Передмова

Україна за рахунок своїх національних ресурсів може забезпечити лише на 50% потреби в паливі при сучасному рівні його споживання. Зменшити витрати енергоносіїв можна за рахунок енергозбереження до 50% всього енергоспоживання  шляхом впровадження інноваційних технологій. Неосвоєним джерелом енергії є відновлювальні місцеві енергоресурси, потенціал яких сягає понад 100 млн. тонн умовного палива. Використання таких енергоресурсів становить щорічно лише 0,02 %.

Згідно з Постановою Верховної Ради  України  «Про проект розвитку  паливно-енергетичного комплексу України до 2010 року»  і за «Проектом національної енергетичної програми України до 2010 року» частка нетрадиційних і поновлювальних джерел у загальних об’ємах виробництва електричної енергії становитиме 8%, що може забезпечити економію в об’ємі 7,1 млн. тонн умовного палива щорічно.

До сучасних технологій виробництва нетрадиційних відновлювальних джерел енергії слід віднести:

-  використання сонячної енергії для систем теплопостачання за допомогою колекторів і систем пасивного сонячного опалення;

-  використання геотермальної води для теплопостачання;

- використання теплових насосів малої та середньої потужності для теплопостачання окремих будинків і утилізації теплових викидів, а  великої потужності – в теплонасосних станціях для заміни малих і середніх котелень;

-   виробництво біодизельного палива з ріпака та соняшника;

-  отримання електричної енергії при використанні мініГЕС на річках;

-  отримання електричної енергії при використанні вітрогенераторів;

- використання відходів сільськогосподарської продукції для отримання біогазу як палива та екологічно чистих органічних добрив.

В умовах подорожчання енергоносіїв та погіршення екологічної ситуації значну увагу слід приділити альтернативним джерелам енергозабезпечення. Наявні в Україні і в Вінницькому регіоні природні ресурси дозволяють  використовувати свій потенціал для життєдіяльності малих та великих фермерських господарств, сільськогосподарських товариств, міст. Сучасна альтернативна енергетика представлена широким спектром засобів та джерел. Тому, враховуючи природно-кліматичні умови України і Вінницького регіону зокрема, можна зробити висновок про найбільшу перспективність поширення біогазових технологій. Використання біогазу у побуті як палива дозволить не тільки вирішити  енергетичну проблему на селі, але й покращити екологічний стан, отримати цінне добриво після переробки відходів у біореакторі.

Наявні у кожному господарстві великі обсяги органічних відходів доцільно утилізувати з максимальним сумарним ефектом вирішення комплексних задач: енергетичної, екологічної, постачання власного господарства добривами, запобігання зараженню ґрунтових вод тощо.  

Біогазові реактори в Україні не набули значного поширення у зв’язку з їх значною вартістю, примхливістю технології метанового бродіння, значним енергоспоживанням. Відхилення температури на 3°С від оптимальної для процесу вже сповільнює метаногенез.  Значний вплив на протікання процесів виробництва біогазу має рухливість середовища, відсутність застійних зон, термостабілізація. В холодний період необхідно звести до мінімуму втрати тепла на підігрів субстрату та рівномірно розподілити тепло по всьому об’єму реактора. Практично відсутні засоби автоматизації процесу виробництва біогазу. Але необхідно пам’ятати, що зупинка реактора на годину може призвести до енергетичних проблем у підприємстві, оскільки процес бродіння пов'язаний з життєдіяльністю анаеробних бактерій і вони відновлюють свою активність після зупинки лише через декілька днів або тижнів. Процес потребує адаптації до умов України і постійного автоматичного моніторингу. Для умов українського села потрібні дешеві і надійні реактори, що будуть однаково ефективні як теплу пору року, так і в холодну. 

Вирішення цих проблем потребує розроблення нових моделей і конструкцій реакторів, які повинні бути недорогими, енергоефективними, повинні мати автоматизоване управління, пристосовані до умов роботи в Україні. При їх конструюванні необхідно враховувати сучасні досягнення теплоенергетики, вирішувати специфічні задачі теплообміну у субстратах, використовувати останні досягнення автоматизації.

В даному посібнику, призначеному для студентів будівельних та екологічних спеціальностей, наведено основні джерела біомаси, їх ресурс для України, конструктивні особливості біогазових реакторів, а також описано особливості  протікання анаеробного бродіння в біореакторах. Авторами наведено власні розробки конструкцій реакторів, а також результати експериментів з інтенсифікації та термостабілізації  процесів бродіння. Класифіковано способи очищення біогазу від шкідливих домішок, наведено схеми управління та автоматизації процесів виробництва біогазу. Запропоновано методику моделювання інтелектуальної підтримки прийняття рішень з управління організаційними механізмами підвищення продуктивності біогазових реакторів.

Наукове обґрунтування підходу до проблеми управління організаційними рішеннями ґрунтується на теорії нечітких множин та лінгвістичної змінної, які базуються на ідеях професора О. П. Ротштейна. Експертно-модельована система дозволяє враховувати кількісні і якісні характеристики типу і якості сировини, конструкції реакторів та параметри стабільності режиму, а саме тип інтенсифікації та вплив вібрації при прогнозуванні роботи біогазових установок.

Авторами запропоновано результати власних експериментальних і чисельних досліджень процесів інтенсифікації та термостабілізації анаеробного бродіння в біогазових реакторах, енергозберігаючі схеми і технології. Розглянуто і наведено розрахунки пристроїв для виробництва теплової енергії – теплових насосів, геліоколекторів  лідерів світового виробництва.

При викладенні матеріалу навчального посібника  використана сучасна нормативна база України, результати наукових досліджень та практичний досвід впровадження біогазових технологій у будівництві. Матеріал посібника враховує специфіку програм дисциплін підготовки інженерів-будівельників. Посібник призначений для активізації самостійної роботи студентів та буде сприяти  розвитку енергоощадного мислення в отриманні знань і навичок при проектуванні інноваційних технологій. Також інформація, наведена в посібнику, буде корисна для інженерно-технічних працівників і всіх бажаючих досягнути енергетичної незалежності.

Автори  вдячні  рецензентам за поради та зауваження, врахування яких сприяло покращенню змісту даного навчального посібника.