Газифицируем автономно: Автономная газификация дома

Содержание

Газифицируем жилище автономно

Автономные системы газоснабжения, как правило, используют в процессе работы сжижение газа. Проектированием таких систем занимаются квалифицированные специалисты в области теплоэнергетики. Исходя из поставленной перед ними задачи, они должны составить проект, который учитывает этапы проектировки, подготовки и монтирования системы, а также способы решения возникших в процессе работы непредвиденных обстоятельств.

Одна из основных проблем, с которой связана автономная газификация, – правильно рассчитать параметры установки газгольдера, с учетом предъявляемых инженерных требований и спецификаций, а также местного законодательства. Расчетом таких проектов занимаются обмерщики. Даже если клиент склоняется к выбору автономной газификации жилища, все равно такое решение для него является скорее «экзотическим ноу-хау» чем стандартной повседневностью.

Большое внимание при проектировке подобных систем уделяется их безопасному использованию, так как газификация дома, зачастую должна быть не только комфортной но и безопасной для жизни и здоровья проживающих.

В случае с «автономкой» наибольшую опасность может представлять случайный взрыв сжиженного газа. Чтобы этого не случилось, система оснащена датчиками контроля давления. При любом изменении режимов нормального функционирования датчики контроля смогут исключить сбои в работе системы.

При установке систем автономного газообеспечения основной упор, как уже упоминалось, делается на ее безопасную эксплуатацию. Поэтому оборудование для установки нужно подбирать таким образом, чтобы оно соответствовало как необходимым стандартам качества, надежности и отказоустойчивости в процессе использования. Как услуга, установка автономных газгольдеров все шире распространяется не только среди организаций, но также и у частных лиц.

Главное преимущество автономного газа – поддержка постоянного давления в трубопроводе и экономный расход топлива. Горение сжиженного газа является экологически безопасным, так как не образует серных остатков при сгорании, поэтому, к примеру, газификация коттеджа таким способом, весьма предпочтительна.

Если установка и проектирование были выполнены надлежащим образом, пользоваться такой системой можно, как минимум 25-30 лет. При этом возможность случайного сбоя и тем более взрыва или горения исключается полностью.

Если же система проектировалась лицами без соответствующей подготовки, то возможны следующие неприятные «сюрпризы»:

1. Отсутствие нормального давления, как следствие недостаток тепла и повторные затраты на замену оборудования.

2. Если система будет чересчур мощной, но вы не используете ее потенциал в той мере, на которую она рассчитана, то также понесете дополнительные расходы.

Автономная газификация поселка, цены на автономную газификацию дачных поселков

Газ в дом на 301 кв.м. для 3 приборов потребления

Курилов Максим444, жена, 2 детей
Коттедж 150 кв.м.

Какая ситуация была

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit.

Aenean euismod bibendum laoreet. Proin gravida dolor sit amet lacus accumsan et viverra justo commodo. Proin sodales pulvinar tempor. Cum sociis natoque penatibus et magnis dis parturient montes, nascetur ridiculus mus. Nam fermentum, nulla luctus pharetra vulputate, felis tellus mollis orci, sed rhoncus sapien nunc eget odio.

Что сделали

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Aenean euismod bibendum laoreet. Proin gravida dolor sit amet lacus accumsan et viverra justo commodo. Proin sodales pulvinar tempor. Cum sociis natoque penatibus et magnis dis parturient montes, nascetur ridiculus mus. Nam fermentum, nulla luctus pharetra vulputate, felis tellus mollis orci, sed rhoncus sapien nunc eget odio. ×

Газ в дом на 300 кв.

м. для
3 приборов потребления

Название работы1
Название работы2
Название работы3
Название работы4
Название работы5
Название работы6

Узнайте сколько стоит проведение газа для вашего дома

Оставьте номер телефона перезвоним в течении 5 минут

или позвоните на телефон

После перехода на газ платеж
упал до 5 000 руб

Курилов Максим444 жена, 2 детей
Коттедж 150 кв. м.

Хотите так же жить с газом?

Оставьте номер телефона инженер в течении 5 минут
позвонит и проведет консультацию и сделает расчет цены

или позвоните на телефон

Русский газ.

Автономная газификация газгольдер для дома, предприятия.

ФОТОГАЛЕРЕЯ ПОСТРОЕННЫХ НАШЕЙ КОМПАНИЕЙ ОБЪЕКТОВ ГАЗОВОГО ХОЗЯЙСТВА

Автономная газификация дома 500 м2 в Московской области. Для автономной газификации частного дома был выполнен монтаж газгольдера 10 000 литров, с высокой горловиной. В рамках работ по автономной газификации коттеджа в Московской области выполнены земельные работы по подготовке котлована для установки резервуара, уложено бетонное основание, прокопана траншея для укладки газопровода на глубине 170 см, уложена сигнальная лента с надписью «ГАЗ». Выполнена обратная засыпка котлована и траншеи песком и только последние 50 см засыпаны грунтом с участка. Подземная трасса опресована высоким давлением. Внутри дома установлен счетчик газа и установлены два настенных котла, работающих в каскаде. Каскадное подключение настенных котлов позволяет сэкономить до 30% газа за год. Автономная газификация дома — цена зависит от модели газгольдера и страны происхождения.

Лучшая цена на монтаж газгольдера получается при предоплате.

Представляем фотоотчет по автономной газификации усадьбы 3000 м2 в Мытищинском районе, Московской области. Для газоснабжения котельной 500 кВт Заказчику была установлены два резервуара объемом 20 000 литров, торговой марки «Шельф», насосная установка 220 л/минуту для слива газа из автомобиля газовоза, и испарительная установка FAS200, 60 кг/час немецкой компании FAS. Предварительно был выполнен комплекс общестроительных работ по подготовке котлована к установке резервуаров с заливкой бетонного фундамента. Для монтажа испарительной установки и насосной установки также были выполнены работы по бетонированию фундаментов. Перед обратной засыпкой котлована и траншеи газопровод был опресован высоким давлением для проверки герметичности системы. После обратной засыпки был выполнен комплекс работ по благоустройству территории. Работы по автономной газификации дома заняли один день.

Представляем вам фото отчет по автономной газификации котельной 1000 кВт загородной усадьбы в районе Петрово-Дальнее, МО. Для автономной газификации котельной 1000 кВт были установлены два резервуара по 19м3, пр-во НПК «Ника», испарительная установка DAGES, 100 кг/час. От испарительной установки был проложен стальной бесшовный газопровод Ду 76 в изоляции весьма усиленного типа. Установлены молниеотвод, контур заземления и конденсатосборник 100 литров. Резервуары и трубопроводы были опробованы высоким давлением 16 Бар..

Представляем вам фотоотчет по автономной газификации частного дома S=1400 м2 в Рузском районе, Московской области. Была установлена емкость 9400 литров, испаритель 15 кг/час, подземный газопровод Ду63, внутренний стальной газопровод Ду 50 30 метров. Выполнены земельные работы в ручную. Для установки емкости на расстоянии 60 метров от проезжей части был использован автокран с максимальной длиной стрелы. Для отопления коттеджа был установлен напольный котел Китурами, 175 кВт с принудительным дымоудалением. Выполнены работы по обратной засыпке грунта и ландшафтным работам. Работы заняли 4 календарных дня.

Видео о нас: Автономная газификация, газгольдер для частного дома.

Видео: Сравнение немецкого покрытия с английским

Автономная газификация частного и загородного дома в Нижнем Новгороде и области

Компания АГС предлагает на выгодных условиях воспользоваться услугой – автономная газификация дома. Это оптимальное решение сложных вопросов, которые связаны с отоплением и снабжением горячей водой загородных домов.

Автономные системы под ключ

Автономная система надежна и долговечна. По сравнению с эксплуатацией газа из магистрального источника, такие системы гораздо надежнее. Исключены какие-либо перепады давления, а также отсутствует лимит расходования газа. К тому же, стоит учесть: автономная газификация быстро окупается по расходам.

Компания АГС выполняет полный спектр работ по созданию автономного газоснабжения. Осуществляем проекты разной сложности и масштабов для:

Загородных домов
Дачных сооружений
Коттеджных домов
Домов отдыха
Гостиниц

Сотрудники нашей организации осуществляют работы по созданию проектов автономной газификации.

Схема предоставления услуги

Сотрудники компании выезжают на объект заказчика для детального исследования участка
Разрабатывается схема проведения земельных работ
Создается котлован для установки резервуара с газом
В землю устанавливается газгольдер
Подключение и запуск системы

Что дает автономная газификация частного дома

Решает вопросы отопления, подачи горячей воды;
Возможность газифицировать любой жилой объект;
Высокий показатель КПД
Безопасная и предельно простая эксплуатация
Экологичность

Жители Москвы и области, имеющие загородные дома, предпочитают автономное газоснабжение, которое выгодно обходится по стоимости. Узнать сколько стоит услуга можно у наших менеджеров, они помогут рассчитать предварительную стоимость заказа. Гарантируем высокое качество по разумным ценам!

Преимущества автономной газификации дома

Отсутствие перепадов давления
Индивидуальное пользование (в некоторых случаях газгольдер может обслуживать несколько объектов)
Финансовая выгода – применение газа обойдется значительного дешевле, чем использование дизельного топлива
Эффективный и экономичный расход топлива
Создание индивидуального проекта автономной газификации позволяет учитывать все требования и предпочтения заказчика
Не портит эстетичный вид участка. На наличие автономного газгольдера на придомовом участке указывает только кожух диаметром 70 см.
Повышенный ресурс оборудования
Неподверженность образованию коррозии
Универсальность системы позволяет использовать оборудование не только для отопления, но и для подачи горячей воды, подключения газовой электростанции
Обеспечение безопасной работы оборудования
Простота эксплуатации
Демократичная стоимость обслуживания

Монтаж осуществляется в сжатые сроки и займет максимум 3 дня. Автономная газификация частного дома – это экологичная система, которая работает на чистом и безопасном для окружающей среды топливе. Недорого заказать услугу можно в компании АГС.

Автономная газификация объектов в Екатеринбурге «под ключ»

Газоснабжение — одна из форм энергообеспечения жилья, офиса, предприятий и торговых площадей. Специализированная компания «Монтаж Газ» предлагает автономную газификацию дома в Екатеринбурге и Свердловской области, с гарантией сервисного обслуживания и заправкой газом.

Почему газифицирование — это выгодно:

независимость от центрального газопровода;
оперативный монтаж системы;
снижение затрат на отопление и горячее водоснабжение;
надежность в любой сезон года;
минимальное сервисное обслуживание;
простота использования;
отсутствие вредных выбросов;
продолжительный эксплуатационный срок.

Автономная газификация частного дома

Поскольку расход газа значительно меньше потребления электроэнергии, автономная газификация — это самый удобный и экономичный способ отопления загородного дома. Независимая система позволит не оставить без тепла и горячей воды коттедж либо дачу в случаях, когда отсутствует возможность подключения к газопроводной магистрали.

На заметку ! Сжиженный газ — универсальное, безопасное и дешевое топливо, получившее популярность во всем мире за свою доступность и экологичность.

Автономная система газификации функционирует на пропан-бутане ( углеродном газе ), хранящемся в специальном резервуаре — газгольдере. От него по трубопроводу топливо поступает в дом к кухонной плите и котельной установке. Наша компания проведет автономную газификацию «под ключ», обеспечив ваш дом не только горячей водой и теплом, но и дополнительным источником энергии для генератора.

Автономная газификация газгольдером

Обустройство независимой системы газообеспечения предусматривает монтаж газгольдера, размещенного под землей, на расстоянии 5 ‒ 10 м от дома. В емкости помещается достаточный объем «голубого» топлива для отопления дома на протяжении нескольких месяцев.

Схема установки газгольдера

Газгольдеры изготавливаются из особой стали, высокоустойчивой к коррозии и покрытой полиуретановым ударопрочным покрытием. Арматура резервуара оснащена предохранителем, предотвращающим переполнение емкости, и скоростными клапанами, защищающими от вандальных действий. Трубопровод системы выполняется из особого полиэтилена, способного длительно выдерживать воздействие газа. Наличие конденсатосборника предотвратит прекращение подачи газа в морозы.

