Ученые Томского политехнического университета совместно с коллегами из Кузбасского технического университета разработали инновационную систему полигенерации, которая позволяет из отходов сельского хозяйства вырабатывать одновременно три вида энергии – «зеленый» водород, тепло- и электроэнергию.
Исследования показали, что такой подход увеличивает энергетическую эффективность схемы получения водорода до 46%, а общую эксергетическую эффективность до 39%. Разработанная система может лечь в основу создания биоэнергетических установок для удаленных районов страны.
Как работает система
Система полигенерации основана на газификации сельскохозяйственных отходов (буковых опилок) с использованием перегретого водяного пара, однако обладает «гибкостью» и может использовать различные исходные материалы, например, уголь, шламы, биомассу и другое.
Система базируется на уникальном способе получения водяного пара с температурой до 1000°C при давлении до 30 бар. Пар с такими параметрами используется в двухстадийных газогенераторах.
«Схема состоит из нескольких блоков: газификации, выделения водорода, генерации тепловой и электрической энергии. Они взаимосвязаны между собой в технологическом цикле. Получается схема закрытого цикла, которая позволяет сократить выбросы вредных веществ. Причем исследования показали, что предложенная нами система может работать автономно», – отмечает доцент Кузбасского технического университета Сергей Шевырёв.
Эффективность и перспективы
Результаты испытаний показали, что эксергетическая эффективность парового котла при использовании системы полигенерации выросла более чем в три раза: с 17% при традиционном распределении пара до 53% – при новом подходе.
«Предложенное технологическое решение позволяет производить до 0,15 кг «зеленого» водорода в секунду из биомассы с теплотворной способностью 19 МДж/кг, используя 4 кг отходов. Система гибкая и позволяет регулировать выпуск водорода, тепла и электроэнергии в зависимости от потребности», – добавляет заведующий лабораторией тепломассопереноса ТПУ Павел Стрижак.
Следующим этапом исследований станет масштабирование предлагаемой схемы и ее расчет для угля. Кроме этого, в планах создание модели глубокой переработки угля с получением синтезированных топлив.