ISSN 2541-7592

НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Русский 
English 
    
 


Правила написания
и оформления статей

Правила
рецензирования

Памятка рецензента


Публикационная
этика 








Нашли ошибку на сайте?

Сообщите нам:   







 

Архив выпусков

Выпуск 2 (66), 2022


Экономико-математическая модель системы газоснабжения на основе биометана


Суслов Д. Ю.

 

Суслов Д. Ю., канд. техн. наук, доц. кафедры теплогазоснабжения и вентиляции, Белгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова, Россия, г. Белгород, тел.: (4722)55-94-38, е-mail: suslov1687@mail.ru

 
 
Постановка задачи. Перспективным направлением развития систем газоснабжения является использование альтернативного источника энергии — биометана. Использование биометана в централизованных системах газоснабжения требует разработки научно обоснованных методов их расчета и проектирования.
Результаты. Разработана экономико-математическая модель системы газоснабжения на основе биометана, учитывающая затраты на биометановую установку, транспортировку субстрата, газопроводы биометана и станцию подачи. Получены выражения для определения удельных капитальных затрат на строительство и эксплуатационных расходов на биогазовые установки, станции очистки биогаза и подачи биометана в системы газоснабжения.
Выводы. Установлено, что применение биометановых установок на территории Вейделевского района Белгородской области позволяет получить 5 474 481 м3/год биометана с содержанием метана 98 %, что составляет 18,7 % от общего газопотребления района. При этом оптимальная длина газопровода для подачи биометана составляет 9 208 м, а оптимальный радиус действия биометановой установки — 20 781 м.
 
Ключевые слова: система газоснабжения, биометан, биометановые установки, годовые приведенные затраты.


DOI: 10.36622/VSTU.2022.66.2.005

 