Своим клиентам мы готовы предложить не только монтаж системы для жилого сектора, но и промышленную автономную газификацию, с возможностью дальнейшего сервисного обслуживания. Устанавливаемое оборудование разработано с учетом российских климатических условий.

Какие объекты можно газифицировать ?

Стоимость автономной газификации

Один из вопросов, волнующих частных домовладельцев: сколько будет стоить автономное газифицирование? Цена обустройства независимого газообеспечения частного дома «под ключ», зависит и ряда факторов. Основные из них:

стоимость газгольдера и комплектующих к нему;
доставка резервуара до места установки;
стоимость земляных и монтажных работ;
заправка газом.

На формирование общей суммы могут также повлиять дополнительные факторы: территориальные особенности и сложность работ. Расчет конечной стоимости можно произвести, обратившись к нашим менеджерам по указанному телефону.

Планируете монтаж автономной газификации для частного дома? Специалисты компании помогут вам с установкой независимой от коммунальщиков системы газоснабжения, позволяющей круглый год иметь горячую воду, электричество и тепло без бумажной волокиты, переплат и перебоев.

Обращение к профессионалам — это быстро, выгодно и надежно!

Разрешительная документация

Газгольдеры в Рязанской области. Калужский Стройпортал

Уже несколько лет наша компания занимается оборудованием автономных систем газификации в Рязани. Мы осуществляем монтаж газгольдеров в частных городских домах, в загородных коттеджах, на дачах. Это удобное и эффективное решение для обеспечения отдаленных участков газом.

Владельцы частных домов в городе предпочитают автономную систему газификации, потому что она предоставляет высокую степень свободы и независимости от коммунальных служб города, которые, как известно, не славятся стабильностью и сервисом.

Наша компания предлагает монтаж газгольдеров в Рязани недорого и качественно. Несомненно, мало найдется людей, желающих сэкономить на качестве установки газового оборудования, так как это может быть небезопасно.

Доверять стоит только тем компаниям, которые имеют официальное разрешение на установку автономных систем газификации и незапятнанную репутацию. Преимущество нашей компании заключается в том, что для нас всегда первостепенным является качество поставляемого оборудования и его монтажа.

Газгольдеры, которые мы устанавливаем, являются лучшими на рынке моделями, проверенными долговременным использованием в наших климатических условиях. Резервуары изготавливаются из качественной стали, обрабатываются специальным полиуретановым покрытием для придания газгольдерам повышенной устойчивости к агрессивной среде.

Учитывая, что газгольдер находится под землей, он должен обладать стойкостью к воздействию влаги (обусловлено как близостью грунтовых вод, так и поверхностными водами), промерзанию и давлению грунта. В нашем ассортименте представлен широкий выбор газгольдеров различного объема, производства ведущих мировых компаний.

Мы гарантируем, что монтаж газгольдеров в Рязани будет произведен на высшем профессиональном уровне, так как за плечами наших сотрудников многолетний профессиональный опыт. За долгие годы работы нам приходилось решать самые разнообразные задачи по газификации участков.

Трудности могут возникнуть по разным причинам: качественные характеристики грунта, близость инженерных коммуникаций и т.д. При любых условиях, наши специалисты произведут грамотную установку газгольдера на вашем участке. Если участок не позволяет разместить газгольдер горизонтально, мы имеем опыт вертикального размещения с использованием дополнительного оборудования для усиления процесса испарения, ведь при горизонтальном размещении, превращение сжиженного топлива в газ частично происходит за счет тепла от земли.

В зависимости от ваших финансовых возможностей и требований, мы поможем подобрать наиболее оптимальную систему автономного газоснабжения вашего участка.

Подробнее об услуге

Автономная газификация поселков в Москве и Московской области

О преимуществах использования системы автономного газоснабжения знают многие. Экономическая, практическая, функциональная, финансовая и прочие составляющие служат убедительным доказательством целесообразности применения данного способа газификации. И даже в случае, когда необходимо газифицировать целый комплекс зданий, система автономного газоснабжения становится незаменимой. Она с успехом используется для энергоснабжения поселков, дачных товариществ, загородных развлекательных и гостиничных комплексов, современных коттеджных застроек.

Принципы работы системы

Создание централизованной системы энергоснабжения является основополагающим моментом при газификации коттеджного поселка. Используя принципы автономного газоснабжения, данная система позволяет обеспечивать всех жителей не только газом для приготовления пищи, но также отоплением, горячей водой и электроэнергией. Отсутствие привязки к магистральному газопроводу исключает вероятность возникновения проблем, вызванных падением давления в трубопроводе и «веерных» отключений. Газификация поселка по системе автономного газоснабжения может осуществляться двумя способами:

По принципу индивидуального отбора. Сжиженный углеводородный газ поступает из специально смонтированного централизованного хранилища непосредственно к коттеджам поселка. Транспортировка осуществляется по индивидуальным газопроводам, позволяя потребителям использовать газ из одного источника для приготовления пищи, обогрева и выработки электроэнергии.
Через общую котельную. Монтаж общей котельной позволяет направлять произведенное тепло в отопительные системы всех подключенных к ней индивидуальных построек. В данном случае потребители коттеджных поселков получают только отопление. Горячую воду и электричество они вынуждены принимать из других источников.

Газификация поселков с количеством домов, не превышающим два десятка, может осуществляться по первому способу. Если эта цифра больше, то целесообразнее применять газификацию через общую котельную. В этом случае управляющая компания берет на себя обязанности по закупке и монтажу системы газификации коттеджного поселка. Владельцы жилья не несут дополнительных затрат, а на общих основаниях производят ежемесячную оплату за пользование системой.

Примерная стоимость газификация коттеджного поселка

Объем газгольдера	Отапливаемая площадь	Цена:
2700 л	до 100 м2	от 160 000
4850 л	до 250 м2	от 180 000
6400 л	до 350 м2	от 225 000
9150 л	до 500 м2	от 300 000
10000 л	до 550 м2	от 320 000

Газификация коттеджных поселков – возможности ООО «Термо Лайф»

Газификация поселков – сложный и ответственный процесс, позволяющий обеспечить потребителей качественными сервисными услугами. Мы предлагаем свое профессиональное содействие в реализации проектов любой сложности. Обратившись к нам, вы получите квалифицированную помощь наших специалистов, которые осуществят весь комплекс профильных работ ответственно и точно в срок.

Строгий контроль качества, применение современного оборудования и новейших технологий позволяют нам гарантировать эффективность и стабильную работу любой системы автономного газоснабжения. Обращайтесь, наши выгодные предложения помогут вам сделать правильный выбор!

Принципы обеспечения потребителей газовым топливом

1234567890 ‘’ «»

ФОРМА 2018 IOP Publishing

IOP Conf. Серия: Материаловедение и инженерия 365 (2018) 042012 doi: 10.1088 / 1757-899X / 365/4/042012

водоснабжение и отопление жилищ. В то же время устройство таких систем требует грамотного подхода к их конструктивному исполнению. Жидкий бутан, пропан или пропан и бутан могут использоваться в качестве сжиженного углеводородного газа (СУГ). Использование газа определенного состава зависит от условий эксплуатации системы.

При использовании автономных систем газоснабжения, укомплектованных наземными резервуарами для хранения, следует использовать СУГ с преобладающим содержанием пропана до

. В то же время, если система газоснабжения

рассчитана на холодный или очень холодный климат, то даже пропан не обеспечивает манометрическое давление в баллоне, а

, поэтому подача паровой фазы потребителям не гарантируется [1, 2].

Подземная установка резервуаров необходима для создания манометрического давления в резервуаре. При этом грунт

является естественным источником тепла, который обеспечивает образование паровой фазы в резервуаре подачи и создание избыточного давления

в резервуаре [1, 2, 3].

Паропроизводительность резервуара для сжиженного нефтяного газа зависит от многих параметров, таких как вместимость резервуара, площадь смачиваемой поверхности,

площадь выхода из зацепления, состав газовой смеси и условия использования газа [4, 3].

Интенсивный расход паровой фазы в условиях максимального использования газа приводит к его снижению в парораспределительной зоне

из-за недостаточной генерации в резервуаре.При этом снижается давление паровой подушки до

в парораспределительной зоне и достигает критического значения срабатывания запорного клапана подачи газа и прекращается подача газа

. Для увеличения производительности паровой фазы системы газоснабжения предусмотрено использование грунтового теплообменника

, что позволяет избежать конденсации паровой фазы

при транспортировке к потребителям и возможность дополнительного образования паровой фазы в результате

испарение сжиженного нефтяного газа непосредственно в грунтовом теплообменнике.

Ученые Курицын Б.Н., Усачев А.П., Сотникова О.А., Павлутин М.В., Максимов С.А.,

Чендорайн М. [5, 6, 7, 8, 9, 3, 10] исследовали энергоснабжение с использованием грунтовых теплообменников. В

вышеуказанные исследования грунтовых теплообменников учитывались независимо от условий эксплуатации подземных газохранилищ

, что в значительной степени меняет начальные условия эксплуатации

последних. Исследования сводились к подбору необходимой паропроизводительности элементов горизонтальной части теплообменника

без учета влияния окружающей среды при очередном понижении давления газа

и подачи потребителям.

Одновременная работа резервуара и грунтового теплообменника рассматривается в исследовании [11].

В то же время исследования проводились только для вертикальных резервуаров сжиженного нефтяного газа с периодическим отводом паровой фазы

из резервуара, так как резервуар имеет только соединения паровой фазы сжиженного углеводородного газа

.В периоды интенсивного потребления газа (выходные и праздничные дни) паропроизводительность подземного резервуара

, подлежащего естественной регазификации, не обеспечивает расчетного расхода газа

объектов газоснабжения, что приводит к выходу из строя системы газоснабжения.

Для устранения этих недостатков представлена схема автономной системы газоснабжения (рисунок 1).

Автономная система газоснабжения работает следующим образом. Паровая смесь пропана и бу-

тана образуется в резервуаре путем естественной регазификации сжиженного нефтяного газа, осуществляемого за счет теплообмена

между подземным резервуаром и землей, остается уравновешенным при избыточном давлении, возникающем из-за содержания жидкой фазы

сжиженного нефтяного газа.На первом этапе паровая смесь пропана и бутана отводится на потребление

ед. По трубопроводу паровой фазы 2.

Положение клапана 5 относительно тракта паровой смеси открыто. Паровая фаза при движении по зависимой системе газоснабжения

поступает в грунтовый теплообменник 4, где газовая смесь

дополнительно нагревается за счет теплообмена с массой грунта. Далее паровая смесь поступает в регулятор давления 6

, где снижает свое давление и по трубопроводу 8 подается потребителям.В процессе отвода паровой смеси пропана и бутана из емкости 1

снижается давление на контрольной поверхности

; когда давление достигает значения 69 кПа, клапан 5 закрывается, давление

повышается, жидкая фаза из резервуара, движущаяся по трубопроводу жидкой фазы, подается в грунтовый теплообменник 4

, где начинает испаряться и в в виде пара подается на регулятор давления

6. В процессе испарения сжиженного углеводородного газа давление в резервуаре начинает повышаться

под поверхностью разъединения, клапан 5 перекрывает поток сжиженного газа, а резервуар природный пар

мощность вводится в эксплуатацию.Таким образом, схема обеспечивает стабильную подачу газа даже при расходе тяжелого газа

. Коллектор конденсата 9 служит для сбора конденсата и неиспарившегося тяжелого газа

Газификация угля: последний, лучший шанс американской угольной державы?

«У нас абсолютное разрушение угольной промышленности США. Это не вернется. Это навсегда. Практически все это постоянно. И если вы думаете, что он возвращается, вы не разбираетесь в бизнесе.Или ты куришь дурь.

Это не слова специалиста по связям с общественностью Sierra Club или последнего пресс-релиза Билла Маккиббена. Это высказывания, сделанные ранее в этом месяце Робертом Мюрреем, владельцем и генеральным директором Murray Energy, крупнейшей частной угольной компании в стране. Он сказал участникам отраслевой конференции, что «безумная, царственная администрация короля Обамы» и Агентство по охране окружающей среды загоняют отрасль в землю.

