Математична та імітаційна модель визначення техніко-економічної ефективності впровадження та використання технології перетворення сільськогосподарських відходів у біогаз відповідно до сезонів року

Анотація

В умовах воєнного часу та в післявоєнний період гостро встає проблема енергонезалежності кожної об’єднаної територіальної громади на основі використання місцевих енергоресурсів і на цій основі формування місць розташування біогазових установок – стабільних енергетичних джерел громади. Як правило, біогазові установки розташовуються біля цілодобового постачання відходів з птахофабрик, свинарників, ферм ВРХ тощо. При цьому для визначення техніко-економічної ефективності впровадження та використання технології перетворення сільськогосподарських відходів у біогаз виникає необхідність у визначенні обсягів виходу біогазу із різних видів відходів та товарної вартості біогазу. Досягнення високого та стабільного виходу біогазу під час роботи метантенка забезпечується регулюванням та контролем значень керуючих параметрів, які можна отримати за допомогою довідників, на основі проведення експериментальних досліджень або з використанням математичних та імітаційних моделей для кожного виду відходів.

Метою дослідження є розробка методичних засад створення математичної та імітаційної моделі процесу функціонування метантенка для визначення техніко-економічної ефективності впровадження та використання технології перетворення сільськогосподарських відходів у біогаз.

Математична модель є системою диференціальних рівнянь, що описують зміну в ферментаторі концентрацій поживних речовин субстрату, біомаси метаногенів і динаміки виходу біогазу. Система диференціальних рівнянь вирішується в пакеті Simulink. Наведено приклад застосування розроблених моделей для прогнозування виходу біогазу при метановому монозброджуванні коров'ячого гною. Такий підхід можна використовувати не тільки для моделювання процесу метанового монозброджування коров'ячого гною, а також і з додаванням сезонних сільгоспвідходів для інтенсифікації виходу біогазу. Оскільки використання рослинних сільськогосподарських відходів має сезонний характер, то за допомогою розроблених моделей можна спрогнозувати вихід очищеного біогазу для його закачування в газотранспортну або газорозподільчу систему влітку. У прохолодний період року ці обсяги біометану можна використовувати для приготування їжі, обігрівання житлових будинків та приміщень об’єднаної територіальної громади.

Ключові слова: біогаз, біогазова установка, ферментатор, математична та імітаційна модель, метаногени.