Библиографический список

1. Газификация // ПАО «Газпром»: оф. сайт. — https://www.gazprom.ru/about/production/gasification.
2. Ионин, А. А. Газоснабжение / А. А. Ионин. — 4-е изд., перераб. и доп. — М.: Стройиздат, 1989. — 439 с.
3. Колосов, А. И. Моделирование потокораспределения на этапе развития структуры городских систем газоснабжения / А. И. Колосов, М. Я. Панов, В. Г. Стогней // Вестник Воронежского государственного технического университета. — 2013. — Т. 9, № 3—1. — С. 56—62.
4. Медведева, О. Н. Разработка эффективных газораспределительных систем: дис. … д-ра техн. наук / О. Н. Медведева. — Саратов, 2015. — 447 с.
5. Осипова, Н. Н. Разработка научных основ совершенствования региональных и поселковых систем снабжения сжиженным газом: дис. … д-ра техн. наук / Н. Н. Осипова. — Саратов, 2015. — 357 с.
6. Суслов, Д. Ю. Разработка системы газоснабжения сельскохозяйственного предприятия с использованием биогаза / Д. Ю. Суслов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В. Г. Шухова. — 2014. — № 4. — С. 183—186.
7. Табунщиков, Ю. А. Цели и задачи оптимизации сетей газораспределения / Ю. А. Табунщиков, В. И. Прохоров, О. Н. Брюханов, В. А. Жила, А. К. Клочко // Вестник МГСУ. — 2012. — № 4. — С. 73—77.
8. 2020 EBA Statistical Report 2018. — https://www.europeanbiogas.eu/wp-content/uploads/2019/05/EBA_Statistical-Report-2018_AbrigedPublic_web.pdf.
9. 2020 European biomethane map Infrastructure for biomethane production. — https://www.europeanbiogas.eu/wpcontent/uploads/2020/06/GIE_EBA_BIO_2020_A0_FULL_FINAL.pdf.
10. Bauer, F. Biogas upgrading — Review of commercial technologies / F. Bauer, C. Hulteberg, D. Tamm. — Svenskt Gastekniskt Center AB, Malmö, 2013. — 84 p.
11. Budzianowski, W. M. Biomethane storage: Evaluation of technologies, end uses, business models and sustainability / W. M. Budzianowski, M. Brodacka // Energy Conversion and Management. — 2016. — http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2016.08.071.
12. Chinnici, G. Assessment of the potential energy supply and biomethane from the anaerobic digestion of agro-food feedstocks in Sicily / G. Chinnici, R. Selvaggi, M. D’Amico, B. Pecorino // Renewable and Sustainable Energy Reviews. — 2018. — Vol. 82 (1). — P. 6—13.
13. Cucchiella, F. Technical and economic analysis of biomethane: A focus on the role of subsidies / F. Cucchiella, I. D’Adamo // Energy Conversion and Management. — 2016. — Vol. 119. — P. 338—351.
14. Fubara, T. Techno-economic assessment of natural gas displacement potential of biomethane: A case study on domestic energy supply in the UK / T. Fubara, F. Cecelja, A. Yang. // Chemical Engineering Research and Design. — https://doi.org/10.1016/j.cherd.2017.12.022.
15. Hoo, P. Y. Optimal Biomethane Injection into Natural Gas Grid — Biogas from Palm Oil Mill Effluent (POME) in Malaysia / P. Y. Hoo, P. Patrizio, S. Leduc, H. Hashim, F. Kraxner, S. T. Tan, W. S. Ho // Energy Procedia. — 2017. — Vol. 105. — P. 562—569.
16. IRENA. Road transport: the cost of renewable solutions. — Abu Dhabi, 2013. — https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2013/Road_Transport.ashx.
17. O'Shea, R. Assessing the total theoretical, and financially viable, resource of biomethane for injection to a natural gas network in a region / R. O'Shea, D. M. Wall, I. Kilgallon, J. D. Browne, J. D. Murphy //Applied Energy. — 2017. — Vol. 188. — P. 237—256.
18. Paturska, A. Economic assessment of biomethane supply system based on natural gas infrastructure / A. Paturska, M. Repele, G. Bazbauers // Energy Procedia. — 2015. — Vol. 72 — P. 71—78.
19. Repele, M. Biomethane Supply Support Policy: System Dynamics Approach / M. Repele, M. Ramanis, G. Bazbauers // Energy Procedia. — 2016. — Vol. 95. — P. 393—400.
20. Rotunno, P. Energy and economic analysis of water-scrubbed biogas upgrading to biomethane for grid injection and transportation application / P. Rotunno, A. Lanzini, P. Leone // Renewable Energy. — 2016. — DOI: 10.1016/j.renene.2016.10.062.
21. Suslov, D. Y. Application of Biomethane for Gas Supply Within the Settlements / D. Y. Suslov // J. Phys.: Conf. Ser. — 2018. — Vol. 1066. — P. 012004.
22. Suslov, D. Y. Experimental Studies of the Process of Obtaining Biogas from Wastes from Agricultural Enterprises, / D. Y. Suslov, P. S. Sedyh // 2019 International Science and Technology Conference «EastСonf». — 2019. — P. 8725328.
23. Suwansri, S. A biomethane solution for domestic cooking in Thailand / S. Suwansri, J. C. Moran, P. Aggarangsi, N. Tippayawong, A. Bunkham, P. Rerkkriangkrai // Energy for Sustainable Development. — 2014. — Vol. 23. — P. 68—77.
24. Urban, W. Technologien und Kosten der Biogasaufbereitung und Einspeisung in das Erdgasnetz Ergebnisse der Markterhebung 2007—2008 / W. Urban, K. Girod, H. Lohmann. — Fraunhofer UMSICHT, Oberhausen, 2009. — 123 p.
25. Weidenaar, T. D. Designing the biomethane supply chain through automated synthesis / T. D. Weidenaar. — University of Twente, 2014. — 188 p.

 
 

Ссылка для цитирования

Суслов, Д. Ю. Экономико-математическая модель системы газоснабжения на основе биометана / Д. Ю. Суслов // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2022. - № 2 (66). - С. 57-67. - DOI: 10.36622/VSTU.2022.66.2.005.