В каком-то смысле он прав.Как сообщает агентство Bloomberg вместе с цитатой Мюррея, угольная промышленность находится в затруднительном положении. Рыночная капитализация отрасли снизилась с 78 миллиардов долларов в 2011 году до примерно 25 миллиардов долларов сегодня. Хотя в 2007 году уголь производил более половины электроэнергии в стране, сейчас он составляет 37%, и ожидается, что эта цифра будет продолжать снижаться.

Аналитики и инсайдеры отрасли сходятся во мнении, что снижение угля в основном связано с двумя факторами: низкой ценой – и, как следствие, бумом добычи – природного газа и предложенными правилами EPA, направленными на сокращение выбросов углерода и других загрязняющих веществ в результате сжигания угля. в традиционных электростанциях.

В совокупности эти факторы делают строительство новой традиционной угольной электростанции практически невозможным для американских коммунальных предприятий, по словам Майкла Рутковски, управляющего директора практики энергетики Navigant consulting.

«Новая угольная электростанция сейчас просто не запускается», – сказал он Utility Dive.

К счастью для Мюррея и американских коммунальных предприятий, работающих на ископаемом топливе, сторонники угля говорят, что есть технологии, которые могут обойти новые правила выбросов, если их можно будет внедрить в больших масштабах.Наиболее многообещающей технологией является интегрированный комбинированный цикл газификации (IGCC), и она может стать последней надеждой американских энергетических компаний на сжигание угля в 21 веке.

IGCC: путь вперед для угля?

По словам Рутковски, существует несколько различных разновидностей газификации угля, но все они обладают некоторыми важными особенностями: они превращают уголь в синтетический газ с более чистым сгоранием, удаляют примеси, такие как сера и ртуть, а затем сжигают его в комбинированном цикле. завод как природный газ.Некоторые заводы, такие как почти готовый к эксплуатации проект округа Кемпер в штате Миссисипи, улавливают оставшиеся выбросы и продают побочные продукты, чтобы помочь в дальнейшей добыче ископаемого топлива.

В настоящее время в Соединенных Штатах есть две крупные электростанции IGCC – действующая электростанция Duke Energy мощностью 618 МВт в Эдвардспорте в Индиане и строящаяся компания Southern Company мощностью 582 МВт в округе Кемпер в штате Миссисипи. В июне агентство Reuters сообщило, что ряд энергетических компаний свернули свои заводы IGCC из-за их высокой стоимости и обилия дешевого природного газа, оставив Duke и Southern в качестве последних двух энергокомпаний.

Duke Energy отказалась говорить с Utility Dive о проекте Edwardsport, только заявив, что он участвует в регулирующих разбирательствах, и не будет давать никаких комментариев. Представители Southern Company согласились отвечать только на письменные вопросы по электронной почте.

Компания Southern считает, что на заводе Kemper она нашла способ продолжать сжигать уголь в 21 веке, говорит Жаннис Холл, старший стратег по связям со СМИ компании Southern.

«Южная компания предлагает решения энергетических проблем Америки с тех пор, как более 40 лет назад мы впервые разработали наши надежные собственные программы НИОКР», – написала она. «Мы считаем, что нашли путь вперед для угля в Америке с помощью технологии, разрабатываемой на энергетическом предприятии округа Кемпер в штате Миссисипи Пауэр. ”

Проблема для Southern – как и для почти 20 000 МВт предлагаемой мощности IGCC, которую коммунальные предприятия списали с 1990-х годов – это стоимость.

Завод Kemper сжигает бурый уголь из шахты, расположенной рядом с предприятием.

Миссисипи Пауэр flickr

Прямо как атомную электростанцию?

Рутковски – ветеран демонстрационного проекта IGCC на реке Вабаш, одного из первых в США в 1990-х годах.Он говорит, что, хотя такие компании, как Southern, могут быть в восторге от этой технологии, она не может конкурировать с ее основным заменителем.

«Экономика проекта IGCC сильно отличается от нынешней альтернативы, которой является комбинированный цикл природного газа, и именно это мешает его строительству за пределами этих двух демонстрационных проектов», – сказал он.

Аналитик говорит, что стоимость и неопределенность окупаемости инвестиций в электростанции IGCC ставит их почти в один ряд с другим видом дорогостоящих и рискованных инвестиций в генерацию.

«Я думаю, вы почти можете сравнить [проекты IGCC] с атомными станциями, – сказал он, – потому что они имеют очень высокие капитальные затраты … имеют относительно высокие постоянные затраты после того, как они работают, и у вас все еще есть неопределенность, связанная с [технология] улавливания углерода ».

Эти риски затрудняют строительство электростанций IGCC на конкурентных рынках электроэнергии, объяснил Рутковски, из-за наличия более дешевых и менее рискованных инвестиций, таких как природный газ. По его словам, ценовые сигналы для нового поколения на таких рынках, как PJM и ISO-NE, слишком краткосрочны, чтобы оправдать риск и стоимость установки для газификации угля.

«Их почти нужно строить, поскольку они строятся сейчас, в условиях, основанных на тарифах», – сказал Рутковски. По сообщению Reuters, затраты на строительство для Edwardsport повысили ставки для клиентов Duke в Индиане на 14%.

Для многих риски технологии IGCC можно проиллюстрировать на примере завода Southern Kemper. Первоначально предполагалось, что стоимость строительства составит 2,4 миллиарда долларов, но затраты на строительство превысили 6,1 миллиарда долларов, и, по словам Натали Кампен, менеджера по связям со СМИ в Mississippi Power, the Southern Co.подсобное здание завода.

Campen говорит, что трудности с затратами являются нормальным явлением, когда дело доходит до такой большой новой электростанции. Она написала в Utility Dive, что Mississippi Power начала строительство, завершив лишь 15-20% проекта.

«Мы были абсолютно правы в оценке затрат на проектирование основных компонентов объекта: газогенератора, парогенератора и турбины внутреннего сгорания», – сказала она. «Где мы это упустили и где многие первоклассные объекты, такие как объект Kemper, не достигают цели при оценке, так это в количестве трубопроводов и проводки, а также в объеме труда, связанном с этими материалами. ”

Тем не менее, говорит Рутковски, строительство заводов IGCC в настоящее время слишком дорого, чтобы конкурировать с газом.

«Вы не построили бы завод стоимостью 2 миллиарда долларов, который производил бы замещающий природный газ по цене 7 долларов за миллион британских тепловых единиц, когда рыночная цена [на природный газ] составляет 4 доллара с небольшим в самый высокий день», – сказал он.

Вид с воздуха на строящийся завод Кемпер

Миссисипи Пауэр flickr

Экологические вопросы: насколько в действительности IGCC чище?

Southern Company Hall говорится, что после того, как Kemper будет полностью введен в эксплуатацию, завод будет улавливать 65% производимого углерода, «делая выбросы лучше, чем у завода по производству природного газа аналогичного размера.”

Экологи предупреждают, однако, что подобные статистические данные скрывают более мрачную реальность для IGCC. Хотя процесс газификации удаляет примеси из угля и создает более чистое горючее топливо, этот процесс также потребляет электроэнергию. Эксперты говорят, что станции IGCC с возможностями улавливания углерода, такие как Kemper, потребляют на 20-30% больше угля для производства киловатт-часа электроэнергии, чем традиционные угольные станции.

«Требуется больше топлива на каждый киловатт-час мощности, потому что вам необходимо увеличить мощность завода, чтобы выработать достаточно электроэнергии для работы газификатора», – сказал Рутковси.«Тепловые показатели не так хороши, как в комбинированном цикле природного газа».

Существует также вопрос о том, что происходит с побочными продуктами объектов IGCC. После того, как завод Kemper будет полностью введен в эксплуатацию, он будет продавать улавливаемый углекислый газ для помощи в разведке нефти и газа. Хотя это поможет станции окупить часть перерасхода средств на строительство, критики говорят, что это только усугубит цикл изменения климата, стимулируя более широкую разработку ископаемого топлива.

Рутковски, однако, предупреждает, что у IGCC есть и другие экологические преимущества, которые делают его более чистым, чем традиционный пылевидный уголь.

«Что касается других выбросов – NOx, SOx и ртути, – они улавливаются перед сжиганием, – сказал он. – Таким образом, вы можете улавливать больше этих выбросов, а процесс газификации приводит к меньшему выходу выбросов».

Генеральный директор и председатель Southern Co. Том Фаннинг (слева) и министр энергетики Эрнест Монис (справа) на заводе в Кемпер в ноябре 2013 г.

Миссисипи Пауэр flickr

Путь вперед: диверсификация

Если заводы IGCC не так безвредны для окружающей среды, как утверждают их защитники, и подвергают своих владельцев огромному финансовому риску, почему такие компании, как Southern и Duke, продвигаются вперед? Рутковски говорит, что отчасти ответ кроется в простой инерции: многие заводы были задуманы, когда цены на газ были еще высокими.Но даже если такие проекты, как Kemper, никогда не смогут конкурировать с заводами по производству природного газа, IGCC все равно сможет продвинуться вперед.

«По сути, этот тип завода обеспечивает диверсификацию базы поставок», – сказал Рутковски. Он предупреждает, что слишком быстрое переключение угольной генерации на природный газ также сопряжено с проблемами.

«У этого есть свои проблемы с инфраструктурой газоснабжения и трубопроводной инфраструктурой, которая может доставлять газ на электростанции», – сказал он.«Если бы мы смогли очень быстро перейти на газ, у нас была бы инфраструктура, необходимая только для доставки топлива на все эти новые газовые заводы».

Campen говорит, что диверсификация – одно из больших преимуществ, которые завод Kemper предлагает клиентам Mississippi Power.

«Без проекта Kemper до 90% электроэнергии потребителей Mississippi Power будет вырабатываться с использованием природного газа, в результате чего потребители будут подвержены колебаниям цен на природный газ», – написала она.

Сторонники возобновляемых источников энергии и защитники окружающей среды говорят, что дихотомия газ-уголь – это ложный выбор, что даже штаты на крайнем юге могут получать большую часть своей энергии за счет солнечной и ветровой энергии при наличии правильных экономических стимулов и транспортной инфраструктуры. Они говорят, что не смотрите дальше, чем в Грузию, где находится самый быстрорастущий в стране рынок солнечной энергии. В прошлом году регулирующие органы поручили Джорджии Пауэр, еще одной южной дочерней компании, добавить к 2016 году 525 МВт солнечной энергии, что почти равно мощности электростанции в Кемпер, но с гораздо меньшими затратами для коммунального предприятия.

Будет ли рост возобновляемых источников энергии и обилия природного газа причиной гибели IGCC и других технологий «чистого угля», еще предстоит увидеть, но правительство, похоже, поддерживает их. Кемпер воспользовался федеральными льготами на сотни миллионов долларов за технологию «чистого угля», а недавнее соглашение U.Соглашение о климате между Южным и Китаем включает положения о новой установке по улавливанию углерода.

В конце концов, говорит Рутковски, стимулы будут ключевым моментом, потому что в настоящее время затраты все еще слишком высоки.

«Если есть стимул для развития такого типа установок, то это может быть либо диверсификация топлива, либо чистая экономика», – сказал он. «Если бы цены на природный газ значительно выросли, тогда IGCC мог бы быть экономически жизнеспособным, но сейчас это просто не кажется таковым.”

Thriveoffgrid.net | Ранее Vulcan Gasifier

Добро пожаловать в Thrive Off Grid!

Мы являемся мировым лидером в области микромасштабной газификации энергетических и тепловых систем. Наши системы преобразуют возобновляемую древесную биомассу и отходы древесной биомассы в газообразное топливо для работы электрогенераторов с искровым зажиганием и другого силового оборудования с малыми двигателями. Благодаря более чем 10-летнему опыту быстрой разработки наших продуктов, наши технологии являются одними из лучших.

