DOI 10.35776/VST.2021.04.06
УДК 628.336.6:620.97:621.515

Bazhenov V. I., Ustiuzhanin A. V., Koroleva Ekaterina

Cogeneration plants to compensate for the needs of wastewater treatment facilities in energy resources

Summary

The relevance of the work is associated with increasing the efficiency of the energy resources use. Commissioning water and wastewater treatment facilities with cogeneration dates back to 2009: Mosvodokanal JSC (Kurianovskie and Lyuberetskie treatment facilities, power 10 MW each), Vodokanal JSC, Ivanovo (2.55 MW), Cherepovets Vodokanal MUE (2.4 MW). The life cycle cost was determined on the basis of the operating costs subject to the constraints of the conditions of self-sufficient projects. The operating costs included: gas, electricity, heat energy, costs of spare parts, lubricant, personnel, etc. The use of gas engine cogeneration units to compensate for the needs of the wastewater treatment plants with blower units is an economically viable measure in the Russian Federation. This serves as the basis for the use of cogeneration units in projects of wastewater treatment plants located close to the main gas pipelines. Optimistic and pessimistic scenarios for the development of this area depend on the choice of vodokanals to use thermal energy. The cost of 1 m3 of wastewater treatment can be reduced: by 0.894/0.44 rubles for the operating blower units (with 28% excess energy consumption due to wear); by 0.644/0.317 rubles for the advanced blower units; by 0.688/0.361 rubles for the advanced controlled blower units. The benefit from using cogeneration units is 53.3%/36% and 56.9%/41% for uncontrolled and controlled blower units, respectively. It makes sense to consider capital costs at the design stage that includes specific, object-oriented requests for the equipment manufacturer.

Key words

biogas , cogeneration , wastewater aeration , air-blowing house , alternative energy supply , natural gas , engineering-economic analysis

The further text is accessible on a paid subscription.
For authorisation enter the login/password.
Or subscribe

Список цитируемой литературы

1. Березин С. Е., Баженов В. И. Воздуходувные станции с регулируемыми центробежными компрессорами. – Симферополь: ИТ «АРИАЛ», 2019, 188с.
2. Домников А. Ю., Домникова Л. В. Развитие систем когенерации энергии в условиях кризиса. – Екатеринбург: Издательство УМЦ УПИ, 2016. 349 с.
3. Малая Э. М. Возможности и максимальное использование когенерации // Ресурсоэнергоэффективные технологии в строительном комплексе региона. 2018. № 9. С. 325–328.
4. Налбандян Г. Г., Жолнерчик С. С. Ключевые факторы эффективного применения технологий распределенной генерации в промышленности // Стратегические решения и риск-менеджмент. 2018. № 1 (104). С. 80–87.
5. Guo Z., Sun Y., Pan S.-Y., Chiang P.-C. Integration of green energy and advanced energy-efficient technologies for municipal wastewater treatment plants // International Journal of Environmental Research and Public Health. 2019. No. 16. 1282. Pp. 1–22. DOI:10.3390/ijerph16071282.
6. Gandiglio M., Lanzini A., Soto A., Leone P., Santarelli M. Enhancing the energy efficiency of wastewater treatment plants through co-digestion and fuel cell systems // Frontiers in Environmental Science. 2017. No. 5:70. Pp. 1–21. DOI: 10.3389/fenvs.2017.00070.
7. MosayebNezhad M., Mehr A. S., Gandiglio M., Lanzini A., Santarelli M. Techno-economic assessment of biogas-fed CHP hybrid systems in a real wastewater treatment plant // Applied Thermal Engineering. 2018. No. 129. Pp. 1263–1280.
8. Schäfer M., Gretzschel O., Schmitt T. G., Knerr H. Wastewater treatment plants as system service provider for renewable energy storage and control energy in virtual power plants – A potential analysis // Energy Procedia. 2015. No. 73. Pp. 87–93. DOI: 10.1016/j.egypro.2015.07.566.
9. US Department of Energy (2019). Characterization of CHP Opportunities at U.S. Wastewater Treatment Plants. DOE/EERE-1969, 13 p. https://betterbuildingssolutioncenter.energy.gov/sites/default/files/Characterization_CHP_Opportunities_US_Wastewater_Plants_April2019.pdf (дата обращения 29.03.2021).
10. Пирси П., Миллс Н., Уинтер П. Инновационные методы обработки осадка (опыт Великобритании) // Наилучшие доступные технологии водоснабжения и водоотведения. 2016. № 5. С. 52–60.
11. Храменков С. В., Пахомов А. Н., Хренов К. Е., Стрельцов С. А., Хамидов М. Г., Белов Н. А. Утилизация био­газа и создание автономных источников энергоснабжения на очистных сооружениях // Водоснабжение и санитарная техника. 2010. № 10. Часть 1. С. 48–53.
12. ИТС 10-2015 «Очистка сточных вод с использованием централизованных систем водоотведения поселений, городских округов». – М.: Бюро НДТ, 2015. 377 с.
13. ИТС 48-2017 «Повышение энергетической эффективности при осуществлении хозяйственной и (или) иной деятельности». – М.: Бюро НДТ, 2017. 165 с.
14. ИТС 38-2017 «Сжигание топлива на крупных установках в целях производства энергии». – М.: Бюро НДТ, 2017. 271 с.
15. ИТС 50-2017 «Переработка природного и попутного газа». – М.: Бюро НДТ, 2017. 213 с.
16. ИТС 8-2015 «Очистка сточных вод при производстве продукции (товаров), выполнении работ и оказании услуг на крупных предприятиях». – М.: Бюро НДТ, 2015. 116 с.
17. Баженов В. И., Пупырев Е. И., Самбурский Г. А., Березин С. Е. Разработка методики расчета стоимости жизненного цикла оборудования, систем и сооружений для водоснабжения и водоотведения // Водоснабжение и санитарная техника. 2018. № 2. С. 10–19.
18. Глушич Д. В., Константинов А. А. Автономная электростанция нового поколения для тепличного комбината «Майский» // Турбины и Дизели. 2014. № 6. С. 12–15.
19. Ракицкий Д. С., Егорова Ю. А., Левин Д. И., Гордеев С. А., Нагорный С. Л., Баженов В. И., Петров В. И., Устюжанин А. В. Энергоэффективный принцип реконструкции воздуходувной станции городских очистных канализационных сооружений Самары // Водоснабжение и санитарная техника. 2016. № 8. С. 52–62.
20. Егорова Ю. А., Ракицкий Д. С., Левин Д. И., Гордеев С. А., Нагорный С. Л., Баженов В. И., Петров В. И., Устюжанин А. В. Регулирующая арматура в управляемых процессах пневматической аэрации // Водоснабжение и санитарная техника. 2016. № 10. С. 44–53.