Межрегиональный молодежный инновационный форум «Инновации-2021»

Разработка модуля "NetFuel" для автоматизации, оптимизации и увеличения КПД биогазовой установки.

Авторы: Сергеева Л.Д,
ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет»
Видеоролик:

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация проекта

Биогаз, который является экологически чистым топливом, получают в биогазовых установках, агрегатах, представляющих из себя комплекс технических сооружений и аппаратов, объединенных в единый технологический цикл. Модуль автоматизирует работу биогазовой установки при помощи 4-х аналоговых датчиков: влажности, температуры, кислотности и газа. За счет этого повышается КПД установки не менее чем на 10%, а сроки окупаемости уменьшаются не менее чем 15%. Мы предлагаем модуль «NetFuel» компаниям, продающим биогазовые установки, АПК, на которых уже установлены биогазовые установки, а так же компаниям, обслуживающим биогазовые установки.

 

Описание проекта

Актуальность проекта

Задача разработки модуля «NetFuel» является весьма актуальной, поскольку сейчас на международном рынке практически отсутствуют готовые решения для автоматизации, оптимизации и увеличения КПД биогазовых установок. Конкурентный анализ показал, что на сегодняшний день организации, занимающиеся обслуживанием биогазовых установок, такие как «Биогаз-Консалт», ООО «Биоэнергия», «Lehmann Maschinenbau», «Hielscher», предоставляют им устройства узкой специализации, при помощи которых невозможно достичь полной автоматизации.

 

Цель проекта

Разработать автоматизированный модуль «NetFuel» с 4-мя аналоговыми датчиками, который полностью управляет работой биогазовой установки и увеличивает ее КПД не менее чем на 10%.

 

Ожидаемые (полученные) результаты 

Установки для получения биогаза появились сравнительно недавно и за последние 2 года их производство стало активно развиваться. В Европе насчитывается около 20 тыс. биогазовых установок, в Китае биогазовые установки используют 40 млн ферм (33% всех китайских ферм), в России существует 7 биогазовых станций, а также множество компаний, занимающихся продажей биогазовых установок (в том числе и заграницу) и обслуживающих биогазовые установки. Но эти установки недостаточно автоматизированы, что приводит к низкому КПД (выход газа в год: 102 тысячи рублей при объеме реактора 5 м3 - 2385 тысяч рублей при объеме реактора 250 м3) и долгой окупаемости (26 месяцев при объеме реактора 5 м3 - 5 месяцев при объеме реактора 250 м3). С помощью модуля «NetFuel» мы хотим решить эту проблему увеличить КПД не менее чем на 10% и уменьшить сроки окупаемости не менее чем на 15%, за счет обеспечения контроля за показателями (кислотность, влажность, температура, выход газа) биомассы и урегулирования их при отклонении от нормы.

 

Описание сути инновационного проекта

Модуль «NetFuel» оснащен 4-мя аналоговыми датчиками: влажности, температуры, кислотности и газа. Для того, чтобы увеличить производство энергоносителя, нужно обеспечить нагрев сырья и контроль за температурой, это достигается при помощи датчика температуры. Также сырье всегда должно оставаться влажным. Если сырье становится сухим, датчик влажности подает сигнал микроконтроллеру, и в емкость установки добавляется вода. Модуль следит за биохимическим равновесием. Если кислотность массы растет, то выработка биогаза снижается. Модуль осуществляет свою работу благодаря программному обеспечению. Датчик кислотности подает сигнал микроконтроллеру, и в емкость добавляется нейтрализующее вещество (например: известковое молоко, стиральная или питьевая сода). Важно не забывать о контроле за выходом газа. Это обеспечивает датчик газа. Если все показатели в норме, но выход газа небольшой, то следует понизить температуру (в сырье могут быть антибиотики либо иные вещества). Пользователь полностью контролирует работу датчиков и модуля через сенсорный дисплей.

Текущая стадия проекта 

Создан лабораторный прототип (проведены имитационные испытания)

 

Эффективность проекта 

С помощью модуля «NetFuel» мы хотим увеличить КПД не менее чем на 10% и уменьшить сроки окупаемости не менее чем на 15%, за счет обеспечения контроля за показателями (кислотность, влажность, температура, выход газа) биомассы и урегулирования их при отклонении от нормы.;

 Наименование и краткое описание разработки (инновационного продукта / услуги), создаваемой в проекте

Описание разработки и ее потребительских качеств

Модуль «NetFuel» оснащен 4-мя аналоговыми датчиками: влажности, температуры, кислотности и газа. Для того, чтобы увеличить производство энергоносителя, нужно обеспечить нагрев сырья и контроль за температурой, это достигается при помощи датчика температуры. Также сырье всегда должно оставаться влажным. Если сырье становится сухим, датчик влажности подает сигнал микроконтроллеру, и в емкость установки добавляется вода. Модуль следит за биохимическим равновесием. Если кислотность массы растет, то выработка биогаза снижается. Модуль осуществляет свою работу благодаря программному обеспечению. Датчик кислотности подает сигнал микроконтроллеру, и в емкость добавляется нейтрализующее вещество (например: известковое молоко, стиральная или питьевая сода). Важно не забывать о контроле за выходом газа. Это обеспечивает датчик газа. Если все показатели в норме, но выход газа небольшой, то следует понизить температуру (в сырье могут быть антибиотики либо иные вещества). Пользователь полностью контролирует работу датчиков и модуля через сенсорный дисплей.

 

Назначение разработки

Автоматизация, оптимизация и увеличение КПД биогазовой установки

 

Новизна и конкурентные преимущества презентуемой разработки в сравнении с аналогами

Наши конкуренты являются косвенными и относятся к типу «заменители». Первым заменителем является технология «WiseSoil» от компании ООО «Биоэнергия». Данное устройство служит для подготовки биомассы. Устройство инсталлируется на уже действующие биогазовые установки, ускоряя процесс сбраживания в реакторе и повышая выход биогаза. Оно имеет большие размеры и служит только для подготовки сырья, то есть не отвечает за полную автоматизацию установки. Второй заменитель - лабораторная установка Pronova FOS/TAC 2000 от компании «Биогаз-Консалт», предназначенная для определения соотношения доли летучих жирных кислот FOS к усредненной щелочности субстрата TAC. Недостатками данной установки являются: ограниченный функционал (измеряет только FOS/TAC), неудобное использование (нужно извлекать биомассу из установки и проводить лабораторный анализ). К плюсам данной установки можно отнести наиболее подробный химический анализ сырья, так как наш модуль с химической стороны следит только за уровнем pH. Но мы превосходим их разработку своим расширенным функционалом, удобством использования и автоматизацией установки. Третьим заменителем является технология «Биоэкструзии по ЛЕМАНН» от компании «Lehmann Maschinenbau», которая основывается на термомеханическом растворении. Это приводит к формирования новых штаммов бактерий и к улучшению соотношения углерода и азота. Минимальный размер их устройства - 3,9x1,1x1,2 м, что значительно превышает размеры нашего модуля (0,1х0,11 м). Также их устройство не отвечает за полную автоматизацию биогазовой установки, а лишь подготавливает сырье. Таким образом, мы можем сотрудничать с нашими заменителями, объединив наши идеи и разработки.

 

Партнёры по реализации проекта 

ООО ГК "СибБиоГаз"

Объемы необходимых инвестиций, тыс. руб: 200