Серия газификаторов M-1 теперь предлагается в четырех различных размерах, от газификатора базовой модели M-1 до гигантского M-1 Alpha. Теперь мы можем удовлетворить очень широкий спектр приложений с помощью этой единственной линейки продуктов. Если вы хотите использовать небольшой генератор, генератор большего размера, трактор, пикап или что-то среднее, мы вам поможем. Все версии предлагаются в стандартном формате автономного газификатора или в полностью загруженных, готовых к работе системах. Это дает вам возможность заказать только базовый газификатор и самостоятельно добавить свои собственные фильтры, воздуходувки и вспомогательные системы для экономии средств, объединить несколько систем в сеть через Fusion 3, чтобы продлить время работы, или заказать систему в комплекте с нашим полным комплектом. система поддержки, чтобы подготовить его к работе.Это самая гибкая система на рынке !!

Fusion 3 – это сетевой модуль, который может объединять любую из систем газогенератора M-1 в одну. Это увеличивает время работы, дает вам возможность дозаправляться на лету и расширяет ваши приложения, поскольку вы можете просто масштабировать их для удовлетворения этого спроса. Fusion 3 обеспечивает систему фильтрации и запуска нагнетателя, поэтому все, что необходимо, – это базовые модули газификатора. Это сокращает ваши затраты, поскольку вы покупаете фильтр только один раз, а создание трех модулей газогенератора дешевле и сложнее, чем создание одной гигантской машины.

Пакет поддержки M-1 представляет собой систему с фильтром и пусковым нагнетателем на болтах для газификаторов M-1 Standard, Utility и Alpha. Вместе с блинным фильтром, нашим комплектом переходников для двигателя с системой быстроразъемных шлангов и сборкой топливного смесителя любая из этих машин может быть готова к работе.

В дополнение к установкам газификатора серии M-1 мы предлагаем печи для производства древесного угля и будем развивать будущие системы автоматизации для автономной автономной зарядки аккумуляторов специально для серии M.Все серии M на 2021 год имеют изменения для добавления и обновления до полной автоматизации в любое время.

Почему именно древесный уголь?

Производство древесного угля намного проще и практичнее, чем установка прямой газификации древесины. Это меньше переработки топлива, не требуется сушка топлива, нет сортировки топлива, нет ограничений по запасам топлива. (вы можете подавать только топливо для измельчителя, которое оно может перерабатывать) нет дорогостоящей машины для измельчения или измельчения, и вы вряд ли когда-либо будете производить смолу. Если угольный газификатор может производить смолу (маловероятно), то газификатор прямого сырого топлива (это произойдет) никогда не может быть освобожден от производства смолы (если это может случиться, так и будет). Газификаторы M-1 намного менее сложны, чем типичные сырые. топливный газификатор значительно снижает наши затраты для вас. Микрогазификаторы работают стабильно и позволяют пользователю отходить от агрегата во время работы. Без комплексной автоматизации вы просто не сможете этого сделать с газификатором прямого действия на древесину; (он должен быть автоматизирован), и это требует больших затрат.Обугленный газ после фильтрации почти такой же чистый, как и природный газ; Газификатор с прямым сжиганием древесины никогда не будет производить такой чистый газ. Не обманывайтесь утверждениями о «чистом газе» и «без смол». Все это означает, что газ достаточно чистый для работы двигателя без чрезмерного образования смол. Но этот газ нельзя назвать «чистым». Если вам нужно что-то, что будет надежно работать без постоянной возни, мы предлагаем это решение. Другими машинами вы рискуете. Мы одни из немногих в мире, занимающихся этим, и вторая по продолжительности деятельность на рынке США.Мы работаем здесь более десяти лет и создали одни из самых передовых систем, которые когда-либо существовали в этом пространстве. Приобретая у нас машину, вы получаете не только очень хорошо разработанный и отличный продукт, но и годы разработки, подтверждающие его.

Для получения дополнительной информации просмотрите все продукты в раскрывающемся меню продукта.

SGh3 строительство крупнейшего завода по производству экологически чистого водорода в Калифорнии; газификация отходов в h3

Энергетическая компания SGh3 переносит крупнейшее в мире предприятие по производству зеленого водорода в Ланкастер, Калифорния.Завод будет использовать технологию SGh3, которая будет газифицировать переработанные смешанные бумажные отходы для производства зеленого водорода, который сокращает выбросы углерода в два-три раза больше, чем зеленый водород, производимый с помощью электролиза и возобновляемых источников энергии, и стоит в пять-семь раз дешевле.

В процессе газификации

SGh3 используется процесс термической каталитической конверсии с плазменным усилением, оптимизированный с использованием газа, обогащенного кислородом. В камере с каталитическим слоем острова газификации плазменные горелки генерируют такие высокие температуры (3500 ºC – 4000 ºC), что исходное сырье распадается на молекулярные соединения без золы сгорания или токсичной летучей золы.Когда газы выходят из камеры слоя катализатора, молекулы связываются в очень высококачественный биосинтез, богатый водородом, без смол, сажи и тяжелых металлов.

Синтез-газ затем проходит через систему абсорбера с переменным давлением, в результате чего получается водород с чистотой 99,9999%, необходимой для использования в транспортных средствах на топливных элементах с протонообменной мембраной. Процесс SPEG извлекает весь углерод из отработанного сырья, удаляет все твердые частицы и кислые газы и не производит токсинов или загрязнений.

Конечный результат – водород высокой чистоты и небольшое количество биогенного углекислого газа, которое не увеличивает выбросы парниковых газов.

SGh3 утверждает, что его зеленый водород конкурентоспособен по стоимости с «серым» водородом, производимым из ископаемого топлива, такого как природный газ – источник большей части водорода, используемого в Соединенных Штатах.

Согласно недавнему меморандуму о взаимопонимании, город Ланкастер будет принимать и совладельцем завода по производству зеленого водорода.Завод SGh3 в Ланкастере сможет производить до 11 000 килограммов зеленого водорода в день и 3,8 миллиона килограммов в год – почти в три раза больше, чем любой другой завод по производству зеленого водорода, построенный или строящийся в любой точке мира.

Предприятие будет перерабатывать 42 000 тонн вторичного мусора в год. Город Ланкастер будет поставлять гарантированное сырье из вторсырья и сэкономит от 50 до 75 долларов за тонну на затратах на захоронение и размещение полигона. Крупнейшие владельцы и операторы водородных заправочных станций (HRS) в Калифорнии ведут переговоры о покупке продукции завода для поставки текущих и будущих HRS, которые будут построены в штате в течение следующих десяти лет.

Поскольку мир и наш город справляются с кризисом коронавируса, мы ищем способы обеспечить лучшее будущее. Мы знаем, что экономика замкнутого цикла с использованием возобновляемых источников энергии – это путь, и мы позиционируем себя как мировая столица альтернативной энергетики. Вот почему так важно наше партнерство с SGh3.
Это революционная технология. Он не только решает проблемы качества воздуха и климата, производя экологически чистый водород. Он также решает наши проблемы с пластмассами и отходами, превращая их в экологически чистый водород, и делает его более чистым и при меньших затратах, чем любой другой производитель зеленого водорода.
—Мэр Ланкастера Р. Рекс Пэррис

Разработанная ученым НАСА доктором Сальвадором Камачо и генеральным директором SGh3 доктором Робертом Т. До, биофизиком и врачом, запатентованная технология SGh3 газифицирует любые виды отходов – от пластика до бумаги и от шин до текстиля – для производства водорода. Технология была проверена и подтверждена технически и финансово ведущими мировыми организациями, включая Экспортно-импортный банк США, Barclays и Deutsche Bank, а также экспертами по газификации Shell New Energies.

В отличие от других возобновляемых источников энергии, водород может служить топливом для трудно декарбонизируемых секторов тяжелой промышленности, таких как сталь, тяжелый транспорт и цемент. Он также может обеспечить низкозатратное долгосрочное хранение для электрических сетей, использующих возобновляемые источники энергии. Водород может также уменьшить количество природного газа и потенциально заменить его во всех сферах применения. Bloomberg New Energy Finance сообщает, что чистый водород может сократить до 34% глобальных выбросов парниковых газов от ископаемого топлива и промышленности.

Страны по всему миру начинают осознавать важную роль зеленого водорода в повышении энергетической безопасности и снижении выбросов парниковых газов. Но до сих пор масштабное внедрение было слишком дорого.
– Ханна Бреуниг, доктор философии, Группа устойчивых энергетических систем Национальной лаборатории Лоуренса Беркли

Консорциум ведущих мировых компаний и ведущих организаций присоединился к SGh3 и городу Ланкастеру для разработки и реализации проекта Lancaster, включая: Fluor, Berkeley Lab, Калифорнийский университет в Беркли, Thermosolv, Integrity Engineers, Millenium, HyetHydrogen и Hexagon.

Fluor, глобальная компания по проектированию, снабжению, строительству и техническому обслуживанию, имеющая лучший в своем классе опыт в строительстве заводов по производству водорода из газификации, обеспечит предварительное проектирование и проектирование для завода в Ланкастере.SGh3 предоставит полную гарантию производительности завода в Ланкастере, предоставив полную гарантию производительности производства водорода в год, подписанную крупнейшей перестраховочной компанией в мире.

Помимо производства безуглеродного водорода, запатентованная SGh3 технология плазменной улучшенной газификации Solena (SPEG) газифицирует биогенные отходы без использования энергии из внешних источников. Лаборатория Беркли провела предварительный анализ углерода жизненного цикла, который показал, что на каждую тонну произведенного водорода технология SPEG сокращает выбросы на 23–31 тонну эквивалента двуокиси углерода, что на 13–19 тонн больше, чем на тонну углекислого газа, чем любой другой зеленый водород процесс.

Производители так называемого голубого, серого и коричневого водорода используют ископаемое топливо (природный газ или уголь) или низкотемпературную газификацию (

Отходы – это глобальная проблема, они закупоривают водные пути, загрязняют океаны, упаковывают свалки и загрязняют небо. Рынок всех вторсырья, от смешанного пластика до картона и бумаги, рухнул в 2018 году, когда Китай запретил импорт переработанных отходов. Сейчас большая часть этих материалов хранится или отправляется обратно на свалки. В некоторых случаях они попадают в океан, где ежегодно обнаруживаются миллионы тонн пластика.Метан, выбрасываемый со свалок, является улавливающим тепло газом, в 25 раз более сильным, чем углекислый газ.

SGh3 ведет переговоры о запуске аналогичных проектов во Франции, Саудовской Аравии, Украине, Греции, Японии, Южной Корее, Польше, Турции, России, Китае, Бразилии, Малайзии и Австралии. Модульная многоуровневая конструкция SGh3 рассчитана на быстрое масштабирование и линейно распределенное расширение, а также снижение капитальных затрат. Он не зависит от конкретных погодных условий и не требует столько земли, как проекты, основанные на солнечной и ветровой энергии.

Завод в Ланкастере будет построен на участке площадью 5 акров, который является зоной тяжелой промышленности, на пересечении проспекта М и 6-й улицы Ист (северо-западный угол – участок № 3126 017 028). После ввода в эксплуатацию на заводе будет работать 35 человек на полную ставку, а за 18 месяцев строительства будет создано более 600 рабочих мест. SGh3 предполагает начало строительства в первом квартале 2021 года, ввод в эксплуатацию в четвертом квартале 2022 года и полную эксплуатацию в первом квартале 2023 года.

Продукция завода в Ланкастере будет использоваться на заправочных станциях водородом по всей Калифорнии как для легких, так и для тяжелых транспортных средств на топливных элементах.В отличие от других методов производства зеленого водорода, которые зависят от переменной солнечной или ветровой энергии, процесс SPEG основан на постоянном круглогодичном потоке переработанного исходного сырья и, следовательно, может производить водород в больших масштабах более надежно.

SGh3 Energy Global, LLC (SGh3) – это компания группы Solena, специализирующаяся на газификации отходов в водород и обладающая исключительными правами на создание, владение и эксплуатацию технологии SPEG SG для производства зеленого водорода.