 
 
 
 

English version 

 

Economic and Mathematical Model of a Gas Supply System Based on Biomethane

Suslov D. Y.
 
 

Suslov D. Y., PhD in Engineering, Assoc. Prof. of the Dept. of Heat and Gas Supply and Ventilation, Belgorod State Technological University Named after V.G. Shukhov, Russia, Belgorod, tel.: (4722)55-94-38, е-mail: suslov1687@mail.ru


 
Statement of the problem. A promising direction in the development of gas supply systems is the use of an alternative energy source — biomethane. The use of biomethane in centralized gas supply systems requires the development of scientifically based methods for their calculation and design.
Results. An economic and mathematical model of a gas supply system based on biomethane has been developed, taking into account the costs of a biomethane plant, substrate transportation, biomethane gas pipelines and a feed station. Expressions are obtained for determining the specific capital costs for construction and operating costs for biogas plants, biogas purification plants and biomethane supply to gas supply systems.
Conclusions. It has been established that the use of biomethane plants on the territory of the Veidelevsky district of the Belgorod region makes it possible to obtain 5,474,481 m3 / year of biomethane with a methane content of 98%, which is 18.7% of the total gas consumption of the district. At the same time, the optimal length of the gas pipeline for supplying biomethane is 9 208 m, and the optimal range of the biomethane plant is 20 781 m.
 
Keywords: gas supply system, biomethane, biomethane plants, annual reduced costs. 


