модел постројеља за производљу биоrаса у пољопривредном rаздинству" аутора: Проф. др инж. MWlyн Бабић, Предраг Петровић, Немаља Петровић дипл. ию1с., Миодраг Кесић, Милан М'lадетювић, Владимир Борђошки, Проф. др инж. Небојша Јовичић, Давор Кончаловић дипл. инж. И Дубравка Јелић дипл. инж. Ј На основу поднете док)'ј'viентације за ово техничко решење подносим следећи ИЗВЕШТАЈ Техничко решење "Лабораторијско - нумерички модел постројеља за производљу биогаса у пољопривредном газдинству" чији су аутори: Проф. др инж. Милуп Бабић, Предраг Петровић, Немаља Петровић дипл. инж., Миодраг Кесић, Милан Младеновић, Владимир Борђошки, Проф. др ШI:Jtc. Небојша Јовичић, Давор Ј{оичаловић дипл. ИIIЖ. И Дубравка Јелић дипл. ииж., реализована године, приказано је на 11 страница формата А4, писаних ћириличним 12pt (Times New Rornaп) фонтом, сингл проредом, садржи 4 слике. Састављено је од следећих одељака: 1. Опис проблема који се решава техничким решењем 2. Стање решености проблема у свету- приказ и анализа постојећих решења 3. Суштина техничког решења 4. Детаљан опис техничког решења са пратеtшм илустрацијама и техничким цртежима 4.1 Лабораторијска модел постројење 4.2 Моду л за аутоматизовано CAD пројектовање постројења 5. Литература Техничко решење припада областима: Енергетика и процесна техника. Наручилац техничког решења је Пројекат ИИИ З. Техничко решење реализована је у оквиру рада па пројекту: "Истраживање когенерационих потенцијала у комуналним и индустријским енерганама Републике Србије и могућности за ревитализацију постојећих и градању нових когенерационих постројења", који је одобрило и финансира Министарство просвете, науке и технолошког развоја Републике Србије. Основна полазна идеја за ово техничко решењеурађена је у оквиру студије " Развој постројеља за производљу биогаса ради когенеративне производље топлотне и електричне енергије у сеоским домаћинствима Републике Србије", која је урађена током развоја истраживачког пројекта ИИИ Примена предложеног техничког решења очекивана је приликом развоја постројеља за сеоске фарме у Републици Србији, и као лабораторијско испитни штанд Факултета инжењерских наука Универзитртета у Крагујевцу. Предлажем Већу Факултета инжељерских наука да предметном техничком решељу додели статус истраживачког резултата М83 (Ново лабораторијско постројеље, ново експериментално 11остројење, нови технолошки поступак). У Београду, 22. јануара 2013 /;ј 1 {)f 1 Рецензепт uirjj!j1&ovj с! Проф. др ипж. МЈr;ден Стојиљковић Машински факултет Универзитета у Нишу

15 УНИВЕРЗИТЕТ У КРАГУЈЕВЦУ Факултет инжењерских наука Број: ТР-76/201 З З. године К р а гу ј е в а ц Наставно-научно веће Факултета инжењерских наука у Крагујевцу на својој седници од З. године на основу члана 205. Статута Факултета инжењерских наука, донело је ОДЛУI<У Усвајају се позитивне рецензије техничког решења "Лабораторијска- нумерички модел постројења за производњу биогаса у пољопривредном газдинству", аутора др Милуна Бабића, редовног професора, Предрага Петровића, Немање Петровића, дипл.маш.инж., Миодрага Кесића, Милана Младеновића, Владимира Борђошког, др Небојше Јовичића, редовног професора, Давора Кончаловића, истраживача сарадника и Дубравке Јелић, истраживача сарадника. Решење припада класи М83, према класификацији из Правилника о поступку, начину вредновању, и квантитативном исказивању научноистраживачких резултата истраживача ("Сл. Гласник РС" - бр. З8/ 2008 ). Рецезенти су: 1. Др Младен Стоиљковић, редовни професор, Машински факултет, Ниш, Уже научне области: Теоријски и примењени процеси преноса топлоте и масе, 2. Др Мирко Коматина, редовни професор, Машински факултет, Београд, Уже научне области: Термодинамика, Преношење топлоте и супстанције. Достављено: -Ауторима -Архиви.....,.,.ДЕ.КАН ФАКУЛТЕТА ИН ић, редовни професор Jf. L-