Робототехника | Бесплатный полнотекстовый | Источники энергии на основе биоэнергетики для мобильных автономных роботов

1.Введение

Сегодня робототехника – одна из самых быстрорастущих областей индустрии высоких технологий.

При разработке новых робототехнических систем большое внимание уделяется биомимикрии, то есть попыткам принять некоторые естественные решения, связанные с когнитивным поведением [1,2,3] и движениями [4,5]. Целью этих усилий является передача наиболее эффективных принципов организации различных биологических систем и биологических объектов, поскольку многие из них автономны по своей природе с точки зрения самообеспечения необходимыми ресурсами.В то же время ряд задач робототехники можно решить с помощью автономных мобильных роботов, которые могли бы длительное время работать без восполнения своих энергоресурсов (заправка баков топливом, зарядка аккумуляторов и т. Д.), В том числе за счет использования доступные окружающие ресурсы. Автономность мобильных роботов возникает в результате растущей сложности алгоритмов поведения, управления манипуляторами и исполнительными механизмами, систем питания и специализации конструкции роботов для прикладной среды [6].Часто это результат автоматизации задач, выполняемых роботом в режиме удаленного управления.

Автономность энергосистемы возникает в результате этой эволюции. Однако сейчас в некоторых системах электроснабжения автономных мобильных роботов в основном используются батареи [7] или двигатели на органическом топливе (спирт, бензин, керосин) [8]. Таким образом, есть работы, посвященные биотопливным элементам [9,10,11]. Например, описанный в [9] «Гастробот» – это большой демонстрационный робот, в котором авторы реализовали систему использования пищи в качестве субстрата для работы микробных биотопливных клеток.В то же время биотопливные элементы – не единственная область исследований, которая сейчас развивается в области биоэнергетики. Существуют исследования, связанные с различными тепловыми методами производства энергии из биомассы [12], производства биотоплива для обычных двигателей [13,14] и топливных элементов с микроорганизмами, ферментами, наночастицами металлов или оксидов металлов в качестве катализаторов, работающих на биогенном субстрате. [15,16]. Таким образом, цель данной статьи – предоставить обзор и анализ последних достижений в области биоэнергетики, которые могут найти применение в качестве потенциальных источников энергии для автономных мобильных роботов.

Чтобы провести эту работу, мы должны сначала рассмотреть типы автономных мобильных роботов и их область применения.

2. Типы автономных мобильных роботов

Общая стратегия развития мобильной робототехники в сельском хозяйстве [17], строительстве, добыче полезных ископаемых [18], уборке [19], патрулировании, мониторинге и исследованиях окружающей среды [20] и управлении технические системы [21] – это разработка более автономной системы управления, переход от дистанционного управления к полу- и полностью автономным системам, разработка конструкции роботов и манипуляторов, требующих минимального вмешательства человека и оператора [22], настроенных на долгосрочную перспективу. эксплуатация без обслуживания.От глобальной концепции автономии мы должны перейти к хорошо известному поведению или вычислительной автономии, эволюция которой описана Р.А. Брукса в его замечательной статье [23] и энергетической автономии, которая достигается за счет повышения энергоэффективности различных исполнительных механизмов и систем управления, оптимизации алгоритмов управления и модернизации источников питания.

В настоящее время источники энергии для роботов, основанные на батареях или двигателях внутреннего сгорания, выступают в качестве ключевого элемента, ограничивающего распространение приложений автономных мобильных роботов.Основные подходы к преодолению этого ограничения включают следующее:

Разработка терминалов подзарядки роботов и алгоритмов поведения роботов, которые включают поиск таких терминалов и планирование его работы в режиме периодической зарядки [24,25], определение правильного времени зарядки, количества топлива, необходимого для каждого рабочего цикла, правильного Стратегия поведения робота зависит от характеристик источника питания и требует теоретических исследований и моделирования [26]. Оптимальные рабочие циклы с дозаправкой или подзарядкой, поиском источников энергии исследовал Д.Макфарланд [27].
Использование сложных энергосистем, состоящих из нескольких источников питания разного типа [28,29]. Этот подход был реализован в серии роботов Gastrobot [9] и Ecobot [30], где микробные топливные элементы (MFC) использовались наряду с батареями и ультраконденсаторами. Распределение энергии между различными источниками питания требует адаптивного управления и прогнозирования энергопотребления. Такая система распределения энергии, основанная на модели нейронной сети, была предложена в [31] для роботов с топливным элементом с протонообменной мембраной (PEM) и блоком ультраконденсаторов в качестве источников энергии.
При нехватке энергии для систем управления робот может перейти в спящий режим с низким энергопотреблением. Такой подход был реализован в роботах Ecobot [30]. Практическая реализация этого механизма может быть основана на использовании (наряду с основной системой управления) вторичной или резервной системы управления с пониженным энергопотреблением и вычислительной мощностью. В качестве примера подобной архитектуры может быть представлен исследовательский робот-гексапод из исследования [32], хотя он был создан для других целей.Один компьютер использовался для обработки данных датчиков, а другой для прямого управления серводвигателями;
Минимизация энергопотребления исполнительных механизмов за счет более эффективного управления или оптимизации конструкции [33,34];
Использование разнородных систем, например, большого робота для транспортировки более мелких роботов, которые могут решать локальные задачи, но имеют более низкую энергетическую автономность [35];
Эффективное использование свойств окружающей среды. Например, мультикоптеры и самолеты летающих роботов-амфибий могут применяться для движения в двух средах [36].Энергозатратный полет и периодическое движение по земле можно комбинировать для передвижения по поверхности [37,38]. Комбинация движения воды и поверхностной среды в определенных местных условиях может расширить диапазон применений и снизить энергопотребление. Примерами таких решений являются подводные и морские роботы-амфибии на ногах [39,40]. Кроме того, в той же среде, но с разными свойствами, роботы могут менять тип движения, как робот-ползунок Скорпион, разработанный Масатакой и др.[41] и имитируя стратегию движения паука Cebrenus Rechenburgi.

Роботы с автономным питанием особенно необходимы для задач, в которых прикладная среда затрудняет доступ к постоянному источнику питания. Это может быть морское, подводное и надводное использование, исследование параметров воды [42], геодезической ситуации [24], биологических ресурсов [20,43], мониторинг и контроль инженерных сооружений [6,44].

То же отсутствие постоянного источника энергии делает воздушных роботов востребованными в аналогичных областях: мониторинг поверхности Земли и сканирование опасной окружающей среды [38].Наземные роботы могут применяться в задачах, связанных с техническим контролем сооружений [21], уборкой [19] и сельским хозяйством [17,45]. Основные возможные области применения автономных мобильных роботов представлены на рисунке 1. Выполнение этих задач требует определенной специализации робота и его конструкции с учетом энергопотребления. В первую очередь важны тип привода, оптимизация энергопотребления для выбранной среды прикладных задач, вес робота и требуемые параметры маневренности (рисунок 1).В качестве примера конструкций с минимальным потреблением энергии можно упомянуть парусных роботов на водной среде [46,47] и подводных планеров [39], которые потребляют энергию для движения только при изменении формы паруса, угла крыла и плавучести. Для воздушной среды существуют аэростаты [48] и планеры, которые используют формирующиеся термики для дрейфа вверх [49]. Для наземных колесных роботов и роботов с комбинированными колесно-опорными механизмами используются преимущества движения на опорных лапах с более высокой энергоэффективностью колесного шасси на ровной поверхности [50].Часто для определенных задач требуется определенный тип движения. Технология актуаторов мобильных роботов движется в сторону повышения эффективности и освоения новых режимов движения. Например, в контексте конструкции орнитоптера это означает резкое ускорение, замедление и зависание [51]. Подражая принципам полета биологических моделей, таких как стрекоза, роботы-орнитоптеры могут приобретать определенные режимы полета, такие как парение, парение, боковой, обратный полет и быстрое движение вперед (около 56 км / ч) [52].Конструкция новых пьезоэлектрических двигателей [35], исполнительных механизмов со встроенным управлением, двигателей и редукторов [4], формы и конструкции крыла позволят получить новые требуемые характеристики движения. Вероятно, применение таких конструкций роботов будет связано с развитием сети распределенных датчиков в будущем [53]. В водной среде аналогичные подходы имеют тенденцию реализовывать конструкции с различными формами плавников. Преимуществами плавниковых приводов являются бесшумность, возможность движения назад, например, путем создания волнового движения [54], повышенная эффективность на малых скоростях и высокая стабильность при удержании позиции [36].Существует множество стратегий движения подводных роботов, в которых используются различные конструкции плавников, скопированные с рыб, например, изменяемая конфигурация поверхности робота [51]. Форма плавника [55] и алгоритмы управления движением сегодня являются предметом интенсивных теоретических исследований [56]. Серводвигатели роботов, движущихся по поверхности земли, развиваются аналогичным образом, повышая энергоэффективность за счет разработки и алгоритмов управления [33].

Прикладная среда и круг задач определяют выбор типа привода.Часто он определяет требования к архитектуре энергосистемы, например, тип электрического генератора, топливного элемента и батареи. Таким образом, повышение энергоэффективности автономных мобильных роботов расширит список их возможных источников энергии.

Далее давайте рассмотрим, какие разработки в области биоэнергетики сегодня потенциально могут найти применение в энергоснабжении автономных мобильных роботов.

3. Биотопливо для двигателей внутреннего сгорания

Последние разработки в области моторного биотоплива (биоспирта, биодизеля и биокеросина) позволяют использовать его в современных двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах [14,57,58].Однако использование готового органического топлива связывает роботов с их точками производства и распределения, как и в случае с обычным оборудованием и автотранспортом. Преимуществом использования биотоплива является возможность его бережливого производства, особенно если топливо производится из биомассы водорослей [13,59]. Для выращивания микроводорослей необходимы только свет, вода, углекислый газ и минимальное количество солей [13,60,61]. Такие заводы могут быть расположены вдали от основных транспортных магистралей и могут значительно повысить мобильность и экономичность использования оборудования за счет использования биотоплива.Таким образом, система с закрытым фотобиореактором вместимостью 10 м ³ может обеспечить от 2 до 5 кг биодизеля за 5–7 дней, в зависимости от штамма микроводорослей [13,62]. В стандартном морском 40-футовом контейнере High-cube типа ISO (Международная организация по стандартизации) теоретически можно разместить фотобиореактор объемом 10–15 м ³. Для трех таких фотобиореакторов потребуется один контейнер с оборудованием для производства топлива из биомассы. Эта схема позволит производить на месте от 6 до 15 кг биодизеля в течение 5–7 дней [63,64].Такой стационарный источник топлива можно полностью автоматизировать. Кроме того, сегодня уже существуют математические модели, описывающие работу фотобиореакторов, которые дают возможность прогнозировать их производительность по отношению к внешним факторам (концентрация СО2, освещенность и др.) [65,66,67]. В перспективе эту технологию можно использовать, например, в большом медленно движущемся роботизированном корабле или барже, которые служат источником топлива для ряда небольших автономных мобильных роботов, как показано на рисунке 2.

4. Биотопливные элементы

В настоящее время, биотопливные элементы (BFC) и топливные элементы с абиотическими катализаторами на биогенном субстрате создаются и изучаются во многих лабораториях по всему миру [68,69].Как и традиционный водородно-кислородный топливный элемент, BFC включает в себя два электрода, анод и катод. Один или оба из них являются биоэлектродами и содержат биокатализатор в виде фермента или живых микроорганизмов. При потреблении любого органического соединения (субстрата) анодный биокатализатор высвобождает электроны, которые способствуют восстановлению деполяризатора (в основном кислорода) на поверхности катода [70]. Общая каталитическая активность биокатализатора, иммобилизованного на поверхности электрода, является наиболее важным фактором для достижения высокой выходной мощности БТЭ [71].Эффективность BFC оценивается по нескольким параметрам. Наиболее распространенным из них является удельная мощность, т. Е. Мощность, вырабатываемая на единицу поверхности электрода [15,72]. Основными задачами создания таких устройств являются:

очистка загрязненных сточных вод органическими примесями, таких как сточные воды, при производстве электроэнергии [73];
разработка биотоплива или абиотических топливных элементов, работающих на глюкозе, для источника питания имплантируемых устройств [15] и носимых устройств, таких как контактные линзы [74].