DOI: 10.36622/VSTU.2022.66.2.005

References

1. Gazifikatsiya // PAO «Gazprom»: of. sait. — https://www.gazprom.ru/about/production/gasification.
2. Ionin, A. A. Gazosnabzhenie / A. A. Ionin. — 4-e izd., pererab. i dop. — M.: Stroiizdat, 1989. — 439 s.
3. Kolosov, A. I. Modelirovanie potokoraspredeleniya na etape razvitiya struktury gorodskikh sistem gazosnabzheniya / A. I. Kolosov, M. Ya. Panov, V. G. Stognei // Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta. — 2013. — T. 9, № 3—1. — S. 56—62.
4. Medvedeva, O. N. Razrabotka effektivnykh gazoraspredelitel'nykh sistem: dis. … d-ra tekhn. nauk / O. N. Medvedeva. — Saratov, 2015. — 447 s.
5. Osipova, N. N. Razrabotka nauchnykh osnov sovershenstvovaniya regional'nykh i poselkovykh sistem snabzheniya szhizhennym gazom: dis. … d-ra tekhn. nauk / N. N. Osipova. — Saratov, 2015. — 357 s.
6. Suslov, D. Yu. Razrabotka sistemy gazosnabzheniya sel'skokhozyaistvennogo predpriyatiya s ispol'zovaniem biogaza / D. Yu. Suslov // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo universiteta im. V. G. Shukhova. — 2014. — № 4. — S. 183—186.
7. Tabunshchikov, Yu. A. Tseli i zadachi optimizatsii setei gazoraspredeleniya / Yu. A. Tabunshchikov, V. I. Prokhorov, O. N. Bryukhanov, V. A. Zhila, A. K. Klochko // Vestnik MGSU. — 2012. — № 4. — S. 73—77.
8. 2020 EBA Statistical Report 2018. — https://www.europeanbiogas.eu/wp-content/uploads/2019/05/EBA_Statistical-Report-2018_AbrigedPublic_web.pdf.
9. 2020 European biomethane map Infrastructure for biomethane production. — https://www.europeanbiogas.eu/wpcontent/uploads/2020/06/GIE_EBA_BIO_2020_A0_FULL_FINAL.pdf.
10. Bauer, F. Biogas upgrading — Review of commercial technologies / F. Bauer, C. Hulteberg, D. Tamm. — Svenskt Gastekniskt Center AB, Malmö, 2013. — 84 p.
11. Budzianowski, W. M. Biomethane storage: Evaluation of technologies, end uses, business models and sustainability / W. M. Budzianowski, M. Brodacka // Energy Conversion and Management. — 2016. — http://dx.doi.org/10.1016/j.enconman.2016.08.071.
12. Chinnici, G. Assessment of the potential energy supply and biomethane from the anaerobic digestion of agro-food feedstocks in Sicily / G. Chinnici, R. Selvaggi, M. D’Amico, B. Pecorino // Renewable and Sustainable Energy Reviews. — 2018. — Vol. 82 (1). — P. 6—13.
13. Cucchiella, F. Technical and economic analysis of biomethane: A focus on the role of subsidies / F. Cucchiella, I. D’Adamo // Energy Conversion and Management. — 2016. — Vol. 119. — P. 338—351.
14. Fubara, T. Techno-economic assessment of natural gas displacement potential of biomethane: A case study on domestic energy supply in the UK / T. Fubara, F. Cecelja, A. Yang. // Chemical Engineering Research and Design. — https://doi.org/10.1016/j.cherd.2017.12.022.
15. Hoo, P. Y. Optimal Biomethane Injection into Natural Gas Grid — Biogas from Palm Oil Mill Effluent (POME) in Malaysia / P. Y. Hoo, P. Patrizio, S. Leduc, H. Hashim, F. Kraxner, S. T. Tan, W. S. Ho // Energy Procedia. — 2017. — Vol. 105. — P. 562—569.
16. IRENA. Road transport: the cost of renewable solutions. — Abu Dhabi, 2013. — https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2013/Road_Transport.ashx.
17. O'Shea, R. Assessing the total theoretical, and financially viable, resource of biomethane for injection to a natural gas network in a region / R. O'Shea, D. M. Wall, I. Kilgallon, J. D. Browne, J. D. Murphy //Applied Energy. — 2017. — Vol. 188. — P. 237—256.
18. Paturska, A. Economic assessment of biomethane supply system based on natural gas infrastructure / A. Paturska, M. Repele, G. Bazbauers // Energy Procedia. — 2015. — Vol. 72 — P. 71—78.
19. Repele, M. Biomethane Supply Support Policy: System Dynamics Approach / M. Repele, M. Ramanis, G. Bazbauers // Energy Procedia. — 2016. — Vol. 95. — P. 393—400.
20. Rotunno, P. Energy and economic analysis of water-scrubbed biogas upgrading to biomethane for grid injection and transportation application / P. Rotunno, A. Lanzini, P. Leone // Renewable Energy. — 2016. — DOI: 10.1016/j.renene.2016.10.062.
21. Suslov, D. Y. Application of Biomethane for Gas Supply Within the Settlements / D. Y. Suslov // J. Phys.: Conf. Ser. — 2018. — Vol. 1066. — P. 012004.
22. Suslov, D. Y. Experimental Studies of the Process of Obtaining Biogas from Wastes from Agricultural Enterprises, / D. Y. Suslov, P. S. Sedyh // 2019 International Science and Technology Conference «EastSonf». — 2019. — P. 8725328.
23. Suwansri, S. A biomethane solution for domestic cooking in Thailand / S. Suwansri, J. C. Moran, P. Aggarangsi, N. Tippayawong, A. Bunkham, P. Rerkkriangkrai // Energy for Sustainable Development. — 2014. — Vol. 23. — P. 68—77.
24. Urban, W. Technologien und Kosten der Biogasaufbereitung und Einspeisung in das Erdgasnetz Ergebnisse der Markterhebung 2007—2008 / W. Urban, K. Girod, H. Lohmann. — Fraunhofer UMSICHT, Oberhausen, 2009. — 123 p.
25. Weidenaar, T. D. Designing the biomethane supply chain through automated synthesis / T. D. Weidenaar. — University of Twente, 2014. — 188 p.

 


 
Контакты · Поиск · Карта сайта
Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура, все права защищены.
Работает на: Amiro CMS