Registration Number
0826U005398, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
07-10-2026
popup.evolution
.
Title
Justification of the parameters of the pyrolysis-gasification process in a power generation system based on renewable energy sources
Author
Ivan Omarov,
popup.head Hennadii A. Holub
popup.head Hennadii Chetveryk
popup.opponent Viacheslav V. Bratishko
popup.opponent Semen Drahnev
popup.review Mykola Zhovmir
popup.review Yurii Lobunets
popup.rada
Institute of Renewable energy of the National Academy of Sciences of Ukraine
Description
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 141 «Електроенергетика, електротехніка та електромеханіка». – Інститут відновлюваної енергетики Національної академії наук України, Київ, 2026.
Дисертацію присвячено обґрунтуванню раціональних параметрів піролізно-газифікаційного перетворення біомаси для підвищення ефективності та керованості локальних енергосистем на основі відновлюваних джерел енергії та збільшення виробництва електроенергії.
Запропоновано новий спосіб побудови автономної системи електрогенерації «сонячна електростанція – піролізно-газифікаційна установка – двигун внутрішнього згоряння – електрогенератор», у якій, на відміну від відомих рішень, надлишкова електроенергія сонячної електростанції використовується для алотермічної конверсії біомаси в синтез-газ як акумульований енергоносій, що узгоджує змінну сонячну генерацію з керованою роботою електрогенератора і забезпечує виробництво електроенергії при зниженні чи відсутності інсоляції.
Для вибору придатних до такої роботи установок обґрунтовано застосування показника енергоекономічної ефективності. Вперше його розраховано скоринговим методом у поєднанні з методом зважених сум, нормуванням і бальною оцінкою критеріїв. Для розробленої установки показник становить 0,775, для інших типів – 0,44…0,69.
Вперше обґрунтовано спосіб одержання висококалорійного синтез-газу, придатного для роботи двигунів внутрішнього згоряння без очищення, шляхом відновлення піролізної парогазової суміші у високотемпературному шарі вуглецевого сорбційно-каталітичного матеріалу, який, на відміну від інших способів, здійснюється в алотермічній піролізно-газифікаційній установці з електронагрівом та просторово-температурним розділенням зон піролізу та газифікації, що забезпечує термічний крекінг смол і високий вміст горючих компонентів у синтез-газі.
Розроблені математичні моделі пов’язують ефективний діаметр частинок палива з температурою сорбційно-каталітичного шару, часом перебування в ньому парогазової суміші та вмістом CO, H2 і CH4 у синтез-газі. Залежність тривалості піролізу від вологості, діаметра частинок та параметрів електронагріву враховує інерційне прогрівання та кінетику розкладання. Одержані залежності покладено в основу рівняння виробітку електроенергії, що дає змогу керувати процесом і його стадіями.
Моделі перевірено на дослідному зразку установки. За вологості граба 30% і ефективного діаметра частинок 10 мм газ містив 42,7% об. H2, 38% об. CO та 15,6% об. CH4. Об’ємний вихід газу становив 1,67–1,85 м3/кг, теплота згоряння - 16,2–17,1 МДж/м3, кількість теплоти за цикл – 284–300 МДж. Вміст смол не перевищував 41 мг/нм3 за допустимого для двигунів рівня 50 мг/нм3, а вміст механічних домішок після одноразового пропускання газу через скрубер становив 28–47 мг/нм3.
Вперше експериментально встановлено залежність виробітку електроенергії від вологості, ефективного діаметра частинок палива та потужності електронагріву реакційних зон і визначено їх раціональні діапазони. Максимальний виробіток 28,3 кВт·год досягнуто за вологості 20%, діаметра частинок 7,5 мм і потужності нагріву 1,8 кВт, що узгоджується з моделюванням. За два цикли вироблено 55,58 кВт·год електроенергії, що на 25,02 кВт·год перевищує витрати на нагрівання зони піролізу (30,56 кВт·год).
Розроблений метод інженерного розрахунку пов’язує параметри установки з фізико-механічними властивостями біомаси та визначає умови стабільного виробництва висококалорійного синтез-газу з низьким вмістом смол. За капітальних вкладень 360,5 тис. грн річний виробіток електроенергії становить 20,56 тис. кВт·год, а експлуатаційні витрати – 205,9 тис. грн. Використання системи для безперебійного живлення знижує собівартість електроенергії на 38,6%, а термін окупності становить 1,74 року за живлення електронагрівачів від мережі та 1,4 року – від сонячної електростанції.
Технічне рішення захищено патентом України на корисну модель № 154915 «Газогенератор безсмольного газу», а результати досліджень впроваджено в навчальний процес Білоцерківського національного аграрного та Поліського національного університетів.
Registration Date
2026-10-07
popup.nrat_date
2026-10-07 / 2026-10-16