В первом случае используются микробные биотопливные клетки, в которых живые микроорганизмы работают как катализатор [16]. Во втором случае используются биотопливные элементы, в которых в качестве катализатора действует определенный очищенный фермент. Кроме того, топливные элементы с металлическим или металлооксидным катализатором, разработанные для окисления глюкозы, также находят свое применение [75]. Важно отметить, что для использования БТЭ в качестве источника энергии для автономных мобильных роботов требуется аккумулятор или конденсаторы в качестве вторичного накопителя энергии.Причиной использования батарей является сильная зависимость между выработкой энергии и количеством потребляемого субстрата [76]. В целом BFC можно рассматривать как перспективный источник энергии для автономных мобильных роботов, поскольку он может использовать различные биогенные материалы. Можно выделить большие климатические зоны, где теоретически существуют вещества, которые могут позволить БТЭ производить электричество.

Теперь давайте рассмотрим каждую из трех групп этих топливных элементов.

4.1. MFC

Принципиальная схема MFC представлена на рисунке 3a.Перенос электронов от микроорганизмов к проводящему материалу электрода может происходить либо напрямую [77] (показано на рисунке 3a в виде dir), либо с помощью посредника – вещества, которое циклически окисляется и восстанавливается в процессе работы БТЭ [16] (показан на рис. 3а как мед.).

В целом МФЦ можно разделить на четыре категории в зависимости от используемых в нем микроорганизмов:

BFC с использованием одного штамма бактерий [68,78];
BFC с использованием микробных сообществ [73];
BFC с использованием фототрофных микроорганизмов [81], микроводорослей или цианобактерий [82].

Варианты 1, 2 и 3 способны вырабатывать электричество из органического субстрата. Выбор микроорганизмов для таких БФК во многом зависит от выбранного субстрата. Вариант 4 также требует света и углекислого газа из воздуха. Площадь освещения должна быть достаточно большой из-за низкой концентрации фототрофных микроорганизмов в среде, не превышающей 5 г / л [62,64,83]. Использование смешанных систем, в которых фотосинтезирующие бактерии представлены только в катодной камере, может частично позволить уменьшить освещенную площадь [84,85].Однако в [84] была достигнута плотность мощности 7 мВт / м ², а в [86] пиковая плотность мощности была равна 100 мВт / м ². Таким образом, БТЭ с фотосинтетическими микроорганизмами не подходит в качестве источника питания для автономных роботов из-за его больших размеров. Далее мы будем рассматривать только МФЦ, относящиеся к 1–3 группам. МФЦ обычно предназначены для работы при высоких концентрациях органических соединений [72,87]. Например, в ссылке [73] демонстрируется многолетняя работа с городскими сточными водами, воспроизведенная в лаборатории с удельной мощностью от 74 до 100 мВт / м ².Более того, MFC может работать на различных субстратах от глюкозы до нефтепродуктов [88], фактически используя все из них, которые могут обрабатываться микроорганизмами или их сообществами [78,89,90]. При разработке МФЦ важно выбирать недорогие материалы для электродов и мембран, чтобы в перспективе создавать более мощные недорогие устройства для промышленного применения [91]. Кроме того, существует ряд работ по созданию МФЦ, работающих на чистых веществах, таких как глюкоза [80], ксилоза [92] или ацетат [93,94].С такими подложками мощность МФЦ значительно увеличилась. Так, в [80] при использовании глюкозы была достигнута удельная мощность 850 Вт на м ³ раствора субстрата, а в [93] – 2150 Вт на м ³ при использовании ацетата. Введение, одной из самых известных работ, посвященных использованию MFC для автономных роботов, является проект создания «Гастроботов» [9]. Конечная цель проекта – создать мобильную платформу на базе MFC, вырабатывающую электроэнергию из максимально возможного набора различных подложек.Авторы разработали прототип, который приводится в движение электричеством, вырабатываемым МФЦ. MFC также использовался для питания миниатюрного робота в работе [11]. В этом исследовании авторы создали MFC, способный генерировать мощность 10–33 мВт на различных подложках, что позволило перемещать робота со снаряженным весом 780 г по гладкой поверхности. Более легкий робот с MFC появился в [10]. Его система питания включает в себя MFC и конденсатор емкостью 0,33 Фарада. В качестве анодного катализатора использовался консорциум микроорганизмов из активного ила городских очистных сооружений.Субстрат – это органические и биоорганические примеси, содержащиеся в природных водах. Применимость этого органического вещества для МФЦ показана в [87]. При достаточном количестве органических веществ роботы могут работать в морской и пресной воде. Клетки в MFC должны сохранять свою жизнеспособность и способность делиться [16,95]. Поэтому в МФЦ постоянно должна быть предусмотрена специальная среда, поддерживающая жизнеспособность микроорганизмов [88]. Стоит отметить, что в настоящее время ведется несколько работ по миниатюризации МФЦ [85].Однако ряд исследований показывает, что из-за физиологических ограничений плотность мощности MFC сегодня уже близка к теоретической [16,78,95]. Таким образом, важной задачей при создании компактного МФЦ является увеличение удельной поверхности электродов, что обеспечило бы возможность контакта с большим количеством микроорганизмов.

4.2. Фермент BFC

В ферменте BFC функцию катализатора выполняют ферменты, которые катализируют отдельные реакции или группы реакций. Принципиальные схемы такого BFC, в качестве примера с использованием глюкозы, показаны на рисунке 3b.Этот BFC предназначен для выработки электроэнергии за счет глюкозы, содержащейся в жидкостях организма млекопитающих. Оба его электрода покрыты ферментами: глюкозоксидазой для расщепления глюкозы и лакказой для восстановления кислорода до воды. Фермент BFC должен обеспечивать более высокую плотность мощности, чем микробный, поскольку ферменты могут покрывать электрод более плотно, чем клетки. Таким образом, мощность фермента BFC может достигать 18 мВт / см ² [96]. Кроме того, авторы [97] провели исследование разработанного ими фермента BFC и показали, что удельная мощность для обработки объема среды может достигать 1250 Вт / м ³.Однако ферменты менее стабильны и в случае повреждения требуется замена электрода, тогда как клетки могут повторно синтезировать свои ферменты [15,73,98]. Все BFC, работающие на глюкозе, предназначены для выработки энергии при физиологических концентрациях глюкозы от 5 до 10 мМ [15]. Применение рабочей ферментной электродной системы BFC на физиологической жидкости было продемонстрировано путем помещения электродов в спинномозговую жидкость мыши [99]. Кроме того, в [100] показана возможность имплантации фермента BFC мыши.Выходная мощность составила 38,7 мВт, период имплантации – около ста дней. В [101] авторам удалось добиться плавного хода в среде с физиологической концентрацией глюкозы в течение почти одного года. Эти результаты указывают на возможность создания фермента BFC, который будет непрерывно работать в течение разумного периода времени.

Еще одна важная проблема – выключение BFC. Ферменты должны содержаться в определенной среде, чтобы сохранять свою конформацию. Следовательно, чтобы отключить BFC, необходимо заменить среду на буферный раствор, не содержащий органических веществ, или отключить подачу субстрата и дать BFC отключиться после использования всех органических соединений.Кроме того, что касается требований к мощности, желательно обеспечить работоспособность в течение всего срока службы робота, до нескольких лет.

Как для микробных, так и для ферментных BFC, одной из наиболее важных проблем является выбор электродного материала [15]. Материал должен быть нетоксичным, легко иммобилизовать ферменты и в то же время иметь высокую электропроводность. Для имплантируемых микрочастиц БТЭ стоимость материала менее важна, чем для больших мощных БТЭ, для создания которых требуется значительное количество материала.Таким образом, широко обсуждаемые сегодня углеродные нанотрубки [96,102] и золото [99] могут сделать большой робот BFC довольно дорогим.

4.3. Топливные элементы с абиотическим катализатором для использования с биологическими жидкостями

В топливных элементах этого типа в качестве катализаторов используются наночастицы металлов, оксиды металлов и более сложные соединения на их основе. Схематические принципы работы такого топливного элемента показаны на рисунке 3c. Эффективность таких специфических металлических и металлооксидных катализаторов ограничена низкой температурой, предполагаемой для работы этих топливных элементов.Физиологическое использование таких устройств устанавливает температурные ограничения до 37 ° C [75]. Таким образом, плотность мощности в этих ячейках достигает 180 мВт / см ² [75]. В настоящее время проблема такой малой мощности может быть решена за счет использования дорогих наноструктурированных материалов и оптимизации конструкции топливного элемента. В работе [103] авторы использовали системы кобальт / платина и фталоцианин кобальта / многослойные углеродные нанотрубки в качестве анода и катода соответственно. Рабочая среда, содержащая 0,5 М КОН и 0.5 М глюкозы прокачивали через топливный элемент со скоростью 5 мл / мин. В таких условиях удавалось достичь удельной мощности 2,3 мВт / см ². Таким образом, было показано, что при высоких концентрациях субстрата топливные элементы с абиотическим катализатором могут достигать мощности, сравнимой с ферментом BFC, и быть вполне приемлемыми для питания небольших устройств.

Следует также отметить, что катализаторы этого типа более стабильны, и их использование позволяет отключать топливный элемент, просто блокируя подачу субстрата.

В таблице 1 приведены основные свойства различных типов BFC и FC на биотических субстратах.

Необходимо отметить, что расчет плотности мощности по отношению к площади поверхности электрода затруднен из-за нескольких факторов, включая необходимость измерения поверхности в микромасштабе (близко к поверхности микробных клеток) и динамики популяции клеток (изменение размера популяции во время работы MFC). . Это означает, что увеличение удельной мощности является предметом дальнейших исследований и разработок.

Рассмотрим возможные применения описанных типов BFC в средах, где планируется использование автономных мобильных роботов. Выбор топливного элемента зависит от ряда факторов, которые определяются прикладной средой и спецификой задачи, выполняемой автономным мобильным роботом. Среди этих факторов мы хотели бы особо отметить доступность сырья для различных типов топливных элементов в различных средах. На рисунке 4 показана схематическая диаграмма с возможными применениями BFC в различных средах в зависимости от наличия биомассы.В графе «земля» пустыня с дефицитом биомассы и полярные регионы не учитывались. Об использовании биотопливных элементов для полетов автономных мобильных роботов можно говорить только в случае выполнения специализированных задач, позволяющих длительное время находиться на земле или в воде. Приведенные выше данные также демонстрируют, что увеличение мощности BFC связано с повышением требований к чистоте поставляемого субстрата, что, очевидно, приводит к более высокому энергопотреблению для его предварительной обработки. Из-за небольшого количества примеров применения BFC для роботов это сложно выполнить. углубленный анализ удельной мощности для каждого типа БТЭ, но уже сейчас можно отметить некоторые тенденции.Подложка подается в рабочие ячейки БТЭ в жидком состоянии, а сами ячейки занимают большую часть емкости устройства (около 75–90%). Следовательно, удельный вес BFC будет сходиться с плотностью субстрата, которая может находиться в диапазоне примерно 1–1,4 кг / дм ³, в зависимости от химического состава и предварительной обработки. В случае морских и подводных роботов этот параметр менее критичен, поскольку в них БТЭ может работать по принципу прокачки морской воды через ячейки.В то же время у наземных роботов этот параметр во многом определяет вес шасси. Что касается мощности, то выше было показано, что сегодня значения до 2000 Вт / м ³ уже достижимы [80]. Таким образом, уже можно создать БТЭ с удельной мощностью около 2 Вт / кг. Однако этот параметр игнорирует возможную предварительную обработку субстрата, которая, с одной стороны, увеличивает вес и внутреннюю потребляемую мощность двигателя, а с другой стороны, увеличивает концентрацию энергоемких веществ в субстрате.Рост концентрации этих веществ приводит к увеличению мощности БТЭ.

На основе информации, представленной в этой статье, мы можем попытаться выделить некоторые варианты улучшения выработки электроэнергии в случае применения автономных мобильных роботов для электроснабжения.

Фермент BFC

Разработка системы предварительной обработки субстрата с такими индивидуальными потребностями, при которых общее чистое образование может превышать MFC при работе с тем же субстратом без предварительной обработки; кроме того, он должен соответствовать требованиям к весу и размеру робота, для которого он предназначен.Возможные конструкции таких систем будут рассмотрены в разделе статьи, посвященном ферментации биомассы;
Обеспечение долговременной стабильности ферментов на электроде, особенно при деактивации BFC. Для решения проблемы могут потребоваться камеры с буферными растворами, которые негативно влияют на вес робота;
Поиск недорогих высокопроводящих материалов с большой площадью поверхности для электрода, так как в настоящее время максимальная мощность достигается за счет использования дорогих и редких материалов;
Изучение возможности использования ферментов термофильных микроорганизмов, которые позволят повысить температуру примерно до 50–60 ° C и тем самым увеличить скорость реакции.

MFC

Поиск новых электродных материалов также важен, но следует отметить, что выходная мощность BFC ограничена как физиологией микроорганизмов, так и их электронно-транспортными системами [95]. Значение, представленное в таблице 1, сегодня считается наиболее близким к теоретически достижимому [16,95]. Следовательно, высокая площадь поверхности должна стать основным аспектом в поиске и разработке новых материалов.
В случае применения микробных сообществ (например, [10,11]) дальнейшие исследования могут быть направлены на повышение эффективности сообществ за счет создания искусственных сообществ или поддержание их стабильности за счет использования выбранных условий предварительного выращивания сообществ.
Использование термофильных микроорганизмов или их сообществ также может теоретически увеличить мощность MFC, но этот вопрос требует дальнейшего изучения.
Разработка недорогих электродных и мембранных материалов [68,105].

FC с абиотическим катализатором

Как и в случае с ферментом BFC, необходимо разработать систему предварительной обработки субстрата с такими индивидуальными потребностями, чтобы общее чистое производство превышало MFC при работе с исходным сырьем; кроме того, он должен соответствовать требованиям к весу и размеру робота, для которого он предназначен.Однако ФК с абиотическим катализатором будет менее субстрат-специфичным, чем ферментный. Теоретически это позволит создать более простую и менее энергоемкую систему.
Сегодня наиболее распространенными катализаторами являются металлы платиновой группы. Вот почему так важен поиск менее дорогих катализаторов.
Этот тип ТЭ гораздо менее ограничен температурой. Таким образом, для технических приложений температура и давление подложки могут быть повышены, и, таким образом, скорость реакции и мощность FC увеличиваются соответственно.

Для всех типов ТЭ:

Решающую роль в эффективности и стабильности работы указанных типов ТЭ играет подача субстрата к катализатору и удаление продуктов реакции [106,107]. Как было показано в [31], оптимизация конструкции ячейки и ее гидравлического управления потенциально могут предложить некоторое увеличение мощности и привести к снижению ее весогабаритных характеристик;
Микробиологические и ферментные BFC не полностью разлагают крупные органические соединения до диоксида углерода и воды [15,108].В [31] показано, что каскадная система с последовательным использованием подложки несколькими ТЭ может быть хорошим вариантом увеличения мощности источников энергии в целом.

Как видно из представленных данных, рассмотренные нами типы FC являются очень интересными источниками энергии для автономных роботов в зависимости от окружающей среды, условий работы и задач роботов. Возможности их развития еще очень далеки от исчерпания. Исследования по оптимизации конструкции и условий эксплуатации могут позволить значительно расширить спектр приложений для различных автономных мобильных роботов.

5. Ферментация растительной биомассы

Для мобильных автономных роботов наиболее доступным видом наземного сырья является растительная биомасса. Использование высших растений исключило бы потребление энергии на разведку и производство биомассы животных. Производство топлива из растительной биомассы сегодня может осуществляться либо путем ферментативной, либо термической обработки [109]. В случае применения MFC требуется предварительная обработка биомассы растений, потому что трудно каким-либо образом потреблять лигноцеллюлозную биомассу для использования в микроорганизмах MFC [110,111].В этом разделе мы рассмотрим некоторые аспекты ферментации и проанализируем возможность ее применения для мобильных роботов. Традиционная схема ферментации растительной биомассы до биоспирта включает три стадии [112,113]: дезинтеграцию и часто предварительную обработку горячей водой, осахаривание и дальнейшую ферментацию до получение спирта. Процесс осахаривания довольно длительный и может занимать до нескольких дней [113]. Брожение идет быстрее, но это тоже вопрос нескольких десятков часов.Чтобы увеличить скорость этих процессов, в настоящее время проводится несколько исследований по использованию термостабильных ферментов [114,115,116] и повышению эффективности стадии предварительной обработки [112]. Очень многообещающим решением является использование ионных жидкостей для предварительной обработки биомассы [117,118,119]. Ионные жидкости состоят в основном из ионов. Как правило, это расплавленные соли, в том числе органические, с температурой плавления около 20–25 ° C [117]. Они способны растворять целлюлозу, что упрощает последующие ферментативные реакции [118].Таким образом, текущие исследования сосредоточены на повышении эффективности процесса, в частности на конверсии и ускорении. Эта тенденция актуальна в случае автономных роботов, поскольку процесс осахаривания может действовать как предварительная обработка растительной биомассы для ее дальнейшего использования в более эффективных ферментных или абиотических топливных элементах.

6. Пиролиз и газификация биомассы

Термическая обработка лигнинсодержащей биомассы сегодня является одной из наиболее быстро развивающихся областей биоэнергетики [120,121]. Термическая обработка такой биомассы с получением газообразного и / или жидкого топлива относится к пиролизу и газификации.Преимуществом термической обработки является высокая скорость протекающих процессов по сравнению с биологическими методами, такими как ферментация. Под газификацией обычно понимают процесс горения с отсутствием окислителя по сравнению со стехиометрией [121]. Продуктом газификации является синтез-газ, состоящий в меньшей степени из окиси углерода и водорода, реже из метана [122]. Кроме того, образуется твердая фаза, состоящая из золы и сажи. В настоящее время нет технических ограничений для использования синтез-газа в качестве основного топлива в газовых турбинах и газопоршневых двигателях [123].Пиролиз – это процесс термического разложения в отсутствие окислителя или его минимальное присутствие. Во время пиролиза образуется пиролизный газ, и в зависимости от типа топлива также может образовываться пиролизное масло и / или пиролизный уголь [120,124]. Как и в случае газификации, зола образуется как отходы. Принципиальные схемы источника энергии в случае использования пиролиза или газификации (на примере газификации) показаны на рисунке 5а. Собранная биомасса подвергается предварительной дезинтеграции, может быть высушена, а затем подается в газогенератор.Синтез-газ из газификатора сжигается в двигателе (например, в газовой турбине или газовом двигателе), который приводит в действие ротор генератора. Для стабилизации режимов выработки и потребления электроэнергии требуется установка аккумуляторных батарей. Для роботов с колесным шасси может быть предложен вариант с накоплением биомассы перед газогенератором в специальной емкости вместо аккумуляторов. В этом случае нагрузка на главный двигатель обеспечивается за счет управления движением робота. Принципиальная схема такого устройства показана на рисунке 5b.Что касается приложений для автономных роботов, оба процесса имеют схожие преимущества и недостатки. Преимущества:

Обе технологии хорошо зарекомендовали себя и теперь можно создать систему с использованием газогенератора с загруженной массой около 10–30 кг;
Возможность использования практически всех достаточно засушенных высших растений.

Однако есть ряд недостатков:

Сложная и многокомпонентная система с большим количеством передач энергии, особенно в части дезинтеграции биомассы;
Исходные ограничения влажности биомассы [121].Влажная биомасса требует сушки, и, как следствие, требуются дополнительные системы с дополнительным потреблением энергии, что в конечном итоге увеличивает вес робота;
Эта система производит отходы в виде золы и выхлопных газов.

Выбор этой системы производства электроэнергии является многообещающим в случае использования определенных типов биомассы, например травы или листьев и опилок, но это ограничивает ее применение только для наземных автономных мобильных роботов. Затем можно оптимизировать и упростить как систему дезинтеграции, так и сам газификатор, что может привести к снижению веса.

7. Обсуждение и выводы

Как показано в обзоре, биоэнергетические подходы сейчас только начинают применяться в электроснабжении автономных мобильных роботов. Основное преимущество таких подходов – потребление внешних ресурсов, таких как биомасса и органические соединения, которые присутствуют в окружающей среде. Схема производства моторного биотоплива, описанная в этой статье, может позволить в будущем синтезировать его в любом месте для автономных роботов с потребностями двигателя внутреннего сгорания.

Технические решения, представленные в статье, тем не менее, являются первыми шагами к использованию биоэнергетики для энергоснабжения автономных мобильных роботов. Важно отметить, что существует множество возможностей для повышения эффективности предлагаемых решений. Это особенно актуально для BFC, с большим количеством направлений будущих исследований, которые мы показали выше. Однако сегодня BFC уже может применяться, по крайней мере, в качестве дополнительного источника энергии для частично автономных роботов, которые постоянно заряжают аккумуляторы робота и, таким образом, увеличивают время его работы.Это решение очень привлекательно для морских и подводных роботов, поскольку уже есть несколько успешных примеров использования MFC в морской среде [10,87]. В зависимости от выполняемых задач для таких типов роботов может использоваться «спящий режим», предложенный Д. МакФарландом [27] и примененный в сериях роботов Gastrobot [9] и Ecobot [30], когда робот находится в неактивном состоянии и заряжает его. аккумулятор с помощью BFC. В целом расширение области применения морских и подводных автономных мобильных роботов может сопровождаться более активным использованием MFC.

Мы можем особенно сосредоточиться на абиотическом FC с использованием биомассы. Как видно из обзора, до сих пор не ведется работ по адаптации таких ТЭ к питанию роботов и созданию систем предварительной обработки субстратов для них. Однако способность таких топливных элементов использовать широкий спектр органических соединений и их возможная применимость при более высоких температурах может привести к использованию этого типа устройств для наземных роботов из-за их потенциально высокой плотности мощности.

Тепловые методы сегодня уже достаточно хорошо изучены, чтобы создавать роботов на довольно узком виде биомассы растений.Очевидно, что из-за ограничений по влажности сырья это решение применимо только к наземным роботам. Однако следует принимать во внимание наличие биомассы и проблемы, связанные с образованием отходов в виде золы и выхлопных газов.

Новые технологии порождают новые проблемы. Кроме того, в случае использования внешних ресурсов для автономных мобильных роботов возникает проблема проектирования систем управления, обеспечивающих эффективный поиск биомассы. Эта проблема напрямую связана с энергоэффективностью выбранного решения, поскольку потребление энергии в то время, когда робот собирает подходящую биомассу, можно отнести к «собственным энергетическим потребностям» энергосистемы.Морские и подводные роботы могут быть исключением, потому что их ячейки MFC могут снабжаться биомассой из-за естественного потока воды или движения роботов.

Подводя итог, можно сказать, что наряду с биоинформационными технологиями, находящими применение в задачах, связанных с движением, когнитивным поведением, сенсорным покрытием (искусственная кожа) [1,4,125], они могут найти применение в современных автономных мобильных роботах. ‘ источник питания.

Численное моделирование газификации угля в газификаторе с втянутым потоком | IMECE

Технология газификации применялась в установках с комбинированным циклом интегрированной газификации (IGCC) для производства энергии, а также на установках полигенерации для производства промышленных химикатов, топлива, водорода и энергии.Основными преимуществами технологии газификации являются ее потенциал для гибкости исходного сырья, гибкости продукта и относительно простого удаления вредных выбросов оксидов азота (NO _x), оксидов серы (SO _x) и CO ₂ . Газификаторы с увлеченным потоком являются предпочтительной конструкцией газификаторов для будущего использования из-за их высокой конверсии углерода, высокой эффективности и высокой чистоты синтез-газа. Существующие конструкции газификаторов с увлеченным потоком все еще имеют серьезные проблемы, такие как отказ инжектора, отказ огнеупора, засорение шлаком, загрязнение и отравление на выходе, низкая эффективность использования пространства и отсутствие динамической гибкости исходного сырья.Чтобы лучше понять процесс газификации с увлеченным потоком, мы выполнили устойчивое моделирование усредненного по Рейнольдсу Навье-Стокса (RANS) газификатора лабораторного масштаба, разработанного в Университете Бригама Янга (BYU), с использованием ANSYS Fluent. Для описания газовой фазы используется эйлеров подход, а для описания фазы частиц – лагранжев подход. Взаимодействия между газовой фазой и фазой частиц моделируются с использованием подхода «источник частиц в ячейке». Турбулентность моделируется с помощью k – ω модели переноса напряжения сдвига (SST).Турбулентная дисперсия частиц учитывается с помощью модели дискретного случайного блуждания. Удаление летучих веществ моделируется с использованием версии модели удаления летучих веществ посредством химической перколяции (CPD), а потребление полукокса описывается с помощью модели сжимающегося ядра. Турбулентное горение в газовой фазе моделируется с использованием модели конечной скорости / вихревой диссипации. Излучение рассматривается путем решения уравнения переноса излучения с помощью модели дискретных ординат. Схема второго порядка против ветра используется для решения всех уравнений газовой фазы.Во-первых, чтобы проверить правильность решателя потоков, мы выполнили численное моделирование потока нереагирующих частиц, насыщенного частицами. Для нереагирующего потока предсказанные средние скорости газовой фазы и фазы частиц хорошо согласуются с экспериментальными данными. Далее было проведено численное моделирование процесса газификации в газификаторе BYU. Прогнозируемые профили мольных долей основных частиц (т. Е. CO, CO ₂, H ₂ и H ₂ O) вдоль центральной линии находятся в разумном согласии с экспериментальными данными.Прогнозируемая конверсия углерода на выходе из газификатора согласуется с экспериментальными данными. Расчетная температура на выходе из газификатора соответствует расчетному значению, основанному на соображениях равновесия при сдвиге воды и газа. Численная модель была далее применена для изучения влияния отношения эквивалентности, размера частиц и завихрения на процесс газификации.

Первая система газификации YANMAR в Европе ｜ Технический обзор YANMAR ｜ Технологии ｜ О YANMAR ｜ YANMAR

Первая система газификации YANMAR в Европе

1.Введение

С 2005 по 2012 год производство электроэнергии из возобновляемых источников в Европе выросло на 61% (средний темп 7,1% в год), тогда как общее производство электроэнергии за этот период не изменилось. Как следствие, доля возобновляемых источников энергии в валовой выработке электроэнергии достигла 24,1%. Солнечные фотоэлектрические установки имеют самые высокие среднегодовые темпы роста (72,8% в 2005-2012 гг.), За ними следуют ветер и биогаз / биотопливо.

Что касается твердого биотоплива, которое используется в системах газификации, то в 2005-2012 гг. Средний темп роста составил 9.1%.

Одну из причин распространения возобновляемых источников энергии следует искать в политике европейских государств, которые ввели стимулы и льготные тарифы с девяностых годов.

Принимая во внимание этот устойчивый и постоянный рост, очевидно, что Европа представляет собой хороший и передовой испытательный полигон, на котором можно применять новые решения и новые технологии в области возобновляемых источников энергии.

Согласно этому благоприятному сценарию, Yanmar Co. и Yanmar R&D Europe решили приступить к установке первой системы газификации Yanmar в Европе.

2. Предпосылки проекта

Одним из наиболее важных аспектов возобновляемых источников энергии (говоря о солнечной и ветровой энергии) является их непредсказуемость и непрограммируемость. Эта характеристика в сочетании с их быстрым ростом создает проблемы для электросети с точки зрения стабильности и эффективности. Фактически, неконтролируемая и прерывистая подача электроэнергии увеличивает сложность согласования производства со спросом, в то же время снижая эффективность традиционных тепловых электростанций.

Напротив, системы газификации могут использовать возобновляемый источник, представленный твердой биомассой, контролируемым образом. Фактически, энергия может храниться в виде щепы и использоваться в системе газификации в соответствии с потребностями.

С точки зрения экологической устойчивости, система газификации Yanmar может использовать различные виды твердых биомасс, которые широко распространены на территории (от Средиземноморья до северных стран) и легко доступны с незначительным или нулевым воздействием на окружающую среду (например, техническое обслуживание лесов и пахотных земель).

По вышеуказанным причинам газификация Yanmar представляет собой технологию, которая очень хорошо подходит для европейского общества, будучи в то же время возобновляемой и контролируемой.

3. Описание системы газификации Yanmar

3.1. Краткое введение в технологию газификации Yanmar

Газификация – это процесс, при котором органический углеродный материал превращается в горючий газ, в основном состоящий из CO, h3 и CO2. Химические реакции происходят в контролируемой среде (обычно внутри реактора) с небольшим количеством воздуха, чтобы предотвратить возгорание.

Газификатор

Yanmar состоит из реактора с открытым верхом и неподвижным слоем с нисходящим потоком, системы очистки газа на водной основе и двух микрокогенераторов Yanmar (двигателей внутреннего сгорания со встроенной рекуперацией тепла). Вся система разработана и произведена в Японии компанией Yanmar.

Использование системы очистки на водной основе дает преимущество в получении очень чистого газа, который легче использовать в микрогенераторах, что увеличивает надежность и интервалы технического обслуживания двигателей.

3.2. Установка в Yanmar Италия

В середине 2014 года была начата установка системы газификации Yanmar в итальянской компании Yanmar (дочерняя компания Yanmar Co., Ltd.), которая является мировым производителем дизельных двигателей Yanmar серии L (дизельные двигатели с воздушным охлаждением).

Общая электрическая мощность, вырабатываемая двумя когенераторами, составляет 40 кВт, а общая тепловая мощность – 66 кВт (в виде горячей воды, подаваемой на завод по трубопроводам).

Инжир.1 – Схема системы газификации Yanmar

Решение установить газификационную установку на заводе Yanmar group имеет много преимуществ: с исследовательской точки зрения, можно получить логистическую и техническую поддержку для тестирования новых конфигураций и дополнительных устройств; с точки зрения компании, благодаря использованию когенераторов Yanmar они могут снизить потребление энергии из электрической сети и использовать тепло когенераторов для сокращения использования газовых котлов. Кроме того, система газификации Yanmar имеет право на льготы, предоставляемые предприятиям, использующим твердую биомассу (что является одним из самых высоких стимулов среди возобновляемых источников энергии), с дополнительным бонусом в виде высокоэффективной когенерации.

Рис.2 – Обзор реактора газификатора и системы газификации Рис. 3 – ТЭЦ, использующая 100% синтез-газ

(1) Система сушки
Одной из ключевых особенностей, повышающих гибкость системы газификации Yanmar, является возможность автономной сушки древесной щепы до уровня влажности, требуемого газификатором. Благодаря этому мы можем увеличить возможности закупки древесной щепы (по более низкой цене) также у компаний, которые не имеют собственных систем сушки (а их большинство).

Рис. 4 – Гидродинамический анализ горячего воздуха внутри сушильной системы.

Другой целью было создать хранилище для щепы, чтобы увеличить рабочий диапазон газификатора и автоматически подавать в него нужное количество при правильной влажности.

Наконец, было выбрано лучшее решение, и изготовление и установка были выполнены сразу после установки газогенератора.

Рис.5 – Система сушки и хранения

Система сушки была разработана Yanmar R&D Europe и произведена местной компанией.Целью проекта было достижение максимальной эффективности процесса с использованием части тепловой энергии, поступающей от когенераторов Yanmar. Для оценки наилучшей формы и положения каналов горячего воздуха внутри сушилки было выполнено гидродинамическое трехмерное моделирование.

(2) Инаугурация
Система газификации была официально открыта 10 декабря ^-го 2014 с церемонией открытия в присутствии сотрудников Yanmar, университетов и компаний энергетического сектора, потенциально заинтересованных в применении этой технологии.

4. Настоящее положение и будущее развитие

В настоящее время в системе газификации используется щепа, полученная в результате хозяйственной деятельности в местных лесах. Все его параметры контролируются, чтобы оценить его производительность с точки зрения эффективности, эксплуатационных затрат и выгод.

Продолжаются опытно-конструкторские работы по повышению эффективности и автоматизации установки газификатора. В частности, для сокращения времени, необходимого для ежедневного технического обслуживания, была реализована автоматическая система всасывания для быстрого и безопасного удаления полукокса, образующегося в газогенераторе.Чтобы повысить эффективность и в то же время еще больше снизить затраты на утилизацию, Yanmar R&D Europe анализирует различные стратегии повышения ценности удаленного полукокса. Наиболее перспективными решениями являются повторное использование в качестве удобрения и внутреннее использование в котле, установленном помимо системы газификации. Этот второй вариант специально предназначен для увеличения общей тепловой энергии, извлекаемой из установки.

5. Следующие шаги

Исходя из результатов первой установки в Yanmar, Италия, Yanmar R&D Europe проводит технико-экономическое обоснование применения системы газификации на оливковой и винодельческой ферме в Тоскане.Основная идея заключается в разработке местной и устойчивой агроцепи, от использования обрезков в газогенераторе до эффективного использования электроэнергии и тепловой энергии в производственных процессах фермы.

Промышленная вентиляция в Москве строительство монтаж в Подольске

Газифицируем жилище автономно

Автономная газификация поселка, цены на автономную газификацию дачных поселков

Газ в дом на 301 кв.м. для 3 приборов потребления

Русский газ.

Автономная газификация частного и загородного дома в Нижнем Новгороде и области

Автономные системы под ключ

Схема предоставления услуги

Что дает автономная газификация частного дома

Преимущества автономной газификации дома

Автономная газификация объектов в Екатеринбурге «под ключ»

Автономная газификация частного дома

Автономная газификация газгольдером

Какие объекты можно газифицировать ?

Стоимость автономной газификации

Газгольдеры в Рязанской области. Калужский Стройпортал

Автономная газификация поселков в Москве и Московской области

Принципы работы системы

Примерная стоимость газификация коттеджного поселка

Газификация коттеджных поселков – возможности ООО «Термо Лайф»

Принципы обеспечения потребителей газовым топливом

Газификация угля: последний, лучший шанс американской угольной державы?

IGCC: путь вперед для угля?

Прямо как атомную электростанцию?

Экологические вопросы: насколько в действительности IGCC чище?

Путь вперед: диверсификация

Thriveoffgrid.net | Ранее Vulcan Gasifier

SGh3 строительство крупнейшего завода по производству экологически чистого водорода в Калифорнии; газификация отходов в h3

Робототехника | Бесплатный полнотекстовый | Источники энергии на основе биоэнергетики для мобильных автономных роботов

1.Введение

2. Типы автономных мобильных роботов

3. Биотопливо для двигателей внутреннего сгорания

4. Биотопливные элементы

4.1. MFC

4.2. Фермент BFC

4.3. Топливные элементы с абиотическим катализатором для использования с биологическими жидкостями

5. Ферментация растительной биомассы

6. Пиролиз и газификация биомассы

7. Обсуждение и выводы

Численное моделирование газификации угля в газификаторе с втянутым потоком | IMECE

Первая система газификации YANMAR в Европе ｜ Технический обзор YANMAR ｜ Технологии ｜ О YANMAR ｜ YANMAR

Первая система газификации YANMAR в Европе

1.Введение

2. Предпосылки проекта

3. Описание системы газификации Yanmar

3.1. Краткое введение в технологию газификации Yanmar

3.2. Установка в Yanmar Италия

4. Настоящее положение и будущее развитие

5. Следующие шаги

Вам может понравится

Монтаж оконных откосов своими руками: Страница не найдена — Открой Окно!

Постройка погреба: Как построить погреб своими руками – пошаговая инструкция по обустройству погреба на даче и в частном доме.

Обои фоновые: Купить фоновые обои для стен

Добавить комментарий Отменить ответ